淺析電網調度控制系統智能告警

江蘇省電力公司鹽城供電公司 江蘇鹽城 224005

摘要：隨著特高壓電網建設以及新能源高速發展，國家電網提出了特大電網一體化高效運行的發展要求。因此電網運行特性發生了變化，需要針對現有調度實時監控中各個業務的告警信息進行綜合處理，以提高調度對電網運行狀態的整體感知能力，以及應對電網故障的緊急處置能力。

關鍵詞：綜合告警；在線故障診斷；智能告警；可視化

0 引言

近年來，科學技術的發展帶動了中國新能源以及特高壓電網為骨干網架的大規模電網建設。那么，如何轉變現有調度運行模式，提升調度業務創新能力，尤其需要加強調度事故處置的智能化水平，提高調度事故處置效率，以保障大電網的安全穩定運行。從現有研究成果來看，主要集中在兩個方面：一是運用專家系統、遺傳算法以及模糊集等人工智能分析算法，對調度端的告警信息進行分析處理，實現設備故障的在線診斷；另一方面是結合監控業務的特點，研究告警信息分層分類、推 理分析和綜合展示。從實踐效果來看，上述研究成果對于改善調度自動化系統告警信息處理的智能化水平起到了重要作用，但離支撐大電網運行還存在一定的距離。為此國家電力調度控制中心（簡稱國調中心）在智能電網調度控制系統設計之初就對告警信息的智能化開展了深入研究，本文結合智能電網調度控制系統綜合智能告警功能的研發和應用，從其整體架構、關鍵技術、2個方面展開論述。

1 整體架構

綜合智能告警以智能電網調度控制系統中的各類告警信息為要素，采用面向任務的驅動模式，建立調度日常監控告警處置的整體 框架，如圖 1 所示。在橫向上通過消息總線集成系統內部各個業務的告警信息，包括數據采集與監控（SCADA）、WAMS、保信系統、電力系統應用軟件（PAS）以及動態安全評估（DSA）等，實現對電網運行狀態的在線感知，在縱向上實現變電站、省調中心、調控分中心以及國調中心多級調度間告警信息的縱向貫通，為多級調度間告警信息的協同感知與處理提供技術支撐。

圖1綜合智能告警整體框架

相對于以往調度自動化系統的告警處理，智能調度控制系統的綜合智能告警功能具有三大特點：①在縱向上實現了變電站、省調中心、調控分中心以及國調中心多級調度機構間的廣域分布式智能告警；②在橫向上構建了基于穩態、動態以及暫態數據的綜合故障診斷；③利用統一的基礎平臺，實現各應用告警信息的匯集與整合，建立了面向調度運行模式的綜合告警。

2 關鍵技術

2.1 廣域分布式智能告警

智能告警的數據根源在于子站側的原始告警信息，以往的智能告警多采用集中式分析架構，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據通信壓力以及主站端的運維工作量，因此需要 研 究 變 電 站—調 控 中 心 分 布 式 智 能 告 警 架構，實現設備故障的變電站側就地判別和告警直傳，優化主子站間告警傳輸內容，降低主子站間大量原始告警信息的傳輸。

2.1.1變電站—調控中心分布式智能告警

變電站—調控中心分布式智能告警由變電站側智能告警、變 電 站 告 警 直 傳 以 及 主 站 側 智 能 告 警3個部分構成。

1）變電站側智能告警變電站側設備故障告警的數據源包括開關變位、保護動作信號、相量測量單元（PMU）數據以及故障錄波數據等4類信息，其告警處理的總體架構如圖2所示。

圖2 變電站智能告警分析流程

首先，根據開關變位和保護動作信號，采用啟發式搜索方法，通過網絡拓撲分析和專家告警規則庫，匹配出滿足告警規則的可疑故障元件集；在得到可疑故障元件集的基礎之上，進一步判斷故障設備在故障前是否帶電，若故障前設備不帶電，為區分設備調試告警信號和試送失敗這兩種情況引起的上述告警信息，利用 PMU 數據或故障錄波數據的電氣量信息進行分析校驗，若故障前后發生電流突變，則為故障設備，否則為調試告警信息。

