變電站智能在線告警系統(tǒng)研究

摘要：變電站是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化最為重要的環(huán)節(jié)之一，承擔(dān)著傳導(dǎo)、接收和分配電能的任務(wù)，同時(shí)作為電網(wǎng)運(yùn)行基礎(chǔ)設(shè)備部分，時(shí)常伴隨著各類故障的發(fā)生，這些故障若不提早發(fā)現(xiàn)并處理，輕則導(dǎo)致設(shè)備損壞，重則造成人身危害，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)大面積停電，破壞電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，有必要從多個(gè)方面入手對(duì)變電站智能在線告警系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：變電站；安全穩(wěn)定；智能告警系統(tǒng)

作者簡(jiǎn)介：侯玉敏（1970-），女，遼寧丹東人，國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司鶴崗供電公司調(diào)控中心，技師；程亮（1976-），男，安徽亳州人，國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司鶴崗供電公司調(diào)控中心，工程師。（黑龍江 鶴崗 154101）

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）30-0197-02

隨著我國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，使得電網(wǎng)運(yùn)行人員需要關(guān)注更寬、更深范圍的設(shè)備信息。智能變電站的信息化改造使得數(shù)據(jù)信息種類多樣化，不僅對(duì)變電站側(cè)的數(shù)據(jù)信息采集、分揀、傳輸、接收與處理產(chǎn)生復(fù)雜的影響，同時(shí)也對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、統(tǒng)計(jì)與分析處理功能提出了更高層次的要求，本文將著重介紹變電站在應(yīng)對(duì)海量告警信息時(shí)的智能告警措施與方法。

一、智能變電站告警信息分類

智能變電站的告警信息一般用于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的電網(wǎng)故障診斷等高級(jí)應(yīng)用，這些高級(jí)應(yīng)用大部分是基于SCADA/EMS等調(diào)控一體化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，因此SCADA系統(tǒng)提供了主要的智能告警信息，其內(nèi)容主體一般包括開(kāi)關(guān)動(dòng)作以及保護(hù)動(dòng)作信息，通過(guò)整合電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的運(yùn)行與控制的一般性經(jīng)驗(yàn)型知識(shí)并加以分析，完成告警信息的在線智能處理。

1.電網(wǎng)斷面信息

電網(wǎng)斷面信息包含反映斷路器開(kāi)關(guān)動(dòng)作的遙測(cè)信息及繼電保護(hù)動(dòng)作的遙信信息。遙測(cè)信息是指反映電網(wǎng)運(yùn)行工況的模擬量數(shù)據(jù)（電流、電壓和功率），反映電網(wǎng)主要電氣設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行工況的數(shù)據(jù)，如有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置、變壓器油溫等。遙信信息主要是指監(jiān)控裝置的開(kāi)關(guān)動(dòng)作（開(kāi)關(guān)輸入量）信息，包括斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀態(tài)、特殊監(jiān)控的硬觸點(diǎn)和軟觸點(diǎn)。硬觸點(diǎn)有開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能狀態(tài)、遠(yuǎn)方/就地操作位置等；軟觸點(diǎn)包括保護(hù)當(dāng)前狀態(tài)、設(shè)備異常情況等。

這些遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集后由監(jiān)控裝置按規(guī)定的通信規(guī)約向SCADA系統(tǒng)報(bào)送。SCADA系統(tǒng)根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成對(duì)電網(wǎng)當(dāng)前狀態(tài)的重構(gòu)、跟蹤和監(jiān)控。電網(wǎng)的斷面數(shù)據(jù)臨時(shí)存入實(shí)時(shí)庫(kù)中，并以一定的時(shí)間間隔寫入歷史庫(kù)。

2.事故告警信息

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生事故、運(yùn)行電壓電流越限、設(shè)備異常動(dòng)作等情況時(shí)，相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備將會(huì)產(chǎn)生事件順序記錄（Sequence of Event，SOE），這類信息稱之為事故告警信息，其內(nèi)容包括斷路器跳閘、設(shè)備異常動(dòng)作、電壓越限及保護(hù)動(dòng)作等告警信息，告警信息由保護(hù)、監(jiān)控裝置及系統(tǒng)實(shí)時(shí)上傳至SCADA系統(tǒng)并由界面顯示。SCADA系統(tǒng)收到SOE告警信息后，立即產(chǎn)生報(bào)告，同時(shí)通知調(diào)度員，并將告警信息以記錄的形式追加到告警事件數(shù)據(jù)庫(kù)或歷史文件中，形成歷史庫(kù)，方便后期調(diào)用查看。

