基于EMS的地區(qū)電網(wǎng)停電信息統(tǒng)計分析系統(tǒng)

范榮奇，王曉鵬，王進(jìn)，張輝，雷鳴，廖大鵬，劉軍

（山東電力調(diào)度控制中心，濟(jì)南250001）

基于EMS的地區(qū)電網(wǎng)停電信息統(tǒng)計分析系統(tǒng)

范榮奇，王曉鵬，王進(jìn)，張輝，雷鳴，廖大鵬，劉軍

（山東電力調(diào)度控制中心，濟(jì)南250001）

為準(zhǔn)確、及時、完整地獲取配電線路停電信息，介紹基于EMS的地區(qū)配電網(wǎng)停電信息統(tǒng)計與分析系統(tǒng)的架構(gòu)及主要功能模塊，通過實(shí)時監(jiān)測配電線路出線開關(guān)運(yùn)行狀況，采用線路跳閘及操作停電的判據(jù)和優(yōu)化方案，自動統(tǒng)計和分析全省各地區(qū)10～110 kV線路故障跳閘、操作停電及負(fù)荷損失情況，并經(jīng)在山東電網(wǎng)成功應(yīng)用，驗(yàn)證了系統(tǒng)的實(shí)用性和有效性。

配電線路；停電信息；自動統(tǒng)計

0 引言

配電網(wǎng)是電網(wǎng)的重要組成部分，是改善民生的重要基礎(chǔ)設(shè)施［1］。加強(qiáng)配電網(wǎng)的調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)是提高配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平的重要保障，是建設(shè)現(xiàn)代配電網(wǎng)的內(nèi)在要求［2-4］。為了提高配電網(wǎng)供電可靠性，省電力公司有必要實(shí)時掌握全省范圍內(nèi)10～110 kV線路的停電信息，特別是惡劣天氣情況下的線路跳閘和負(fù)荷損失情況。

當(dāng)前省電力公司獲取全省10～110 kV線路停電信息的手段不夠豐富，主要依靠調(diào)度系統(tǒng)逐級人工統(tǒng)計上報，該方式需要省地縣三級調(diào)度員逐級通知、統(tǒng)計、匯總，實(shí)時性較差、效率低，而且分散了調(diào)度員處理事故的精力，增加了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險。除此之外，通過95598投訴電話，也可以間接查出停電的線路［5］，但該方式獲取信息不全面、不直接、不迅速，只適合作為監(jiān)測停電信息的輔助手段?！叭宕蟆焙笫〖夁\(yùn)營監(jiān)測（控）中心的監(jiān)測系統(tǒng)理論上具備配電網(wǎng)停電信息監(jiān)測功能，但該系統(tǒng)接入的信息和模型不全，尚不能滿足實(shí)際需要。

調(diào)度EMS已投入運(yùn)行數(shù)十年，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及硬件支撐完備［6］，特別是隨著“大運(yùn)行”地縣一體化建設(shè)項(xiàng)目的實(shí)施，全省絕大部分35～220 kV變電站的基礎(chǔ)信息都可以實(shí)現(xiàn)直接采集，因此基于EMS開發(fā)的地區(qū)電網(wǎng)停電信息統(tǒng)計分析系統(tǒng)，具有接入信息全面、電網(wǎng)模型準(zhǔn)確、實(shí)時性和準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要功能模塊

系統(tǒng)通過地調(diào)EMS采集各地區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)并加以判斷分析，將判斷結(jié)果以文件形式提供給綜合數(shù)據(jù)平臺，綜合數(shù)據(jù)平臺收到文件后進(jìn)行匯總和存儲，并在省調(diào)系統(tǒng)側(cè)對判斷結(jié)果進(jìn)行二次優(yōu)化，省調(diào)可以通過客戶端查詢各地區(qū)電網(wǎng)停電的實(shí)時信息和歷史數(shù)據(jù)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

系統(tǒng)主要包括5個模塊，分別是EMS信息采集模塊、線路停電判斷模塊、數(shù)據(jù)平臺文件接收及存儲模塊、停電信息優(yōu)化模塊和客戶端查詢模塊，其中EMS信息采集模塊和線路停電判斷模塊部署在地調(diào)側(cè)Ⅰ區(qū)，數(shù)據(jù)平臺文件接收及存儲模塊部署在綜合數(shù)據(jù)平臺Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)，停電信息優(yōu)化模塊和客戶端查詢模塊部署在省調(diào)側(cè)Ⅲ區(qū)。各模塊之間的信息交互關(guān)系如圖2所示。

