多源數據融合的電網綜合智能告警系統的研究與應用

國網河南省電力公司濟源供電公司 霍明霞 王 鋒 苗 堃

近年來學術界和工程界針對電網故障分析和告警技術的研究，主要集中在建立電網故障分析模型，采用某種算法進行計算推斷電網設備故障告警結果、并將告警結果進行分類展示。但目前大多數故障分析處理方式尚無法滿足調度機構快速、準確定位和獲取電網故障信息的需求，主要體現在以下二個方面。

故障判斷數據源較為單一。大多數故障診斷和告警算法僅采用傳統穩態監控，即數據采集與監控(SCADA)數據作為計算和判斷故障的依據，當站端基礎數據質量較差或出現某些特殊情況(如開關重合閘瞬時故障、開關試送電失敗、空載充電線路跳閘等)時，容易導致故障無法成功報出(漏報)，即故障正確報出率不高。

告警報出模式較為單一。大多數告警系統僅是依靠機械的算法邏輯對實時采集數據進行分析并實時報出故障告警，缺少對告警結果的實時在線甄別和事后離線分析，當出現電網設備檢修開關傳動、二次設備異常等情況時，容易導致報出虛假信息(誤報)，即告警準確率不高。

1 整體架構

綜合智能告警首先需對調度自動化系統中各類反映電網運行狀態的告警信息進行匯集與整合，并在此基礎之上對告警信息進行分析處理，提取出關鍵告警信息和告警原因，形成智能化的告警信息。

其中底層為一體化的調度技術支撐平臺，為上層應用提供通用的模型、圖形、數據存儲、網絡通信等基礎服務。中間層匯集各類數據資源以及應用分析結果信息，數據資源包括穩態、動態、暫態數據以及雷電和氣象等電網運行環境信息，應用分析結果信息包括靜態安全分析、短路電流計算、在線穩定分析等告警信息以及輔助決策信息，為上層的綜合智能告警提供基礎數據和各類告警信息。上層綜合智能告警在此基礎上對中間層提供的基礎數據和告警信息進行整合分析、數據挖掘和綜合展示，形成實時監視分析、預想故障分析以及故障告警分析三大類告警信息，分別告訴調度運行人員當前電網運行方式存在哪些問題，下一時刻如果發生故障該如何處理以及故障實際發生時又該如何處置[1]。

2 關鍵技術

2.1 告警信息分層分類

以往調度自動化系統告警信息零亂、分散，調度運行人員需切換到各個應用功能界面查看告警詳細信息，操作步驟繁雜，有些情況下甚至會遺漏相關告警，給調度告警處理增加了難度。同時缺乏對各類信息的分析整合，提取出反映電網整體運行狀態的告警信息，使得調度對電網整體運行狀態的感知能力存在不足。

從調度日常監控的業務特點出發，調度對電網運行狀態重點關注三個方面，即當前電網運行方式下是否存在告警信息，下一時刻如果發生故障該如何處置以及故障真正發生后的故障位置和故障信息。基于上述分析，有必要將調度自動化系統的各類告警信息進行整合處理，分為實時監視分析類告警、預想故障分析類告警以及故障告警分析類告警三大類，其中實時監視分析側重于反映電網基態運行方式下的告警信息，以及消除上述告警信息的輔助決策；預想故障分析側重于反映當前電網在預想故障(N-1及多重故障)運行方式下的告警信息，以及消除上述告警信息的輔助決策；故障告警分析側重于集中展示當前電網發生故障后的告警信息(包括電網故障簡報以及故障后的電網越限信息)，以及消除上述告警信息的輔助決策。

這樣劃分的好處是調度只需關注告警信息本身，屏蔽了告警信息的來源，其中實時監視分析類告警主要包括基于穩態數據的潮流、電壓以及頻率越限告警信息，基于PMU數據的相角差越限告警信息，基于保信的保護裝置投退及異常告警信息以及各類實時閉環控制(AGC、AVC)的告警信息；預想故障分析類告警主要包括基于預想故障集的靜態、動態以及暫態安全告警信息，基于外部氣象環境的臺風、雷電的風險預警以及基于電網運行方式的設備風險預警；故障告警分析類告警主要包括電網短路故障、機組跳閘、直流閉鎖以及低頻振蕩等告警信息。

