智能變電站在線專家決策系統(tǒng)探究

張 凱，楊和慶，韓明星，欒麗娜，李名帥，宋曉娜

（積成電子股份有限公司，山東 濟(jì)南 250104）

0 引 言

隨著智能電網(wǎng)和智能變電站建設(shè)的推進(jìn)，變電站自動(dòng)化技術(shù)快速發(fā)展。相比于傳統(tǒng)變電站，智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備種類和數(shù)量都大幅增加，導(dǎo)致電網(wǎng)調(diào)控中心需要接入的智能變電站信息和告警信號(hào)急劇增加。特別是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，站端短時(shí)間內(nèi)將產(chǎn)生和上傳大量的告警信息，并推送到調(diào)度工作站事項(xiàng)窗口滾動(dòng)顯示。由于事項(xiàng)數(shù)量過大，關(guān)鍵告警信息被淹沒于大量非關(guān)鍵冗余事項(xiàng)中，導(dǎo)致運(yùn)行人員查找關(guān)鍵保護(hù)動(dòng)作和異常告警SOE事項(xiàng)來分析事故原因困難，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致重要信息的遺漏，影響事故的處理進(jìn)程，延緩供電的恢復(fù)時(shí)間[1]。變電站智能化后，一次設(shè)備和二次設(shè)備告警信息急劇增加，但變電站和調(diào)控中心主站系統(tǒng)在告警信息的分析處理方面，仍停留在事項(xiàng)窗口滾動(dòng)展示的低層面，缺乏事項(xiàng)的過濾、推理及智能處理機(jī)制。針對(duì)智能變電站告警信息處理功能的不足，本文深入探索智能告警相關(guān)技術(shù)解決方案，研制了智能變電站智能告警在線專家決策系統(tǒng)。通過專家?guī)焱评硎鹿试?，給出后續(xù)處理措施，從而為變電站的運(yùn)維工作提供及時(shí)有效的指導(dǎo)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

智能變電站智能告警在線專家決策系統(tǒng)由部署在變電站的站端系統(tǒng)和部署在調(diào)控中心主站的站端系統(tǒng)組成。兩個(gè)系統(tǒng)基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行通信和信息交互，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.1 站端分析系統(tǒng)

站端分析系統(tǒng)的主要功能是與站內(nèi)裝置建立通信。故障發(fā)生時(shí)，利用采集的測(cè)控信息進(jìn)行故障分析和決策，并將站端綜合分析的故障簡(jiǎn)報(bào)和故障事件信息上傳給調(diào)控中心。站端分析系統(tǒng)的主要功能包括七個(gè)部分。

1.1.1 模型配置功能

該功能主要包括以下內(nèi)容：配置站內(nèi)測(cè)控、保護(hù)等裝置的模型；建立站內(nèi)不同工作人員的權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)；建立監(jiān)控系統(tǒng)與二次設(shè)備的通信模型，以實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備和二次設(shè)備的信號(hào)映射，即實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備遙測(cè)、遙信及遙控等信息與二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)；配置遙測(cè)、遙信等信息與故障事件信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.1.2 通信規(guī)約配置

配置監(jiān)控系統(tǒng)和站內(nèi)裝置的通信規(guī)約參數(shù)，主要包括：遙信數(shù)據(jù)集使能、報(bào)告開啟與關(guān)閉及報(bào)告觸發(fā)方式等；配置系統(tǒng)與調(diào)控中心的通信規(guī)約、規(guī)約參數(shù)及發(fā)送表等[2]。

1.1.3 通信服務(wù)

通信服務(wù)讀取站內(nèi)的描述數(shù)據(jù)庫(kù)模型，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)發(fā)，動(dòng)態(tài)加載對(duì)調(diào)度通信的IEC-104規(guī)約；采用61850規(guī)約采集站內(nèi)裝置的保護(hù)信號(hào)、故障錄波文件等信息；采用IEC-104規(guī)約實(shí)現(xiàn)與調(diào)控中心的通信，將站端綜合分析的故障簡(jiǎn)報(bào)和故障事件信息上傳。

1.1.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

將裝置的保護(hù)信號(hào)、故障錄波文件等轉(zhuǎn)發(fā)至故障分析服務(wù)。

1.1.5 故障分析決策

故障分析決策服務(wù)讀取系統(tǒng)描述數(shù)據(jù)庫(kù)的模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)故障的綜合分析功能；綜合故障時(shí)的多條事件，并將綜合事件推送至歷史服務(wù)和通信服務(wù)；結(jié)合保護(hù)信號(hào)和故障事件，綜合分析接收的保護(hù)裝置和故障錄波裝置的故障錄波文件，生成故障簡(jiǎn)報(bào)，推送至歷史服務(wù)和通信服務(wù)。

1.1.6 歷史服務(wù)

將故障信息事件、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、故障簡(jiǎn)報(bào)及運(yùn)行事項(xiàng)等存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.1.7 故障展示