圖2 各功能模塊間信息交互示意

EMS信息采集模塊通過地調(diào)EMS采集各地區(qū)的實(shí)時運(yùn)行信息并發(fā)送給線路停電判斷模塊，線路停電判斷模塊將初步判斷結(jié)果發(fā)送給Ⅱ區(qū)的數(shù)據(jù)平臺文件接收及存儲模塊進(jìn)行匯總，然后通過綜合數(shù)據(jù)平臺自帶的傳輸通道將匯總后的信息發(fā)送給Ⅲ區(qū)的數(shù)據(jù)平臺文件接收及存儲模塊，當(dāng)省調(diào)通過客戶端查詢模塊輸入查詢條件時，Ⅲ區(qū)的數(shù)據(jù)平臺文件接收及存儲模塊將符合條件的初步判斷結(jié)果發(fā)送給停電信息優(yōu)化模塊，停電信息優(yōu)化模塊將優(yōu)化后的停電信息推送至客戶端查詢模塊。

1.1 EMS信息采集模塊

EMS信息采集模塊通過地縣一體化系統(tǒng)直采或縣調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)方式實(shí)現(xiàn)本地區(qū)所有35～220 kV變電站運(yùn)行信息的采集，采集信息主要包括遙測、遙信、事故總（間隔總、保護(hù)動作）信號等。數(shù)據(jù)采集作為EMS的通用處理，不會對EMS系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性產(chǎn)生影響。

1.2 線路停電判斷模塊

線路停電判斷模塊為在地調(diào)EMS基礎(chǔ)上開發(fā)的獨(dú)立判斷服務(wù)，采用遙信變位、遙測突變、事故總信號相結(jié)合的判據(jù)，實(shí)現(xiàn)對10kV主線、35kV及110 kV線路故障跳閘和操作停電的自動判別和統(tǒng)計，根據(jù)開關(guān)分閘前流經(jīng)開關(guān)的有功值，大致估算線路停電造成的負(fù)荷損失，暫未能考慮實(shí)施配電自動化后負(fù)荷轉(zhuǎn)供的情況。線路停電判斷模塊每5 min將判別結(jié)果生成一個文件，該文件根據(jù)生成時刻進(jìn)行命名，內(nèi)容為生成時刻前5 min內(nèi)該地區(qū)發(fā)生的線路故障跳閘、操作停電及負(fù)荷損失等信息。考慮到EMS的穩(wěn)定性與可靠性要求，地調(diào)需增加獨(dú)立的服務(wù)器對采集信息進(jìn)行判斷處理，并將判斷結(jié)果提供給綜合數(shù)據(jù)平臺。

1.3 數(shù)據(jù)平臺文件接收及存儲模塊

數(shù)據(jù)平臺文件接收及存儲模塊接收線路停電判斷模塊的判斷結(jié)果，并將判斷結(jié)果進(jìn)行匯總和存儲。為了防止數(shù)據(jù)丟失，數(shù)據(jù)平臺文件接收及存儲模塊每5 min召喚一次包含停電信息的文件，每次召喚前30 min內(nèi)的6個文件，若召喚成功，則將文件入庫，對于已成功入庫的文件，在后面的召喚中不進(jìn)行覆蓋，對于未成功入庫的文件，在后面的5次召喚中，仍有可能成功入庫。

1.4 停電信息優(yōu)化模塊

停電信息優(yōu)化模塊是在對各種誤報信息進(jìn)行深入分析后，根據(jù)故障跳閘和操作停電的不同特點(diǎn)，通過開關(guān)變位時間的邏輯關(guān)系，結(jié)合地市公司提交檢修申請票的情況，制定了一系列優(yōu)化過濾規(guī)則，在省調(diào)側(cè)對線路停電判斷模塊的判斷結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，將大量無效信息過濾，對故障跳閘和操作停電類型進(jìn)行二次甄別，有效提高了系統(tǒng)準(zhǔn)確率。

