本發明涉及主動配電系統運行控制技術領域，特別是一種基于分布式監測和多元信息融合的主動配電網態勢感知系統。

背景技術：

隨著大規模分布式電源、電動汽車、柔性負荷及儲能設備高密度接入配電網，配電網由“無源”變為“有源”，潮流由“單向”變為“多向”，這給配電網運行都帶來不確定性風險，加快配電網智能化和主動化轉型的升級任務非常緊迫，主動配電網技術的出現為解決上述問題提供了可能。

由于缺乏源網荷的全局感知和時間尺度的態勢預警，目前的配電網運行不能達到主動配電網的要求協調運行、主動控制和主動管理。實現主動配電網的網源荷協調運行和主動控制的前提條件是保證配電網的可觀測性，然而目前配電自動化系統僅對整條饋線的運行狀況進行監控，全場景監測數據較少，并且隨著分布式可再生能源和電動汽車的大量接入，其隨機性和間歇性給配電網運行帶來諸多風險，這要求具有一定時間尺度上的可觀性。構建有效的主動配電網態勢感知系統，增強對主動配電系統的態勢感知能力已成為當前熱點。

技術實現要素：

本發明的目的是提出一種基于分布式監測和多源信息融合的主動配電網態勢感知系統，通過分布式監測技術實現配電網非電量信息（設備運行狀態、環境參數等）、分布式電源和多元化負荷運行狀態的空間全面感知，并基于多源信息融合技術的配電網態勢感知，實現對電網當前安全態勢的準確掌握，并對未來風險進行預警，進而實現對配電網時空多維運行狀態全景感知和配電網態勢預警，提升主動配電網運行狀態的感知能力和風險預警能力。

本發明采取的技術方案為：一種基于分布式監測和多源信息融合的主動配電網態勢感知系統，包括多源信息融合單元、源荷預測單元、配網潮流分析單元、配電網狀態估計單元、配電網風險分析及預警單元，和態勢呈現可視化單元；

多源信息融合單元通過分布式監測體系采集配電網、分布式電源和可調可控負荷的運行信息，通過數據交互總線獲取包括配電自動化系統、營銷負控系統、用電信息采集系統、ems系統、dms系統、pms系統、電網氣象系統和gis系統的運行信息；多源信息融合單元將獲取到的信息數據進行融合，得到融合后的配電網、分布式電源和可調可控負荷的運行信息，并輸出至狀態估計單元和源荷預測單元；

源荷預測單元包括分布式電源預測模塊和饋線級負荷預測模塊；分布式電源預測模塊基于融合后的網源荷運行信息中的電網氣象系統信息、分布式電站微氣象信息和分布式電源的歷史與實時出力信息，預測得到分布式電源在未來設定時間段的發電能力預測數據；饋線級負荷預測模塊利用數據挖掘算法從融合后網源荷運行信息中，提取與用戶行為因素有關的饋線負荷變化量，進而建立考慮用戶行為因素的饋線負荷預測模型，并利用建立的饋線負荷預測模型進行負荷預測；

源荷預測單元將負荷預測結果數據與分布式電源發電能力預測數據輸出至配網潮流分析單元和狀態估計單元；

狀態估計單元基于接收到的融合后源荷網運行信息、負荷預測結果數據以及分布式電源發電能力預測數據，進行配電網狀態估計，得到配電網狀態評估結果，輸出至配網潮流分析單元以及態勢呈現可視化單元；

配網潮流分析單元基于接收到的數據進行配網潮流分析，將分析結果輸出至風險分析及預警單元以及態勢呈現可視化單元；

風險分析預警單元基于獲取到的數據，采用基于vague模糊集的多屬性風險評價方法，對主動配電網的當前態和未來態進行評估，并（通過比對動態預案故障集）對各類運行場景的風險進行定量分析，然后根據分析結果對配電網的薄弱環節進行預警；

態勢呈現可視化單元將接收到的數據予以顯示。

優選的，所述配電網中可控可調負荷對象包括上級電源、分布式電源、微電網、儲能、出線開關、分段/聯絡開關、無功電壓調節器、公變/專變和電動汽車充電設施。

優選的，源荷預測單元中的分布式電源預測模塊輸出的發電能力預測數據包括未來72小時短期預測數據和0-4小時超短期預測數據。

優選的，源荷預測單元利用并行隨機森林算法建立考慮用戶行為因素的饋線負荷預測模型，以進行負荷預測。

優選的，源荷預測單元中的饋線級負荷預測模塊利用饋線負荷預測模型預測的饋線負荷，包括未來72小時短期系統負荷預測、未來72小時短期母線負荷預測、0-4小時超短期系統負荷預測以及0-4小時超短期母線負荷預測。

