國網(wǎng)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(shù)界和工程界針對電網(wǎng)故障分析和告警技術(shù)的研究，主要集中在建立電網(wǎng)故障分析模型，采用某種算法進行計算推斷電網(wǎng)設備故障告警結(jié)果、并將告警結(jié)果進行分類展示。但目前大多數(shù)故障分析處理方式尚無法滿足調(diào)度機構(gòu)快速、準確定位和獲取電網(wǎng)故障信息的需求，主要體現(xiàn)在以下二個方面。

故障判斷數(shù)據(jù)源較為單一。大多數(shù)故障診斷和告警算法僅采用傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)控，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)數(shù)據(jù)作為計算和判斷故障的依據(jù)，當站端基礎數(shù)據(jù)質(zhì)量較差或出現(xiàn)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(shù)告警系統(tǒng)僅是依靠機械的算法邏輯對實時采集數(shù)據(jù)進行分析并實時報出故障告警，缺少對告警結(jié)果的實時在線甄別和事后離線分析，當出現(xiàn)電網(wǎng)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(gòu)

綜合智能告警首先需對調(diào)度自動化系統(tǒng)中各類反映電網(wǎng)運行狀態(tài)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(diào)度技術(shù)支撐平臺，為上層應用提供通用的模型、圖形、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡通信等基礎服務。中間層匯集各類數(shù)據(jù)資源以及應用分析結(jié)果信息，數(shù)據(jù)資源包括穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)以及雷電和氣象等電網(wǎng)運行環(huán)境信息，應用分析結(jié)果信息包括靜態(tài)安全分析、短路電流計算、在線穩(wěn)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)和告警信息進行整合分析、數(shù)據(jù)挖掘和綜合展示，形成實時監(jiān)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(diào)度運行人員當前電網(wǎng)運行方式存在哪些問題，下一時刻如果發(fā)生故障該如何處理以及故障實際發(fā)生時又該如何處置[1]。

2 關鍵技術(shù)

2.1 告警信息分層分類

以往調(diào)度自動化系統(tǒng)告警信息零亂、分散，調(diào)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(diào)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(wǎng)整體運行狀態(tài)的告警信息，使得調(diào)度對電網(wǎng)整體運行狀態(tài)的感知能力存在不足。

從調(diào)度日常監(jiān)控的業(yè)務特點出發(fā)，調(diào)度對電網(wǎng)運行狀態(tài)重點關注三個方面，即當前電網(wǎng)運行方式下是否存在告警信息，下一時刻如果發(fā)生故障該如何處置以及故障真正發(fā)生后的故障位置和故障信息?；谏鲜龇治觯斜匾獙⒄{(diào)度自動化系統(tǒng)的各類告警信息進行整合處理，分為實時監(jiān)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(jiān)視分析側(cè)重于反映電網(wǎng)基態(tài)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(cè)重于反映當前電網(wǎng)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(cè)重于集中展示當前電網(wǎng)發(fā)生故障后的告警信息(包括電網(wǎng)故障簡報以及故障后的電網(wǎng)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(diào)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(jiān)視分析類告警主要包括基于穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的潮流、電壓以及頻率越限告警信息，基于PMU數(shù)據(jù)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(huán)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(tài)、動態(tài)以及暫態(tài)安全告警信息，基于外部氣象環(huán)境的臺風、雷電的風險預警以及基于電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)出現(xiàn)告警后，調(diào)度運行人員既可從整體上全面感知電網(wǎng)運行狀態(tài)，又可快速定位具體的告警信息；同時通過服務總線直接調(diào)用系統(tǒng)自帶的輔助決策功能，可在查看告警信息的同時調(diào)閱消缺越限的調(diào)整措施，實現(xiàn)了對電網(wǎng)運行狀態(tài)、告警信息定位以及處理措施的一體化關聯(lián)分析和綜合展示，顯著提高了調(diào)度告警處理效率和對電網(wǎng)運行狀態(tài)的掌控能力。

2.2 電網(wǎng)在線故障診斷

實時性、準確性和全面性是衡量電網(wǎng)在線故障診斷軟件質(zhì)量的三個重要指標，即電網(wǎng)一旦發(fā)生故障能夠快速告警，電網(wǎng)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(nèi)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(jié)合智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)橫向業(yè)務集成的特點，即將以往分布在不同系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)監(jiān)控SCADA、動態(tài)監(jiān)視WAMS、保護信息管理系統(tǒng)以及雷電信息管理系統(tǒng)集成在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺基礎之上，并為各類信息的獲取提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問服務，提出了基于三態(tài)數(shù)據(jù)的電網(wǎng)在線綜合故障診斷技術(shù)，優(yōu)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(tǒng)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(yōu)化

