淺析電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)智能告警

江蘇省電力公司鹽城供電公司 江蘇鹽城 224005

摘要：隨著特高壓電網(wǎng)建設(shè)以及新能源高速發(fā)展，國(guó)家電網(wǎng)提出了特大電網(wǎng)一體化高效運(yùn)行的發(fā)展要求。因此電網(wǎng)運(yùn)行特性發(fā)生了變化，需要針對(duì)現(xiàn)有調(diào)度實(shí)時(shí)監(jiān)控中各個(gè)業(yè)務(wù)的告警信息進(jìn)行綜合處理，以提高調(diào)度對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的整體感知能力，以及應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障的緊急處置能力。

關(guān)鍵詞：綜合告警；在線故障診斷；智能告警；可視化

0 引言

近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了中國(guó)新能源以及特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架的大規(guī)模電網(wǎng)建設(shè)。那么，如何轉(zhuǎn)變現(xiàn)有調(diào)度運(yùn)行模式，提升調(diào)度業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力，尤其需要加強(qiáng)調(diào)度事故處置的智能化水平，提高調(diào)度事故處置效率，以保障大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。從現(xiàn)有研究成果來(lái)看，主要集中在兩個(gè)方面：一是運(yùn)用專家系統(tǒng)、遺傳算法以及模糊集等人工智能分析算法，對(duì)調(diào)度端的告警信息進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的在線診斷；另一方面是結(jié)合監(jiān)控業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，研究告警信息分層分類、推 理分析和綜合展示。從實(shí)踐效果來(lái)看，上述研究成果對(duì)于改善調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)告警信息處理的智能化水平起到了重要作用，但離支撐大電網(wǎng)運(yùn)行還存在一定的距離。為此國(guó)家電力調(diào)度控制中心（簡(jiǎn)稱國(guó)調(diào)中心）在智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就對(duì)告警信息的智能化開(kāi)展了深入研究，本文結(jié)合智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)綜合智能告警功能的研發(fā)和應(yīng)用，從其整體架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、2個(gè)方面展開(kāi)論述。

1 整體架構(gòu)

綜合智能告警以智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中的各類告警信息為要素，采用面向任務(wù)的驅(qū)動(dòng)模式，建立調(diào)度日常監(jiān)控告警處置的整體 框架，如圖 1 所示。在橫向上通過(guò)消息總線集成系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)業(yè)務(wù)的告警信息，包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、WAMS、保信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)應(yīng)用軟件（PAS）以及動(dòng)態(tài)安全評(píng)估（DSA）等，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的在線感知，在縱向上實(shí)現(xiàn)變電站、省調(diào)中心、調(diào)控分中心以及國(guó)調(diào)中心多級(jí)調(diào)度間告警信息的縱向貫通，為多級(jí)調(diào)度間告警信息的協(xié)同感知與處理提供技術(shù)支撐。

圖1綜合智能告警整體框架

相對(duì)于以往調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的告警處理，智能調(diào)度控制系統(tǒng)的綜合智能告警功能具有三大特點(diǎn)：①在縱向上實(shí)現(xiàn)了變電站、省調(diào)中心、調(diào)控分中心以及國(guó)調(diào)中心多級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)間的廣域分布式智能告警；②在橫向上構(gòu)建了基于穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)以及暫態(tài)數(shù)據(jù)的綜合故障診斷；③利用統(tǒng)一的基礎(chǔ)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用告警信息的匯集與整合，建立了面向調(diào)度運(yùn)行模式的綜合告警。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 廣域分布式智能告警

智能告警的數(shù)據(jù)根源在于子站側(cè)的原始告警信息，以往的智能告警多采用集中式分析架構(gòu)，主站端需要采集子站大量的原始告警信息，增加了主子站間的數(shù)據(jù)通信壓力以及主站端的運(yùn)維工作量，因此需要 研 究 變 電 站—調(diào) 控 中 心 分 布 式 智 能 告 警 架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的變電站側(cè)就地判別和告警直傳，優(yōu)化主子站間告警傳輸內(nèi)容，降低主子站間大量原始告警信息的傳輸。

2.1.1變電站—調(diào)控中心分布式智能告警

變電站—調(diào)控中心分布式智能告警由變電站側(cè)智能告警、變 電 站 告 警 直 傳 以 及 主 站 側(cè) 智 能 告 警3個(gè)部分構(gòu)成。

1）變電站側(cè)智能告警變電站側(cè)設(shè)備故障告警的數(shù)據(jù)源包括開(kāi)關(guān)變位、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、相量測(cè)量單元（PMU）數(shù)據(jù)以及故障錄波數(shù)據(jù)等4類信息，其告警處理的總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 變電站智能告警分析流程

