浅析电网调度控制系统智能告警.docx

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浅析电网调度控制系统智能告警

浅析电网调度控制系统智能告警

　　江苏省电力公司盐城供电公司江苏盐城224005

　　摘要：

随着特高压电网建设以及新能源高速发展，国家电网提出了特大电网一体化高效运行的发展要求。

因此电网运行特性发生了变化，需要针对现有调度实时监控中各个业务的告警信息进行综合处理，以提高调度对电网运行状态的整体感知能力，以及应对电网故障的紧急处置能力。

　　关键词：

综合告警；在线故障诊断；智能告警；可视化

　　0引言

　　近年来，科学技术的发展带动了中国新能源以及特高压电网为骨干网架的大规模电网建设。

那么，如何转变现有调度运行模式，提升调度业务创新能力，尤其需要加强调度事故处置的智能化水平，提高调度事故处置效率，以保障大电网的安全稳定运行。

从现有研究成果来看，主要集中在两个方面：

一是运用专家系统、遗传算法以及模糊集等人工智能分析算法，对调度端的告警信息进行分析处理，实现设备故障的在线诊断；另一方面是结合监控业务的特点，研究告警信息分层分类、推理分析和综合展示。

从实践效果来看，上述研究成果对于改善调度自动化系统告警信息处理的智能化水平起到了重要作用，但离支撑大电网运行还存在一定的距离。

为此国家电力调度控制中心（简称国调中心）在智能电网调度控制系统设计之初就对告警信息的智能化开展了深入研究，本文结合智能电网调度控制系统综合智能告警功能的研发和应用，从其整体架构、关键技术、2个方面展开论述。

　　1整体架构

　　综合智能告警以智能电网调度控制系统中的各类告警信息为要素，采用面向任务的驱动模式，建立调度日常监控告警处置的整体框架，如图1所示。

在横向上通过消息总线集成系统内部各个业务的告警信息，包括数据采集与监控（SCADA）、WAMS、保信系统、电力系统应用软件（PAS）以及动态安全评估（DSA）等，实现对电网运行状态的在线感知，在纵向上实现变电站、省调中心、调控分中心以及国调中心多级调度间告警信息的纵向贯通，为多级调度间告警信息的协同感知与处理提供技术支撑。

　　图1综合智能告警整体框架

　　相对于以往调度自动化系统的告警处理，智能调度控制系统的综合智能告警功能具有三大特点：

①在纵向上实现了变电站、省调中心、调控分中心以及国调中心多级调度机构间的广域分布式智能告警；②在横向上构建了基于稳态、动态以及暂态数据的综合故障诊断；③利用统一的基础平台，实现各应用告警信息的汇集与整合，建立了面向调度运行模式的综合告警。

　　2关键技术

　　2.1广域分布式智能告警

　　智能告警的数据根源在于子站侧的原始告警信息，以往的智能告警多采用集中式分析架构，主站端需要采集子站大量的原始告警信息，增加了主子站间的数据通信压力以及主站端的运维工作量，因此需要研究变电站―调控中心分布式智能告警架构，实现设备故障的变电站侧就地判别和告警直传，优化主子站间告警传输内容，降低主子站间大量原始告警信息的传输。

　　2.1.1变电站―调控中心分布式智能告警

　　变电站―调控中心分布式智能告警由变电站侧智能告警、变电站告警直传以及主站侧智能告警3个部分构成。

　　1）变电站侧智能告警变电站侧设备故障告警的数据源包括开关变位、保护动作信号、相量测量单元（PMU）数据以及故障录波数据等4类信息，其告警处理的总体架构如图2所示。

　　图2变电站智能告警分析流程

　　首先，根据开关变位和保护动作信号，采用启发式搜索方法，通过网络拓扑分析和专家告警规则库，匹配出满足告警规则的可疑故障元件集；在得到可疑故障元件集的基础之上，进一步判断故障设备在故障前是否带电，若故障前设备不带电，为区分设备调试告警信号和试送失败这两种情况引起的上述告警信息，利用PMU数据或故障录波数据的电气量信息进行分析校验，若故障前后发生电流突变，则为故障设备，否则为调试告警信息。

