基于調(diào)控一體化模式的電網(wǎng)智能監(jiān)控故障診斷及輔助決策系統(tǒng)

楊威

（衢州電力局，浙江衢州324000）

基于調(diào)控一體化模式的電網(wǎng)智能監(jiān)控故障診斷及輔助決策系統(tǒng)

楊威

（衢州電力局，浙江衢州324000）

分析調(diào)控一體化模式下的電網(wǎng)運(yùn)行和管理現(xiàn)狀，從電網(wǎng)智能監(jiān)控、故障診斷分析及智能輔助決策入手，充分借鑒信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于調(diào)度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的電網(wǎng)智能監(jiān)控故障診斷及輔助決策系統(tǒng)，旨在提升電網(wǎng)智能化管控水平，確保電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

調(diào)控一體化；智能監(jiān)控；故障診斷；輔助決策

電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，尤其在電網(wǎng)發(fā)生大面積停電故障時(shí)，傳統(tǒng)的調(diào)度管理瓶頸顯現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)大量異常信息和故障信息時(shí)，調(diào)度人員很難憑借經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)判斷故障性質(zhì)并采取有效措施。近年來(lái)，電網(wǎng)發(fā)展步入智能化時(shí)代，電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、安全調(diào)度的要求越來(lái)越高，調(diào)度模式的革新以及將調(diào)度智能化運(yùn)用于現(xiàn)代大電網(wǎng)已經(jīng)迫在眉睫，尤其是決策和非線性、離散控制，以及精益化、前瞻性預(yù)控、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)性等方面亟待加強(qiáng)。建設(shè)電網(wǎng)智能監(jiān)控故障診斷及輔助決策系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)基于調(diào)控一體化模式下的電網(wǎng)調(diào)度智能化。

1 地市電力局調(diào)控一體化管理模式

傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行管理主要是“調(diào)度＋集控站”的模式，通常1個(gè)集控站管理10~20個(gè)變電站，調(diào)度預(yù)令下到集控站，正令下到變電站，市縣兩級(jí)調(diào)度獨(dú)立運(yùn)行，雖然垂直管理，但是數(shù)據(jù)共享較少，這種方式在一定程度上減少了值班人員，但需要建設(shè)多個(gè)集控站，存在資源浪費(fèi)的情況。

“調(diào)控一體化”是將變電監(jiān)控、變電運(yùn)行和維護(hù)全面分離，將監(jiān)控業(yè)務(wù)與調(diào)度業(yè)務(wù)融合，實(shí)現(xiàn)市縣電網(wǎng)調(diào)度與電網(wǎng)監(jiān)控一體化管理，這種新的管理模式促進(jìn)了數(shù)據(jù)資源共享，按照作業(yè)半徑分設(shè)若干運(yùn)維操作站，并按照變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，運(yùn)維操作站少人值班，監(jiān)控中心設(shè)置24 h值班模式，使調(diào)度掌握的設(shè)備運(yùn)行信息更加及時(shí)、全面、準(zhǔn)確，有效節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)成本，顯著提高了電網(wǎng)調(diào)度效率、故障處理和日常操作效率，保證了運(yùn)行人員統(tǒng)籌調(diào)配，實(shí)現(xiàn)減員增效。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于調(diào)控一體化模式的電網(wǎng)智能調(diào)度系統(tǒng)主要從以下幾方面來(lái)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

（1）電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行智能監(jiān)控：主要針對(duì)所轄區(qū)域電網(wǎng)潮流、設(shè)備過(guò)載、無(wú)功電壓、功率因素等綜合實(shí)施監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)控人員7×24 h全天候集中監(jiān)控，為電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化、可視化和智能化提供支撐。

（2）智能診斷分析：構(gòu)建統(tǒng)一設(shè)備信息模型和統(tǒng)一定值管理，在一、二次設(shè)備建模的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析，用于事故預(yù)警、告警與電網(wǎng)暫態(tài)事故分析。

（3）智能輔助決策研究：對(duì)各類設(shè)備缺陷信息、事故情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析決策，提出適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀的調(diào)度方案，主要包含故障設(shè)備物理隔離措施、非故障停電區(qū)域所有可能恢復(fù)的供電路徑及故障恢復(fù)操作票等內(nèi)容，以輔助調(diào)度員進(jìn)行調(diào)度指揮。

圖1 電網(wǎng)智能監(jiān)控、故障診斷及輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 功能設(shè)計(jì)

