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电网态势感知技术国内外发展情况综述.doc
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电网态势感知技术国内外发展情况综述.doc
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电网态势感知技术国外发展情况综述
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
室开展了广泛的国外情况调研,汇总形成调研报告,就态势感知技术的起源、
国外发展现状、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()这一概念源于航天飞机的人因研究,
美 国 理 工 大 学 的 教 授 在 年 发 表 的 《
》
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 所示。
觉察(): 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(): 整合觉察到的数据和信息,分析其相关性;
预测( ): 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 最初的态势感知三级模型
! 年,美国学者 "#$ 引入可视化理念,把态势感知的基本定
义扩展为 ! 个阶段:感知、理解、展示、预测。态势感知的概念基本定型。
%&&& 年,随着该技术理论研究的不断发展, 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 %)。
图 % 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
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。
%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。& 年代中期以来,太空(空间)态势感知能力要求不断提高,
%&&% 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(')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 ( 部雷达和
光学探测器组成,遍布全球 ) 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:%&& 年欧洲雷达成像侦察卫星星座“合成孔径雷
达*放大镜”(*+,)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”(,-)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。
%%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(.):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 /.. 电子标签与设在约 %&& 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( 0 ) : 交 通 控制 与 通 信 中 心不 仅 使 用
. 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。
2)新加坡
新加 坡的 高速 公路 监控 和 交通 信息 发布 采用 了 ( 1
#23)对其进行管理。 系统由交通管理系
统、车辆检测系统、自动事故检测系统、交通信息诱导系统组成,目标是提供
实时的交通信息和对交通事故的快速响应。
系统通过实时监控高速公路上的交通情况,对汽车驾驶员提供秒级
的交通信息,达到以下目标:提高道路安全,减少交通事故,缩短由于交通事
故(包括车辆故障)所引起的延误;提高高速公路的通行能力,优化交通流量,
提供一个更有效的交通道路系统。整个系统全面展现了态势感知技术的获取、
理解、显示、预测过程。
%(网络与信息安全领域
年,美国空军通信和信息中心的 .4 首次提出了网络态势感
知(5)这个概念,包含了两层含义:)
实时地根据网络安全设备的告警信息及其他信息,进行关联归并、数据融合等
操作,实时反映网络实际的运行状况;5) 根据历史数据进行一定的离线分析,
采用一定手段对潜在可能的威胁进行预测。
该领域研究比较有代表性的有:4 提出应用多传感器数据融合建立网络
空间态势感知的框架,通过推理识别入侵者身份、速度、威胁性和入侵目标,
进而评估网络空间的安全状态;67 采用本体论对网络安全态势感
知相关概念进行了分析比较研究,并提出基于模块化的技术无关框架结构。
同时,国外很多研究机构也已开始着手研制网络安全态势感知系统和工具。
美国国家能源研究科学计算中心(/)所领导的劳伦斯伯克利国家实验室
于 %&&( 年开发了“.#58系统,在三维空
间中用点来表示网络流量信息,极提高了网络安全态势感知能力; %&&9 年,
,:- 领导的 .:/ 开发了 -+;,旨在对大规模网络安全态势状况
进行实时监控,在潜在的、恶意的网络行为变得无法控制之前进行识别、防御、
响应以及预警,给出相应的应对策略,该系统通过多种策略对大规模网络进行
安全分析,并能在保持较高性能的前提下提供整个网络的安全态势感知能力;
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