告警直傳在電力調(diào)度系統(tǒng)中研究與應(yīng)用

丁德鑫，史金偉，嚴(yán)亞琦

(1．國電南瑞科技股份有限公司 電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)分公司，江蘇 南京210000;2．浙江省電力公司 自動(dòng)化處，浙江 杭州310007)

0 引言

隨著電力行業(yè)的發(fā)展，智能電網(wǎng)［1］成為電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。電網(wǎng)智能化要求將電力流、信息流、業(yè)務(wù)流進(jìn)行高度的融合。為了提高電網(wǎng)的可靠性，使得電網(wǎng)能夠安全、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行，近年來按照國家電網(wǎng)公司全面推進(jìn)大運(yùn)行體系建設(shè)要求，提出“告警直傳，遠(yuǎn)程瀏覽，數(shù)據(jù)優(yōu)化，認(rèn)證安全”技術(shù)原則，告警直傳已成為電力調(diào)度系統(tǒng)日常監(jiān)視的重要組成部分。本文深入研究告警直傳技術(shù)的應(yīng)用范圍，研究調(diào)度主站利用基于模型匹配對(duì)直傳告警信息處理方法，實(shí)現(xiàn)調(diào)度主站系統(tǒng)對(duì)下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)(主要指變電站)上送的各類告警信息進(jìn)行按需屏蔽、信息分區(qū)分流［2］、智能化分析統(tǒng)計(jì)。并此基礎(chǔ)上，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了省級(jí)-地區(qū)級(jí)調(diào)度系統(tǒng)、網(wǎng)調(diào)-省級(jí)調(diào)度系統(tǒng)、主-備調(diào)系統(tǒng)間信息按需傳送的功能，為異構(gòu)系統(tǒng)間按需交互和共享提供了全新的方法。

1 告警直傳技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 告警直傳技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，告警直傳［3］在各級(jí)調(diào)度系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)應(yīng)用，即變電站監(jiān)控系統(tǒng)通過DL476 規(guī)約［4］將告警直傳信息上送到調(diào)度主站端，調(diào)度主站端告警服務(wù)處理后由告警窗進(jìn)行顯示。在當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用過程中，各級(jí)調(diào)度系統(tǒng)只停留在“看”告警信號(hào)的層面上，未能對(duì)告警直傳的信息深入整理、有效利用。調(diào)度主站系統(tǒng)中值班人員只是單純地看信息，而隨著電力行業(yè)的發(fā)展，無論是變電站的數(shù)量，還是單個(gè)變電站的信息規(guī)模，大量的告警信息相對(duì)值班人員來說，即便是優(yōu)化過的告警直傳信息，其信息量仍然是海量的。同時(shí)由于傳統(tǒng)廠站端與調(diào)度主站端的數(shù)據(jù)傳輸使用遠(yuǎn)動(dòng)通信方式，依賴遠(yuǎn)動(dòng)信息點(diǎn)表，通過CDT，IEC-101/104 等規(guī)約［5］傳輸。需要人工核對(duì)信息，并通過遠(yuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證信息的正確性，增加變電站接入［6］調(diào)度主站系統(tǒng)的時(shí)間，增加了運(yùn)維人員的工作量。

1.2 目前告警直傳使用中存在的問題與不足

告警直傳是指以變電站監(jiān)控系統(tǒng)為信息源，按照相關(guān)的分類標(biāo)準(zhǔn)，生成標(biāo)準(zhǔn)的告警條文。經(jīng)由變電站圖形網(wǎng)關(guān)機(jī)通過DL476 規(guī)約直接以文本格式傳送到調(diào)度主站及設(shè)備運(yùn)維站，分類顯示在相應(yīng)的告警窗并存入告警記錄文件。調(diào)控中心可通過接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備告警信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前告警直傳在使用中主要存在以下幾個(gè)方面的問題與不足:

(1)調(diào)度主站端將變電站上送的告警信息送到告警窗顯示上或者存入文件，這樣在新站調(diào)試或者子站發(fā)生異常情況時(shí)，大量告警信息進(jìn)入調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)控員無法對(duì)告警直傳刷屏信息進(jìn)行單點(diǎn)、間隔、或者整站告警抑制，告警直傳信息刷屏?xí)r嚴(yán)重干擾正常監(jiān)控工作。