1.5 客戶端查詢模塊

客戶端查詢模塊可以分地區(qū)、分時段查詢?nèi)「鞯貐^(qū)10 kV主線、35 kV及110 kV線路故障跳閘、操作停電及負(fù)荷損失等信息，以可視化的手段提供對地區(qū)電網(wǎng)停電信息的實(shí)時監(jiān)控和歷史查詢。該模塊提供了日停電信息查詢、任意時間段停電信息查詢和當(dāng)前電網(wǎng)停電信息查詢3種查詢模式，在每種查詢模式中均以柱狀圖和表格的形式顯示各地區(qū)不同電壓等級線路的停電條次和具體明細(xì)，如圖3所示。

圖3 客戶端查詢界面

2 線路停電判據(jù)

由于10 kV線路與35 kV及110 kV線路在接線方式與運(yùn)行特點(diǎn)上有所不同，系統(tǒng)在進(jìn)行停電信息判斷時關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)不同。10 kV線路多為環(huán)網(wǎng)配置，開環(huán)運(yùn)行（通過分段開關(guān)與其他線路聯(lián)絡(luò)），對于10 kV線路，系統(tǒng)只關(guān)注主線開關(guān)（即變電站出線開關(guān)）的相關(guān)信息，主線開關(guān)停電即認(rèn)為線路停電；35 kV及110 kV線路多為直配線，一般為一主一備配置，存在大量T接的情況，對于35 kV及110 kV線路，系統(tǒng)只關(guān)注電源側(cè)開關(guān)的相關(guān)信息，電源測開關(guān)停電即認(rèn)為線路停電。

根據(jù)故障跳閘與操作停電的區(qū)別，提出兩種線路停電判據(jù)，其中判據(jù)2為在判據(jù)1基礎(chǔ)上進(jìn)行的實(shí)用化改進(jìn)。

1）判據(jù)1：當(dāng)有開關(guān)變位（由合到分）信號，同時有對應(yīng)開關(guān)的事故總信號時，判為一次故障跳閘；僅有開關(guān)變位（由合到分）信號時，判為一次操作停電。對于故障跳閘，若開關(guān)動作序列為“分—合”，且時間間隔小于10 s，則判為重合成功，若開關(guān)動作序列為“分—合—分”，且時間間隔均小于10 s，則判為重合不成，若開關(guān)分閘后10 s內(nèi)無合閘信號，則判為重合閘未動作。判據(jù)1的流程圖如圖4所示。

2）判據(jù)2：當(dāng)有開關(guān)變位（由合到分）信號，同時有對應(yīng)開關(guān)的事故總信號，并且開關(guān)變位前的電流大于5 A時，判為一次故障跳閘；僅有開關(guān)變位（由合到分）信號時，判為一次操作停電。對于跳閘線路是否重合成功的判斷方法與判據(jù)1相同。判據(jù)2的流程圖如圖5所示。

圖4 判據(jù)1流程

圖5 判據(jù)2流程

實(shí)際上在操作停電過程中有時會誤發(fā)事故總信號，一些已停電線路在進(jìn)行信號調(diào)試時也可能同時發(fā)開關(guān)變位信號和事故總信號，此時若采用判據(jù)1則會使系統(tǒng)誤判為故障跳閘?？紤]到線路在操作停電前，線路所帶負(fù)荷往往已經(jīng)調(diào)出，流經(jīng)開關(guān)的電流一般不超過5 A，因此判據(jù)2在判據(jù)1的基礎(chǔ)上引入遙測量作為跳閘判據(jù)。引入遙測量作為跳閘判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是可以將一部分實(shí)際為操作停電或已停電在進(jìn)行信號調(diào)試的線路從跳閘信息中剔除，缺點(diǎn)是無法識別充電備用線路的跳閘。

3 停電信息優(yōu)化方案

由于遙信信號、事故總信號自身存在一定程度的誤發(fā)和漏發(fā)，僅依靠停電信息判據(jù)所得的結(jié)果往往無法滿足實(shí)際需要，因此有必要在省調(diào)側(cè)采取一些措施對停電信息進(jìn)行優(yōu)化。所提停電信息優(yōu)化方案主要包括遙信抖動過濾和檢修票匹配2個方面。

