輸變電設(shè)備集中監(jiān)控大數(shù)據(jù)及應(yīng)用

靳凱倫，王超杰，吳學(xué)正

（1.國網(wǎng)河北省電力有限公司滄縣供電分公司，河北 滄縣 061000；2.國網(wǎng)河北省電力有限公司邯鄲供電分公司，河北 邯鄲 056000；3.國網(wǎng)河北省電力有限公司雄安新區(qū)供電公司，河北 雄安 071000）

從適應(yīng)電力大數(shù)據(jù)發(fā)展需求的角度，電力公司需要進(jìn)一步加強(qiáng)對智能調(diào)控技術(shù)的研究，構(gòu)建相應(yīng)的輸變電設(shè)備集中監(jiān)控中心，配合大數(shù)據(jù)技術(shù)，實現(xiàn)對電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)和歷史運行數(shù)據(jù)的有效獲取，然后結(jié)合K-Means聚類算法，針對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，依照分析結(jié)果對異常和事故告警信息的影響范圍進(jìn)行研究，做好相應(yīng)的風(fēng)險評估，為信息監(jiān)控、異常處理等提供支撐。

1 輸變電設(shè)備集中監(jiān)控現(xiàn)狀

信息化背景下，智能電網(wǎng)呈現(xiàn)出了快速發(fā)展的態(tài)勢，對比傳統(tǒng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)有著清潔、靈活、安全的特點，其在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動下，規(guī)模迅速擴(kuò)大。智能電網(wǎng)建設(shè)和運行中，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，尤其是在調(diào)控一體化理念的影響下，輸變電設(shè)備采用了集中監(jiān)控的方式，所有的監(jiān)控信息都會被集中到調(diào)控中心，這些數(shù)據(jù)信息的體量巨大，涉及的設(shè)備主體和類型眾多，而且運行狀態(tài)信息、異常信息以及告警信息等相互混雜，使用難度較大。目前，電力部門在面對海量調(diào)控運行數(shù)據(jù)時，欠缺有效的數(shù)據(jù)分析和展示手段，影響了監(jiān)控信息作用的有效發(fā)揮，導(dǎo)致輸變電設(shè)備集中監(jiān)控并沒有能夠真正達(dá)到理想化的效果。要想更好地利用集中監(jiān)控信息，可以引入大數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)，結(jié)合監(jiān)控人員在工作中的現(xiàn)實需求，做好分析統(tǒng)計工作，將統(tǒng)計結(jié)果以圖表的形式展示出來，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行情況的有效監(jiān)測。

2 輸變電設(shè)備集中監(jiān)控信息采集與分析

2.1 信息采集

輸變電設(shè)備集中監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含3個核心內(nèi)容，一是調(diào)度管理系統(tǒng)OMS，其主要負(fù)責(zé)對于監(jiān)控日志、設(shè)備臺賬以及設(shè)備檢修等相關(guān)信息的采集；二是智能電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)支持系統(tǒng)D5000，負(fù)責(zé)運行數(shù)據(jù)和設(shè)備告警信息的采集，如電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)、遙信歷史數(shù)據(jù)、遙測歷史數(shù)據(jù)、遙測越限告警數(shù)據(jù)等；三是輸變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)，負(fù)責(zé)主變油色譜分析告警信息以及開關(guān)等氣體分析告警信息的采集。

2.2 信息分析

在輸變電設(shè)備集中監(jiān)控中心，對于大數(shù)據(jù)的分析采用的是K-Means聚類算法，以告警信息為例，可以對進(jìn)行合并、轉(zhuǎn)換，將信息的分類情況直觀展示出來，為工作人員的判斷提供依據(jù)。K-Means聚類算法本身是在迭代過程中，進(jìn)行聚類中成員的不斷移動，以此來獲取理想聚類。可以將n個對象劃分為C個聚類，確保這些聚類內(nèi)部高度相似，依照聚類重心（對象平均值）計算相似度。

從實踐的角度，在對告警信息進(jìn)行大數(shù)據(jù)聚類分析時，可以依照告警信號發(fā)生的實訓(xùn)以及相應(yīng)的時間區(qū)間，對信號間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行分析。例如，可以將一些總是在較短時間內(nèi)反復(fù)發(fā)生的信號聚成一類。輸變電設(shè)備集中監(jiān)控決策系統(tǒng)的輸入源包括告警信號數(shù)據(jù)庫中的歷史告警信號和實時告警信號，借助K-Means聚類算法，針對這些告警信號進(jìn)行相應(yīng)的聚類匹配，然后選擇不同的初始聚類中心，形成排序不同的告警簇，通過不同模塊對其進(jìn)行展示。監(jiān)控中心工作人員可以依照展示結(jié)果，就輸變電設(shè)備實際運行情況以及潛在運行風(fēng)險進(jìn)行分析和判斷。