實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)綜合而成的保護(hù)信號(hào)、故障事件及故障簡(jiǎn)報(bào)的展示。

1.2 調(diào)控中心端分析系統(tǒng)

調(diào)控中心端分析系統(tǒng)的主要功能是建立站端的一次模型和二次模型，建立和保持與站端的通信連接，實(shí)時(shí)獲取測(cè)控?cái)?shù)據(jù)，并展示在人機(jī)會(huì)話上。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，智能告警與分析模塊根據(jù)已配置的故障表、專家知識(shí)表及信號(hào)與故障關(guān)聯(lián)表等進(jìn)行故障分析和決策。調(diào)控中心端分析系統(tǒng)的主要功能包括八個(gè)部分。

1.2.1 模型配置

配置變電站內(nèi)線路、聯(lián)絡(luò)線等一次設(shè)備數(shù)據(jù)模型；配置值班、維護(hù)及操作等人員權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫(kù)；配置變電站內(nèi)保護(hù)信號(hào)、告警信號(hào)等模型，并實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備和二次設(shè)備的映射關(guān)系。

1.2.2 規(guī)約配置

配置與站端分析系統(tǒng)通信的規(guī)約通信方式、規(guī)約參數(shù)及上傳內(nèi)容等。

1.2.3 通信服務(wù)

通信服務(wù)讀取全網(wǎng)的描述數(shù)據(jù)庫(kù)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)發(fā)，動(dòng)態(tài)加載對(duì)站端分析系統(tǒng)通信的IEC-104規(guī)約；采用IEC-104等自有規(guī)約，實(shí)現(xiàn)與站端分析系統(tǒng)的通信；接收站端綜合分析的保護(hù)信號(hào)、故障事件及故障簡(jiǎn)報(bào)等。

1.2.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)

將接收的保護(hù)信號(hào)、故障事件及故障簡(jiǎn)報(bào)等轉(zhuǎn)發(fā)至故障分析服務(wù)。

1.2.5 故障分析決策

故障分析決策服務(wù)讀取區(qū)域電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)的綜合分析功能。將接收的故障信號(hào)、故障事件及故障簡(jiǎn)報(bào)進(jìn)行設(shè)備映射分析后轉(zhuǎn)發(fā)至人機(jī)會(huì)話界面，并發(fā)送至歷史服務(wù)。

1.2.6 歷史服務(wù)

歷史服務(wù)接收故障分析服務(wù)推送的數(shù)據(jù)、故障信息事件、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)及故障簡(jiǎn)報(bào)等，并存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)人機(jī)會(huì)話界面的歷史數(shù)據(jù)查詢、調(diào)取等功能。

1.2.7 人機(jī)會(huì)話

展示故障事件、故障線路等，并調(diào)取指定故障線路、變電站的故障簡(jiǎn)報(bào)及專家決策報(bào)告等。

1.2.8 智能告警與分析功能配置模塊

該模塊負(fù)責(zé)創(chuàng)建故障庫(kù)、專家?guī)?、信?hào)與故障庫(kù)的關(guān)聯(lián)以及故障庫(kù)與專家?guī)斓年P(guān)聯(lián)等。智能告警與分析功能模塊是在線專家決策系統(tǒng)的核心模塊，根據(jù)已配置好的故障信息對(duì)照表、專家知識(shí)表以及信號(hào)與故障庫(kù)的關(guān)聯(lián)，確定故障的種類、原因及處理方式。同時(shí)，該模塊與通信服務(wù)建立總線通道，從而獲取一次設(shè)備的遙測(cè)、遙信信息。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，該模塊利用讀取的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲得與故障關(guān)聯(lián)的信息表，并根據(jù)初始化時(shí)讀取的關(guān)聯(lián)關(guān)系生成專家決策，然后將分析得到的故障信號(hào)返送至事項(xiàng)服務(wù)。故障信號(hào)的查詢和專家建議的展示，可在人機(jī)會(huì)話或智能告警展示界面實(shí)現(xiàn)[3]。

2 推理分析功能設(shè)計(jì)

推理分析功能支持四種推理方式。

2.1 單事件推理

在數(shù)據(jù)庫(kù)中預(yù)先將每個(gè)信號(hào)劃分為不同的告警種類，每種告警種類對(duì)應(yīng)一種故障類型和故障推理。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可根據(jù)告警種類進(jìn)行推理，并生成故障分析和專家決策。用戶可自定義告警種類，劃分單個(gè)信號(hào)的告警種類，從而保證單個(gè)事件推理的準(zhǔn)確性。

2.2 多關(guān)聯(lián)事件聯(lián)合推理

該推理方式是指綜合分析多個(gè)存在內(nèi)在關(guān)系的告警信號(hào)，從而得出推理結(jié)果。當(dāng)一個(gè)故障發(fā)生時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)觸發(fā)多個(gè)信號(hào)。根據(jù)這些信號(hào)發(fā)生的先后順序和時(shí)間節(jié)點(diǎn)等信息，可得出更加精確的故障原因和故障處理方式。