　　2）变电站告警直传变电站智能告警是解决主子站间传输大量原始告警信息最为合理的技术解决方案，然而变电站智能告警尚处于初步研究阶段，软件功能的稳定性、可靠性及告警正确性都有待提升，目前只是在部分变电站开展试点，尚未进行大规模的推广建设。

　　3）主站侧智能告警

　　主站侧智能告警功能在接收到变电站告警直传或变电站智能告警信息后，根据标准化的告警条文格式，对告警条文内容进行解析处理，得到告警等级、时间、设备、事件以及原因，并将上述告警信息作为主站端智能告警功能的告警数据源之一，同时结合主站端其他告警信息进行综合分析，得到故障简报，其详细分析过程见2.2节。

然而在实际应用过程中，个别变电站存在告警分级不准确，一次设备名称与主站不一致等问题，为了主站端智能告警功能可以充分利用变电站的告警直传信息，对告警文的半结构化文本信息进行了大量分析探索，并研究实现了一整套告警信息过滤、一次设备模糊匹配以及信号类型判断的规则和方法，且在实际运行中得到了有效验证。

变电站告警直传文本解析、处理流程如下。

　　步骤1：

按规范对告警直传信息中“级别”“时间”“设备”“事件”“原因”各段内容进行提取。

　　步骤2：

根据事先设置的规则对告警信息进行过滤，只保留故障诊断所需的事故总信号和保护动作信号。

　　步骤3：

一次设备解析，为提高定位效率和定位速度，采用厂站定位、设备类型判断、设备名称模糊匹配相结合的原则，首先按“设备”段内容所含关键字确定告警所属厂站和设备类型，然后读取该厂站所有该类型的设备，对主站的设备名称和告警信息中的设备名称进行模糊比配处理，定位一次设备。

　　步骤4：

信号类型判断，通过“事件”段内容，获取动作的保护类型信息。

　　步骤5：

与其他告警源应用的告警信息进行综合，按设置的规则进行处理。

　　2.1.2多级调控中心间故障告警实时推送

　　为了解决多级调度间故障信息实时感知的问题，综合智能告警功能首次提出并实现了多级调度间故障信息的实时共享，其总体架构如图3所示。

以调控分中心为例，当发生设备故障后，调控分中心侧的综合智能告警功能通过基础平台的服务总线，向国调中心推送故障简报（包括故障时间、故障设备、故障相别、重合情况以及故障测距等），国调中心在收到故障简报推送信息后，发送故障简报确认信息，以实现故障简报的可靠传输，同时国调中心的综合智能告警功能对告警信息进行解析处理及推图告警。

此外，调控分中心根据该设备所属监控权，将该设备故障简报类似地推送给对应的省调中心

　　图3多级调度间故障告警实时共享。

　　因此，一旦省调中心、调控分中心或国调中心三者中的任何一个系统诊断出电网故障后，均可以快速推送给其他系统并进行告警，实现了电网故障信息的全网共享，有利于辅助多级调控中心间及时开展故障应对协同处置，避免故障范围的进一步扩大。

　　2.2基于多源信息融合的综合故障诊断

　　电网设备故障时的告警信息共分为3类：

稳态数据（包括开关变位、事故总信号、保护动作信号等）、动态数据（PMU装置实时采集的同步相量数据）以及暂态数据（故障录波），不同类型的数据对于故障分析的实时性和分析结果具有不同的特性。

　　综合智能告警功能建立了基于多源信息融合的故障诊断架构，如图4所示，左边为告警信息数据源，右边为在线故障诊断数据流程。

告警信息来源包括原始告警信息和分析结果信息两大类，其中原始告警信息包括来自稳态监控功能的开关变位、事故总信号、变电站告警直传以及来自二次设备在线监视功能的保护动作信号；分析结果信息包括来自在线扰动识别功能的设备短路故障、机组跳闸、直流波动和闭锁，以及来自二次设备在线监视功能的保护和录波简报。

在线故障诊断数据流程分为3个部分，即多源信息校验、故障在线分析以及故障信息整合。

多源信息校验对不同来源的告警信息进行分析校验，实现错误告警信息的在线辨识；故障在线分析在多源信息校验的基础之上，综合各类告警信息实现故障设备的在线诊断；故障信息整合在故障分析的基础上，将不同来源的告警信息和分析结果进行整合，形成完整的故障事件报告。