電網(wǎng)智能監(jiān)控、故障診斷及輔助系統(tǒng)的主要功能有：

（1）電網(wǎng)全景展現(xiàn)：通過(guò)一、二類設(shè)備自帶接口以及利用信息元器件和規(guī)約通信網(wǎng)絡(luò)，采集存儲(chǔ)設(shè)備和輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)信息，包括運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等，并結(jié)合GIS地理信息和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展現(xiàn)。

（2）負(fù)荷預(yù)測(cè)：集成趨勢(shì)分析法、回歸分析法、直屬平滑法、單耗法、灰色模型法、負(fù)荷密度法和彈性系數(shù)法等電力負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，對(duì)近期預(yù)測(cè)和中、長(zhǎng)期預(yù)測(cè)采用不同的方法實(shí)現(xiàn)，提高負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，為調(diào)度決策提供參考。

（3）設(shè)備狀態(tài)及告警：根據(jù)設(shè)置的運(yùn)行閾值，將現(xiàn)場(chǎng)采集的運(yùn)行信息與之比對(duì)，超出閾值即通過(guò)聲音、圖像閃爍報(bào)警，提醒調(diào)度或運(yùn)維操作站值班人員處理。

（4）電網(wǎng)運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)：在設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括最高統(tǒng)調(diào)日用電量、最高統(tǒng)調(diào)負(fù)荷、電網(wǎng)潮流、故障設(shè)備信息等，供不同需求使用。

（5）事故預(yù)警：根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，主要包括有功備用、無(wú)功備用、AGC調(diào)節(jié)、設(shè)備負(fù)載能力、線路輸電能力、N-1掃描、重要安全裝置退出等信息，結(jié)合故障定義和氣象條件，實(shí)時(shí)評(píng)估電網(wǎng)安全運(yùn)行狀態(tài)，給出事故預(yù)警提示。

（6）保護(hù)整定維護(hù)：根據(jù)SCADA系統(tǒng)反饋的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，自動(dòng)監(jiān)視電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生變化時(shí)，給出報(bào)警并自動(dòng)啟動(dòng)定值整定計(jì)算，經(jīng)過(guò)審批程序后發(fā)送定值修改指令，完成在線維護(hù)。

（7）安全隱患識(shí)別：根據(jù)多源一體化的數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)設(shè)備采集上報(bào)的運(yùn)行信息進(jìn)行連續(xù)采樣分析，結(jié)合氣象、計(jì)劃?rùn)z修、N-1條件等因素，計(jì)算電網(wǎng)負(fù)載、接地電流、諧波等異動(dòng)情況，給出電網(wǎng)安全隱患識(shí)別。

（8）故障分析：采集和處理保護(hù)裝置、故障錄波、安全控制等二次設(shè)備的信息，結(jié)合各種電磁暫態(tài)分析數(shù)據(jù)模型，給出電網(wǎng)實(shí)際故障狀態(tài)及繼電保護(hù)動(dòng)作行為。

（9）最優(yōu)調(diào)度策略：通過(guò)在線計(jì)算最優(yōu)潮流，結(jié)合網(wǎng)損、供電價(jià)格、運(yùn)行方式等因素，在確?？煽抗╇姷那疤嵯滦纬擅總€(gè)電網(wǎng)的供求曲線，并依此給出調(diào)度策略，供調(diào)度決策參考。

（10）故障調(diào)度建議：發(fā)生故障后，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)給出調(diào)度建議，包括故障隔離、供電路徑選擇、故障恢復(fù)策略等信息。

（11）設(shè)備缺陷分析：根據(jù)設(shè)備上傳的歷史信息，結(jié)合設(shè)備運(yùn)行參數(shù)指標(biāo)，對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與分析，重點(diǎn)對(duì)主設(shè)備異常信息進(jìn)行缺陷分析和確認(rèn)。

（12）管理維護(hù)：實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息維護(hù)、權(quán)限分配、審批流程設(shè)置、閥值設(shè)置、氣象、檢修計(jì)劃、運(yùn)行方式等信息的維護(hù)設(shè)置功能。

3 電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控

電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控主要包括電網(wǎng)全景展現(xiàn)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及告警和電網(wǎng)運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)等功能模塊，針對(duì)全網(wǎng)潮流、設(shè)備過(guò)載、無(wú)功電壓、功率因數(shù)的綜合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合地理信息圖，對(duì)負(fù)荷密度分析、停電范圍分析、拉限電輔助決策、線路綜合故障分析功能進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研究。電網(wǎng)調(diào)控人員可以通過(guò)電網(wǎng)全景展現(xiàn)24 h全天候集中監(jiān)視、控制和調(diào)度電網(wǎng)的變電站、線路及相關(guān)設(shè)備，全面掌握電網(wǎng)實(shí)時(shí)信息，從而進(jìn)一步提高電網(wǎng)事故處理的正確性和供電恢復(fù)的快速性。