二、電網(wǎng)調(diào)度中的告警類別

電網(wǎng)調(diào)度中的告警方式有多種分類方法。按告警設(shè)備范圍可以分為電氣元件級(jí)告警和系統(tǒng)級(jí)告警。電氣元件級(jí)告警指的是某元件發(fā)生故障或者電壓、電流或潮流越限時(shí)的告警方式，系統(tǒng)級(jí)告警指的是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生大擾動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)中的電氣量發(fā)生突變，或變化量遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行工況下的水平。

電氣量變化與時(shí)間的關(guān)系如下公式所示：

δ= ΔM/ΔT > nε

其中ΔM=（Ma - Mlim），ΔT為時(shí)間，ε為正常運(yùn)行工況下的電氣量（電壓、電流、頻率）大小，n代表變化量的倍數(shù)。相對(duì)于元件級(jí)告警，系統(tǒng)及告警是基于整個(gè)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的告警方式。

按告警設(shè)備數(shù)目多少可以分為單一告警、串聯(lián)告警、并發(fā)告警和組合告警。單一告警指的是當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生越限、故障時(shí)的單一告警方式，單一告警方式是最為基礎(chǔ)的設(shè)備告警方式。串聯(lián)告警方式由一連串的單一告警組成，串聯(lián)告警一般均由誘發(fā)故障引發(fā)，其后續(xù)均為該誘發(fā)故障的連鎖反應(yīng)及現(xiàn)象，例如母線故障，會(huì)引發(fā)與該條母線相連接的所有線路側(cè)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，這些線路側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘的告警信號(hào)就是在母線故障這個(gè)誘發(fā)故障伴隨下的串聯(lián)故障，從而引發(fā)串聯(lián)告警。

并發(fā)告警指的是兩個(gè)沒(méi)有聯(lián)系的故障同時(shí)發(fā)生，并各自引起相應(yīng)的串聯(lián)效應(yīng)，由這類效應(yīng)引發(fā)的告警稱之為并發(fā)告警。如某條大容量線路發(fā)生故障后，此線路附近線路潮流瞬時(shí)增大，造成其他線路或負(fù)荷發(fā)生潮流越限等故障。

組合告警屬于特殊的串聯(lián)或并發(fā)告警，其完整過(guò)程可描述為：當(dāng)發(fā)生某個(gè)故障后，同時(shí)伴隨發(fā)生了串聯(lián)及并發(fā)故障，誘發(fā)故障引發(fā)了下一故障，同時(shí)與誘發(fā)故障點(diǎn)電氣聯(lián)系不緊密的某一處也發(fā)生了故障，針對(duì)這類故障的告警方式稱之為組合告警。

按照電氣量變化關(guān)系可以分為靈敏度告警以及梯度告警兩種方式。靈敏度是反映可控變量與狀態(tài)變量之間的對(duì)應(yīng)變化關(guān)系的參數(shù)。靈敏度告警可以讓某些變化量很小，但卻可以對(duì)某些狀態(tài)量影響巨大的可控變量進(jìn)行監(jiān)控，很容易區(qū)分出這些可控變量與狀態(tài)量之間的變化關(guān)系，這為電網(wǎng)調(diào)度值班人員適時(shí)采取恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施提供了依據(jù)。梯度告警方式針對(duì)電網(wǎng)不同時(shí)間段的電氣量變化特性，呈階梯狀對(duì)各時(shí)間段逐級(jí)進(jìn)行監(jiān)視告警，此類告警方式廣泛用于制作負(fù)荷曲線時(shí)對(duì)各負(fù)荷變化較快時(shí)可能發(fā)生故障的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行告警。

三、智能告警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)原理

智能告警系統(tǒng)并不能準(zhǔn)確定位故障告警信息，它通常將所有疑似告警信息綜合起來(lái)處理，為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員提供電力系統(tǒng)全景圖，并明確告警方向，便于調(diào)度人員及時(shí)作出決策。

1.智能告警系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

智能告警系統(tǒng)主要由實(shí)時(shí)信息庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)獲取、翻譯、人機(jī)接口模塊等組成，智能告警系統(tǒng)是一個(gè)專家系統(tǒng)，其核心部分是知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)部分，如圖1所示。

上圖中各模塊功能內(nèi)容如下：

（1）知識(shí)庫(kù)。變電站智能告警信息領(lǐng)域的一般性經(jīng)驗(yàn)規(guī)則及知識(shí)，同時(shí)還有相應(yīng)的知識(shí)獲取方法及表示方式。

（2）數(shù)據(jù)緩存庫(kù)。存儲(chǔ)系統(tǒng)模塊運(yùn)行的初始數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)變電站進(jìn)行告警信息篩選等推理操作時(shí)產(chǎn)生的一些中間數(shù)據(jù)將暫時(shí)存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)緩存庫(kù)中，需要與知識(shí)庫(kù)保持一致。

