基于分布式监测和多源信息融合的主动配电网态势感知系统和方法与流程

本发明涉及主动配电系统运行控制技术领域，特别是一种基于分布式监测和多元信息融合的主动配电网态势感知系统。

背景技术：

随着大规模分布式电源、电动汽车、柔性负荷及储能设备高密度接入配电网，配电网由“无源”变为“有源”，潮流由“单向”变为“多向”，这给配电网运行都带来不确定性风险，加快配电网智能化和主动化转型的升级任务非常紧迫，主动配电网技术的出现为解决上述问题提供了可能。

由于缺乏源网荷的全局感知和时间尺度的态势预警，目前的配电网运行不能达到主动配电网的要求协调运行、主动控制和主动管理。实现主动配电网的网源荷协调运行和主动控制的前提条件是保证配电网的可观测性，然而目前配电自动化系统仅对整条馈线的运行状况进行监控，全场景监测数据较少，并且随着分布式可再生能源和电动汽车的大量接入，其随机性和间歇性给配电网运行带来诸多风险，这要求具有一定时间尺度上的可观性。构建有效的主动配电网态势感知系统，增强对主动配电系统的态势感知能力已成为当前热点。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种基于分布式监测和多源信息融合的主动配电网态势感知系统，通过分布式监测技术实现配电网非电量信息（设备运行状态、环境参数等）、分布式电源和多元化负荷运行状态的空间全面感知，并基于多源信息融合技术的配电网态势感知，实现对电网当前安全态势的准确掌握，并对未来风险进行预警，进而实现对配电网时空多维运行状态全景感知和配电网态势预警，提升主动配电网运行状态的感知能力和风险预警能力。

本发明采取的技术方案为：一种基于分布式监测和多源信息融合的主动配电网态势感知系统，包括多源信息融合单元、源荷预测单元、配网潮流分析单元、配电网状态估计单元、配电网风险分析及预警单元，和态势呈现可视化单元；

多源信息融合单元通过分布式监测体系采集配电网、分布式电源和可调可控负荷的运行信息，通过数据交互总线获取包括配电自动化系统、营销负控系统、用电信息采集系统、ems系统、dms系统、pms系统、电网气象系统和gis系统的运行信息；多源信息融合单元将获取到的信息数据进行融合，得到融合后的配电网、分布式电源和可调可控负荷的运行信息，并输出至状态估计单元和源荷预测单元；

源荷预测单元包括分布式电源预测模块和馈线级负荷预测模块；分布式电源预测模块基于融合后的网源荷运行信息中的电网气象系统信息、分布式电站微气象信息和分布式电源的历史与实时出力信息，预测得到分布式电源在未来设定时间段的发电能力预测数据；馈线级负荷预测模块利用数据挖掘算法从融合后网源荷运行信息中，提取与用户行为因素有关的馈线负荷变化量，进而建立考虑用户行为因素的馈线负荷预测模型，并利用建立的馈线负荷预测模型进行负荷预测；

源荷预测单元将负荷预测结果数据与分布式电源发电能力预测数据输出至配网潮流分析单元和状态估计单元；

状态估计单元基于接收到的融合后源荷网运行信息、负荷预测结果数据以及分布式电源发电能力预测数据，进行配电网状态估计，得到配电网状态评估结果，输出至配网潮流分析单元以及态势呈现可视化单元；

配网潮流分析单元基于接收到的数据进行配网潮流分析，将分析结果输出至风险分析及预警单元以及态势呈现可视化单元；

风险分析预警单元基于获取到的数据，采用基于vague模糊集的多属性风险评价方法，对主动配电网的当前态和未来态进行评估，并（通过比对动态预案故障集）对各类运行场景的风险进行定量分析，然后根据分析结果对配电网的薄弱环节进行预警；