傳統(tǒng)的故障分析診斷是基于調(diào)度監(jiān)控SCADA系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)告警信息進(jìn)行的規(guī)則組合和過(guò)濾顯示，并沒(méi)有結(jié)合保護(hù)事件、濾波信息等二次信息，分析工作相對(duì)簡(jiǎn)單，完全采用規(guī)則式。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及其警告模塊是基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、保護(hù)設(shè)備、故障錄波器等從多個(gè)變電站采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分類和分析處理，并提示警告，可實(shí)現(xiàn)告警信號(hào)精準(zhǔn)、內(nèi)容精煉、信息全面，同時(shí)輔助調(diào)度員準(zhǔn)確定位故障設(shè)備，提升電網(wǎng)事故處置的正確性和恢復(fù)的快速性。具體實(shí)現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及其警告模塊的實(shí)現(xiàn)流程

3.1 電網(wǎng)智能故障診斷

在傳統(tǒng)管理模式下很難給出準(zhǔn)確的電網(wǎng)故障診斷結(jié)果，而智能故障診斷系統(tǒng)基于故障錄波器信息的優(yōu)化，提出建設(shè)多源一體化的數(shù)據(jù)平臺(tái)，采用分布式多規(guī)約方式接入傳統(tǒng)變電站和智能變電站子系統(tǒng)，其中傳統(tǒng)變電站采用103規(guī)約接入，智能變電站采用IEC 61850-MMS映射方式接入，并在二次設(shè)備信息全收集的基礎(chǔ)上，結(jié)合一次設(shè)備SOE（事件順序記錄）等運(yùn)行信息、保護(hù)事件以及SCADA實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，進(jìn)行電網(wǎng)故障智能診斷分析。系統(tǒng)總體架構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 電網(wǎng)智能故障診斷及定值管理架構(gòu)

信息收集實(shí)現(xiàn)方式主要采用以下3種方式：

（1）通過(guò)EMS系統(tǒng)，按照IEC 61970定義的CIM（公用信息模型）文件規(guī)約，將SCADA監(jiān)控、遙測(cè)、遙信、SOE信息收集到多元一體化平臺(tái)。

（2）利用IEC 61850故障信息系統(tǒng)，按IEC 61850定義的SCD（變電站系統(tǒng)配置描述）文件規(guī)約，采集保護(hù)錄波等信息后上傳。

（3）利用傳統(tǒng)103故障信息系統(tǒng)，將103規(guī)約定義的保護(hù)錄波等信息收集上傳。因此，在錄波信息、保護(hù)事件、SOE的基礎(chǔ)上進(jìn)行電網(wǎng)故障再現(xiàn)，更利于事故的反演診斷分析，提升故障診斷的準(zhǔn)確性。

保護(hù)定值是電網(wǎng)保護(hù)設(shè)備正確動(dòng)作的依據(jù)，因此定值設(shè)置的科學(xué)性對(duì)保護(hù)的正確動(dòng)作及電網(wǎng)安全運(yùn)行具有不可替代的作用。由于大電網(wǎng)的運(yùn)行方式變更頻繁，往往需要對(duì)保護(hù)定值也進(jìn)行調(diào)整，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)手工變更方式使得調(diào)度部門的工作十分繁重，且需要停電，給電網(wǎng)可靠性和優(yōu)質(zhì)服務(wù)造成不利影響。該功能模塊引入專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)、類型級(jí)、功能級(jí)和公式級(jí)5個(gè)級(jí)別的可視化操作，實(shí)現(xiàn)相間距離保護(hù)、接地距離保護(hù)、零序電流保護(hù)、變壓器負(fù)荷電壓閉鎖過(guò)電流保護(hù)等功能，并生成定值單轉(zhuǎn)入審批操作手續(xù)。當(dāng)定值單審批通過(guò)后，由該系統(tǒng)直接下發(fā)到保護(hù)裝置中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)保護(hù)裝置的定值修改和電網(wǎng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行管控。