（3）推理機(jī)。數(shù)據(jù)庫(kù)提供數(shù)據(jù)信息，根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則及知識(shí)，推理得出結(jié)果。

（4）解釋器。由于系統(tǒng)內(nèi)部處理是純數(shù)據(jù)信息處理，不具有易讀性，難以理解，因此解釋器將推理得出的結(jié)論“翻譯”給用戶，并通過(guò)人機(jī)接口告知用戶。

（5）統(tǒng)計(jì)計(jì)算模塊。統(tǒng)計(jì)告警信息的操作次數(shù)及頻率。

2.告警信息噪聲處理

在電網(wǎng)正常運(yùn)行以及發(fā)生事故兩種狀態(tài)下，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)都會(huì)收到由底層設(shè)備發(fā)出的大量告警信息，這些數(shù)據(jù)中大部分為冗余數(shù)據(jù)，并不能幫助分析電網(wǎng)狀態(tài)。其中有用的信息也需要按照特定屬性進(jìn)行分類。因此，針對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)接受到的海量信息，需要進(jìn)行預(yù)處理，包括信息篩選過(guò)濾及分配。

告警信息的預(yù)處理包含清除冗余信息和恢復(fù)缺失信號(hào)兩個(gè)主要部分。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，伴隨著故障告警信息還有大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作/復(fù)位信息、保護(hù)動(dòng)作信息及正常運(yùn)行信息，因此，需要將這些冗余信息剔除，剩余的故障信號(hào)將為調(diào)度人員定位故障提供判斷依據(jù)。

大量告警信息中除含有冗余信息之外，也會(huì)缺失某些信息，這些缺失信息將導(dǎo)致信息分析不準(zhǔn)確，為彌補(bǔ)信息缺失造成的漏洞，一般采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)對(duì)告警信息進(jìn)行校驗(yàn)與補(bǔ)足。

3.變電站智能告警系統(tǒng)的硬件組成

變電站智能在線告警系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線路、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、存儲(chǔ)器、前端服務(wù)機(jī)、通信服務(wù)機(jī)、調(diào)度員工作站等部分構(gòu)成。

（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線路。用于將各個(gè)子系統(tǒng)、服務(wù)器、工作站連接起來(lái)，同時(shí)形成一個(gè)連通的網(wǎng)絡(luò)，便于相互之間傳輸、統(tǒng)計(jì)信息。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的功能是為所有遙測(cè)、遙信、通道、廠站、接點(diǎn)的參數(shù)等信息建立數(shù)據(jù)鏈表，方便其他工作站以及仔細(xì)系統(tǒng)連接，并為分析告警內(nèi)容提供分析樣本，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器一般會(huì)設(shè)計(jì)兩臺(tái)以作備用。

（3）存儲(chǔ)器。與數(shù)據(jù)服務(wù)器功能接近，只用作數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、讀取，含有與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器相同的內(nèi)容與格式，特點(diǎn)是存儲(chǔ)量大，相對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的中間存儲(chǔ)器功能來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)器更適合作為歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

（4）前端服務(wù)機(jī)。從前端總線到變電站個(gè)設(shè)備、監(jiān)控儀器連接到此前端服務(wù)機(jī)，相互之間建立數(shù)據(jù)連接，運(yùn)行告警數(shù)據(jù)信息的采集、傳輸、接受和發(fā)送功能。同時(shí)前端服務(wù)機(jī)也設(shè)置多臺(tái)，可分別對(duì)不同類型的數(shù)據(jù)、工作站進(jìn)行區(qū)分。

（5）通信服務(wù)機(jī)。通信服務(wù)機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)度工作站所有調(diào)度決策的通信功能，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)各子站上傳告警信息的的解調(diào)與綜合處理，為每個(gè)子站設(shè)置一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，另外，通信服務(wù)機(jī)中還應(yīng)放置網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和物理隔離設(shè)備。

（6）調(diào)度員工作站。調(diào)度員工作站是調(diào)度員進(jìn)行操作并做出調(diào)度決策的平臺(tái)。它將在后臺(tái)完成告警信息及數(shù)據(jù)的辨識(shí)、分類，同時(shí)通過(guò)人機(jī)接口顯示給調(diào)度人員。另外，它將提供特定的人機(jī)接口，方便調(diào)度員修改、維護(hù)和管理系統(tǒng)。

四、結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)變電站智能在線告警系統(tǒng)處理的告警信息來(lái)源進(jìn)行了介紹，按照不同屬性將電網(wǎng)中的告警方式進(jìn)行分類并設(shè)計(jì)一套智能在線告警系統(tǒng)，列出了該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，闡述各模塊的詳細(xì)功能，最后介紹了系統(tǒng)相應(yīng)的硬件組成。

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