3.1 遙信抖動過濾

遙信信號本身的不準(zhǔn)確會產(chǎn)生一定數(shù)量的虛假停電信息，如有些變電站的RTU運(yùn)行不穩(wěn)定，會出現(xiàn)遙信頻繁抖動的問題［7］；RTU重啟會造成同一變電站遙信同時變位；線路在停電期間進(jìn)行信號調(diào)試會上傳大量信號。在對各種虛假停電信息進(jìn)行深入分析后，根據(jù)故障跳閘和操作停電的特點(diǎn)，通過開關(guān)變位時間的邏輯關(guān)系，制定了一系列遙信抖動過濾規(guī)則，將大量無效信息過濾，有效提高了系統(tǒng)準(zhǔn)確率。具體的過濾規(guī)則如下。

1）若同一線路一天內(nèi)跳閘信息大于等于3條，則判定為誤發(fā)信號，過濾此線路的跳閘信息。

2）若同一變電站同一時刻出現(xiàn)多條（大于等于3條）線路開關(guān)分、合閘信號，判定為RTU重啟造成信號復(fù)位導(dǎo)致的誤報，過濾所有此類線路的停電信息。

3）若同一線路一天內(nèi)出現(xiàn)多條（大于等于2條）操作停電記錄，則將其合并為一條記錄，合并后的分閘時間使用第一條記錄的分閘時間，合并后的合閘時間使用最后一條記錄的合閘時間。

4）若一條操作停電記錄，其開關(guān)分閘與合閘時間間隔小于等于30 min，則判定為無效操作停電記錄，將其過濾。

3.2 檢修票匹配

為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)判斷準(zhǔn)確率，識別因誤發(fā)或漏發(fā)事故總信號而誤判停電類型的信息，剔除已停電檢修線路進(jìn)行信號調(diào)試生成的虛假停電信息，提出將停電信息與各單位提交的檢修申請票進(jìn)行匹配的措施。山東電網(wǎng)調(diào)度管理應(yīng)用（OMS）系統(tǒng)匯總各單位提交的線路檢修申請，形成當(dāng)日的檢修申請信息表，每一張檢修票對應(yīng)檢修申請信息表中的一條事項(xiàng)，每條事項(xiàng)包括申請單位、設(shè)備名稱、電壓等級、事項(xiàng)類型、申請時間、工作批準(zhǔn)時間、開工時間、竣工時間等字段。OMS系統(tǒng)每隔8 h發(fā)一次檢修申請信息表給本系統(tǒng)，本系統(tǒng)根據(jù)停電信息的設(shè)備名稱在最近一次收到的檢修申請信息表中進(jìn)行檢索，根據(jù)開關(guān)分閘時間與檢修申請票中各時間節(jié)點(diǎn)的邏輯關(guān)系決定匹配是否成功。具體的匹配流程如圖6所示。

圖6 檢修票匹配流程

1）根據(jù)停電線路的名稱在相關(guān)單位提交的檢修申請票中進(jìn)行匹配，若發(fā)現(xiàn)該線路的檢修申請，并且線路開關(guān)分閘時間晚于檢修申請票提交時間，早于申請開工時間不超過1 h，則判定該停電信息與檢修申請匹配成功，根據(jù)檢修申請的類型為停電信息打上“計?！被颉胺怯嬐！睒?biāo)簽。

2）將帶有“計?！被颉胺怯嬐！睒?biāo)簽的故障跳閘信息移至操作停電信息中。

3）將不帶“計?！被颉胺怯嬐！睒?biāo)簽的操作停電信息移至故障跳閘信息中。

4）若停電線路檢測到對應(yīng)的檢修申請票，并且開關(guān)分閘時間晚于檢修申請票開工時間，早于檢修申請票竣工時間，則判定該條停電信息為線路檢修期間進(jìn)行信號調(diào)試所致，將其過濾。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

地區(qū)電網(wǎng)停電信息統(tǒng)計分析系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于山東各級調(diào)控中心并取得良好效果，經(jīng)過一段時間的積累和完善，系統(tǒng)提取的停電信息雖然仍存在一定的誤報和漏報現(xiàn)象，但已經(jīng)基本上能滿足實(shí)際需要。

為了驗(yàn)證所提的改進(jìn)判據(jù)和信息優(yōu)化方案的有效性，制定了3種對比方案，分析比較了一段時間內(nèi)淄博、濰坊、聊城地區(qū)直供區(qū)線路跳閘和操作停電信息的誤報率和漏報率，結(jié)果如表1、表2所示。

