調控一體化電網綜合智能告警技術的應用

侯方迪，謝宇哲，顧 偉，趙 舫

（1.浙江大學 電氣工程學院，杭州 310027；2.國網浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

智能電網系統網絡復雜，可以高效地完成各電壓等級的電力傳輸，但同時也大大提高了系統出現事故的幾率以及事故可能造成的危害程度[1-3]。因此，智能告警技術也有必要進一步發展成為一套完整的系統，在實時運行的同時，全方位監測和跟蹤電網的各種告警信息，并迅速完成匯總和分析，提出可操作的解決方案。

在電網實際運行過程中，由于電力網絡的一體性，告警往往是圍繞多個熱點而群發性發生的[4]。因此，除了簡單的按遙信進行告警信息匯總外，電網綜合智能告警分析軟件還必須結合電網網架和電網拓撲，對跨遙信、跨間隔甚至是跨變電站的告警信息進行匯總，結合電網分析提出輔助決策，幫助調度人員理解告警的真實原因[5]。由于電網綜合智能告警分析軟件面向的地調電壓等級分布較廣，網架較大，因此必須對常規的電網分析算法進行優化，只對和告警相關的設備進行熱點分析，從而保證電網綜合智能告警分析軟件能夠及時進行結合電網分析的告警匯總。本文所介紹的就是這種智能告警技術目前的發展狀況以及在寧波、衢州兩地的試運行情況。

1 系統構架

智能告警技術軟件基于實時告警信息和告警專家規則庫，提供了在線的智能告警分析功能；針對分析得到的智能告警，進行包括狀態估計、風險評估、靈敏度分析、負荷轉移[6]在內的各種在線輔助決策，幫助調度人員和監控人員分析、定位和處理各類告警信息。

系統的基本硬件架構如圖1所示，建立在安全三區，從EMS（能量管理系統）獲取模型、圖形和實時數據，從保護信息系統獲取事故信息。

圖1 智能告警硬件系統架構

系統的軟件架構大致分為實時狀態監測和狀態預測。實時狀態監測是通過對從EMS獲取的模型、圖形和實時數據進行狀態估計和潮流計算，對保護信息系統的事故信息進行匯總上報，從而在分布式并行計算平臺上進行計算，得到靈敏度分析和風險評估等數據，并在可視化界面顯示出來，實現告警信息的實時監測與匯總。狀態預測是由停電預案模塊在日常運行過程中，對假想事故進行負荷轉移的決策分析，事先規劃停電事故發生后的應對預案，從而在可視化界面上提供各種輔助決策；由檢修模塊通過負荷轉移仿真進行假想的潮流計算，尋找轉移路徑上的關鍵支路，在可視化界面上提示調度人員進行重點監視。

2 評估技術

2.1 風險評估

為了規避大型電網的風險,往往需要模擬一個統計的數值結果，再根據模擬結果計算出相應的指標，以實現電網規劃中的風險評估[7]。而實現這種風險評估的具體方法有蒙特卡羅模擬法等，其基本理念是：使用隨機生成的方法模擬真實系統的功能和發展規律，從而揭示系統實際的運行規律。對于大型電網，可用此方法模擬負荷預測的結果，從而得到所關心的系統參數和評估指標的概率分布情況。

本文在設備告警信息發生時，預想該設備退出運行，對負荷進行蒙特卡羅模擬，根據實際需要，考慮最大負荷的不確定性。一般情況下要分析電網在最大負荷點處的潮流，通過蒙特卡洛模擬來反映線路或者斷面可能承受的尖峰潮流狀態，若尖峰值超過了網絡的承受能力，則說明電網運行方式的適應性不足，有較大的風險，需在可承受的風險范圍內進行方案優化。