首先，根據(jù)開(kāi)關(guān)變位和保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，采用啟發(fā)式搜索方法，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊蛯＜腋婢?guī)則庫(kù)，匹配出滿足告警規(guī)則的可疑故障元件集；在得到可疑故障元件集的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步判斷故障設(shè)備在故障前是否帶電，若故障前設(shè)備不帶電，為區(qū)分設(shè)備調(diào)試告警信號(hào)和試送失敗這兩種情況引起的上述告警信息，利用 PMU 數(shù)據(jù)或故障錄波數(shù)據(jù)的電氣量信息進(jìn)行分析校驗(yàn)，若故障前后發(fā)生電流突變，則為故障設(shè)備，否則為調(diào)試告警信息。

2）變電站告警直傳變電站智能告警是解決主子站間傳輸大量原始告警信息最為合理的技術(shù)解決方案，然而變電站智能告警尚處于初步研究階段，軟件功能的穩(wěn)定性、可靠性及告警正確性都有待提升，目前只是在部分變電站開(kāi)展試點(diǎn)，尚未進(jìn)行大規(guī)模的推廣建設(shè)。

3）主站側(cè)智能告警

主站側(cè)智能告警功能在接收到變電站告警直傳或變電站智能告警信息后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的告警條文格式，對(duì)告警條文內(nèi)容進(jìn) 行解析 處理，得到告警等級(jí)、時(shí)間、設(shè)備、事件以及原因，并將上述告警信息作為主站端智能告警功能的告警數(shù)據(jù)源之一，同時(shí)結(jié)合主站端其他告警信息進(jìn)行綜合分析，得到故障簡(jiǎn)報(bào)，其詳細(xì)分析過(guò)程見(jiàn)2.2節(jié)。然而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，個(gè)別變電站存在告警分級(jí)不準(zhǔn)確，一次設(shè)備名稱與主站不一致等問(wèn)題，為了主站端智能告警功能可以充分利用變電站的告警直傳信息，對(duì)告警文的半結(jié)構(gòu)化文本信息進(jìn)行了大量分析探索，并研究實(shí)現(xiàn)了一整套告警信息過(guò)濾、一次設(shè)備模糊匹配以及信號(hào)類型判 斷 的規(guī)則和方法，且在實(shí)際運(yùn)行中得到了有效驗(yàn)證。變電站告警直傳文本解析、處理流程如下。

步驟1：按規(guī)范對(duì)告警直傳信息中“級(jí)別”“時(shí)間”“設(shè)備”“事件”“原因”各段內(nèi)容進(jìn)行提取。

步驟2：根據(jù)事先設(shè)置的規(guī)則對(duì)告警信息進(jìn)行過(guò)濾，只保留故障診斷所需的事故總信號(hào)和保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。

步驟3：一次設(shè)備解析，為提高定位效率和定位速度，采用廠站定位、設(shè)備類型判斷、設(shè)備名稱模糊匹配相結(jié)合的原則，首先按“設(shè)備”段內(nèi)容所含關(guān)鍵字確定告警所屬?gòu)S站和設(shè)備類型，然后讀取該廠站所有該類型的設(shè)備，對(duì)主站的設(shè)備名稱和告警信息中的設(shè)備名稱進(jìn)行模糊比配處理，定位一次設(shè)備。

步驟4：信號(hào)類型判斷，通過(guò)“事件”段內(nèi)容，獲取動(dòng)作的保護(hù)類型信息。

步驟5：與其他告警源應(yīng)用的告警信息進(jìn)行綜合，按設(shè)置的規(guī)則進(jìn)行處理。

2.1.2 多級(jí)調(diào)控中心間故障告警實(shí)時(shí)推送

為了解決多級(jí)調(diào)度間故障信息實(shí)時(shí)感知的問(wèn)題，綜合智能告警功能首次提出并實(shí)現(xiàn)了多級(jí)調(diào)度間故障信息的實(shí)時(shí)共享，其 總 體 架構(gòu)如圖 3 所 示。以調(diào)控分中心為例，當(dāng)發(fā)生設(shè)備故障后，調(diào)控分中心側(cè)的綜合智能告警功能通過(guò)基礎(chǔ)平臺(tái)的服務(wù)總線，向國(guó)調(diào)中心推送故障簡(jiǎn)報(bào)（包 括故障時(shí) 間、故障 設(shè)備、故障相別、重合情況以及故障測(cè)距等），國(guó)調(diào)中心在收到故障簡(jiǎn)報(bào)推送信息后，發(fā)送故障簡(jiǎn)報(bào)確認(rèn)信息，以實(shí)現(xiàn)故障簡(jiǎn)報(bào)的可靠傳輸，同時(shí)國(guó)調(diào)中心的綜合智能告警功能對(duì)告警信息進(jìn)行解析處理及推圖告警。此外，調(diào)控分中心根據(jù)該設(shè)備所屬監(jiān)控權(quán)，將該設(shè)備故障簡(jiǎn)報(bào)類似地推送給對(duì)應(yīng)的省調(diào)中心