優選的，狀態估計單元基于接收到的融合后源荷網運行信息、負荷預測結果數據以及分布式電源發電能力預測數據，利用卡爾曼濾波算法進行配電網狀態估計。得到的配電網狀態評估結果包括配電網可靠運行、潛在風險、趨勢預測等方面結果。

優選的，配電網潮流分析單元進行的配電網潮流分析包括：比較配網中各節點電壓的上限，以及由于光伏輸出功率下降所造成的過電壓幅度，并計算出每個節點的過電壓幅值裕度。

優選的，風險分析預警單元結合配電網的潮流分析和狀態評估結果，采用基于vague模糊集的多屬性（安全性-穩定性-經濟性）風險評價方法，對主動配電網的當前態和未來態進行評估，然后將評估結果與動態預案故障集進行比對，對各類運行場景的風險進行定量分析，根據風險定量分析結果對配電網的最主要薄弱環節進行預警。所述各類運行場景包括重載、越限和故障等運行場景。所述配電網最主要薄弱環節利用風險評估方法排序得出，為現有技術。

優選的，態勢呈現可視化單元輸出的信息包括對應多個業務和多個運行場景的信息，信息包括地理接線圖、電氣指標、分布式電源出力、電網狀態和系統/設備風險數據；顯示界面包括主顯示界面和副顯示界面，主顯示界面顯示包括區域全貌地理圖、主要指標、分布式電源出力、電網狀態、系統/設備風險、脆弱點、異常線路和重要用戶的全局信息；副顯示界面顯示包括區域網絡圖、饋線組圖、單線圖和對應的控制方案的信息。主顯示界面與副顯示界面雙屏間可關聯互動，如將風險點通過主屏突出，通過副屏詳細展現并提供控制方案，從而并行顯示配電網運行狀態和態勢變化。

本發明還公開一種基于分布式監測和多源信息融合的主動配電網態勢感知方法，包括：

s1，通過分布式監測體系采集配電網、分布式電源和可調可控負荷的運行信息，通過數據交互總線獲取包括配電自動化系統、營銷負控系統、用電信息采集系統、ems系統、dms系統、pms系統、電網氣象系統和gis系統的運行信息；將上述采集獲取到的信息數據進行融合，得到融合后的配電網、分布式電源和可調可控負荷的運行信息；

s2，基于融合后的配電網、分布式電源和可調可控負荷的運行信息，預測得到分布式電源在未來設定時間段的發電能力預測數據；

利用數據挖掘算法從融合后網源荷運行信息中，提取與用戶行為因素有關的饋線負荷變化量，進而建立考慮用戶行為因素的饋線負荷預測模型，并利用建立的饋線負荷預測模型進行負荷預測；

s3，基于s1得到的融合后源荷網運行信息和s2得到的負荷預測結果數據以及分布式電源發電能力預測數據，進行配電網狀態估計，得到配電網狀態評估結果；

s4，基于s2得到的負荷預測結果數據以及分布式電源發電能力預測數據，和s3得到的配電網狀態評估結果，進行含分布式電源的配電網潮流分析，得到配電網潮流分析結果；

s5，基于配電網潮流分析結果，利用多屬性風險評估方法對主動配電網的當前態和未來態進行評估，并對各類運行場景的風險進行定量分析，然后根據風險分析結果對配電網的薄弱環節進行預警；

s6，將s3得到的配電網狀態評估結果、s4得到的配電網潮流分析結果，以及s5得到的風險分析結果和預警信息，通過顯示界面進行顯示。

有益效果

本發明通過分布式監測體系和數據交互總線的多類信息進行融合，有效集成目前電力公司的多元業務系統（包括配電自動化系統、營銷負控系統、用電信息采集系統、ems系統、dms系統、pms系統、電網氣象系統和gis系統等），實現配電網非電量信息（設備運行狀態、環境參數等）、分布式電源和多元化負荷運行狀態的空間全面感知；并采用配電網態勢感知技術，實現對電網當前安全態勢全面掌握，并對未來風險進行預警，進而實現對配電網時空多維運行狀態全景感知和配電網態勢預警，從而有效提升配電網運行狀態的感知能力和風險預警能力，并保障實際主動配電網示范工程的運行可靠性與經濟性。

