電力調(diào)控智能故障處置系統(tǒng)

樊 亮，王澤眾，蔡正梓，李 聰，田雨晨

（國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京 西城 100031）

0 背景

隨著電網(wǎng)規(guī)模日趨擴(kuò)大和故障形態(tài)日益復(fù)雜，調(diào)控人員對(duì)電網(wǎng)故障處理綜合能力的要求不斷提高。為了保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)調(diào)控人員必須及時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行故障研判和高效有序故障處理[1-2]。

然而電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的知識(shí)密集型和信息密集型的決策控制中心[2]。為了提高故障處理的精準(zhǔn)性和規(guī)范性，決策與執(zhí)行環(huán)節(jié)調(diào)控人員須要對(duì)故障處置相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行翻閱和查詢。由于電網(wǎng)各類信息采集系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)獨(dú)立，存在于多個(gè)子系統(tǒng)中，如SCADA 系統(tǒng)、故障錄波系統(tǒng)等，大量冗余數(shù)據(jù)難以形成有價(jià)值的信息并主動(dòng)推送給調(diào)控人員，通常只能由調(diào)控人員人工查找各個(gè)系統(tǒng)和翻閱各種資料來(lái)進(jìn)行故障相關(guān)信息查詢，該過(guò)程會(huì)造成大量時(shí)間浪費(fèi)，影響電網(wǎng)故障處置的效率。并且故障發(fā)生后無(wú)法充分開(kāi)發(fā)利用故障數(shù)據(jù)的價(jià)值，無(wú)法通過(guò)電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)故障情況進(jìn)行反演和復(fù)盤，更缺少合適的系統(tǒng)，對(duì)故障造成的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行深入研究分析。構(gòu)建調(diào)度智能故障分析和研究系統(tǒng)迫在眉睫，既可以通過(guò)一體化平臺(tái)高效處置故障，也可以對(duì)電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)深入挖掘，全景可視化故障反演，電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)在線安全分析，故障處置預(yù)案及人工智能調(diào)度功能的實(shí)現(xiàn)。

隨著AI 和人工智能發(fā)展，電網(wǎng)故障處置、故障反演、電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)研究等工作可以通過(guò)集中在智能故障處置系統(tǒng)一個(gè)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)可以整合故障處置相關(guān)系統(tǒng)并主動(dòng)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，一體化展示故障相關(guān)數(shù)據(jù)，有效提高故障處置效率和降低調(diào)控人員決策風(fēng)險(xiǎn)[3]。并且利用人工智能技術(shù)，建設(shè)開(kāi)發(fā)智能故障處置輔助決策系統(tǒng)，深入挖掘歷史故障信息，實(shí)現(xiàn)故障全景可視化展示，對(duì)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行在線全分析，實(shí)現(xiàn)故障智能研判、關(guān)聯(lián)信息綜合可視化展示、在線安全分析、人工智能輔助決策等功能[4-8]。智能故障處置系統(tǒng)平臺(tái)還可以利用整合不同系統(tǒng)資源的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合電網(wǎng)故障等信息，并通過(guò)人工智能等方式分析海量故障數(shù)據(jù)，挖掘相關(guān)規(guī)律，深入挖掘電網(wǎng)數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)歷史故障反演，提升調(diào)控運(yùn)行人工智能水平，加強(qiáng)調(diào)控運(yùn)行專業(yè)保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行的能力。

1 系統(tǒng)建設(shè)

智能故障處置系統(tǒng)基于調(diào)控云建設(shè)，利用調(diào)控云的存儲(chǔ)、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行應(yīng)用部署，通過(guò)調(diào)控云模型、運(yùn)行、實(shí)時(shí)以及大數(shù)據(jù)、AI 平臺(tái)為應(yīng)用提供數(shù)據(jù)和交互支撐[9]，調(diào)控云架構(gòu)如圖1所示。

圖1 調(diào)控云平臺(tái)架構(gòu)