圖3 多級(jí)調(diào)度間故障告警實(shí)時(shí)共享。

因此，一旦省調(diào)中心、調(diào)控分中心或國(guó)調(diào)中心三者中的任何一個(gè)系統(tǒng)診斷出電網(wǎng)故障后，均可以快速推送給其他系統(tǒng)并進(jìn)行告警，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)故障信息的全網(wǎng)共享，有利于輔助多級(jí)調(diào)控中心間及時(shí)開(kāi)展故障應(yīng)對(duì)協(xié)同處置，避免故障范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.2基于多源信息融合的綜合故障診斷

電網(wǎng)設(shè)備故障時(shí)的告警信息共分為3類：穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)（包括開(kāi)關(guān)變位、事故總信號(hào)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)等）、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（PMU 裝置實(shí)時(shí)采集的同步相量數(shù)據(jù)）以及暫態(tài)數(shù)據(jù)（故障錄波），不同類型的數(shù)據(jù)對(duì)于故障分析的實(shí)時(shí)性和分析結(jié)果具有不同的特性。

綜合智能告警功能建立了基于多源信息融合的故障診斷架構(gòu)，如圖 4 所示，左邊為告警信息數(shù) 據(jù)源，右邊為在線故障診斷數(shù)據(jù)流程。告警信息來(lái)源包括原始告警信息和分析結(jié)果信息兩大類，其中原始告警信息包括來(lái)自穩(wěn)態(tài)監(jiān)控功能的開(kāi)關(guān)變位、事故總信號(hào)、變電站告警直傳以及來(lái)自二次設(shè)備在線監(jiān)視功能的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)；分析結(jié)果信息包括來(lái)自在線擾動(dòng)識(shí)別功能的設(shè)備短路故障、機(jī)組跳閘、直流波動(dòng)和閉鎖，以及來(lái)自二次設(shè)備在線監(jiān)視功能的保護(hù)和錄波簡(jiǎn)報(bào)。在線故障診斷數(shù)據(jù)流程分為3個(gè)部分，即多源信息校驗(yàn)、故障在線分析以及故障信息整合。多源信息校驗(yàn)對(duì)不同來(lái)源的告警信息進(jìn)行分析校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤告警信息的在線辨識(shí)；故障在線分析在多源信息校驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，綜合各類告警信息實(shí)現(xiàn)故障設(shè)備的在線診斷；故障信息整合在故障分析的基礎(chǔ)上，將不同來(lái)源的告警信息和分析結(jié)果進(jìn)行整合，形成完整的故障事件報(bào)告。通過(guò)故障信息的整合，最終形成故障簡(jiǎn)報(bào)，指導(dǎo)調(diào)度進(jìn)行故障處置。

上述故障診斷架構(gòu)的好處是任一來(lái)源的告警信息，只要滿足告警規(guī)則，即可實(shí)現(xiàn)快速告警，保證了故障告警的實(shí)時(shí)性和可靠性，另一方面通過(guò)對(duì)不同來(lái)源告警信息和分析結(jié)果的整合，故障診斷的結(jié)果更加豐富，提升了對(duì)調(diào)度事故處置業(yè)務(wù)的支撐能力。

2.2.1多源信息校驗(yàn)

以往在線故障診斷算法在設(shè)計(jì)之初對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題估計(jì)不足，缺乏針對(duì)錯(cuò)誤告警信息的有效校驗(yàn)手段，在投入實(shí)際運(yùn)行后整體誤報(bào)率偏高，影響其實(shí)用化水平。因此研究實(shí)用化的告警信息校驗(yàn)技術(shù)，是電網(wǎng)在線故障診斷算法設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是提升其實(shí)用化水平的重要手段。綜合智能告警功能針對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量的問(wèn)題，重點(diǎn)從原始告警信息以及各應(yīng)用分析結(jié)果告警信息兩個(gè)方面開(kāi)展研究，對(duì)告警信息的正確性進(jìn)行辨識(shí)，以降低錯(cuò)誤故障告警率。

2.2.2故障在線分析

故障在線分析是在告警信息分析校驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，在線快速診斷故障設(shè)備。故障分析包括兩部分：①對(duì)于開(kāi)關(guān)變位、事故總信號(hào)、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以及變電站告警直傳等原始告警信息，采用專家知識(shí)庫(kù)和啟發(fā)式搜索相結(jié)合的分析算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)故障的在線診斷；②對(duì)于分析結(jié)果類的信息，如在線擾動(dòng)識(shí)別的分析結(jié)果、二次設(shè)備的故障簡(jiǎn)報(bào)等，直接形成故障事件。