(2)缺乏對(duì)告警直傳信息進(jìn)一步的擴(kuò)展應(yīng)用研究。變電站上送的直傳告警中相比較于通過常規(guī)IEC-101/104 遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約上送的遙信遙測(cè)的方式，省去了主站前置、SCADA、告警服務(wù)處理的過程，含有豐富的信息。所以對(duì)直傳告警如何進(jìn)行存儲(chǔ)分析，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提取出有用的信息有待研究。

(3)網(wǎng)-省-地三級(jí)調(diào)度系統(tǒng)中對(duì)信息共享和互傳的需求越來越大，即省級(jí)調(diào)度系統(tǒng)經(jīng)常需要獲得地區(qū)級(jí)系統(tǒng)中的信息，網(wǎng)調(diào)系統(tǒng)需要獲得省調(diào)系統(tǒng)的信息，特別是雙方為異構(gòu)系統(tǒng)時(shí)，信息交互共享的難度較大。目前的做法有基于XML 文件交互的方式，或者是開發(fā)雙方底層通訊模塊。基于文件的方式由于是非事件驅(qū)動(dòng)的掃目錄方式效率低，基于磁盤I/O，文件方式的交互實(shí)時(shí)性較低。重新開發(fā)信息交互通訊模塊，涉及到雙方約定具體細(xì)節(jié)等問題。

按照調(diào)控一體化［7］的要求，調(diào)度業(yè)務(wù)與設(shè)備監(jiān)控業(yè)務(wù)相融合，由此又需要上送大量變電站數(shù)據(jù)信息，大幅增加了主站系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的處理和維護(hù)負(fù)擔(dān)。為此，需要對(duì)“告警直傳”數(shù)據(jù)交互方式深入研究，以解決變電站數(shù)據(jù)劇增帶來的傳輸和處理問題，優(yōu)化告警直傳的數(shù)據(jù)，使值班人員更多地關(guān)注重要有效的信息。

2 告警直傳深化應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)

2.1 告警直傳一般流程

告警直傳一般流程是:下級(jí)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)地收集本地SCADA 告警信息，按照告警直傳規(guī)范［8］組織告警內(nèi)容，發(fā)送給本地網(wǎng)關(guān)，本地網(wǎng)關(guān)在告警直傳通道通過DL476 規(guī)約將信息送到上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)。上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)前置網(wǎng)關(guān)收到之后交由分析解析模塊做處理，發(fā)送給本地告警服務(wù)模塊，告警模塊根據(jù)告警定義處理后通過消息發(fā)送給告警窗顯示或者按需存儲(chǔ)。

2.2 告警直傳信息分區(qū)分流按需屏蔽統(tǒng)計(jì)分析

作為調(diào)度主站端，僅僅實(shí)現(xiàn)變電站告警顯示不能滿足日常的監(jiān)控需求。特別是新站投入或者異常情況下站端上送大量告警時(shí)，必然對(duì)主站正常的監(jiān)控工作造成一定的干擾。本文研究并實(shí)現(xiàn)了調(diào)度主站端接入大量告警直傳廠站下對(duì)告警直傳信息進(jìn)行自動(dòng)責(zé)任區(qū)信息分區(qū)分流、告警信息按需屏蔽、統(tǒng)計(jì)分析等功能，過程如下:

(1)主站告警直傳前置網(wǎng)關(guān)通訊模塊通過DL476 規(guī)約收到子站上送的告警報(bào)文后，取得該通訊廠站的屬性(包括責(zé)任區(qū)值、廠站ID等)信息，通過解析告警字符內(nèi)容，匹配告警內(nèi)容與通訊廠站，獲得廠站告警狀態(tài)，按照消息結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，發(fā)送給SCADA 告警分析解析處理模塊。

(2)SCADA 告警分析解析處理模塊實(shí)時(shí)接收前置網(wǎng)關(guān)機(jī)發(fā)過來的消息，進(jìn)行告警抑制屏蔽判斷。根據(jù)子站上送告警內(nèi)容中設(shè)備描述能否和主站系統(tǒng)模型匹配分別采用不同策略:基于模型匹配策略、基于人工干預(yù)按需屏蔽策略。先采用基于模型匹配策略進(jìn)行屏蔽判斷，若判斷出沒有告警抑制，采用基于人工干預(yù)按需屏蔽策略，示意圖如圖1。