通過對上述告警信息的分層分類，在電網出現告警后，調度運行人員既可從整體上全面感知電網運行狀態，又可快速定位具體的告警信息；同時通過服務總線直接調用系統自帶的輔助決策功能，可在查看告警信息的同時調閱消缺越限的調整措施，實現了對電網運行狀態、告警信息定位以及處理措施的一體化關聯分析和綜合展示，顯著提高了調度告警處理效率和對電網運行狀態的掌控能力。

2.2 電網在線故障診斷

實時性、準確性和全面性是衡量電網在線故障診斷軟件質量的三個重要指標，即電網一旦發生故障能夠快速告警，電網正常運行情況下不誤告警、實際故障情況下不漏告警，告警內容要包括故障設備、相別、重合情況、短路電流以及故障測距等故障關鍵信息。

結合智能電網調度技術支持系統橫向業務集成的特點，即將以往分布在不同系統的穩態監控SCADA、動態監視WAMS、保護信息管理系統以及雷電信息管理系統集成在統一的數據平臺基礎之上，并為各類信息的獲取提供了統一的數據訪問服務，提出了基于三態數據的電網在線綜合故障診斷技術，優化完善了機組故障跳閘的判斷邏輯，擴展了在線故障診斷和雷電信息系統的信息交互，進一步提高在線故障診斷的實用化水平[2]。

2.2.1 機組故障跳閘邏輯優化

受限于基礎數據，目前電網在線故障診對機組故障跳閘判斷正確率整體不高，主要原因包括：計劃停機過程中，有些電廠會采用通過保護動作信號觸發的方式停機(如，逆功率保護動作聯跳發電機出口開關以及熱工保護動作聯跳發電機出口開關等)，從而在主站側誤判為機組故障跳閘：由于電廠側基礎數據信號接入不完善，機組故障跳閘絕大部分情況下無事故總信號，為此在機組故障跳閘判斷邏輯的設計上，普遍采用機組開關變位和機組出力突變兩個邏輯相與的方式進行判斷，采用該方式可避免無事故總信號下的漏判，但機組出力突變的門檻值不易設定，門檻值較高可能會引起漏判，例如機組在啟停過程中的異常跳閘，門檻值較低則無法避免機組計劃的誤告警。

針對上述情況，對電廠機組計劃或緊急停機的流程和操作規范進行了調研分析，無論是計劃或緊急停機，只要是人工操作停機，電廠值班員必須在電廠集控臺上執行手動打閘停機信號，為此在華北電網調度自動化系統中接入人工停機信號，并在現有機組跳閘判斷邏輯的基礎之上對該信號進行處理，即只要該信號動作，屏蔽該信號的機組跳閘告警，從而避免了人工停機的誤告警。

2.2.2 雷電信息系統交互

以往由于調度自動化系統和雷電信息管理系統是兩個獨立系統且屬于不同的安全分區，在信息交互方面存在嚴重障礙。智能電網調度技術支持建設以后，雷電信息管理系統和調度自動化系統各個應用功能都是統一建立在智能電網調度技術支持系統的基礎平臺之上，從而為實現同雷電信息交互提供了方便的數據訪問服務。

當電網在線故障診斷功能判斷出線路故障跳閘以后，自動將該告警信息發送給雷電信息管理系統，雷電信息管理系統在接收到該告警信息后，根據電網實時落雷信息判斷線路故障跳閘是否可能由雷擊引起，若由雷擊引起進一步給出雷擊點的位置，并將上述信息返回給在線故障診斷。

通過上述信息的交互，調度運行人員一方面可了解線路跳閘的原因，另一方面可掌握線路故障點的位置，從而為線路檢修和快速恢復供電提供了重要的決策支持，隨著電網運行規模擴大以及互聯電網建設，電網運行逐漸呈現一體化運行特性，局部故障波及全網的幾率顯著增加，對多級調度間應對電網擾動的聯合感知和協同處理能力提出了新的要求，為此本文從變電站告警直傳和主站間告警實時推送兩個方面開展研究，實現電網故障的一點告警、多點響應。

