電網(wǎng)設(shè)備信號智能處理系統(tǒng)的研制

陸 路，陸 成

(泰州供電公司，江蘇泰州225300)

隨著國家電網(wǎng)“三集五大”方案的推進以及電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電網(wǎng)調(diào)控人員的工作壓力日益增加，傳統(tǒng)的面向調(diào)度業(yè)務(wù)的分析型能量管理（EMS）系統(tǒng)著重于分析電網(wǎng)某一運行狀態(tài)下的各種安全、經(jīng)濟指標(biāo)，其信息處理系統(tǒng)缺乏對設(shè)備故障、異常、告警等信號間的關(guān)聯(lián)分析。電網(wǎng)調(diào)控人員面對上送至調(diào)控中心的海量信息，僅靠經(jīng)驗和直覺判斷電網(wǎng)設(shè)備故障的性質(zhì)已無法滿足當(dāng)前電網(wǎng)智能調(diào)度的需求，研究和開發(fā)集調(diào)度業(yè)務(wù)和監(jiān)控業(yè)務(wù)為一體的智能型EMS系統(tǒng)是保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。

1 電網(wǎng)設(shè)備信號智能處理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

近年來國內(nèi)研究機構(gòu)對電網(wǎng)設(shè)備信號智能處理系統(tǒng)的研究取得一定成果，但還不能夠全面支持調(diào)控一體化系統(tǒng)的運行。

（1）報警信息命名不夠規(guī)范。實際工程應(yīng)用中，存在相同類型、相同型號的設(shè)備所設(shè)置的監(jiān)控信息因為廠站施工單位不同而各不相同的問題，增加調(diào)控人員的分析判斷時間。

（2）報警信息的漏報和誤報。有多種原因?qū)е滦畔⒌穆﹫蠛驼`報，如規(guī)約處理上的偏差，廠站端的RTU存在缺陷等[1]，海量的告警信息短時間涌入會增加調(diào)控人員分析難度。

（3）設(shè)備信息關(guān)聯(lián)分析不足。一個事件的發(fā)生可能對應(yīng)著多條報警信息，這些報警信息不是彼此孤立的，而是存在著多種關(guān)聯(lián)關(guān)系[2]。實際工作中，對海量信息短時間篩選出關(guān)鍵信息，往往依靠調(diào)控人員工作經(jīng)驗。

2 電網(wǎng)設(shè)備信號智能處理系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

電網(wǎng)設(shè)備信號智能處理系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)設(shè)備信號智能處理系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

系統(tǒng)采用層次架構(gòu)和模塊化設(shè)計，數(shù)據(jù)層包含數(shù)據(jù)庫和實時信息接收模塊2個部分；應(yīng)用層從數(shù)據(jù)層提取實時數(shù)據(jù)以實現(xiàn)信息的智能處理，包括智能優(yōu)化告警信息、故障信號分析與診斷、設(shè)備異常信號關(guān)聯(lián)分析與診斷和輔助決策支持等，分析結(jié)果呈現(xiàn)給用戶層用戶，同時存入數(shù)據(jù)層；用戶層根據(jù)應(yīng)用層的分析結(jié)果在線決策，同時也可根據(jù)需要與應(yīng)用層進行交互，包括知識庫維護，提高應(yīng)用分析的正確率和效率[3]。電網(wǎng)設(shè)備信號智能處理系統(tǒng)關(guān)鍵特征如下：

（1）完整性。系統(tǒng)包含實時態(tài)與研究態(tài)，均可實現(xiàn)對事故發(fā)生前的設(shè)備異常信號的關(guān)聯(lián)分析與診斷、事故發(fā)生時的故障信號診斷功能，及時輔助調(diào)控人員決策處理；同時，能夠?qū)崿F(xiàn)對歷史信號分析與診斷結(jié)果查詢，為調(diào)控人員的案例分析與培訓(xùn)提供歷史數(shù)據(jù)。

（2）智能性。自動采集實時電網(wǎng)設(shè)備異常、告警和故障等信息，實現(xiàn)關(guān)聯(lián)分析與診斷輔助調(diào)控人員決策。

（3）可擴展性。系統(tǒng)采用VC++6.0開發(fā)核心推理算法，可嵌入SCADA/EMS系統(tǒng)，同時系統(tǒng)預(yù)留部分接口，方便和其他系統(tǒng)兼容。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

為保證系統(tǒng)功能的通用性、獨立性，將系統(tǒng)分為實時信息接收模塊、設(shè)備異常告警信號智能處理模塊、故障診斷模塊。系統(tǒng)功能流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能流程圖