圖1 告警抑制判斷流程

基于模型匹配策略進(jìn)行告警屏蔽判斷，遵循“廠站→間隔→設(shè)備”的順序，進(jìn)行告警抑制狀態(tài)判斷，流程圖如圖2。

圖2 基于模型匹配策略判斷流程

該策略包含3 個(gè)步驟:1)根據(jù)廠站ID 到廠站表中判斷廠站狀態(tài)是否包含“告警抑制”，如果包含，對(duì)該告警信息打上告警抑制標(biāo)記。2)解析告警內(nèi)容中間隔名稱，到SCADA 間隔表中匹配，如果匹配到且間隔狀態(tài)包含告警抑制，將該告警信息打上告警抑制標(biāo)記。3)解析告警內(nèi)容中的設(shè)備名稱，到SCADA 斷路器、刀閘等設(shè)備表中匹配判斷，如果該設(shè)備在主站模型系統(tǒng)中是告警抑制狀態(tài)，將該告警信息打上告警抑制標(biāo)記。

由于某些原因，子站上送的告警內(nèi)容中設(shè)備名稱等無法在主站模型上匹配，針對(duì)這種情況，本文實(shí)現(xiàn)了基于人工干預(yù)按需屏蔽方法，示意圖如圖3。

圖3 基于人工干預(yù)按需屏蔽示意圖

新增告警直傳抑制信息表，包含“設(shè)備名稱”、“間隔名稱”、 “抑制類型”、 “抑制狀態(tài)”等字段，其中“抑制類型”表示是單點(diǎn)抑制還是間隔抑制。“抑制狀態(tài)”表示是告警抑制還是正常。調(diào)度員操作的信息寫入該表。調(diào)度員在告警窗上看到某條告警，判斷該設(shè)備告警不再需要上告警窗，通過在告警窗上點(diǎn)擊右鍵菜單，選擇“告警抑制”或者“間隔抑制”。需要恢復(fù)告警時(shí)，在告警窗上右鍵選擇該告警后點(diǎn)擊“取消抑制”或者“取消間隔抑制”。

告警抑制判斷過程:1)將告警中的間隔名稱到告警抑制信息表中查找，如果找到該間隔且是間隔告警抑制，則該告警打上抑制標(biāo)記。2)將告警中的設(shè)備名稱到告警抑制信息表中查找，如果找到該設(shè)備且是告警抑制，則該告警打上抑制標(biāo)記。否則判為不抑制。若監(jiān)控員需要對(duì)某個(gè)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)抑制操作但由于時(shí)間太長，該條告警在告警窗上無法找到，系統(tǒng)提供了“歷史抑制信息維護(hù)”界面工具進(jìn)行操作維護(hù)。在該工具上可以瀏覽所有操作過的告警信息，并可以進(jìn)行“抑制”或者“解除抑制”操作，方便使用。

(3)SCADA 告警分析解析處理模塊將處理完成的信息組織成告警消息發(fā)給主站平臺(tái)的告警服務(wù)模塊，根據(jù)事先的告警定義規(guī)則，發(fā)送到告警客戶端。告警客戶端收到消息后，首先解析出報(bào)文的各個(gè)字段，讀取出責(zé)任區(qū)值。定時(shí)讀取用戶在總控臺(tái)上所選的責(zé)任區(qū)值。最后進(jìn)行判斷，如果用戶所屬的責(zé)任區(qū)包含了該設(shè)備所屬的責(zé)任區(qū)，則該節(jié)點(diǎn)就可以顯示告警信息，否則過濾該告警不顯示。同時(shí)，在告警窗上通過告警類型設(shè)置可以設(shè)置本節(jié)點(diǎn)是否顯示告警直傳類型的告警。通過以上步驟，實(shí)現(xiàn)了告警直傳信息分區(qū)分流，按需屏蔽。

(4)告警直傳信息分析統(tǒng)計(jì)。告警直傳信息中包含了變電站的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的豐富信息，通過對(duì)這些信息進(jìn)行挖掘，可以輔助日常的監(jiān)控工作。本文對(duì)告警直傳按照告警等級(jí)、時(shí)間、廠站、設(shè)備等存儲(chǔ)到文件中，開發(fā)了分析統(tǒng)計(jì)模塊，每天對(duì)這些文件統(tǒng)計(jì)匯總，按廠站、時(shí)間、“事故、異常、越限、變位、告知”5 類告警等級(jí)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成報(bào)表，并可以與通過常規(guī)的IEC-101/104 規(guī)約上送的信息產(chǎn)生的告警進(jìn)行對(duì)比，在調(diào)度系統(tǒng)中以某幾個(gè)站告警直傳信息分析統(tǒng)計(jì)舉例，統(tǒng)計(jì)結(jié)果示意如圖4。