2.3 故障智能推理

某些故障的發(fā)生和一次設(shè)備的接線方式及運(yùn)行狀態(tài)存在明確關(guān)系。故障智能推理是結(jié)合接線方式、運(yùn)行狀態(tài)、必要的遙測(cè)信息及必要的遙信信息進(jìn)行綜合判斷，給出當(dāng)前故障的類型、結(jié)論及處理方式，并形成智能故障推理報(bào)告[4]。

2.4 故障特殊推理

保護(hù)或測(cè)控裝置發(fā)出第一條SOE事項(xiàng)后，若在一定時(shí)間間隔（可設(shè)置）內(nèi)未發(fā)生任何一條SOE事項(xiàng)（模板配置），則推出一條智能告警事項(xiàng)，并生成包含專家決策信息的故障簡(jiǎn)報(bào)。

3 專家決策功能設(shè)計(jì)

3.1 模型配置功能

在站端，完成站端的所有配置，完成監(jiān)控系統(tǒng)與站內(nèi)裝置的通信，完成數(shù)據(jù)通信網(wǎng)管機(jī)的配置，并通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)將站內(nèi)信息發(fā)送到調(diào)度中心。

在調(diào)度中心端，配置變電站內(nèi)線路、聯(lián)絡(luò)線等一次設(shè)備數(shù)據(jù)模型，配置值班、維護(hù)及操作等人員權(quán)限管理數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)保護(hù)信號(hào)、告警信號(hào)等模型的配置，并實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備和二次設(shè)備的映射關(guān)系。

此外，該模型實(shí)現(xiàn)智能告警信息的配置，如故障類型、決策信息、故障實(shí)例及故障對(duì)應(yīng)的型號(hào)。

3.2 站內(nèi)多源故障信息智能推理

在站內(nèi)，實(shí)時(shí)處理各類故障相關(guān)數(shù)據(jù)。具體地，實(shí)時(shí)采集保護(hù)裝置、故障錄波數(shù)據(jù)，充分利用站內(nèi)詳細(xì)的保護(hù)動(dòng)作模型綜合診斷，以形成事件樹形式的站級(jí)報(bào)警結(jié)果。針對(duì)故障報(bào)警信息的時(shí)序特性，采用基于時(shí)間溯因推理的智能告警方法。該方法結(jié)合保護(hù)動(dòng)作規(guī)則進(jìn)行診斷，并利用故障發(fā)生時(shí)保護(hù)動(dòng)作與斷路器變位之間的時(shí)間約束關(guān)系，獲得故障演變過程。首先，利用保護(hù)動(dòng)作邏輯規(guī)則和時(shí)間約束構(gòu)造溯因推理網(wǎng)絡(luò)；其次，根據(jù)獲得的報(bào)警信息進(jìn)行溯因推理；最后，得到滿足保護(hù)邏輯規(guī)則和時(shí)間約束的故障事件鏈，實(shí)現(xiàn)對(duì)報(bào)警信息的智能診斷和處置。本方法可產(chǎn)生直觀反映故障發(fā)生、發(fā)展過程的事件鏈，辨識(shí)斷點(diǎn)報(bào)警、錯(cuò)誤報(bào)警及缺失報(bào)警，并提供專家決策和故障分析結(jié)果。

3.3 調(diào)度中心全局協(xié)調(diào)展示

各變電站將站內(nèi)的智能告警及故障分析結(jié)果通過電力專用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)時(shí)上傳到調(diào)度中心；調(diào)度中心接收多個(gè)變電站的報(bào)警結(jié)果，并拼接各變電站的智能告警信息；拼接后的信息可作為調(diào)控中心在線全局綜合智能告警功能的輸入，然后結(jié)合電網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系、報(bào)警信息的時(shí)序及事件間的時(shí)間約束關(guān)系，得到最終的事故原因信息和綜合報(bào)警信息，從而展示給調(diào)度員[5]。該展示方式避免了將全部原始數(shù)據(jù)送達(dá)調(diào)控中心后再進(jìn)行報(bào)警，減小了數(shù)據(jù)通信量，提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性指標(biāo)，有效解決了集中式診斷中出現(xiàn)的問題。

4 結(jié) 論

智能變電站在線專家決策系統(tǒng)是根據(jù)智能變電站豐富的事故信號(hào)分析事故原因，進(jìn)而生成專家決策方案的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可從復(fù)雜的告警信號(hào)中解放檢修人員，提供故障原因識(shí)別和故障處理決策支持，快速準(zhǔn)確地定位繼電保護(hù)故障，有效排除錯(cuò)報(bào)、誤報(bào)等情況，從而及時(shí)獲得專家級(jí)解決方案，遠(yuǎn)程快速排除故障，提高運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本，減小影響范圍，保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。