即，本發明可實現對配電網源網荷的全局感知和時間尺度的態勢預警，可以從空間感知和時間感知兩方面，提高配電網時空多維運行狀態全景感知和配電網態勢預警的能力。

附圖說明

圖1是本發明系統構成示意及工作流程圖；

圖2是基于數據交互總線的電力公司多元業務系統信息集成示意圖；

圖3是分布式監測體系架構示意圖；

圖4是本發明中主動配電系統態勢感知的監測信息表。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例進一步描述。應當理解，此處所描述的具體實施案例僅用以解釋本發明，并不用于限定發明。

如圖1，本發明基于分布式監測和多源信息融合的主動配電網態勢感知系統，包括多源信息融合單元、源荷預測單元、配網潮流分析單元、配電網狀態估計單元、配電網風險分析及預警單元和態勢呈現可視化單元；

多源信息融合單元通過分布式監測體系采集配電網、分布式電源和可調可控負荷的運行信息，通過數據交互總線獲取包括配電自動化系統、營銷負控系統、用電信息采集系統、ems系統、dms系統、pms系統、電網氣象系統和gis系統的運行信息；多源信息融合單元將獲取到的信息數據進行融合，得到融合后的配電網、分布式電源和可調可控負荷的運行信息，并輸出至狀態估計單元和源荷預測單元；

源荷預測單元包括分布式電源預測模塊和饋線級負荷預測模塊；分布式電源預測模塊基于融合后的網源荷運行信息中的電網氣象系統信息、分布式電站微氣象信息和分布式電源的歷史與實時出力信息，預測得到分布式電源在未來設定時間段的發電能力預測數據；饋線級負荷預測模塊利用數據挖掘算法從融合后網源荷運行信息中，提取與用戶行為因素有關的饋線負荷變化量，進而建立考慮用戶行為因素的饋線負荷預測模型，并利用建立的饋線負荷預測模型進行負荷預測；

源荷預測單元將負荷預測結果數據與分布式電源發電能力預測數據輸出至配網潮流分析單元和狀態估計單元；

狀態估計單元基于接收到的融合后源荷網運行信息、負荷預測結果數據以及分布式電源發電能力預測數據，進行配電網狀態估計，得到配電網狀態評估結果，輸出至配網潮流分析單元以及態勢呈現可視化單元；

配網潮流分析單元基于接收到的數據進行配網潮流分析，將分析結果輸出至風險分析及預警單元以及態勢呈現可視化單元；

風險分析預警單元基于獲取到的數據，采用多屬性風險評價方法，對主動配電網的當前態和未來態進行評估，并通過比對動態預案故障集對各類運行場景的風險進行定量分析，然后根據分析結果對配電網的薄弱環節進行預警；

態勢呈現可視化單元將接收到的數據予以顯示。

實施例1

如圖1所示，基于分布式監測和多源信息融合的主動配電網態勢感知系統，包括多源信息融合單元、源荷預測單元、含分布式電源的配電網潮流分析單元、配電網狀態估計單元、配電網風險分析及預警單元和態勢呈現可視化單元。

多源信息融合單元，對分布式監測體系和數據交互總線的多類信息進行融合分析。其中，分布式監測體系架構如圖2所示，分布式電源、可控負荷等一次系統設備的運行信息首先通過源網荷協調終端匯集，同時參與該層時間步長的實時控制。一定區域中的若干網源荷監測信息匯集至區域終端，為該級控制功能所使用。最終，全網部分必要監測信息通過區域終端送至主站。主動配電系統的監測內容依據其控制功能而定，圖3中的表格列出主動配電系統態勢感知所需的主要監測信息。

基于數據（信息）交互總線對目前電力公司的多元業務系統進行信息集成，如圖4所示，多元業務系統包括配電自動化系統、營銷負控系統、用電信息采集系統、ems系統、dms系統、pms系統、電網氣象系統和gis系統等，進而實現對上級電源、分布式電源、微電網、儲能、出線開關、分段/聯絡開關、無功電壓調節器、公變/專變、電動汽車充電設施以及可控可調負荷等其他對象進行感知。

