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5电力大数据对电力可靠性的支撑
整合各种广域系统采集的静态和动态数据,包括雷电场、台风风力场、山火场等非结构性数据与常规的电力数据及仿真信息相结合,从所获的现场实测或仿真得到的时间响应曲线中提取深层知识。以支持稳定性与充裕性的量化分析及自适应控制,协调故障前的预防型博弈,故障后瞬时的故障隔离和预测型紧急控制,检测到违约症状后的校正控制,以及系统崩溃后的恢复控制。在此基础上,综合防御框架还应该实现多道防线的时空协调,通过协同各道防线和各种控制手段,最大程度地减少大停电的风险。
信息的可靠性是分析和决策的物质基础;机理分析和量化分析则通过数据挖掘来深刻掌握电网的行为特性;正确的决策是为了能以最小的风险代价来最大限度地满足电力需求。互为补充的相量测量单元(PMU)、远方终端设备(RTU)和仿真数据共同满足系统在空间中和时间上的可观性和可控性。需要研究在不完备数据下,如何将信息论和系统论结合,从数据中挖掘深层信息。
在电力的长期可靠性分析与控制方面,需要考虑社会、经济、科技、能源与政策等发展的不确定性,以及各种博弈行为的影响,将目前依靠主观判断的方式逐步提升为基于混合仿真推演的方式。
6信息能源系统的大数据平台
6.1电力(能源)系统运行数据的采集
关系数据库强调完整性及一致性,云计算强调可扩展性,但难以保证实时性。Internet的TCP/IP协议在流量控制和数据纠错时会产生10ms量级的时延,难以满足实时控制,特别是紧急控制的要求。
RTU和SCADA系统可以用低成本采集大量的广域数据,并满足静态可观性,但没有统一时标,采样周期长,时延大,只能抽取慢速动态特征。故障录波和保护信息系统就地记录大量暂态信息,可支持故障的事后分析,但上传的滞后时间长,难以实时应用。
PMU数据不依赖于系统模型和参数,可在统一时标下快速采样,提供系统实际的时间响应曲线,用来校核仿真模型和参数,并提供仿真的初值。但受价格限制较难满足高可观性。
20年来的研究热点之一是将PMU用于实时稳定性分析及开环控制,根据受扰后短期实测数据预估稳定性,并在失稳前选择并执行控制措施,但至今未能用于稳定分析和开环控制。在非自治因素下单纯依靠轨迹的外推来预测并不可靠,并且即使在没有时间约束的离线环境下,要对有数学模型的仿真曲线进行稳定性量化分析也非易事。若在计算已有轨迹的稳定裕度时没有模型参数可用,其量化分析就更难。更重要的是,只有通过仿真才能在措施实施前确认其效果。不与仿真工具结合,就难以按合理的保守性来确保控制的充分性。其根本原因是:在事前,PMU无法观察到控制措施的效果,也无法在不依靠系统模型及参数的前提下求取实测轨迹(特别是稳定轨迹)的稳定裕度。PMU在应用上的这个瓶颈是本质性的,不可能真正突破。
现场伪量测是对广域数据加工中挖掘出来的数据;仿真伪量测是在仿真中产生的数据。它们的正确性受到模型、参数、初值和算法等的限制。
6.2电力(能源)系统的大数据平台
随着数据采集环节的质量提高、成本降低,以及各种广域数据采集系统的数据共享,可以通过更多数据来全面掌控电力与能源。为此,需要将各种广域监测系统和数值仿真系统置于统一的平台中,有助于数据挖掘,识别相继故障的先兆特征、临界条件和传播模式,从而提高预警水平,增强防御停电灾难和事后分析的能力。
由硬件资源、基础软件、网络通信、数据集成、计算支撑、应用支撑、安全管控等环节构成的大数据平台支持多源多渠道异构数据的即插即用、融合与管理,支撑各种开发、应用及信息展示功能的即插即用。通过基于数学模型的因果型数据、无因果关系的统计型数据以及参与者博弈行为的融合,管理各类能量的生产、转换、输送及使用,调度与仿真数据的集成与管理。
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