受限于基礎數(shù)據(jù)，目前電網(wǎng)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(fā)的方式停機(如，逆功率保護動作聯(lián)跳發(fā)電機出口開關以及熱工保護動作聯(lián)跳發(fā)電機出口開關等)，從而在主站側(cè)誤判為機組故障跳閘：由于電廠側(cè)基礎數(shù)據(jù)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(guī)范進行了調(diào)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(zhí)行手動打閘停機信號，為此在華北電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中接入人工停機信號，并在現(xiàn)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(tǒng)交互

以往由于調(diào)度自動化系統(tǒng)和雷電信息管理系統(tǒng)是兩個獨立系統(tǒng)且屬于不同的安全分區(qū)，在信息交互方面存在嚴重障礙。智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持建設以后，雷電信息管理系統(tǒng)和調(diào)度自動化系統(tǒng)各個應用功能都是統(tǒng)一建立在智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的基礎平臺之上，從而為實現(xiàn)同雷電信息交互提供了方便的數(shù)據(jù)訪問服務。

當電網(wǎng)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(fā)送給雷電信息管理系統(tǒng)，雷電信息管理系統(tǒng)在接收到該告警信息后，根據(jù)電網(wǎng)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(diào)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(wǎng)運行規(guī)模擴大以及互聯(lián)電網(wǎng)建設，電網(wǎng)運行逐漸呈現(xiàn)一體化運行特性，局部故障波及全網(wǎng)的幾率顯著增加，對多級調(diào)度間應對電網(wǎng)擾動的聯(lián)合感知和協(xié)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(xiàn)電網(wǎng)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(diào)度主站和變電站間實時數(shù)據(jù)業(yè)務基本上是采用IEC101和IEC104兩種傳輸規(guī)約，這兩種傳輸規(guī)約安全可靠，得到廣泛應用。但兩種規(guī)約是按照數(shù)據(jù)點號進行主子站間的匹配工作，因此若要接收變電站側(cè)的相關數(shù)據(jù)，須在變電站和主站側(cè)分別維護各自所需數(shù)據(jù)的點號，且須保證主子站間點號的統(tǒng)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(tài)信號及一些重要的合并保護動作信號。但若電網(wǎng)發(fā)生故障或設備異常，則在調(diào)度主站無法全面清晰的掌握各類設備運行狀態(tài)，尤其是面對無人值守變電站，給調(diào)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(guī)范化的告警描述語言，從而實現(xiàn)告警信息的源端維護和自動解析，避免主站側(cè)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(lián)主站側(cè)的一次設備，為電網(wǎng)在線故障診斷提供更為豐富的告警信息來源。在電網(wǎng)發(fā)生故障時，電網(wǎng)在線故障診斷功能一方面能結(jié)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(jié)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(diào)度員在主站端可全面掌握變電站側(cè)的詳細保護動作情況，為調(diào)度事故處理提供了重要的信息支撐，提高了主站側(cè)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?shù)母婢畔⒅饕窃几婢畔?，而主站間告警信息實時推送是實現(xiàn)上下級調(diào)度主站間故障告警信息的實時交互，傳輸?shù)母婢畔⑹墙?jīng)過主站分析處理后的故障簡報信息。

其傳輸規(guī)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(nèi)容：傳輸內(nèi)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(tǒng)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(diào)度系統(tǒng)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(fā)出告警信息，從而實現(xiàn)上下級調(diào)度間故障告警信息的聯(lián)合感知，為上下級調(diào)度間故障協(xié)同處理提供了重要的技術(shù)支撐。

2.5 可視化技術(shù)

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(shù)在電力系統(tǒng)中已經(jīng)逐漸得到廣泛應用，但從以往調(diào)度自動化系統(tǒng)的應用效果來看，基本上還是針對單個測點數(shù)據(jù)的展示，缺乏從調(diào)度用戶體驗的角度進行頂層設計，形成電網(wǎng)告警信息的整體可視化框架。

電網(wǎng)告警信息可視化最重要的，是要能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度運行人員清晰直觀的感知電網(wǎng)當前運行狀態(tài)，以及方便快捷的調(diào)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(wǎng)整體運行狀態(tài)，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(lián)的關鍵信息，左側(cè)為信息層次樹、顯示告警詳細信息。

綜上，本文針對傳統(tǒng)故障告警方法存在的告警數(shù)據(jù)源及告警判斷模式較為單一的問題，采用調(diào)度主站生產(chǎn)控制大區(qū)不同應用模塊與綜合智能告警系統(tǒng)之間進行信息交互和數(shù)據(jù)共享的方式，建立“告警可信度+數(shù)據(jù)有效性”雙重組合判斷機制，對多個告警數(shù)據(jù)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(wǎng)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(jié)果進行全方位、多層次、多角度的綜合展示，為調(diào)控運行人員敏銳感知和及時處置電網(wǎng)故障、提高電網(wǎng)調(diào)控一體化水平，進而提升調(diào)控機構(gòu)駕馭大電網(wǎng)能力提供了可靠的技術(shù)支撐。