源荷預測單元，基于多源融合信息和用戶行為預測，開展分布式電源預測和饋線級負荷預測。針對分布式電源預測，首先結合電網氣象系統信息、分布式電源電站微氣象信息和歷史和實時出力信息，然后對分布式電源發電側實時氣象信息和發電運行信息進行監測和預測，最后對分布式電源發電能力進行未來72小時短期預測和0-4小時超短期預測。

針對饋線級負荷預測，首先調用分析電力公司關于歷史饋線負荷數據，將配網負荷種類定義為三類：居民用電負荷、工業用電負荷和商業用電負荷。分析居民用電負荷、工業用電負荷及商業用電負荷的變化特性規律。并結合用戶行為預測，然后應用數據挖掘技術，提取出與用戶行為因素有關的饋線負荷變化量，并形成考慮用戶行為因素的饋線負荷預測模型，從而實現饋線負荷的預測，包括短期系統負荷預測、短期母線負荷預測、超短期系統負荷預測、超短期母線負荷預測等。

配電網風險分析及預警單元，結合配電網的潮流和狀態評估的結果，采用“安全性-穩定性-經濟性”多屬性風險評價方法，從而對主動配電網的當前態和未來態進行評估，然后比對動態預案故障集，對各類運行場景的風險進行定量分析，并且對配電網的最主要的薄弱環節進行預警。

態勢呈現可視化單元，通過接入主動配電網管理系統的靜態模型、實時數據和管理信息，態勢呈現出多業務、多場景的各類信息，以整屏、高分關聯形式一體地綜合呈現，并采用主副屏，關聯互動，全貌與細節并行顯示。配電網運行態勢感知顯示主屏，如顯示區域地理圖、主要指標、分布式電源出力、電網狀態、系統/設備風險、脆弱點、異常線路、重要用戶等全局關鍵信息；配電網運行態勢感知顯示副屏，顯示區域網絡圖、饋線組圖、單線圖、對應的自愈控制方案等。雙屏間可關聯互動，全局與細節并行顯示。

基于分布式監測和多源信息融合的主動配電網態勢感知系統的工作流程如下：

1）對分布式監測體系和數據交互總線的多類信息進行多源信息融合；

2）結合多源融合信息和用戶行為預測，開展分布式電源預測和饋線級負荷預測；

3）根據實時量測數據和負荷預測數據，進行配電網狀態估計；

4）結合源荷預測結果和配電網狀態估計結果，進行含分布式電源的配電網潮流分析；

5）根據配電網的運行潮流和運行狀態，利用多屬性風險評估方法并且比對動態預案故障集，開展各類運行場景的風險定量分析和預警；

6）最后態勢呈現出多業務、多場景的各類信息，采用主副屏，關聯互動，全局與細節并行顯示配電網運行狀態和態勢變化。

實施例2

本實施例為利用本發明的因光伏出力導致過電壓的態勢感知過程。過電壓是由于光伏發電功率輸出的突然上升引起的，被認為目前分布式光伏接入的主要問題。可以采用本發明的態勢感知系統和方法解決此問題，態勢感知過程如下：

步驟1：調用多源信息融合單元，通過分析分布式監測體系中分布式電源的出力以及配電自動化系統、ems系統和dms系統等相關節點電壓值；

步驟2：調用源荷預測系統，0-4小時超短期預測光伏功率輸出和超短期的饋線級負荷預測；

步驟3：根據實時量測數據和負荷預測數據，進行配電網狀態估計，以獲取目前的配電網運行狀態；

步驟4：調用含分布式電源的配電網潮流分析，比較節點電壓的上限和由于光伏輸出功率下降所造成的過電壓幅度，并計算出每個節點的過電壓幅值裕度；

步驟5：調用配電網風險預警單元，綜合分析過電壓風險，對過電壓幅值裕度的排序，校核出存在潛在過電壓問題的關鍵節點，計算并驗證區域內的可調資源是否能夠用于降低光伏發電功率的變化；

步驟6：態勢呈現出過電壓問題的關鍵節點，給出調度人員直觀的結果，并給出調整可行方案。

本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統、或計算機程序產品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質（包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學存儲器等）上實施的計算機程序產品的形式。

本申請是參照根據本申請實施例的方法、設備（系統）、和計算機程序產品的流程圖和／或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現流程圖和／或方框圖中的每一流程和／或方框、以及流程圖和／或方框圖中的流程和／或方框的結合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用于實現在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用于實現在流程圖一個流程或多個流程和／或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。