電力調(diào)控智能故障處置系統(tǒng)的核心功能就是故障信息準(zhǔn)確、完整、實(shí)時(shí)可視化展示。該系統(tǒng)以調(diào)控云為平臺(tái)，整合故障處置所需各個(gè)系統(tǒng)，按照功能需求，主動(dòng)獲取故障信息，并進(jìn)行可視化展示，幫助調(diào)控運(yùn)行人員及時(shí)獲取故障全面信息，為高效故障處置贏得寶貴時(shí)間，如圖2 所示。

圖2 智能故障處置系統(tǒng)平臺(tái)

按照應(yīng)用功能，智能故障處置輔助決策系統(tǒng)的總體架，主要包括故障智能研判、綜合信息可視化展示、在線安全分析、事故處理輔助決策以及人工智能數(shù)據(jù)挖掘5 個(gè)部分，如圖3 所示。

圖3 智能故障處置輔助系統(tǒng)

通過(guò)故障智能研判，調(diào)控人員即可知道電網(wǎng)是否發(fā)生故障及故障相關(guān)信息；通過(guò)綜合信息可視化展示，調(diào)控人員即可知道電網(wǎng)故障設(shè)備信息以及電網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)可視化展示，方便調(diào)度員及時(shí)了解電網(wǎng)，及時(shí)處理電網(wǎng)故障；通過(guò)在線安全分析，調(diào)控人員即可及時(shí)了解電網(wǎng)故障后電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，須要盡快采取預(yù)控措施，以保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；通過(guò)前期故障智能研判、綜合信息可視化展示、在線分析研究，智能故障處置系統(tǒng)可對(duì)電網(wǎng)故障設(shè)備恢復(fù)方案提供輔助決策意見(jiàn)，從而提高調(diào)度人員故障處置的效率。

人工智能數(shù)據(jù)挖掘部分可利用一體化故障處置輔助系統(tǒng)整合各獨(dú)立業(yè)務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，解決數(shù)據(jù)分散、多源、格式不一致，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范等問(wèn)題，結(jié)合歷史故障等信息實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)深入挖掘、實(shí)現(xiàn)歷史故障全景可視化反演、故障處置預(yù)案及電網(wǎng)智能調(diào)度等功能[10]。

2 系統(tǒng)功能

2.1 故障智能研判

故障診斷是智能故障處理輔助決策系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，它首先要求能夠準(zhǔn)確判別故障是否發(fā)生，其次是能夠及時(shí)、準(zhǔn)確發(fā)出告警，并展示故障設(shè)備相關(guān)信息。為此，故障處置輔助系統(tǒng)要正確、實(shí)時(shí)、全面推送電網(wǎng)故障信息，包括故障時(shí)間、故障設(shè)備、重合情況、保護(hù)自動(dòng)化以及遙信遙測(cè)等信息[11]。

根據(jù)以上指標(biāo)，電網(wǎng)故障處置輔助系統(tǒng)首先對(duì)綜合智能告警系統(tǒng)發(fā)送的每類數(shù)據(jù)源的原始信息進(jìn)行單獨(dú)判斷，包括遙測(cè)、遙信信號(hào)，事故總信號(hào)及保護(hù)自動(dòng)化動(dòng)作信號(hào)等，得到每個(gè)數(shù)據(jù)源的初步判斷結(jié)果，然后一體化故障處置輔助系統(tǒng)接受來(lái)自D5000 系統(tǒng)的電網(wǎng)模型、遙測(cè)遙信數(shù)據(jù)等內(nèi)容實(shí)時(shí)傳輸。通過(guò)以上2 個(gè)環(huán)節(jié)獲取到故障信息內(nèi)容一致后，經(jīng)過(guò)故障智能研判程序分析，研判后如果發(fā)生故障可觸發(fā)一體化故障處置輔助系統(tǒng)，并彈出故障信息界面，如圖4 所示。

圖4 智能研判系統(tǒng)