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展試點，尚未進行大規模的推廣建設。

3）主站側智能告警

主站側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，根據標準化的告警條文格式，對告警條文內容進 行解析 處理，得到告警等級、時間、設備、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據源之一，同時結合主站端其他告警信息進行綜合分析，得到故障簡報，其詳細分析過程見2.2節。然而在實際應用過程中，個別變電站存在告警分級不準確，一次設備名稱與主站不一致等問題，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，對告警文的半結構化文本信息進行了大量分析探索，并研究實現了一整套告警信息過濾、一次設備模糊匹配以及信號類型判 斷 的規則和方法，且在實際運行中得到了有效驗證。變電站告警直傳文本解析、處理流程如下。

步驟1：按規范對告警直傳信息中“級別”“時間”“設備”“事件”“原因”各段內容進行提取。

步驟2：根據事先設置的規則對告警信息進行過濾，只保留故障診斷所需的事故總信號和保護動作信號。

步驟3：一次設備解析，為提高定位效率和定位速度，采用廠站定位、設備類型判斷、設備名稱模糊匹配相結合的原則，首先按“設備”段內容所含關鍵字確定告警所屬廠站和設備類型，然后讀取該廠站所有該類型的設備，對主站的設備名稱和告警信息中的設備名稱進行模糊比配處理，定位一次設備。

步驟4：信號類型判斷，通過“事件”段內容，獲取動作的保護類型信息。

步驟5：與其他告警源應用的告警信息進行綜合，按設置的規則進行處理。

2.1.2 多級調控中心間故障告警實時推送

為了解決多級調度間故障信息實時感知的問題，綜合智能告警功能首次提出并實現了多級調度間故障信息的實時共享，其 總 體 架構如圖 3 所 示。以調控分中心為例，當發生設備故障后，調控分中心側的綜合智能告警功能通過基礎平臺的服務總線，向國調中心推送故障簡報（包 括故障時 間、故障 設備、故障相別、重合情況以及故障測距等），國調中心在收到故障簡報推送信息后，發送故障簡報確認信息，以實現故障簡報的可靠傳輸，同時國調中心的綜合智能告警功能對告警信息進行解析處理及推圖告警。此外，調控分中心根據該設備所屬監控權，將該設備故障簡報類似地推送給對應的省調中心

圖3 多級調度間故障告警實時共享。

因此，一旦省調中心、調控分中心或國調中心三者中的任何一個系統診斷出電網故障后，均可以快速推送給其他系統并進行告警，實現了電網故障信息的全網共享，有利于輔助多級調控中心間及時開展故障應對協同處置，避免故障范圍的進一步擴大。

2.2基于多源信息融合的綜合故障診斷

電網設備故障時的告警信息共分為3類：穩態數據（包括開關變位、事故總信號、保護動作信號等）、動態數據（PMU 裝置實時采集的同步相量數據）以及暫態數據（故障錄波），不同類型的數據對于故障分析的實時性和分析結果具有不同的特性。

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，如圖 4 所示，左邊為告警信息數 據源，右邊為在線故障診斷數據流程。告警信息來源包括原始告警信息和分析結果信息兩大類，其中原始告警信息包括來自穩態監控功能的開關變位、事故總信號、變電站告警直傳以及來自二次設備在線監視功能的保護動作信號；分析結果信息包括來自在線擾動識別功能的設備短路故障、機組跳閘、直流波動和閉鎖，以及來自二次設備在線監視功能的保護和錄波簡報。在線故障診斷數據流程分為3個部分，即多源信息校驗、故障在線分析以及故障信息整合。多源信息校驗對不同來源的告警信息進行分析校驗，實現錯誤告警信息的在線辨識；故障在線分析在多源信息校驗的基礎之上，綜合各類告警信息實現故障設備的在線診斷；故障信息整合在故障分析的基礎上，將不同來源的告警信息和分析結果進行整合，形成完整的故障事件報告。通過故障信息的整合，最終形成故障簡報，指導調度進行故障處置。