态势呈现可视化单元将接收到的数据予以显示。

优选的，所述配电网中可控可调负荷对象包括上级电源、分布式电源、微电网、储能、出线开关、分段/联络开关、无功电压调节器、公变/专变和电动汽车充电设施。

优选的，源荷预测单元中的分布式电源预测模块输出的发电能力预测数据包括未来72小时短期预测数据和0-4小时超短期预测数据。

优选的，源荷预测单元利用并行随机森林算法建立考虑用户行为因素的馈线负荷预测模型，以进行负荷预测。

优选的，源荷预测单元中的馈线级负荷预测模块利用馈线负荷预测模型预测的馈线负荷，包括未来72小时短期系统负荷预测、未来72小时短期母线负荷预测、0-4小时超短期系统负荷预测以及0-4小时超短期母线负荷预测。

优选的，状态估计单元基于接收到的融合后源荷网运行信息、负荷预测结果数据以及分布式电源发电能力预测数据，利用卡尔曼滤波算法进行配电网状态估计。得到的配电网状态评估结果包括配电网可靠运行、潜在风险、趋势预测等方面结果。

优选的，配电网潮流分析单元进行的配电网潮流分析包括：比较配网中各节点电压的上限，以及由于光伏输出功率下降所造成的过电压幅度，并计算出每个节点的过电压幅值裕度。

优选的，风险分析预警单元结合配电网的潮流分析和状态评估结果，采用基于vague模糊集的多属性（安全性-稳定性-经济性）风险评价方法，对主动配电网的当前态和未来态进行评估，然后将评估结果与动态预案故障集进行比对，对各类运行场景的风险进行定量分析，根据风险定量分析结果对配电网的最主要薄弱环节进行预警。所述各类运行场景包括重载、越限和故障等运行场景。所述配电网最主要薄弱环节利用风险评估方法排序得出，为现有技术。

优选的，态势呈现可视化单元输出的信息包括对应多个业务和多个运行场景的信息，信息包括地理接线图、电气指标、分布式电源出力、电网状态和系统/设备风险数据；显示界面包括主显示界面和副显示界面，主显示界面显示包括区域全貌地理图、主要指标、分布式电源出力、电网状态、系统/设备风险、脆弱点、异常线路和重要用户的全局信息；副显示界面显示包括区域网络图、馈线组图、单线图和对应的控制方案的信息。主显示界面与副显示界面双屏间可关联互动，如将风险点通过主屏突出，通过副屏详细展现并提供控制方案，从而并行显示配电网运行状态和态势变化。

本发明还公开一种基于分布式监测和多源信息融合的主动配电网态势感知方法，包括：

s1，通过分布式监测体系采集配电网、分布式电源和可调可控负荷的运行信息，通过数据交互总线获取包括配电自动化系统、营销负控系统、用电信息采集系统、ems系统、dms系统、pms系统、电网气象系统和gis系统的运行信息；将上述采集获取到的信息数据进行融合，得到融合后的配电网、分布式电源和可调可控负荷的运行信息；

s2，基于融合后的配电网、分布式电源和可调可控负荷的运行信息，预测得到分布式电源在未来设定时间段的发电能力预测数据；

利用数据挖掘算法从融合后网源荷运行信息中，提取与用户行为因素有关的馈线负荷变化量，进而建立考虑用户行为因素的馈线负荷预测模型，并利用建立的馈线负荷预测模型进行负荷预测；

s3，基于s1得到的融合后源荷网运行信息和s2得到的负荷预测结果数据以及分布式电源发电能力预测数据，进行配电网状态估计，得到配电网状态评估结果；

s4，基于s2得到的负荷预测结果数据以及分布式电源发电能力预测数据，和s3得到的配电网状态评估结果，进行含分布式电源的配电网潮流分析，得到配电网潮流分析结果；

s5，基于配电网潮流分析结果，利用多属性风险评估方法对主动配电网的当前态和未来态进行评估，并对各类运行场景的风险进行定量分析，然后根据风险分析结果对配电网的薄弱环节进行预警；

s6，将s3得到的配电网状态评估结果、s4得到的配电网潮流分析结果，以及s5得到的风险分析结果和预警信息，通过显示界面进行显示。

有益效果

本发明通过分布式监测体系和数据交互总线的多类信息进行融合，有效集成目前电力公司的多元业务系统（包括配电自动化系统、营销负控系统、用电信息采集系统、ems系统、dms系统、pms系统、电网气象系统和gis系统等），实现配电网非电量信息（设备运行状态、环境参数等）、分布式电源和多元化负荷运行状态的空间全面感知；并采用配电网态势感知技术，实现对电网当前安全态势全面掌握，并对未来风险进行预警，进而实现对配电网时空多维运行状态全景感知和配电网态势预警，从而有效提升配电网运行状态的感知能力和风险预警能力，并保障实际主动配电网示范工程的运行可靠性与经济性。