2.2 負荷轉移

總體而言，在高壓、超高壓及特高壓電網中，有功潮流間一般具有較好的線性關系，且局部線性化效果較好，計算誤差較小，因此可線性化近似表示電網預想故障前后的有功潮流關系。電網中的有功潮流主要由設備參數決定，因此各設備的有功潮流可以近似地用線性關系表示，以便在合理誤差范圍內進行計算，在監視控制系統中能將有功潮流作為自由變量來考慮，類似于直流潮流模型，本文將其定義為設備組。

當預想開斷發生時，電網中各設備的有功潮流將重新分布，預想開斷前后的潮流變化與預想開斷的位置及開斷前的潮流有關。當預想開斷發生時，切除設備的有功潮流中一部分將通過同一設備組內的剩余設備進行傳輸，另一部分則將轉移至其他設備組。預想開斷設備所在設備組的剩余潮流與開斷前的有功潮流之間的比例稱為剩余系數，其他設備組預想開斷前后的有功潮流增量與預想開斷設備組開斷前的潮流之間的比例稱為轉移系數[8]。

對于環網線路電流越限，軟件會展示其下帶的主變壓器拓撲結構，并提示每個主變壓器對越限線路的有功靈敏度。

剩余系數和轉移系數在離線系統仿真時已經存入專家庫中，當設備有切除風險時可直接調用剩余系數和轉移系數，并乘以當前的潮流值作為告警系統的提示。當電網中設備發生異常告警且為重要異常告警時，立刻觸發以異常設備為對象的假想故障分析，并按上述方法分析故障后各個設備組的潮流，對當前負荷狀態進行蒙特卡洛分析，得到切負荷/切設備的概率，若概率超過設定值，則認定事故發生，并給出事故等級。對于主變壓器負荷越限，軟件會展示其下帶的線路和拓撲結構，并提示壓負荷/切負荷/倒負荷的意見。

2.3 事故評價

考慮到地區電網的實際情況，可將電網事故分成7個級別。

考慮到地區電網均配置了大量的備自投裝置，能夠在設備發生故障時自動將失電母線倒入對側的帶電線路或者變壓器上，為了提升實時風險評估的精度，智能告警系統提供了備自投的仿真。智能告警系統能根據網架自動生成備自投裝置模型，在進行假想故障分析時，根據事先維護好的備自投裝置模型將失電負荷自動導入帶電供區，從而保證假想故障分析的計算精度。

智能告警系統會實時從保護信息系統獲取事故簡報，并自動將事故簡報與事故告警相關聯。

智能告警系統會在線比對實時拓撲和停電預案的觸發條件，一旦發現預案與實時拓撲匹配成功，就會在監視界面上實時顯示匹配成功的預案。其中停電預案包括：物理隔離方案、停電區域恢復方案和恢復后的關鍵支路監視信息。

3 技術創新點

3.1 和告警掛鉤的快速事故分析

系統能夠在重要異常告警發生時，自動執行考慮備自投裝置的、并且基于《國家電網公司安全事故調查規程》和《國務院第599號令》的快速事故分析，及時提醒調度人員可能的重要事故。

3.2 和越限掛鉤的快速靈敏度分析

系統能夠在環網支路潮流越限時，自動執行不同倒負荷路徑的靈敏度分析，幫助調度人員決策倒負荷策略。

3.3 自動生成預案

智能告警能夠提供對電網的仿真，尋找備自投裝置動作后失電的負荷；對每個失電的負荷，自動尋找帶電母線進行轉移；對每條轉移路徑進行假想的潮流計算，尋找轉移路徑上的關鍵支路，提示調度人員進行重點監視。

4 結語

智能告警系統已經基本完成了遙信智能告警、遙測智能告警、停電預案輔助決策等功能模塊的開發。寧波供電公司已于2012年7月將該系統投入試運行，衢州供電公司也已于2012年8月投入試運行。目前故障診斷模塊的開發也已開始試運行。由于本系統只對與告警相關的設備進行熱點分析，從而能保證告警分析的效率，在出現告警的同時，對可能的故障應急方案迅速做出提示，因此系統應用情況較好，對提高工作效率起到了很好的作用。

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