上述故障診斷架構的好處是任一來源的告警信息，只要滿足告警規則，即可實現快速告警，保證了故障告警的實時性和可靠性，另一方面通過對不同來源告警信息和分析結果的整合，故障診斷的結果更加豐富，提升了對調度事故處置業務的支撐能力。

2.2.1多源信息校驗

以往在線故障診斷算法在設計之初對基礎數據質量問題估計不足，缺乏針對錯誤告警信息的有效校驗手段，在投入實際運行后整體誤報率偏高，影響其實用化水平。因此研究實用化的告警信息校驗技術，是電網在線故障診斷算法設計的關鍵，也是提升其實用化水平的重要手段。綜合智能告警功能針對基礎數據質量的問題，重點從原始告警信息以及各應用分析結果告警信息兩個方面開展研究，對告警信息的正確性進行辨識，以降低錯誤故障告警率。

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的基礎之上，在線快速診斷故障設備。故障分析包括兩部分：①對于開關變位、事故總信號、保護動作信號以及變電站告警直傳等原始告警信息，采用專家知識庫和啟發式搜索相結合的分析算法，實現對電網故障的在線診斷；②對于分析結果類的信息，如在線擾動識別的分析結果、二次設備的故障簡報等，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上，以故障時間、故障設備為索引建立故障事件，然后根據不同告警信息在分析結果上的優先級（如表1所示，其中數值小的表示優先級高），將同一故障事件不同來源的分析結果進行整合，完善和補充故障簡報內容，形成完整的故障事件報告，指導調度進行故障處置。

表1 不同數據類型故障分析結果的優先級

2.3 面向調度運行模式的分類告警

2.3.1 告警分類

為了解決以往調度中心各個系統（EMS 和WAMS及保信系統等）獨自建設，告警信息分散、零亂的問題，需要從調度日常監控的業務特點出發，將多個系統或功能的告警信息進行整合，建立面向調度運行模式的綜合告警。智能調度控制系統為各個應用功能提供了統一的基礎平臺，從而為告警信息的整合處理提供了技術支撐手段，面向調度運行模式的綜合告警總體架構如圖5所示，其中 AGC表示自動發電控制，AVC表示自動電壓控制。各應用功能通過基礎平臺的消息總線服務，采用統一的告警接口將告警內容發送給綜合智能告警功能，綜合智能告警功能在接收到各個功能的告警信息后，按照調度實時監控、預防控制以及故障處置3個維度對告警信息進行整合，形成實時監視分析、預想故障分析以及故障告警分析3類告警。其中實時監視分析類告警主要包括一次設備的潮流、電壓越限，二次設備的裝置投退、通信或裝置狀態異常，以及系統級的斷面、頻率越限。預想故障主要包括靜態安全的N-1校驗、系統穩定裕度以及外部氣象環境的風險預警。故障告警主要包括設備短路故障、機組跳閘、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

圖5面向調度運行模式的綜合告警總體架構

這樣劃分的好處是告警信息的集成度更高，運行人員只需關注告警內容，而不用區分告警的來源，提高了告警處置的效率。

2.3.2 通用告警信息服務

考慮到智能電網調度控制系統的建設是一個長期持續發展的過程，后續將會有更多的應用功能集成到智能電網調度控制系統中，因此綜合智能告警功能在設計之初便進行了仔細分析和詳細設計，制定了通用告警信息交互規范。在信息交互方式上，綜合智能告警利用智能電網調度控制系統消息總線、事件轉發以及服務總線等通用交互方式，以實現Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ區各應用功能與綜合智能告警的信息交互。在信息交互內容上，制定了標準化的交互內容，針對不同的告警類型對告警交互內容進行抽象和封裝，以便于后續擴展。以設備越限為例，交互內容包括告警時間、告警設備、越限值、設備限值、越限類型以及告警來源等。在告警信息展示方面，支持按照告警類型、工作站節點以及用戶責任區對告警信 息進行個性化配置，以滿足不同用戶的需求。

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