表1 故障跳閘信息準(zhǔn)確率

1）方案1：停電判據(jù)采用判據(jù)1，不進(jìn)行信息優(yōu)化。

2）方案2：停電判據(jù)采用判據(jù)2，不進(jìn)行信息優(yōu)化。

3）方案3：停電判據(jù)采用判據(jù)3，同時進(jìn)行信息優(yōu)化。

通過方案1和方案2的對比可以看出，采用引入遙測量的改進(jìn)判據(jù)，使上述3個地區(qū)的跳閘信息誤報率從61.36%降至51.49%，效果較明顯，但同時使跳閘信息漏報率略有增加，原因是有兩條充電備用線路的跳閘無法被判據(jù)2捕獲。通常情況下，充電備用線路跳閘所占比例較少，并且其后果相對不嚴(yán)重，因此對于提高跳閘信息準(zhǔn)確率而言判據(jù)2利大于弊。由于判據(jù)1和判據(jù)2在判斷操作停電方面是相同的，因此方案1和方案2中操作停電信息的誤報率和漏報率一致。

通過方案2和方案3的對比可以看出，在省調(diào)側(cè)對停電信息進(jìn)行二次優(yōu)化可以大幅降低系統(tǒng)的誤報率和漏報率。停電信息優(yōu)化方案降低誤報率主要是通過遙信抖動過濾將大量無效信息剔除，降低漏報率主要是通過檢修票匹配對停電信息進(jìn)行重新歸類，將一部分因判錯停電類型導(dǎo)致漏報的信息重新找回。

表2 操作停電信息準(zhǔn)確率

但目前系統(tǒng)仍存在一定程度的誤報和漏報，在下一步的工作中，將主要從以下幾個方面入手，力爭進(jìn)一步提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確率。首先，督促各單位加強(qiáng)遙信、遙測、事故總信號的治理，提高RTU運(yùn)行的穩(wěn)定性。其次，進(jìn)一步完善系統(tǒng)判據(jù)和信息優(yōu)化機(jī)制。最后，開發(fā)考慮配電自動化影響的負(fù)荷損失統(tǒng)計功能，提高統(tǒng)計準(zhǔn)確性；完善系統(tǒng)各模塊之間的通信機(jī)制，提高通信可靠性。

5 結(jié)語

地區(qū)電網(wǎng)停電信息統(tǒng)計分析系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，使省電力公司能夠?qū)崟r掌握全省各地區(qū)10 kV主線、35 kV及110 kV線路的停電信息，特別是惡劣天氣情況下的線路跳閘及負(fù)荷損失情況，對于提高地區(qū)電網(wǎng)供電可靠性，監(jiān)督執(zhí)行有序用電措施，及時啟動應(yīng)急響應(yīng)具有重要意義，同時對提高地縣調(diào)EMS數(shù)據(jù)、模型的規(guī)范化水平起到促進(jìn)作用。

［1］范明天，張祖平．中國配電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略相關(guān)問題研究［M］.北京：中國電力出版社，2008．

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Statistical and Analytical System for Outage Information of Regional Power Grid Based on EMS

FAN Rongqi，WANG Xiaopeng，WANG Jin，ZHANG Hui，LEI Ming，LIAO Dapeng，LIU Jun
（Shandong Electric Power Dispatching and Control Center，Jinan 250001，China）

Introduced are the structure and main function module of the statistical and analytical system for outage information of regional power grid based on EMS in order to obtain outage information of distribution lines accurately，timely and completely.The outage information and load loss in the range of 10 kV to 110 kV voltage grade are collected automatically by monitoring distribution lines operation in real time.A criterion and optimization scheme are adopted which are used to distinguish fault tripping from normal switching operation and optimize the outage information.Successful application in Shandong power grid demonstrates the practicability and validity of the system.

distribution lines；outage information；automatic statistics

TM732；TM727

A

1007-9904（2015）08-0027-05

2015-04-13

范榮奇（1985），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與分析工作；

王曉鵬（1987），男，工程師，從事電網(wǎng)監(jiān)控運(yùn)行工作；

王進(jìn)（1988），男，工程師，從事電網(wǎng)監(jiān)控運(yùn)行工作；

張輝（1984），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與分析工作;

雷鳴（1974），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、分析與管理工作；

廖大鵬（1974），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、分析與管理工作；

劉軍（1969），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、分析與管理工作。