2.3 系統(tǒng)原理

（1）實時信息接收模塊接收來自SCADA/EMS調(diào)度自動化系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)，設(shè)備異常告警信號智能處理模塊通過關(guān)鍵字提取方法，模糊辨識實時信息接收模塊接收的設(shè)備異常告警信號，運用基于規(guī)則和事例混合推理機制，結(jié)合專家系統(tǒng)的知識庫，智能處理一段時間內(nèi)未復(fù)歸信號間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，分析出設(shè)備異常可能原因并提供處理措施，提醒調(diào)控人員及時處理異常設(shè)備，排除故障隱患。

（2）故障診斷模塊截取實時信息接收模塊接收的故障信息，判斷是否為真實故障，確定是否啟動故障診斷核心處理程序，結(jié)合開關(guān)保護的動作情況確定設(shè)備故障性質(zhì)，輔助調(diào)控人員事故處理[4]。

（3）系統(tǒng)維護工具提供增減設(shè)備告警信號關(guān)聯(lián)關(guān)系及其處理措施等功能。

（4）系統(tǒng)人機界面顯示直觀，實時顯示接收的信號、電網(wǎng)設(shè)備異常關(guān)聯(lián)分析與診斷結(jié)果、故障診斷結(jié)果，方便調(diào)控人員分析與決策。

（5）專家系統(tǒng)的問題求解過程是通過知識庫中的知識來模擬專家的思維方式的，因此，知識庫中知識的質(zhì)量和數(shù)量決定著專家系統(tǒng)的質(zhì)量水平。專家系統(tǒng)知識庫根據(jù)集控站運行規(guī)程和調(diào)度運行規(guī)程，收集并整理設(shè)備告警信息的處理策略，提取出知識規(guī)則，建立設(shè)備告警信息智能處理系統(tǒng)靜態(tài)知識庫。知識庫中主要包含設(shè)備類、異常現(xiàn)象類、引起現(xiàn)象的原因類，同時知識庫的知識按設(shè)備類型進行分類總結(jié)。本系統(tǒng)主要是對電網(wǎng)的一、二次設(shè)備出現(xiàn)異常后所產(chǎn)生的告警信息進行處理，其中一次設(shè)備包括變壓器、發(fā)電機、斷路器、隔離開關(guān)、線路等，二次設(shè)備包括繼電保護裝置、控制和信號元件、儀表等。每一種具體設(shè)備對應(yīng)著多種異常現(xiàn)象，每一種異常現(xiàn)象又由多種原因引起。設(shè)備與異常現(xiàn)象之間、異常現(xiàn)象與原因之間為一對多的關(guān)系；這樣設(shè)備、異常現(xiàn)象、引起現(xiàn)象的原因之間構(gòu)成一種自上而下的層次關(guān)系。如圖3所示。

圖3 設(shè)備各類異常現(xiàn)象層次關(guān)系

某個異常現(xiàn)象可能由另一些異常現(xiàn)象引起，針對這些異常現(xiàn)象，結(jié)合總結(jié)的知識規(guī)則，建立統(tǒng)一規(guī)范的知識規(guī)則庫。本系統(tǒng)釆用關(guān)鍵字模糊匹配方式識別出對應(yīng)規(guī)則庫中的異常現(xiàn)象。其中關(guān)鍵字的格式釆用括號（“（）”）、與（“&”）、或（“丨”）表示，按優(yōu)先級進行搜索，“（）”為最高優(yōu)先級，其次是“&”，再次是“丨”。“&”表示連接的2個關(guān)鍵字必須同時檢索到才為真，“丨”表示連接的2個關(guān)鍵字只需檢索到其中之一即為真。例如，異常信號“斷路器SF6壓力低報警”，實際信號可能有 “斷路器SF6壓力低報警”、“斷路器SF6氣體壓力低報警”，需采用關(guān)鍵字“（斷路器SF6|斷路器SF6氣體）&壓力低報警”加以辨識；異常信號“母線TV并列裝置直流電源消失”，實際信號可能有“母線TV并列裝置直流電源消失”、“母線TV并列裝置電源消失”、“母線TV并列裝置失電”等，需釆用關(guān)鍵字“母線TV并列&（失電丨電源消失）”加以辨識。因此在知識規(guī)則庫中對應(yīng)每一異常現(xiàn)象均需設(shè)置相應(yīng)的關(guān)鍵字。

專家系統(tǒng)的基本工作流程是調(diào)控人員通過人機界面回答系統(tǒng)的提問，推理機將輸入的設(shè)備異常等信息與知識庫中各個規(guī)則的條件進行匹配，并把被匹配規(guī)則的結(jié)論存放到綜合數(shù)據(jù)庫中。該系統(tǒng)采用逆向鏈接的策略，從選定的目標(biāo)出發(fā)，尋找執(zhí)行后果可以達(dá)到目標(biāo)的規(guī)則；如果該條規(guī)則的前提與數(shù)據(jù)庫中的事實相匹配，問題就得到解決；否則把這條規(guī)則的前提作為新的子目標(biāo)，并對新的子目標(biāo)尋找可以運用的規(guī)則，直到最后運用的規(guī)則的前提可以與數(shù)據(jù)庫中的事實相匹配，或者沒有規(guī)則再可以應(yīng)用時，系統(tǒng)便以對話形式請求調(diào)控人員完善知識庫的知識。