即，本发明可实现对配电网源网荷的全局感知和时间尺度的态势预警，可以从空间感知和时间感知两方面，提高配电网时空多维运行状态全景感知和配电网态势预警的能力。

附图说明

图1是本发明系统构成示意及工作流程图；

图2是基于数据交互总线的电力公司多元业务系统信息集成示意图；

图3是分布式监测体系架构示意图；

图4是本发明中主动配电系统态势感知的监测信息表。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1，本发明基于分布式监测和多源信息融合的主动配电网态势感知系统，包括多源信息融合单元、源荷预测单元、配网潮流分析单元、配电网状态估计单元、配电网风险分析及预警单元和态势呈现可视化单元；

多源信息融合单元通过分布式监测体系采集配电网、分布式电源和可调可控负荷的运行信息，通过数据交互总线获取包括配电自动化系统、营销负控系统、用电信息采集系统、ems系统、dms系统、pms系统、电网气象系统和gis系统的运行信息；多源信息融合单元将获取到的信息数据进行融合，得到融合后的配电网、分布式电源和可调可控负荷的运行信息，并输出至状态估计单元和源荷预测单元；

源荷预测单元包括分布式电源预测模块和馈线级负荷预测模块；分布式电源预测模块基于融合后的网源荷运行信息中的电网气象系统信息、分布式电站微气象信息和分布式电源的历史与实时出力信息，预测得到分布式电源在未来设定时间段的发电能力预测数据；馈线级负荷预测模块利用数据挖掘算法从融合后网源荷运行信息中，提取与用户行为因素有关的馈线负荷变化量，进而建立考虑用户行为因素的馈线负荷预测模型，并利用建立的馈线负荷预测模型进行负荷预测；

源荷预测单元将负荷预测结果数据与分布式电源发电能力预测数据输出至配网潮流分析单元和状态估计单元；

状态估计单元基于接收到的融合后源荷网运行信息、负荷预测结果数据以及分布式电源发电能力预测数据，进行配电网状态估计，得到配电网状态评估结果，输出至配网潮流分析单元以及态势呈现可视化单元；

配网潮流分析单元基于接收到的数据进行配网潮流分析，将分析结果输出至风险分析及预警单元以及态势呈现可视化单元；

风险分析预警单元基于获取到的数据，采用多属性风险评价方法，对主动配电网的当前态和未来态进行评估，并通过比对动态预案故障集对各类运行场景的风险进行定量分析，然后根据分析结果对配电网的薄弱环节进行预警；

态势呈现可视化单元将接收到的数据予以显示。

实施例1

如图1所示，基于分布式监测和多源信息融合的主动配电网态势感知系统，包括多源信息融合单元、源荷预测单元、含分布式电源的配电网潮流分析单元、配电网状态估计单元、配电网风险分析及预警单元和态势呈现可视化单元。

多源信息融合单元，对分布式监测体系和数据交互总线的多类信息进行融合分析。其中，分布式监测体系架构如图2所示，分布式电源、可控负荷等一次系统设备的运行信息首先通过源网荷协调终端汇集，同时参与该层时间步长的实时控制。一定区域中的若干网源荷监测信息汇集至区域终端，为该级控制功能所使用。最终，全网部分必要监测信息通过区域终端送至主站。主动配电系统的监测内容依据其控制功能而定，图3中的表格列出主动配电系统态势感知所需的主要监测信息。

基于数据（信息）交互总线对目前电力公司的多元业务系统进行信息集成，如图4所示，多元业务系统包括配电自动化系统、营销负控系统、用电信息采集系统、ems系统、dms系统、pms系统、电网气象系统和gis系统等，进而实现对上级电源、分布式电源、微电网、储能、出线开关、分段/联络开关、无功电压调节器、公变/专变、电动汽车充电设施以及可控可调负荷等其他对象进行感知。

