中国南方电网可视化技术的最新研究进展与实践

中国南方电网可视化技术的最新研究进展与实践

王庆红1，高文建2，赵敏2，马玉林3

（1.广西电力设计院数字电网研究中心，广西南宁市530023；

2.广西电力调度通信中心，广西南宁市530023；

3.广西电网公司，广西南宁市 530023）Progress and Practice of Study on China South Grid Visualization Technology

WANG Qing-hong1,GAO Wen-jian2,ZHAO Min2,MA Yu lin3

（1.Digital Power Grid Research Center, GXED, Nanning 530023, China;

2.Guangxi Electric Power Dispatching Center,Nanning 530023,China;

3.Guangxi Electric Power Grid Corporation ,Nanning 530023,China）

Abstract:The South China Power Grid transmits power by long distance, bulk capacity, and ultra-high voltage. It is the only power grid which integrates AC/DC operation in China, and this type of power grid is quite unusual throughout the world. There are many DC transmission lines connected to Guangdong Power Grid. South China Power Grid has become on of the power grids with the most complicated structure, the highest science & technology level, the most compact connection, and the highest difficulty to operate safely and stably in China. It is also one of the power grids which first implements the “West-to-East Power Transmission”, and has the largest power transmission scale and the best economy profit. Deregulation, unbalance of region source structure and appearance of new technologies male power systems more Complex, even more data (technical and economical) are generated, and power systems are operated closer to their limit. Entities concerning grid characteristics have changed and increased also, It is urgent to construct a new operating state visualizing platform by using power system analysis methods, numerical analysis methods and computer data processing and visualizing technique in order to display the data animatedly, clearly and sharedly is the challenge of grid visualization. The paper introduces the globally status quo of the grid visualization research, and visualization and its application of China south grid was also presented in detail.

Key words: power systems; grid visualization; CSG (China South grid).

摘要：南方电网远距离、大容量、超高压输电，是国内唯一，世界上少有的交直流混合运行电网，多条直流同时馈入广东电网，南方电网已成为国内结构最复杂、科技含量最高、联系最紧密、安全稳定运行难度最大的电网，也是西电东送起步最早、送电规模最大、效益最好的电网。市场化、地区能源结构不平衡和新技术的不断涌现，使得电力系统愈加复杂，数据激增，运行更趋于极限。关心系统运行特性的机构也有所变化和增加。如何利用现有的系统分析技术、数值分析理论、计算机数据处理和显示技术构成新的运行状态可视化平台，进而生动、明了地显示系统运行信息并予以共享，已成为亟待解决的问题，也是电网可视化技术要解决的核心问题，文中详细阐述了国内外这方面的研究情况以及南方电网在这方面的最新研究进展和工程实施情况。

关键词：电力系统；电网可视化；分岔；中国南方电网

1 引言

南方电网远距离、大容量、超高压输电，是国内唯一，世界上少有的交直流混合运行电网，多条直流同时馈入广东电网，既有电触发、光触发直流技术，又有可控串补、超导电缆等世界顶尖技术。南方电网已成为国内结构最复杂、科技含量最高、联系最紧密、安全稳定运行难度最大的电网，也是西电东送起步最早、送电规模最大、效益最好的电网。南方电网用电需求强劲，长距离大容量输电网络发展迅速，电网安全问题十分复杂，面临着一系列技术和管理的挑战。

在目前西电东送大电网的格局下，南方电网安全稳定性要求很高，对于这样一个庞大的复杂电力系统，我们面临的巨大挑战是如何克服现有的电网规划手段和调度中心能量管理系统（EMS）的致命弱点，找到一种直观有效的可视化技术来深层次挖掘并展示枯燥的大量电网规划数据和运行信息以及事关系统运行稳定与否的安全隐患，从而使领导决策层或电网规划和调度运行人员能够直观快速地对系统的状态进行分析评估，准确分析系统存在的缺陷和精确定位事故情况下的系统运行状态，进而采取切实可行网络优化方案和控制措施保证电网的运行的充裕性和安全性。

随着南方电网的飞速发展，新情况、新问题的不断涌现，这使得对电力系统运行状态可视化研究的要求越来越迫切，具体体现在如下几个方面[1-29]：

（1）规划不确定性因素增加

电力系统的市场化运营使得传统的电网规划工具难以胜任现代大型复杂电网的规划工作，如负荷预测、电源建设等的不确定性因素导致规划设计的网架方案的不能很好地适应国民经济发展的需要。

（2）系统压极限状态重载运行

出于经济性考虑，现在电力系统一般都运行于稳定极限附近，尤其是在资金短缺的我国，该现象更加明显。这就要求系统运行人员对出现的问题快速反应，否则后果难以想象。

（3）系统规模急剧增大和新技术不断涌现

随着各种技术的改进和新技术的出现，由于地区能源资源的不平衡，系统广泛互联以追求运行的经济性。特别是电力系统商业化运营的引入，为追求经济性，大范围的功率输送越来越多，这使得运行控制的范围越来越大，系统成员种类日趋繁杂，系统控制难度也越来越大；电力市场化运作，大量经济类数据不断涌现以及各种技术的改进和新技术的出现，潮流控制复杂多变。即使对经验丰富的计算人员来说，从电力系统动态过程的在线监测数据或仿真计算生成的大量间数据和结果数据中获取对系统动态过程全景的整了解也并非易事。

（4）电网运行的海量数据和事故的隐蔽性

为了提高电力系统运行质量，能量管理系统(EMS)正朝着数据采集周期更短的方向发展，全球定位系统（GPS）、同步相量测量等技术的发展成熟，使得高速同步采集电力系统数据成为可能，数据越来越多，EMS高级应用软件的不断完善和计算机计算速度的不断提升，信息爆炸，需要了解关注的信息越来越多。

电力系统是个庞大的系统，它的运行状态复杂多变，调度人员在工作需要处理大量数据，由于人对图形和图像的感知能力很强，借助于可视化技术将海量的数据信息转换为直观的图像或图像信息，可以大大提高对电力系统运行状态的理解。

如何利用现有的系统分析技术、数值分析理论、计算机数据处理和显示技术构成新的运行状态可视化平台，已成为南方电网迫切需要解决的问题，本文结合笔者在广西电网、云南电网、贵州电网和海南电网可视化规划、调度运行和控制方面的一些具体工程应用，介绍了我院和国外合作研发电力系统可视化分析程序的一些情况，并展望了南方电网可视化技术的应用情景，以期达到抛砖引玉和实践推广的目的。

2 电力系统可视化技术

电力科学作为一门工程科学，面临着这样的矛盾：数据的采集能力不断提高，数据量越来越大，但是这些数据侧重于供实时监视和控制使用，要利用这些数据进行科学研究尚缺乏有力的处理和分析工具。另外一方面，传统的基于仿真的研究也需要加以改进，以加深研究者对仿真结果的理解，方便对数据模型的调整并观察其效果，从而揭示内在规律，有些无法用语言或列表表示的信息也只能借助可视化手