智能配电网多维数据集成分析与协调控制

第1章 智能配电网多源数据特征及其分类 配电网作为智能电网的重要组成部分，近年来自动化、信息化水平不断得到提升，网络架构、通信设施逐步建设完善，中低压配电网的在线监测装置得到推广普及，为智能配电网信息采集积累了大量的实时运行数据和历史运行数据，网络拓扑和基础台账信息也不断得到重视和梳理，这些数据信息潜藏着巨大的应用价值，对准确系统性地掌握大规模分布式电源和柔性互动负荷接入的智能配电网实际状况意义重大。针对当前智能配电网高维性、强耦合性、高随机性等数据特征，本章分析智能配电网多源数据的来源、构成情况及结构，并分析配电网分布式电源数据、柔性负荷数据、用电营销数据等多种数据的时空特征以及不确定因素，为智能配电网多维数据的维度和度量设计以及模型的建立奠定了基础。 1.1 智能配电网数据源 随着我国智能配电网建设的快速推进，信息化、自动化、互动化成为配电网的主要特征。分布式电源渗透率不断提高，电动汽车、柔性负荷等接入量持续提升，配电网规模不断扩大，结构日趋复杂，使配电网数据呈现高维性、强耦合性、高随机性。数据的多源、异构特性及复杂的关联关系，使数据处理和有效信息挖掘的难度增加，给智能配电网的优化协调控制也带来了巨大的挑战[1，2]。另外，先进量测技术及其新产品在配电网中普及应用，智能配电网的可观测性大幅度提高，数据采集和在线运行监控系统不断升级与完善，配电网运行数据无论从维数还是从规模上都有显著的增长，海量历史数据中蕴藏的信息更加丰富，可挖掘的有价值信息增加，也为实现源、网、荷协调优化控制，提高配电网安全可靠运行水平带来新的机遇。 根据数据的来源不同，可以将智能配电网的信息数据分为电网企业内部数据和外部数据两大类，如表1-1所示。电网企业内部数据产生于配电网同步相量测量装置(phasor measurement unit，PMU)采集系统、能量管理系统(energy management system，EMS)、配电管理系统(distribution management system，DMS)、生产管理系统(production management system，PMS)、营销管理信息系统、用户用电信息采集系统、分布式电源管理系统、电动汽车管理系统等，这些数据包括静态数据、实时数据，其中静态数据包括电网设备模型参数、线路拓扑结构、电力用户资料数据等，实时数据包括遥信、遥测数据，如设备运行状态、电能计量等[3-6]。外部数据来源于气象信息系统、地理信息系统(GIS)等，这些数据也能够为配电网的运行、管理、服务提供辅助决策支持[3]。 表1-1 智能配电网数据源及数据类型 1.2 智能配电网数据量值特征 1.2.1 配电网PMU采集系统数据 配电网PMU是用于实现同步相量测量、传输和记录且具备配电网终端设备的遥信、遥测、遥控功能的装置。相对于主网中的PMU，配电网PMU测量回路少、体积小，亦称为微型PMU。微型PMU的核心特征包括基于标准时钟信号的同步相量测量、失去标准时钟信号的守时能力、PMU与主站系统之间能够实时通信并遵循相关通信协议。依据新形势下智能配电网的可观测性需求，电网企业可采用*优布点技术在变电站、线路联络开关、配电变压器、分布式电源、电动汽车充电站等位置安装微型PMU，构建智能配电网同步实时动态监测系统，并通过调度中心分析中心站实现对配电网动态过程的监测和分析。微型PMU采集系统有望成为智能配电网动态实时数据平台的主要数据源，并逐步和监控与数据采集系统(supervisory control and data acquisition，SCADA)/EMS及安全自动控制系统相结合，实现对智能配电网动态安全稳定性能的监控[3，4]。其数据内容主要包括以下几部分。 1. 配电网实时测量数据 分布式电源、电动汽车充电站、220kV/110kV/35kV变电站至电力用户的各监测点的三相基波电压相量、三相基波电流相量，三相电压、三相电流所含有的2～7次谐波成分的频率、幅值与谐波畸变率，电压电流的基波正序相量、频率、频率变化率，功率和开关量信号等。 2. 事件数据 (1)频率越限[范1]。 (2)频率变化率越限。 (3)幅值越上限，包括正序电压、正序电流、负序电压、负序电流、零序电压、零序电流、相电压、相电流越上限等。 (4)幅值越下限，包括正序电压、正序电流、负序电压、负序电流、零序电压、零序电流、相电压、相电流越下限等。 (5)线路功率振荡等。 (6)继电保护或/和安全保护装置自动跳闸等事件记录。 (7)同步时钟信号丢失、异常以及同步时钟信号恢复正常等事件记录。 3. 扰动录波数据 (1)电压曲线。 (2)电流曲线。 (3)频率曲线。 以上几类数据的格式均为结构化数据，数据文件包括E格式文件和txt文件。 1.2.2 能量管理系统数据 配电网能量管理系统是以计算机为基础的生产过程控制与能量管理系统。配电网能量管理系统能够为调度、管理人员提供配电网的实时数据、信息，便于了解配电网的实时情况和负荷变化趋势，并为各相关电力自动化系统高级应用功能软件提供准确、实时的信息，从而实现对整个配电网乃至整个电网的优化控制、调度、故障预测和排除，提高供电质量、供电可靠性和安全性。其数据内容主要包括以下几部分。 1. 配电网调度运行数据 (1)220kV/110kV/35kV变电站至10kV母线中变电站、线路、变压器等的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数等模拟量。 (2)变电站、线路、开关站等的开关开合状态等开关量。 (3)变压器油温等非电量。 2. 220kV/110kV/35kV变电站至10kV母线的图形、模型、拓扑数据 (1)110kV至10kV配电网电气拓扑图。 (2)110kV至10kV配电网电气拓扑结构描述数据。 (3)变电站站内电气接线图，涵盖220kV、110kV、35kV变电站，110kV、35kV、10kV开关站等。 (4)变电站站内电气结构描述数据，涵盖220kV、110kV、35kV变电站，110kV、35kV、10kV开关站等。 以上数据的格式包含结构化数据和半结构化数据，数据文件包括E格式文件、txt文件和svg文件。 1.2.3 配电管理系统数据 配电管理系统是集计算机技术、数据传输、控制技术、现代化设备及管理于一体的综合信息管理系统，包括馈线自动化和配电管理。目前，我国配电管理系统主要由配电主站、子站和馈线终端构成，光纤通信是主干网的通信方式。馈线自动化的实现建立在光纤通信的基础上，确保馈线终端能够快速地彼此通信。其数据内容主要包括以下几部分。 1. 配电网实时监测数据 (1)10kV母线、开关站、配电变压器等的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率等模拟量。 (2)10kV母线和开关开合状态等开关量。 (3)配电变压器的油温等非电量。 2. 10kV母线至配电变压器的图形、模型、拓扑数据 (1)中低压配电网电气拓扑图。 (2)中低压配电网电气拓扑结构描述数据。 以上数据的格式包含结构化数据和半结构化数据，数据文件包括E格式文件、xls文件、svg文件和dmp文件。