圖4 告警直傳分析統(tǒng)計(jì)圖

2.3 省調(diào)-地調(diào)異構(gòu)系統(tǒng)告警按需直傳

隨著調(diào)控一體化系統(tǒng)的建設(shè)，省級(jí)調(diào)度系統(tǒng)也需要監(jiān)視非直接管轄的地區(qū)調(diào)度系統(tǒng)的某些廠站運(yùn)行狀態(tài)。原先的建設(shè)模式需要將地區(qū)的廠站逐一接入到省調(diào)側(cè)，這種做法存在一定的重復(fù)建設(shè)，因?yàn)榈貐^(qū)調(diào)系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)這些廠站納入監(jiān)控。借助于告警直傳應(yīng)用，本文實(shí)現(xiàn)了省-地異構(gòu)系統(tǒng)間告警信息按需傳送。快速高效，不增加任何硬件等資源實(shí)現(xiàn)了一體化信息監(jiān)控。地調(diào)系統(tǒng)告警信號(hào)通過告警直傳上送到上級(jí)系統(tǒng)的流程如圖5。

圖5 省-地異構(gòu)系統(tǒng)告警信息按需傳送示意圖

地調(diào)側(cè)系統(tǒng)SCADA 模塊上告警處理模塊實(shí)時(shí)接收本系統(tǒng)告警信息，判斷該告警是否包含廠站信息，通過預(yù)先的配置文件中配置的告警類型，判斷該類型的告警是否需要上送。對(duì)于本系統(tǒng)被抑制的告警，不上送上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)。通過本地系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中配置，可以選擇該量測(cè)信息點(diǎn)的告警信息是否需要上送到上級(jí)系統(tǒng)。由于地區(qū)級(jí)系統(tǒng)建設(shè)得較早，告警信息中設(shè)備命名等存在不符合國網(wǎng)公司“電網(wǎng)設(shè)備通用模型命名規(guī)范”［9］中的要求，需要進(jìn)行告警內(nèi)容格式修改。地區(qū)級(jí)系統(tǒng)中，告警信息內(nèi)容不符合現(xiàn)有告警直傳信息規(guī)范，所以需要進(jìn)行告警等級(jí)拼接。通過配置文件配置地區(qū)系統(tǒng)告警窗各個(gè)窗口與告警等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將告警信息內(nèi)容添加“告警等級(jí)”字段。最后將最終的告警信號(hào)發(fā)給本地前置網(wǎng)關(guān)，進(jìn)而通過規(guī)約上送到省級(jí)調(diào)度系統(tǒng)主站。

2.4 網(wǎng)調(diào)-省調(diào)綜合智能告警直傳

隨著智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)在網(wǎng)調(diào)、省調(diào)建設(shè)以來，電網(wǎng)已經(jīng)形成縱向貫通的格局，上下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互的需求變得日益迫切。其中綜合智能分析告警模塊［10］(ISW)需要把省調(diào)系統(tǒng)判出的告警分析發(fā)送到網(wǎng)調(diào)系統(tǒng)的ISW 模塊，在網(wǎng)調(diào)主站系統(tǒng)內(nèi)做全局性的高級(jí)應(yīng)用軟件分析應(yīng)用。借助于告警直傳可以方便地實(shí)現(xiàn)該功能。在省級(jí)調(diào)度系統(tǒng)側(cè)，前置網(wǎng)關(guān)和ISW 發(fā)送模塊約定消息通信的格式，為了與現(xiàn)有的告警直傳5 級(jí)告警區(qū)分，擴(kuò)展以“〈9〉”作為告警等級(jí)標(biāo)識(shí)。前置網(wǎng)關(guān)收到之后通過告警直傳通道傳送到網(wǎng)調(diào)，網(wǎng)調(diào)前置網(wǎng)關(guān)判別告警等級(jí)是否為“〈9〉”，再以和網(wǎng)調(diào)ISW 約定的消息格式發(fā)送給網(wǎng)調(diào)ISW。同時(shí)為了增加傳輸?shù)目煽啃裕黾又眰鞔_認(rèn)功能，解決某些異常情況下ISW 告警沒有成功送到網(wǎng)調(diào)系統(tǒng)的問題。非常簡(jiǎn)便直觀地實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)省之間信息按需傳送，整個(gè)流程示意圖如圖6。