源荷预测单元，基于多源融合信息和用户行为预测，开展分布式电源预测和馈线级负荷预测。针对分布式电源预测，首先结合电网气象系统信息、分布式电源电站微气象信息和历史和实时出力信息，然后对分布式电源发电侧实时气象信息和发电运行信息进行监测和预测，最后对分布式电源发电能力进行未来72小时短期预测和0-4小时超短期预测。

针对馈线级负荷预测，首先调用分析电力公司关于历史馈线负荷数据，将配网负荷种类定义为三类：居民用电负荷、工业用电负荷和商业用电负荷。分析居民用电负荷、工业用电负荷及商业用电负荷的变化特性规律。并结合用户行为预测，然后应用数据挖掘技术，提取出与用户行为因素有关的馈线负荷变化量，并形成考虑用户行为因素的馈线负荷预测模型，从而实现馈线负荷的预测，包括短期系统负荷预测、短期母线负荷预测、超短期系统负荷预测、超短期母线负荷预测等。

配电网风险分析及预警单元，结合配电网的潮流和状态评估的结果，采用“安全性-稳定性-经济性”多属性风险评价方法，从而对主动配电网的当前态和未来态进行评估，然后比对动态预案故障集，对各类运行场景的风险进行定量分析，并且对配电网的最主要的薄弱环节进行预警。

态势呈现可视化单元，通过接入主动配电网管理系统的静态模型、实时数据和管理信息，态势呈现出多业务、多场景的各类信息，以整屏、高分关联形式一体地综合呈现，并采用主副屏，关联互动，全貌与细节并行显示。配电网运行态势感知显示主屏，如显示区域地理图、主要指标、分布式电源出力、电网状态、系统/设备风险、脆弱点、异常线路、重要用户等全局关键信息；配电网运行态势感知显示副屏，显示区域网络图、馈线组图、单线图、对应的自愈控制方案等。双屏间可关联互动，全局与细节并行显示。

基于分布式监测和多源信息融合的主动配电网态势感知系统的工作流程如下：

1）对分布式监测体系和数据交互总线的多类信息进行多源信息融合；

2）结合多源融合信息和用户行为预测，开展分布式电源预测和馈线级负荷预测；

3）根据实时量测数据和负荷预测数据，进行配电网状态估计；

4）结合源荷预测结果和配电网状态估计结果，进行含分布式电源的配电网潮流分析；

5）根据配电网的运行潮流和运行状态，利用多属性风险评估方法并且比对动态预案故障集，开展各类运行场景的风险定量分析和预警；

6）最后态势呈现出多业务、多场景的各类信息，采用主副屏，关联互动，全局与细节并行显示配电网运行状态和态势变化。

实施例2

本实施例为利用本发明的因光伏出力导致过电压的态势感知过程。过电压是由于光伏发电功率输出的突然上升引起的，被认为目前分布式光伏接入的主要问题。可以采用本发明的态势感知系统和方法解决此问题，态势感知过程如下：

步骤1：调用多源信息融合单元，通过分析分布式监测体系中分布式电源的出力以及配电自动化系统、ems系统和dms系统等相关节点电压值；

步骤2：调用源荷预测系统，0-4小时超短期预测光伏功率输出和超短期的馈线级负荷预测；

步骤3：根据实时量测数据和负荷预测数据，进行配电网状态估计，以获取目前的配电网运行状态；

步骤4：调用含分布式电源的配电网潮流分析，比较节点电压的上限和由于光伏输出功率下降所造成的过电压幅度，并计算出每个节点的过电压幅值裕度；

步骤5：调用配电网风险预警单元，综合分析过电压风险，对过电压幅值裕度的排序，校核出存在潜在过电压问题的关键节点，计算并验证区域内的可调资源是否能够用于降低光伏发电功率的变化；

步骤6：态势呈现出过电压问题的关键节点，给出调度人员直观的结果，并给出调整可行方案。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。