（6）設(shè)備異常告警信號智能處理流程設(shè)計，如圖4所示。

圖4 設(shè)備異常告警信號智能處理流程圖

3 效果檢查

電網(wǎng)設(shè)備信號智能處理系統(tǒng)在泰州電力調(diào)度控制中心試運行4個多月，效果顯著，以220 kV帥垛變上傳異常信號為例，說明異常信號關(guān)聯(lián)分析與診斷的處理過程如表1所示。

表1 帥垛變某時間段上傳異常信號

設(shè)備異常告警信號智能處理模塊，運用基于規(guī)則和事例混合推理機制，結(jié)合專家系統(tǒng)的知識庫，判斷原則如下：220 kV斷路器單相事故分閘，應(yīng)該首先有該斷路器保護動作，并伴隨重合閘動作信號；2號主變302開關(guān)運行，3023閘刀變位之前必須以302開關(guān)分閘為前提，否則閉鎖變位。因此設(shè)備異常告警信號智能處理模塊分析出2H65斷路器B相、C相事故分閘為誤發(fā)信號，給出判斷結(jié)論，并提醒調(diào)控員及時查閱“帥同2H65”線路兩側(cè)潮流的變化，驗證結(jié)論的正確性。

故障診斷模塊截取信息后判斷為非真實故障，停止啟動故障診斷核心處理程序。最后系統(tǒng)給出綜合處理建議：聯(lián)系變電站運行維護人員至現(xiàn)場檢查后臺機接受的異常告警信息，聯(lián)系設(shè)備檢修人員確認(rèn)帥垛變告警信號誤發(fā)原因。

當(dāng)值運行維護人員接到調(diào)控人員通知后，第一時間赴220 kV帥垛變現(xiàn)場檢查設(shè)備異常情況。帥同2H65斷路器三相均在合閘位置，3023閘刀三相均在合閘位置，一次設(shè)備沒有變位過程；帥垛變現(xiàn)場后臺機確實有“2H65斷路器B相、C相事故分閘”等信號，信號發(fā)生時間和內(nèi)容與表1基本一致；220 kV帥同2H65線路的兩側(cè)斷路器三相潮流指示正常。

當(dāng)值運行維護人員聯(lián)系設(shè)備檢修人員至帥垛變對設(shè)備信息誤發(fā)情況進行原因分析和問題解決。調(diào)控中心當(dāng)值人員整理事情經(jīng)過，結(jié)合事情發(fā)生過程中上傳信號的現(xiàn)象特征，將電網(wǎng)設(shè)備信號智能處理系統(tǒng)的初始分析判斷內(nèi)容和當(dāng)值運行維護人員現(xiàn)場檢查結(jié)果進行核對，同時結(jié)合設(shè)備檢修人員對設(shè)備異常原因的分析結(jié)論，提煉該事情分析經(jīng)過所運用的新規(guī)則，編寫入專家知識庫，完善知識庫內(nèi)容，以便其他變電站發(fā)生類似事件時可直接匹配知識庫中建立的新規(guī)則，進而更加有效地輔助調(diào)控人員對電網(wǎng)設(shè)備信號分析與決策。

4 結(jié)束語

在調(diào)控一體化模式下，電網(wǎng)設(shè)備信號智能處理系統(tǒng)集模型數(shù)據(jù)交換、信號監(jiān)控、設(shè)備異常關(guān)聯(lián)分析與診斷、故障診斷、知識庫維護以及信號查詢等功能于一體，接收來自SCADA/EMS系統(tǒng)的異常告警信號和故障信號，結(jié)合設(shè)備異常關(guān)聯(lián)分析和故障診斷核心算法，實現(xiàn)信號的在線智能分析處理和輔助決策。實際應(yīng)用中，該系統(tǒng)有效提高調(diào)控人員對電網(wǎng)數(shù)據(jù)分析的效率，確保了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，具備工程應(yīng)用價值。

[1]霍 丹.電網(wǎng)故障診斷系統(tǒng)實用化平臺設(shè)計與開發(fā)[D].北京：華北電力大學(xué)，2012.

[2]晁 進，劉文穎.基于多智能體和專家系統(tǒng)的電網(wǎng)智能報警系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代電力，2010，27（5）：1-5.

[3]畢天姝，倪以信，吳復(fù)立，等.基于混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的故障診斷系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電力，2005，22（1）：31-36.

[4]李 曉，黃 純.電力系統(tǒng)故障診斷的量子粒子群優(yōu)化算法統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2011，23（4）：61-66.