3 輸變電設(shè)備集中監(jiān)控大數(shù)據(jù)及應(yīng)用

3.1 信號總計

利用系統(tǒng)中的信號總計模塊，可以對規(guī)定時間內(nèi)的五類信號（異常、事故、高職、越限、變位）數(shù)量及最近30天的平板數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，繪制出直觀的圖形（見圖1）。

圖1 信號總計

結(jié)合上述圖形，就其中的數(shù)值和同類信號波形圖中的數(shù)值進(jìn)行對比，可以判斷指定日期境內(nèi)告警窗信號量是否存在異常，如果信號表現(xiàn)出了明顯的波動，需要通過深入分析來找出根源及對應(yīng)設(shè)備，開展針對性的監(jiān)控工作，對存在的問題進(jìn)行及時處理。

3.2 信號排名

工作人員在進(jìn)行日常監(jiān)控時，需要關(guān)注本值內(nèi)出現(xiàn)的告警信息，而在運用大數(shù)據(jù)分析的過程中，如果依然關(guān)注單一工作日的數(shù)據(jù)，顯然存在很大的局限性，并不能將大數(shù)據(jù)的作用和價值真正發(fā)揮出來。對此，監(jiān)控中心可以依照不同的信號類型，針對指定時間段內(nèi)告警信號的發(fā)生的頻率進(jìn)行排名。

可以選擇在某個時間段內(nèi)出現(xiàn)次數(shù)在前十的告警信號，對其發(fā)生次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，然后依照信號頻發(fā)排名表，做好具體分析，要求監(jiān)控中心工作人員能夠和現(xiàn)場運維人員一起，做好信號頻發(fā)原因的排查，若是現(xiàn)場設(shè)備缺陷引發(fā)的信號頻發(fā)，需要督促運維人員做好處理；若是信號上傳不暢引發(fā)的信號頻發(fā)，則需要聯(lián)系自動化運維人員進(jìn)行檢查。借助相應(yīng)的信息優(yōu)化處理，工作人員可以及時發(fā)現(xiàn)輸變電設(shè)備存在的缺陷，也可以明確電網(wǎng)運行中的風(fēng)險和問題。

3.3 信息統(tǒng)計

3.3.1 日信號量統(tǒng)計

監(jiān)控人員可以選擇某個時間區(qū)段，對變電站在該時間區(qū)段內(nèi)每天發(fā)生的五類信號進(jìn)行統(tǒng)計，也可以借助復(fù)選框，從實際需求出發(fā)，單獨選擇某一類信號，借助折線圖的形式，分析信號數(shù)量是否存在突變的現(xiàn)象，如果有，則需要對照其具體日期，開展詳細(xì)深入的分析。在對某一類信號進(jìn)行選擇時，圖表會依照信號數(shù)量，自動完成縱坐標(biāo)單位量的更新，確保折線圖可以清晰直觀地反映出信號突變現(xiàn)象。

3.3.2 AVC遙控成功率統(tǒng)計

AVC指自動電壓控制系統(tǒng)，其本身能夠切實保障電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，提高電網(wǎng)的無功控制和電壓控制水平。AVC統(tǒng)計模塊可以對某個時間段內(nèi)AVC遙控預(yù)制超時、遙控執(zhí)行成功以及遙控執(zhí)行失敗的比例進(jìn)行展示，具體如圖2所示。

圖2 AVC 遙控成功率統(tǒng)計

遙控預(yù)制超時的誘發(fā)因素，一般是系統(tǒng)或者命令傳輸通道發(fā)生了異常，遙控執(zhí)行失敗多是因為變電站現(xiàn)場的容抗設(shè)備切換到了舊的位置，又或者測控裝置、開關(guān)機(jī)構(gòu)等發(fā)生了故障。若遙控預(yù)制超時比例過高，監(jiān)控中心工作人員需要及時告知自動化人員和AVC系統(tǒng)管理人員；若遙控執(zhí)行失敗比例過高，工作人員需要通知現(xiàn)場運維人員做好檢查和消缺工作。