同時(shí)為了避免電網(wǎng)一、二次設(shè)備檢修工作期間產(chǎn)生異常告警信號(hào)干擾故障判斷，智能故障處置系統(tǒng)可通過(guò)實(shí)時(shí)獲取調(diào)度管理系統(tǒng)（OMS）中的電網(wǎng)一、二次設(shè)備停電檢修設(shè)備情況或?qū)崟r(shí)檢測(cè)檢修設(shè)備掛牌信息，屏蔽檢修設(shè)備間隔產(chǎn)生的異常告警信號(hào)，保證了故障智能研判的準(zhǔn)確性[12]。

2.2 綜合信息可視化展示

綜合信息可視化展示主要是將調(diào)控人員在故障處置最關(guān)心的故障相關(guān)信息以合理的方式展現(xiàn)出來(lái)，在信息處理和可視化上充分發(fā)揮輔助調(diào)控人員故障處置的作用。

通過(guò)智能故障輔助系統(tǒng)對(duì)故障的智能研判，故障輔助系統(tǒng)啟動(dòng)故障處置所需相關(guān)系統(tǒng)，并在系統(tǒng)平臺(tái)中展示：故障信息、故障設(shè)備相關(guān)參數(shù)、站區(qū)參數(shù)圖、邏輯態(tài)勢(shì)圖、GIS 地理圖故障位置、氣象信息、工業(yè)視頻系統(tǒng)，同時(shí)展示故障對(duì)電網(wǎng)設(shè)備造成的影響，比如潮流轉(zhuǎn)移、重載設(shè)備、站內(nèi)電源變化、電壓跌落、電壓暫降、影響重要用戶等，如圖5 所示。

圖5 綜合信息可視化展示系統(tǒng)

在發(fā)生電網(wǎng)故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以GIS 為基礎(chǔ)，以電網(wǎng)故障設(shè)備的區(qū)域?yàn)橹行?，根?jù)故障性質(zhì)、等級(jí)及影響程度展示不同大小的輻射區(qū)域，顯示故障區(qū)域天氣情況，隨后系統(tǒng)根據(jù)故障研判要素及內(nèi)外部系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一展示，包含視頻回放、故障錄波、電壓跌落、站區(qū)參數(shù)圖等故障相關(guān)數(shù)據(jù)。這些信息在電網(wǎng)發(fā)生故障后自動(dòng)彈出并通過(guò)多窗口布局、信息聯(lián)動(dòng)的可視化框架展示，我們可以及時(shí)全面了解故障信息，并針對(duì)電網(wǎng)故障處置的要點(diǎn)開(kāi)展電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)感知、故障分析等，進(jìn)而形成調(diào)控人員進(jìn)行故障處置的決策依據(jù)，并通過(guò)自動(dòng)生成故障短信息通知各部門工作人員[13]。上述信息貫穿電網(wǎng)故障執(zhí)行處置任務(wù)階段全過(guò)程，與此同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)視電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并顯示處置進(jìn)度。通過(guò)以上信息可視化展示，使得調(diào)控人員在故障處置過(guò)程中只須一體化系統(tǒng)中即可完成所有操作，有利于調(diào)度對(duì)故障后電網(wǎng)全局運(yùn)行狀態(tài)的掌控。

2.3 在線安全分析

電力系統(tǒng)運(yùn)行受諸多因素影響，各個(gè)因素之間又緊密聯(lián)合，因此在電網(wǎng)發(fā)生故障情況下更須要進(jìn)一步加強(qiáng)潛在電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)的在線感知和防范能力，并指定預(yù)防控制措施，將電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)消除在萌芽階段[14-15]。

