大电网保护联盟开发开源的同步向量分析软件

【摘自：tdworld.com，点击查看原文】

在对2003年8月14日中西部/东北部地区大停电的调查中，显然我们需要更高分辨率的同步数据进行事件分析。从那以后，同步向量测量的广泛应用为事后分析和电网的运行和控制提供了更深入的见解。同步向量是来自向量测量单元（PMU）的精确网络对时数据。以高采样率（通常每秒30个观测值）进行测量，比传统的SCADA技术快100倍以上。对这些数据的分析可以揭示事故振荡和自然振荡的发生过程，以更好地观察分布式能源（DER）供应。

2009年底，基于“美国复苏与再投资法案”，总计筹集了3亿美元的公共和私人投资，用于改善美国的同步向量测量系统。同时，成立了一个大电网保护联盟（GPA），作为非营利实体，为电力行业提供开源软件，同时维护由田纳西山谷电力局开发并开放的相关软件。该同步向量软件现已在北美和全球推出。

虽然规模很小，但GPA在电力行业和政府机构之间建立合作关系方面取得了一些重大成功。GPA目前正在与能源部（DOE）合作，开展双方合作的第四个重大项目，以推进电网安全和同步向量的使用，所有这些都以开源软件产品为核心。

GPA提供开源产品，包含采集（openPDC，SIEGate和substationSBG）、分配（Synchrophasor Stream Splitter和网关交换协议）、存储（openHistorian）、分析（openECA和PDQ-Tracker）同步向量数据。GPA目前正在与26个合作伙伴合作，其中包括12家公用事业公司和10家其他供应商，共同开发和演示一种新的协议，以更可靠，更高效地传输流式同步向量数据。在这些合作伙伴和美国能源部的资助下，今年年底将在西部和东部的互连电网中展示一项名为“流式遥测传输协议”或STTP的新协议。该协议的规范已在GitHub（www.github.com/sttp）上公开发布。

开源软件

开源软件构成了当今计算架构的重要组成部分，是构成企业软件系统的关键。使用开源软件，由于没有供应商或技术锁定，启动风险和成本都会降低，国土安全部认为由于“代码更透明”，因此它更安全。开源软件可以在做出商业承诺之前进行现场测试，并且可以很容易地适应不断变化的要求。

北美的SynchroPhasor计划（NASPI）和GPA的创始人之一Terry Boston表示“从一开始，我们在GPA的目标就是生产高质量的生产级系统，降低进入壁垒，促进新技术和新技术，如同步向量的广泛使用。为此，GPA软件可以获得许可的开源许可证，允许使用，修改和开发衍生产品。GPA产品的创新是快节奏和持续的，不受制于下一个软件版本规划的业务约束。技术正在快速发展，以至于公用事业行业陷入了软件功能和功能改进的风风雨雨之中，而这些改进将在十年中出现两到三次。”

作为快速发展的一个例子，我们与电力公司合作，我们发现了一个名为Grafana的相对较新的开源操作平台软件不仅具有处理大量高分辨率同步向量数据的性能， 而且还是一个“美观的分析和监控开放平台”。为此，GPA为openHistorian开发了Grafana插件，并与电力公司合作，为其他商用历史库部署了这一个插件。2018年1月，GPA发布了一个新版本的openHistorian，其中包括一个内部托管的网络服务器，以便使用Grafana，使得显示和操作向量数据就像将浏览器一样简单。

通过Grafana显示的同步向量数据

系统扰动分析

除了同步向量，GPA还开发了基于事件的系统扰动数据分析软件。从GPA扰动产品套件2012年开始实施以来，其主要目标是：（1）创建一个企业级工具，使电源质量和扰动数据可供许多公司业务部门使用;（2）通过GPA提供的分析工具或其他工具，实现扰动数据自动评估。随着机器学习等高级分析功能的出现，这种“易于集成”的GPA理念，变得越来越有价值。

GPA经过生产验证的、用来处理干扰数据的开源应用程序包括：（1）称为openMIC的现场数据采集系统;（2）称为openXDA的自动化引擎，用于分析和存储现场设备提供的事件和周期性数据;（3）称为Open PQ Dashboard的一个事件和周期数据的显示工具，这个工具主要由EPRI资助。

Open PQ Dashboard提供全景的干扰数据视图

网络解决方案框架

网络解决方案框架（GSF）是GPA产品的基础代码库，拥有超过860,000行实际代码和225,000行结构化注释，涵盖超过75个程序集。

GPA将尽可能多的代码放置在共享的GSF组件中，而在各个GPA产品中尽可能减少代码。这种设计理念使得所有GPA产品都能从核心升级中受益，建立在被广泛测试和使用的基础代码之上，从而提高软件质量和降低成本。

商业模式

GPA是一家小型软件开发公司，专门为电力行业开发生产级开源软件。GPA收入主要来自这些软件开发服务，由公用事业部门或政府和研究机构提供资金。GPA还为所有产品的电力公司提供维护服务。

下一步计划

GPA将继续与电力公司合作，改进和扩展我们的同步向量和扰动分析产品，因为我们将继续寻找开源软件的新途径，为公用事业技术的进步做出贡献。例如，我们相信同步向量测量可以在确保在自然灾害、网络攻击或物理攻击可能引起的紧急情况下，保持关键的电网基础设施（CIP）的控制能力方面发挥重要作用。要做到这一点，变电站层面需要功能更强大的软件工具，以支持运营商将电力服务管理到隔离的区域。此外，还需要一个三级控制平台来为平衡区域和可靠性协调员提供关键的情景信息和开环控制。

例如，更多的公用事业机构正在从高级分析中寻求价值，例如机器学习。GPA希望使数据科学家能够更轻松地使用他们的标准机器学习工具套件，以及访问GPA产品提供的数据层。二十一世纪的数字经济将要求电网更加可靠，稳健而有弹性。随着政府和行业从可靠性电网向弹性电网的飞跃，数据挖掘和大数据将成为构建未来控制系统和电网的重中之重。

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