2.3 變電站告警信息直傳

目前調度主站和變電站間實時數據業務基本上是采用IEC101和IEC104兩種傳輸規約，這兩種傳輸規約安全可靠，得到廣泛應用。但兩種規約是按照數據點號進行主子站間的匹配工作，因此若要接收變電站側的相關數據，須在變電站和主站側分別維護各自所需數據的點號，且須保證主子站間點號的統一。一般情況下單個500kV變電站的遙信量在5000個左右、甚至更多，若主站接入全部遙信信號則運維工作量巨大，因此目前一般做法是接入開關、刀閘狀態信號及一些重要的合并保護動作信號。但若電網發生故障或設備異常，則在調度主站無法全面清晰的掌握各類設備運行狀態，尤其是面對無人值守變電站，給調度運行帶來了巨大壓力。

解決上述問題的關鍵是要改變目前按照點號進行信息匹配的傳輸模式，采用標準化、規范化的告警描述語言，從而實現告警信息的源端維護和自動解析，避免主站側對告警信息進行人工匹配的重復性工作。

綜合智能告警軟件在接收到變電站告警直傳信息后，對原始告警信息進行解析處理，自動關聯主站側的一次設備，為電網在線故障診斷提供更為豐富的告警信息來源。在電網發生故障時，電網在線故障診斷功能一方面能結合變電站的告警直傳信息進行多源信息的綜合處理，提高了故障診斷結果的可靠性；另一方面通過對變電站告警直傳信息的整合，使得調度員在主站端可全面掌握變電站側的詳細保護動作情況，為調度事故處理提供了重要的信息支撐，提高了主站側在線故障診斷功能的實用性。

2.4 主站間告警信息實時推送

變電站告警直傳是主站和子站間的告警信息交互，其傳輸的告警信息主要是原始告警信息，而主站間告警信息實時推送是實現上下級調度主站間故障告警信息的實時交互，傳輸的告警信息是經過主站分析處理后的故障簡報信息。

其傳輸規約方式和變電站告警直傳一致、不再詳述，下面簡要介紹其傳輸內容：傳輸內容按照“時間，故障設備，故障相別，重合情況，首端短路電流，末端短路電流，首端測距，末端測距”的八段式描述，以實際運行系統接收的主站間告警推送信息為例進行說明，例如接收的原始告警信息為2012-11-0415：02：26.120，河北.保北站/500kV保霸I線，A相，重合成功，10.5kA3.7kA18.75km24.6km”，上級調度系統綜合智能告警軟件在接收到該告警信息后，自動對告警信息解析并發出告警信息，從而實現上下級調度間故障告警信息的聯合感知，為上下級調度間故障協同處理提供了重要的技術支撐。

2.5 可視化技術

告警信息的可視化水平是衡量告警信息智能化的一個重要標準，可視化技術在電力系統中已經逐漸得到廣泛應用，但從以往調度自動化系統的應用效果來看，基本上還是針對單個測點數據的展示，缺乏從調度用戶體驗的角度進行頂層設計，形成電網告警信息的整體可視化框架。

電網告警信息可視化最重要的，是要能夠實現調度運行人員清晰直觀的感知電網當前運行狀態，以及方便快捷的調閱和處理各類詳細告警信息。基于上述考慮，本文提出了基于告警面板、地理潮流圖、多窗口和信息層次樹等為主體的可視化展示框架，顯示電網整體運行狀態，中部為地理潮流圖、展示各類具體告警信息，下部為多窗口、顯示告警相關聯的關鍵信息，左側為信息層次樹、顯示告警詳細信息。

綜上，本文針對傳統故障告警方法存在的告警數據源及告警判斷模式較為單一的問題，采用調度主站生產控制大區不同應用模塊與綜合智能告警系統之間進行信息交互和數據共享的方式，建立“告警可信度+數據有效性”雙重組合判斷機制，對多個告警數據源進行壓縮、融合、過濾、提煉及在線綜合分析判斷，顯著提升了電網故障正確報出率和告警準確率，同時以可視化的手段對故障分析結果進行全方位、多層次、多角度的綜合展示，為調控運行人員敏銳感知和及時處置電網故障、提高電網調控一體化水平，進而提升調控機構駕馭大電網能力提供了可靠的技術支撐。