預(yù)防控制即電網(wǎng)故障后斷面下針對(duì)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)防預(yù)控，以防止再次發(fā)生故障后引起電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加劇。在線安全分析在現(xiàn)有調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用須要調(diào)控人員人工操作，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，自動(dòng)化和智能化水平較低。而在電網(wǎng)發(fā)生事故后，須要實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)狀態(tài)發(fā)生變化，所以須要在線安全分析自動(dòng)進(jìn)行電網(wǎng)掃描分析并啟動(dòng)序列計(jì)算。因此智能故障處置輔助系統(tǒng)在故障智能診斷與綜合信息可視化展示同時(shí)，也可主動(dòng)觸發(fā)在線安全分析系統(tǒng)掃描電網(wǎng)，在線控制啟動(dòng)相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行計(jì)算，實(shí)時(shí)告知調(diào)控人員電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)情況，同時(shí)以故障事件為索引，提取當(dāng)前故障的特征指標(biāo)（故障設(shè)備、故障性質(zhì)、負(fù)荷水平等），依托調(diào)控管理規(guī)程、調(diào)度細(xì)則等結(jié)構(gòu)化信息，構(gòu)建調(diào)控專業(yè)故障處置知識(shí)圖譜，利用自然語(yǔ)言技術(shù)，智能輸出故障預(yù)案，最終形成適用于故障形成機(jī)理與當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行情況的最優(yōu)故障恢復(fù)方案及處理流程，并可與D5000 系統(tǒng)及OMS 系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，生成順控操作序列及處置操作票，為調(diào)控人員故障處置提供全面的輔助決策，形成事故處置輔助決策意見(jiàn)，如圖6 所示。

圖6 在線安全分析系統(tǒng)

2.4 故障處置輔助決策

從電網(wǎng)發(fā)生故障到調(diào)控人員倒閘操作處理故障，智能故障處置輔助系統(tǒng)經(jīng)過(guò)了故障智能研判、綜合信息可視化展示、在線安全分析等過(guò)程，為故障處置輔助決策提供準(zhǔn)確、全面、綜合性信息，充分體現(xiàn)調(diào)控人員的思維和需求，篩選對(duì)調(diào)控人員最有價(jià)值的關(guān)鍵信息并以直觀合理的方式在系統(tǒng)界面上顯示，形成指導(dǎo)調(diào)控人員進(jìn)行故障處置的決策依據(jù)，如圖7 所示。

圖7 故障輔助決策系統(tǒng)

2.5 人工智能數(shù)據(jù)挖掘

智能故障處置輔助系統(tǒng)憑借整合不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源的優(yōu)勢(shì)，借助人工智能技術(shù)，充分挖掘歷史故障信息數(shù)據(jù)價(jià)值，可以解決歷史故障信息冗余問(wèn)題，發(fā)生為人工智能調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐，通過(guò)全景可視化再現(xiàn)故障發(fā)展處置過(guò)程，實(shí)現(xiàn)故障反演功能，基于知識(shí)發(fā)現(xiàn)和實(shí)例主動(dòng)學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度更加人工智能化[16-19]。

2.5.1 解決故障數(shù)據(jù)信息冗余

當(dāng)前電網(wǎng)故障相關(guān)信息存儲(chǔ)在存在多個(gè)子系統(tǒng)，如SCADA 、故障錄波系統(tǒng)等，上述各系統(tǒng)并行工作且相對(duì)獨(dú)立，難以形成綜合性的故障分析報(bào)告。目前查閱故障相關(guān)數(shù)據(jù)只能依靠人工查閱各個(gè)系統(tǒng)，篩選相關(guān)數(shù)據(jù)整理生成報(bào)告，效率低下，不能滿足調(diào)控中心對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的要求，不利于運(yùn)行人員對(duì)歷史故障深入學(xué)習(xí)。使用人工智能數(shù)據(jù)挖掘功能，可以快速查詢歷史故障相關(guān)各種信息，減少查閱各系統(tǒng)時(shí)間，按時(shí)間統(tǒng)計(jì)或搜索查找，在短時(shí)間內(nèi)即可統(tǒng)計(jì)相關(guān)故障設(shè)備信息，還可以一鍵生成故障統(tǒng)計(jì)報(bào)表和綜合性故障分析報(bào)告，便于對(duì)故障案例分析學(xué)習(xí)。通過(guò)對(duì)歷史故障信息挖掘，有利于分析電網(wǎng)故障對(duì)重要用戶的影響范圍，氣象對(duì)電網(wǎng)故障的影響及關(guān)聯(lián)規(guī)律，檢修工作期間故障對(duì)電網(wǎng)影響程度等，還可在故障影響范圍內(nèi)，統(tǒng)計(jì)廠站、設(shè)備、重要用戶、政治保電、氣象、檢修工作數(shù)量、視頻告警等信息，便于調(diào)控專業(yè)全面直觀地掌握故障信息和處置過(guò)程，并將統(tǒng)計(jì)分析的重要結(jié)論總結(jié)為經(jīng)驗(yàn)。還可以輔助工作人員實(shí)時(shí)分析當(dāng)前故障電網(wǎng)狀態(tài)下潛在的薄弱點(diǎn)，判斷當(dāng)前電網(wǎng)存在的問(wèn)題，系統(tǒng)做出優(yōu)化策略等。