2.5 主-備調(diào)告警直傳信息共享

現(xiàn)在各級(jí)調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)一般都是主-備調(diào)建設(shè)模式，由于各種原因，子站可能只能和主調(diào)/備調(diào)一套系統(tǒng)進(jìn)行連接建立告警直傳通道，備調(diào)/主調(diào)系統(tǒng)如何獲得變電站告警直傳信息成為需要解決的問題。借助于告警直傳應(yīng)用，在主-備調(diào)系統(tǒng)間建立DL476 通道，主調(diào)系統(tǒng)接收本地前置網(wǎng)關(guān)發(fā)送的告警直傳信息，發(fā)送到備調(diào)的網(wǎng)關(guān)機(jī)，這樣，備調(diào)前置網(wǎng)關(guān)接收到報(bào)文后發(fā)送給后臺(tái)處理模塊，即通過多級(jí)告警直傳實(shí)現(xiàn)主-備調(diào)告警直傳信息共享，其過程如圖7。

圖6 網(wǎng)-省ISW 告警信息傳送示意圖

圖7 主-備調(diào)告警直傳共享示意圖

3 告警直傳應(yīng)用效果

隨著各地區(qū)告警直傳的推廣和應(yīng)用，基于OPEN-3000，D-5000 平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了變電站-調(diào)度主站，地區(qū)調(diào)度系統(tǒng)-省級(jí)調(diào)度系統(tǒng)，省級(jí)調(diào)度系統(tǒng)-網(wǎng)調(diào)，主-備調(diào)系統(tǒng)告警直傳的運(yùn)行模式。目前在江蘇、浙江、四川、山東、陜西、安徽等省的地區(qū)級(jí)調(diào)度系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)變電站-主站告警直傳信息接入。還實(shí)現(xiàn)了山東-華北、江蘇、安徽-華東、陜西、寧夏-西北網(wǎng)調(diào)借助于告警直傳實(shí)現(xiàn)綜合智能分析與告警信息從省調(diào)傳送到網(wǎng)調(diào)，服務(wù)于網(wǎng)調(diào)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。在寧夏實(shí)現(xiàn)了將D5000 系統(tǒng)接收到的變電站告警直傳告警傳送到地調(diào)OPEN-3000 系統(tǒng)上。在河南省地一體化系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)了將省調(diào)用戶關(guān)心的各地調(diào)D5000 系統(tǒng)應(yīng)用工況、網(wǎng)絡(luò)工況等告警信息通過告警直傳上送到省調(diào)系統(tǒng)上，方便省調(diào)對(duì)地調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行巡檢。以這種輕量級(jí)的方式擴(kuò)充了各種應(yīng)用。

4 結(jié)論

告警直傳技術(shù)及其應(yīng)用打破了過去調(diào)控信息直采直收的傳統(tǒng)方式，結(jié)合遠(yuǎn)程瀏覽［11］技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了主站端對(duì)變電站的全景監(jiān)視，上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)對(duì)下級(jí)調(diào)度系統(tǒng)按需監(jiān)視。解決了調(diào)控信息數(shù)據(jù)多、系統(tǒng)運(yùn)行壓力重、維護(hù)工作量大、信息調(diào)試時(shí)間長及現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)大［12］的問題。對(duì)告警直傳信息實(shí)現(xiàn)了信息分區(qū)分流、按需屏蔽、統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)一步提高了告警直傳模塊的可用性，減輕了調(diào)度運(yùn)維人員的工作壓力。目前告警直傳技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間不長，如何結(jié)合遠(yuǎn)程瀏覽進(jìn)行告警直傳事故告警推遠(yuǎn)程瀏覽畫面、如何幫助快速診斷電力系統(tǒng)故障［13～14］、如何召喚子站歷史告警信息等方面還有待后續(xù)研究和改進(jìn)。

［1］嚴(yán)勝，姚建國，楊志宏，等．智能電網(wǎng)調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)［J］．電力建設(shè)，2009，30(9):1-4．

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