通过故障信息的整合，最终形成故障简报，指导调度进行故障处置。

　　上述故障诊断架构的好处是任一来源的告警信息，只要满足告警规则，即可实现快速告警，保证了故障告警的实时性和可靠性，另一方面通过对不同来源告警信息和分析结果的整合，故障诊断的结果更加丰富，提升了对调度事故处置业务的支撑能力。

　　2.2.1多源信息校验

　　以往在线故障诊断算法在设计之初对基础数据质量问题估计不足，缺乏针对错误告警信息的有效校验手段，在投入实际运行后整体误报率偏高，影响其实用化水平。

因此研究实用化的告警信息校验技术，是电网在线故障诊断算法设计的关键，也是提升其实用化水平的重要手段。

综合智能告警功能针对基础数据质量的问题，重点从原始告警信息以及各应用分析结果告警信息两个方面开展研究，对告警信息的正确性进行辨识，以降低错误故障告警率。

　　2.2.2故障在线分析

　　故障在线分析是在告警信息分析校验的基础之上，在线快速诊断故障设备。

故障分析包括两部分：

①对于开关变位、事故总信号、保护动作信号以及变电站告警直传等原始告警信息，采用专家知识库和启发式搜索相结合的分析算法，实现对电网故障的在线诊断；②对于分析结果类的信息，如在线扰动识别的分析结果、二次设备的故障简报等，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础上，以故障时间、故障设备为索引建立故障事件，然后根据不同告警信息在分析结果上的优先级（如表1所示，其中数值小的表示优先级高），将同一故障事件不同来源的分析结果进行整合，完善和补充故障简报内容，形成完整的故障事件报告，指导调度进行故障处置。

　　表1不同数据类型故障分析结果的优先级

　　2.3面向调度运行模式的分类告警

　　2.3.1告警分类

　　为了解决以往调度中心各个系统（EMS和WAMS及保信系统等）独自建设，告警信息分散、零乱的问题，需要从调度日常监控的业务特点出发，将多个系统或功能的告警信息进行整合，建立面向调度运行模式的综合告警。

智能调度控制系统为各个应用功能提供了统一的基础平台，从而为告警信息的整合处理提供了技术支撑手段，面向调度运行模式的综合告警总体架构如图5所示，其中AGC表示自动发电控制，AVC表示自动电压控制。

各应用功能通过基础平台的消息总线服务，采用统一的告警接口将告警内容发送给综合智能告警功能，综合智能告警功能在接收到各个功能的告警信息后，按照调度实时监控、预防控制以及故障处置3个维度对告警信息进行整合，形成实时监视分析、预想故障分析以及故障告警分析3类告警。

其中实时监视分析类告警主要包括一次设备的潮流、电压越限，二次设备的装置投退、通信或装置状态异常，以及系统级的断面、频率越限。

预想故障主要包括静态安全的N-1校验、系统稳定裕度以及外部气象环境的风险预警。

故障告警主要包括设备短路故障、机组跳闸、直流闭锁以及低频振荡等。

　　图4基于多源信息融合的故障诊断架构

　　图5面向调度运行模式的综合告警总体架构

　　这样划分的好处是告警信息的集成度更高，运行人员只需关注告警内容，而不用区分告警的来源，提高了告警处置的效率。

　　2.3.2通用告警信息服务

　　考虑到智能电网调度控制系统的建设是一个长期持续发展的过程，后续将会有更多的应用功能集成到智能电网调度控制系统中，因此综合智能告警功能在设计之初便进行了仔细分析和详细设计，制定了通用告警信息交互规范。

在信息交互方式上，综合智能告警利用智能电网调度控制系统消息总线、事件转发以及服务总线等通用交互方式，以实现Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ区各应用功能与综合智能告警的信息交互。

在信息交互内容上，制定了标准化的交互内容，针对不同的告警类型对告警交互内容进行抽象和封装，以便于后续扩展。

以设备越限为例，交互内容包括告警时间、告警设备、越限值、设