2.5.2 實(shí)現(xiàn)歷史故障反演

歷史故障研究全景可視化再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)故障反演，有利于調(diào)度員提高故障處置能力和處置效率，有利于培養(yǎng)鍛煉調(diào)度員，有利于進(jìn)一步對(duì)故障后的電網(wǎng)深入分析研究。智能故障處置數(shù)據(jù)挖掘功能可支撐歷史故障回溯、查閱、重現(xiàn)等功能，展示故障發(fā)生時(shí)電網(wǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)、故障影響區(qū)域等信息，并同步展示基于在線安全分析給出的優(yōu)化控制方案和故障恢復(fù)實(shí)際操作步驟及操作過(guò)程中電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移等數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)展示整個(gè)故障處置流程以及電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化情況，為后續(xù)故障處置提供借鑒依據(jù)，豐富故障處置經(jīng)驗(yàn)庫(kù)。

2.5.3 加強(qiáng)人工智能調(diào)度

隨著人工智能和AI 技術(shù)發(fā)展，人工智能調(diào)度可以通過(guò)機(jī)器模仿人類大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主動(dòng)學(xué)習(xí)，將人類思考方式應(yīng)用到電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。智能故障輔助決策可以構(gòu)建專業(yè)的調(diào)度知識(shí)圖譜，通過(guò)對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理，準(zhǔn)確把握電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)，準(zhǔn)確判斷分析電網(wǎng)事故，可視化展示故障信息，實(shí)時(shí)對(duì)電網(wǎng)在線全分析計(jì)算，將調(diào)控業(yè)務(wù)的處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，更快速給出處置策略供調(diào)度人員參考，進(jìn)一步提高調(diào)度人員駕馭電網(wǎng)的能力[20-23]。

3 結(jié)束語(yǔ)

電網(wǎng)智能故障輔助決策系統(tǒng)借助綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)，有效整合了各專業(yè)技術(shù)支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障智能研判、故障信息綜合可視化展示、在線安全分析、故障輔助決策，為調(diào)度員故障處置提供了技術(shù)支撐，提高了故障處置效率，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行。該系統(tǒng)可全面、可靠、及時(shí)給調(diào)度員綜合展示輔助性決策信息，協(xié)助調(diào)度人員進(jìn)行高效故障處置工作，避免了故障發(fā)生時(shí)須要掌握全局信息而造成的混亂、延時(shí)等問(wèn)題，有效保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，保障重要用戶供電可靠性。

同時(shí)智能故障處置輔助決策系統(tǒng)還可憑借整合不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源的優(yōu)勢(shì)，借助人工智能技術(shù)，充分挖掘歷史故障信息數(shù)據(jù)價(jià)值，解決歷史故障信息冗余問(wèn)題，尋找電網(wǎng)薄若環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)價(jià)值共享，也可以實(shí)現(xiàn)歷史故障反演，豐富故障處置經(jīng)驗(yàn)庫(kù)，提升調(diào)度運(yùn)行人員故障處置能力，同時(shí)通過(guò)人工智能主動(dòng)學(xué)習(xí)，構(gòu)建調(diào)度知識(shí)圖譜，實(shí)現(xiàn)調(diào)度更加人工智能化。