电网态势感知技术国内外发展情况综述

电网态势感知技术国内外发展情况综述摘要：电网态势感知技术是一项新兴的技术理念，在广域数据采集、电力调度、输配电运行管理等领域具有广泛应用前景，可有效提升电力系统的可见性，及时发现系统的薄弱环节和存在的威胁，并借由强大的数据分析和决策支持能力，提高电力系统运行决策的及时性和准确性。物联网技术和大数据技术分别为态势感知系统提供广域数据采集和高级数据分析手段，是态势感知系统发挥作用的基础保证。本文介绍了态势感知概念的起源及在多个领域的应用现状，归纳分析国内外电力系统基于该技术的研究与实践，重点提出了态势感知技术中的可视化、预警和决策支持理念对于智能电网建设、电网安全稳定运行的重要作用。

关键词：智能电网态势感知物联网

态势感知技术是在大规模系统环境中，对能够引起系统态势发生变化的要素进行获取、理解、显示、预测未来发展趋势等活动的一种技术，提供了对复杂系统决策和操作的基础，强调基于数据的对系统内外环境的宏观认识和综合分析，接近生物的智能认知过程。态势感知技术应用于电力系统，可促进电网自动化各系统应用功能的融合，显著提升电力系统的智能化水平，有效提高电网运行效率，为电网安全稳定运行提供有力保障，其“预测能力”和“决策支持能力”，是实现真正智能电网所不可或缺的重要组成部分。

针对这一在电力系统运行决策中具有广泛应用前景的先进技术，科技情报室开展了广泛的国内外情况调研，汇总形成调研报告，就态势感知技术的起源、国

内外发展现状、在电力系统中的应用，以及实现态势感知的物质基础——物联网技术，进行简要介绍，供各位领导决策参考。

一、“态势感知”概念的起源与发展

态势感知（Situation Awareness）这一概念源于航天飞机的人因研究，美国德州理工大学的Mica R. Endsley教授在1988年发表的《Situation Awareness information requirements for commercial airline pilots》一文中首次明确提出这一概念，并定义为：在特定的时间和空间下，对环境中各元素或对象的觉察、理解以及对未来状态的预测。同时提出了适用于自动化及人机接口系统的态势感知过程，并将态势感知的信息处理过程分为三个阶段，概念化模型如图1所示。

觉察（Preception）：检测和获取环境中的重要线索或元素，这是态势感知的基础的一步；

理解（Comprehension）：整合觉察到的数据和信息，分析其相关性；

预测（Projection）：基于对环境信息的感知和理解，预测未来的发展趋势，这是态势感知中最高层次的要求。

图1 Endsley最初的态势感知三级模型

1994年，美国学者Dominguez引入可视化理念，把态势感知的基本定义扩展为4个阶段：感知、理解、展示、预测。态势感知的概念基本定型。

2000年，随着该技术理论研究的不断发展，Endsley在其态势感知三级模型

的基础上，又明确地提出人对环境中有关成分的感知是形成态势感知的基础，决策、动作、执行被看成是与态势感知不同的阶段。人们态势感知的活动不是一成不变的，这可能与内在能力、经验和练习程度有关；另外，人们的某种目的与计划也可能使对环境的感知和分析受到影响；任务系统与环境中的其它因素（如工作负荷、压力、系统复杂性等）对态势感知也产生重要的影响。并据此提出动态决策态势感知模型（图2）。

图2 动态决策态势感知模型

态势感知之所以越来越成为一项热门研究课题，是因为态势感知提供了对复杂系统决策和操作的基础，只有正确地感知环境状态，才能对操作对象提供下一正确的决策依据，与单一物理量的测量科技相比较，态势感知强调对系统内外环境的宏观认识，它的概念更加接近生物的智能认识过程。

二、态势感知技术的发展现状

态势感知最早运用于太空、军事等领域，目前在智能交通、计算机网络等方面的应用也逐渐成熟。

2.1 太空及军事领域

实现“态势感知”，是西方科技强国在太空和军事领域的重要发展方向，近年来投入大量资源进行该技术的研发。欧美国家研发的态势感知系统主要是以光电监测为主的战术信息系统、导弹预警系统（反导态势感知系统）和太空飞行物监测系统。

美国高度重视太空态势感知技术的军事应用，有明确清晰的太空政策、战略、概念、机制、方法、技术和设施，是当前世界上空间态势感知技术能力最强的国家。90年代中期以来，太空（空间）态势感知能力要求不断提高，2002年美国国家战略中更是将其定位为美国必须拥有的三大能力之一。美国空军太空司令部（AFSPC）提出了太空态势感知的四大支柱为：信息描述、数据综合与利用、威胁预警和攻击报告。目前，美国已建成一个由31部雷达和光学探测器组成，遍布全球16个地点的地基空间监视网，计划或新建中的空间监视系统包括“空间监视望远镜”计划、“深空观察雷达”计划等地基空间监视系统，以及天基空间监视系统和轨道深空成像系统、天基红外预警系统等，整体目标均是为了增强高轨道目标的探测跟踪能力，提供更小的成像能力并实现早期预警。

欧盟太空态势感知系统的目标是提供及时、高质量的太空环境、威胁和外层空间探测信息，保证空间系统的可用性，代表性的太空态势感知系统的是侦察卫星星座、导弹预警卫星：2008年欧洲雷达成像侦察卫星星座“合成孔径雷达-放大镜”（SAR-LUPE）完成组网，实现了全天候、全天时成像，并且拥有更高的分辨率、更快的图像获取与分发能力；法国、德国、比利时、西班牙和希腊共同研发的“多国天基成像系统”（MUSIS）将用于监视、侦察和观测；欧空局计划启动“太空态势感知”将使用欧洲现有的地面雷达和光学仪器，更有效地监控欧

洲上空的轨道动向，并研究太空气候环境对卫星的影响。

2.2 智能交通领域

智能交通建设是目前世界各国城市建设面临的重要课题，虽然各地具体采用的技术手段可能有所不同，但目标基本相同，即实现道路的信息获取、画面实时监控并进行一定的预判、引导，其基本思想与“态势感知”理念相同。

1）澳大利亚

澳大利亚是世界上较早从事智能交通控制技术研究的国家之一，目前已拥有多套先进的智能交通运输、控制系统。

最优自动适应交通控制系统（SCATS）：具有自动适应交通条件变化的能力，通过大量设在路上的传感器以及视频摄像机随时获取道路车流信息。通过车载的ANTTS电子标签与设在约200个交叉路口处的询问器通话，能够计算旅行时间并对交通网的运行情况进行判断。

远程信号控制系统（Vic Roads）：交通控制与通信中心不仅使用SCATS系统进行交通信号灯控制，而且还采用交通拨号系统进行事故检测和信息的收集发布工作，该系统通过普通的电话线能够连接到偏远的受控交通灯，监测这些信号灯的状态改变它们的参数，为偏远路口的信号控制提供了便利。

视频数据获取系统运用视频摄像机监测、识别和计算交通量，通过自动辩识车牌号码来对重型车辆监测、分类、识别，数据可被送到重型车辆监测站进行对照，能监测到超速车辆、强制停运的车辆。

驾驶时间预测系统通过使用交通拥挤与事故检测系统估计车辆到达下一个出口的时间，从而判断出交通拥挤程度，并在道路入口处显示即将到来的驾驶员。