3.2 電網(wǎng)智能輔助決策

調(diào)控一體化電網(wǎng)調(diào)度事故智能輔助決策子系統(tǒng)能對(duì)設(shè)備缺陷信息進(jìn)行分析處理，主要功能是：

（1）實(shí)時(shí)跟蹤電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，智能分析非故障停電區(qū)的恢復(fù)最優(yōu)供電策略，有效控制電網(wǎng)事故的發(fā)展，縮短故障時(shí)間，減少電網(wǎng)事故帶來(lái)的損失。

（2）給出該設(shè)備停役的可能性及處理該缺陷的調(diào)度方案，輔助調(diào)度員準(zhǔn)確、快速地采取措施。

（3）利用離線潮流及穩(wěn)定計(jì)算，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，自動(dòng)提取相似工作日的設(shè)備負(fù)荷，結(jié)合天氣預(yù)測(cè)的溫度、濕度、特殊氣候條件變化的影響因素進(jìn)行多次校核，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式安排。

該子系統(tǒng)的建設(shè)將進(jìn)一步提高調(diào)控人員對(duì)電網(wǎng)設(shè)備異常和故障的監(jiān)控及處理能力，為調(diào)控人員提供更為實(shí)時(shí)、豐富和智能化的輔助決策支持，使電力系統(tǒng)的調(diào)度決策能夠由分析型向智能型轉(zhuǎn)變。智能輔助決策子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 調(diào)度智能輔助決策子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該子系統(tǒng)通過(guò)多元一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)，收集二次設(shè)備系統(tǒng)、傳統(tǒng)103規(guī)約、EMS和SCADA等信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)模型驗(yàn)證、綜合分析，提供給電網(wǎng)智能監(jiān)控、智能輔助決策、智能調(diào)度可視、故障再現(xiàn)及缺陷分析等功能模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而實(shí)現(xiàn)在線決策支撐，供調(diào)度員決策參考。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，將引起多個(gè)保護(hù)裝置分別啟動(dòng)或出口，并引起開(kāi)關(guān)跳閘、重合閘等過(guò)程，涉及多個(gè)一、二次設(shè)備。根據(jù)各裝置傳送的信息（包括時(shí)間、事件報(bào)文、錄波以及相應(yīng)的遙信），系統(tǒng)提供相應(yīng)再現(xiàn)反演功能，可以在主接線圖界面上反演整個(gè)系統(tǒng)，一、二次設(shè)備依次在圖上閃爍，發(fā)生事件依次凸現(xiàn)。最后，智能事故分析功能將給出事故分析報(bào)告，提供事故處理方案，并以可視化的方式展示恢復(fù)方案，完成調(diào)度操作。

4 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)有調(diào)度模式下，給出了地市局調(diào)控一體化模式電網(wǎng)智能監(jiān)控故障診斷及輔助決策系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，從電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行智能監(jiān)控、智能診斷分析、智能輔助決策等方面，對(duì)現(xiàn)有調(diào)度系統(tǒng)的功能進(jìn)行了擴(kuò)展和改造提升，給電網(wǎng)調(diào)度提供實(shí)時(shí)、便捷、豐富及智能化的調(diào)度支持。值得強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)充分利用市縣電力通信資源，將地縣系統(tǒng)遠(yuǎn)程互聯(lián)，分級(jí)管理，使之在邏輯上成為一體，不僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源高度共享，還可以通過(guò)權(quán)限設(shè)置和信息分流技術(shù)實(shí)現(xiàn)市縣一體化智能調(diào)控，為電網(wǎng)智能化的推進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

[1]崔健，胡懷偉.調(diào)控一體化模式在供電企業(yè)的應(yīng)用分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2012，33（17）∶52－56.

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（本文編輯：楊勇）

The Intelligent Grid Monitoring,Fault Diagnosis and Decision-making Support System Based on Dispatch and Control Integration

YANG Wei
（Quzhou Electric Power Bureau，Quzhou Zhejiang 324000，China）

The paper analyzes status quo of power grid operation and management in dispatch and control integration mode.Starting with intelligent grid monitoring，fault diagnosis and decision-making support system,the paper utilizes the advantages of information technology，and devises and implement the intelligent grid monitoring，fault diagnosis and decision-making support system based on base data of dispatch，for the purpose of improving intelligent control of power grid and ensuring the safe，reliable and economical operation of power grid.

dispatch and control integration；intelligent monitoring；fault diagnosis；decision-making support

TP399

：B

：1007-1881（2013）07-0077-04

2013-05-17

楊威（1981-），男，浙江寧海人，工程師，碩士，從事計(jì)算機(jī)在電網(wǎng)中的應(yīng)用等方面的工作。