2.2.3 故障信息整合

故障信息整合功能在故障分析的基礎(chǔ)上，以故障時(shí)間、故障設(shè)備為索引建立故障事件，然后根據(jù)不同告警信息在分析結(jié)果上的優(yōu)先級(jí)（如表1所示，其中數(shù)值小的表示優(yōu)先級(jí)高），將同一故障事件不同來(lái)源的分析結(jié)果進(jìn)行整合，完善和補(bǔ)充故障簡(jiǎn)報(bào)內(nèi)容，形成完整的故障事件報(bào)告，指導(dǎo)調(diào)度進(jìn)行故障處置。

表1 不同數(shù)據(jù)類型故障分析結(jié)果的優(yōu)先級(jí)

2.3 面向調(diào)度運(yùn)行模式的分類告警

2.3.1 告警分類

為了解決以往調(diào)度中心各個(gè)系統(tǒng)（EMS 和WAMS及保信系統(tǒng)等）獨(dú)自建設(shè)，告警信息分散、零亂的問(wèn)題，需要從調(diào)度日常監(jiān)控的業(yè)務(wù)特點(diǎn)出發(fā)，將多個(gè)系統(tǒng)或功能的告警信息進(jìn)行整合，建立面向調(diào)度運(yùn)行模式的綜合告警。智能調(diào)度控制系統(tǒng)為各個(gè)應(yīng)用功能提供了統(tǒng)一的基礎(chǔ)平臺(tái)，從而為告警信息的整合處理提供了技術(shù)支撐手段，面向調(diào)度運(yùn)行模式的綜合告警總體架構(gòu)如圖5所示，其中 AGC表示自動(dòng)發(fā)電控制，AVC表示自動(dòng)電壓控制。各應(yīng)用功能通過(guò)基礎(chǔ)平臺(tái)的消息總線服務(wù)，采用統(tǒng)一的告警接口將告警內(nèi)容發(fā)送給綜合智能告警功能，綜合智能告警功能在接收到各個(gè)功能的告警信息后，按照調(diào)度實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)防控制以及故障處置3個(gè)維度對(duì)告警信息進(jìn)行整合，形成實(shí)時(shí)監(jiān)視分析、預(yù)想故障分析以及故障告警分析3類告警。其中實(shí)時(shí)監(jiān)視分析類告警主要包括一次設(shè)備的潮流、電壓越限，二次設(shè)備的裝置投退、通信或裝置狀態(tài)異常，以及系統(tǒng)級(jí)的斷面、頻率越限。預(yù)想故障主要包括靜態(tài)安全的N-1校驗(yàn)、系統(tǒng)穩(wěn)定裕度以及外部氣象環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。故障告警主要包括設(shè)備短路故障、機(jī)組跳閘、直流閉鎖以及低頻振蕩等。

圖4基于多源信息融合的故障診斷架構(gòu)

圖5面向調(diào)度運(yùn)行模式的綜合告警總體架構(gòu)

這樣劃分的好處是告警信息的集成度更高，運(yùn)行人員只需關(guān)注告警內(nèi)容，而不用區(qū)分告警的來(lái)源，提高了告警處置的效率。

2.3.2 通用告警信息服務(wù)

考慮到智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)發(fā)展的過(guò)程，后續(xù)將會(huì)有更多的應(yīng)用功能集成到智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中，因此綜合智能告警功能在設(shè)計(jì)之初便進(jìn)行了仔細(xì)分析和詳細(xì)設(shè)計(jì)，制定了通用告警信息交互規(guī)范。在信息交互方式上，綜合智能告警利用智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)消息總線、事件轉(zhuǎn)發(fā)以及服務(wù)總線等通用交互方式，以實(shí)現(xiàn)Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ區(qū)各應(yīng)用功能與綜合智能告警的信息交互。在信息交互內(nèi)容上，制定了標(biāo)準(zhǔn)化的交互內(nèi)容，針對(duì)不同的告警類型對(duì)告警交互內(nèi)容進(jìn)行抽象和封裝，以便于后續(xù)擴(kuò)展。以設(shè)備越限為例，交互內(nèi)容包括告警時(shí)間、告警設(shè)備、越限值、設(shè)備限值、越限類型以及告警來(lái)源等。在告警信息展示方面，支持按照告警類型、工作站節(jié)點(diǎn)以及用戶責(zé)任區(qū)對(duì)告警信 息進(jìn)行個(gè)性化配置，以滿足不同用戶的需求。

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