3.3.3 變電站信號量統(tǒng)計

變電站信號量統(tǒng)計是以變電站作為單位，針對輸變電設(shè)備的告警信息進(jìn)行統(tǒng)計和排序，借助相應(yīng)的統(tǒng)計模塊，工作人員可以直觀了解某個時間段內(nèi)，哪個變電站出現(xiàn)的異常信號較多，提醒監(jiān)控人員加強(qiáng)對變電站運行情況的監(jiān)視工作，或者通知現(xiàn)場運維人員做好現(xiàn)場巡視工作，以此找出電網(wǎng)運行的薄弱環(huán)節(jié)。以越限告警信息為例，其主要是變電站母線電壓越限或者直流電壓越限，對變電站越限信息的頻發(fā)程度進(jìn)行排序，可以明確容易發(fā)生電壓越限問題的區(qū)域，找出電網(wǎng)的薄弱點，然后通過在變電站增加容抗器等措施，保障其運行的穩(wěn)定性和安全性。

3.3.4 告警抑制數(shù)量變化量統(tǒng)計

監(jiān)控人員在值班時，通常都是結(jié)合上窗信號，對電網(wǎng)運行情況進(jìn)行判斷。但是，不少停役設(shè)備又或者接近檢修的設(shè)備會發(fā)出大量的信號，這些信號可能會遮蓋異常告警信號。對此，在D5000系統(tǒng)中，增加了一些輔助功能，包括廠站告警抑制、間隔告警抑制、遙信告警抑制等。如果某個光子信號又或者設(shè)備間隔被告警抑制，其不會在告警窗顯示。設(shè)備恢復(fù)使用后，需要對其信號或者間隔的抑制情況進(jìn)行檢查，解除所有相關(guān)抑制，以確保設(shè)備異常信號可以及時顯示出來。

當(dāng)前，在很多電網(wǎng)公司，對于集中監(jiān)控中心，采用的都是五值三倒的排班，接班人員需要了解接班前32h內(nèi)電網(wǎng)所有的運行變化情況。告警抑制數(shù)量變化量統(tǒng)計模塊能夠以交接班時間作為刷新時間，對4個值內(nèi)告警抑制的變化情況進(jìn)行展示。每天交接班時，接班人員只需要對告警抑制數(shù)量的變化情況進(jìn)行查閱，就可以準(zhǔn)確了解有哪些設(shè)備出現(xiàn)了停役或者復(fù)役的變化，借此把握好電網(wǎng)整體運行情況。

3.3.5 帶電抑制間隔統(tǒng)計

借助相應(yīng)的告警抑制功能，能夠有效避免檢修信號頻繁彈出的問題，避免了監(jiān)控人員注意力的分散。但是，在進(jìn)行輸變電設(shè)備集中檢修的過程中，當(dāng)值監(jiān)控人員依然需要對大量的彈窗信息進(jìn)行處理，稍不留意，就可能出現(xiàn)間隔告警抑制信息遺漏的問題。如果運行設(shè)備間隔被告警抑制，監(jiān)控人員就無法實現(xiàn)對整個間隔的有效監(jiān)督控制，從而出現(xiàn)漏掉監(jiān)控信號的問題，這樣也許就無法對輸變電設(shè)備中存在的缺陷和問題進(jìn)行有效處理，影響電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和安全。為了避免這一問題，技術(shù)人員在相應(yīng)的監(jiān)控分析平臺上，增加了帶電間隔告警抑制統(tǒng)計功能，如果某個間隔存在帶電運行的情況，同時，其被告警抑制，則間隔名稱會出現(xiàn)在帶電間隔抑制欄中。如果電力系統(tǒng)保持正常運行，這一欄應(yīng)該為空，所有的運行設(shè)備都不能被告警抑制，都必須處于監(jiān)控人員的監(jiān)視下。交接班環(huán)節(jié)，監(jiān)控人員需要對帶電間隔抑制欄進(jìn)行查看，如果發(fā)現(xiàn)有未解除抑制的帶電間隔，需要立即與現(xiàn)場運維人員進(jìn)行核對，將告警抑制解除，這樣可以避免出現(xiàn)信號漏監(jiān)的問題。

4 結(jié)語

總而言之，輸變電設(shè)備集中監(jiān)控中大數(shù)據(jù)技術(shù)的研究和應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)實際運行情況的監(jiān)控和預(yù)警，幫助監(jiān)控人員及時發(fā)現(xiàn)輸變電設(shè)備中存在的缺陷，找出電網(wǎng)運行的薄弱環(huán)節(jié)。同時，也能夠為監(jiān)控人員的日常工作提供輔助，確保其能夠更加直觀地了解電網(wǎng)的實際運行情況，避免出現(xiàn)信號漏監(jiān)的問題。結(jié)合其在某電網(wǎng)的實際運行情況分析，系統(tǒng)中的監(jiān)控信息大數(shù)據(jù)分析能夠極大地提高工作效率，對電網(wǎng)運行中存在的安全隱患進(jìn)行排除，有效保障電網(wǎng)運行的安全性，可以為其他地區(qū)電網(wǎng)的調(diào)控運行提供參考和借鑒。