智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)安全技術(shù)基本框架研究

郝杰

摘要：針對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)在梳理了系統(tǒng)業(yè)務(wù)層級(jí)關(guān)系的基礎(chǔ)上，主要完成了健康度綜合評(píng)價(jià)基本框架及健康度分層優(yōu)先評(píng)價(jià)方法的設(shè)計(jì)，指標(biāo)框架遵循優(yōu)先級(jí)分層原則進(jìn)行構(gòu)建，評(píng)價(jià)方法基于多業(yè)務(wù)通硬件間的融合，并建立了一套針對(duì)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)核心應(yīng)用的層次化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，再通過層次分析法及專家經(jīng)驗(yàn)法的結(jié)合應(yīng)用完成了指標(biāo)權(quán)重及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定，在此基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)健康度的綜合評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng);安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;基本框架;實(shí)現(xiàn)路徑

中圖分類號(hào)：TM74

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）07-0104-04

隨著智能電網(wǎng)的深入應(yīng)用，智能電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，地市級(jí)調(diào)度控制系統(tǒng)在地區(qū)電網(wǎng)監(jiān)控方面發(fā)揮的作用日益凸顯，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配和用的電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000系統(tǒng)）為調(diào)度一體化的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)大支撐，同時(shí)也時(shí)確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)因涵蓋業(yè)務(wù)較多而導(dǎo)致業(yè)務(wù)層級(jí)關(guān)系較為復(fù)雜，系統(tǒng)整體同硬件緊密耦合。有效降低事故發(fā)生概率是確保調(diào)度控制系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行情況的監(jiān)控、評(píng)估、分析、控制及調(diào)度等功能需通過進(jìn)一步優(yōu)化和完善調(diào)度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

1現(xiàn)狀分析

隨著智能化電網(wǎng)建設(shè)的深入，智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)已成為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)，不斷發(fā)展的智能電網(wǎng)技術(shù)使電力行業(yè)對(duì)調(diào)度控制系統(tǒng)安全的重視程度不斷提高。目前電力系統(tǒng)健康度評(píng)價(jià)方面的研究不斷深人，如對(duì)于評(píng)價(jià)電力變壓器方面，完成了其評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立（從其主要部件及狀態(tài)量等角度出發(fā)），對(duì)評(píng)估指標(biāo)的模糊性和隨機(jī)性采用狀態(tài)評(píng)估方法（基于云模型）進(jìn)行了綜合考慮，采用大數(shù)據(jù)分析評(píng)估方法評(píng)估了變壓器運(yùn)行狀態(tài)（基于流數(shù)據(jù)）。對(duì)于評(píng)價(jià)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)方面，完成了包括基于電網(wǎng)能效水平、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)堅(jiān)強(qiáng)性、智能化等的相應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)某一方面運(yùn)行情況準(zhǔn)確的分析過程，并深人研究了智能電網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)和計(jì)算方法，通過應(yīng)用層次分析法、反熵權(quán)法、綜合評(píng)價(jià)方法（基于直覺模糊層次分析法）提高了指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性及評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀性。現(xiàn)有評(píng)價(jià)方法在評(píng)價(jià)D5000系統(tǒng)健康度時(shí)大多僅針對(duì)某一業(yè)務(wù)或硬件健康度進(jìn)行評(píng)價(jià)，缺少對(duì)業(yè)務(wù)和硬件健康度的綜合評(píng)價(jià)，面向一主多備工作方式的評(píng)價(jià)方法難以滿足綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)健康度的需求"。為此本文完成了一種健康度分層優(yōu)先評(píng)價(jià)體系架構(gòu)及方法的構(gòu)建，通過對(duì)業(yè)務(wù)/硬件指標(biāo)及評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)先級(jí)的綜合考慮，能夠體現(xiàn)業(yè)務(wù)的重要等級(jí)，實(shí)現(xiàn)了多業(yè)務(wù)同硬件間的有效融合，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)D5000系統(tǒng)的健康度的科學(xué)有效的評(píng)價(jià)過程。

2健康度綜合評(píng)價(jià)基本框架

D5000系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)控制國、網(wǎng)、省三級(jí)調(diào)度業(yè)務(wù)，目前調(diào)度人員在運(yùn)維管理D5000系統(tǒng)過程中可以獲取運(yùn)行健康狀態(tài)，但評(píng)估健康狀態(tài)方法的科學(xué)準(zhǔn)確性有待提升，各獨(dú)立應(yīng)用系統(tǒng)（分布于各調(diào)度中心）集成于D5000系統(tǒng)中形成了一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)和四大類應(yīng)用，支持應(yīng)用功能的全網(wǎng)共享，通過該系統(tǒng)可有效提高發(fā)現(xiàn)及處理電網(wǎng)故障的效率及質(zhì)量，確保電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。但目前掌握和預(yù)判系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的能力有待提過，通過評(píng)價(jià)D5000系統(tǒng)的健康度可有效解決這一問題，根據(jù)得到的健康運(yùn)行關(guān)鍵影響因素確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行?？紤]到D5000系統(tǒng)的一主多備的工作機(jī)制且同硬件緊密耦合的業(yè)務(wù)構(gòu)成的層級(jí)關(guān)系復(fù)雜度較高，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法在構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系方面大多缺少對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)先級(jí)、多業(yè)務(wù)間的重要等級(jí)及依賴關(guān)系的充分考慮"。為此本文構(gòu)建的健康度綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要由定向指標(biāo)框架及針對(duì)SCADA的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)成。

2.1D5000系統(tǒng)定向指標(biāo)框架

評(píng)價(jià)指標(biāo)主要由平臺(tái)應(yīng)用/數(shù)據(jù)質(zhì)量健康度3大類構(gòu)成（根據(jù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)層級(jí)關(guān)系），定向指標(biāo)框架具體如圖1所示：（I代表最高優(yōu)先級(jí)），①平臺(tái)健康度，主要包括服務(wù)、消息及服務(wù)總線、實(shí)時(shí)及關(guān)系數(shù)據(jù)庫。②應(yīng)用健康度，主要便利公共基礎(chǔ)應(yīng)用（提供平臺(tái)訪問服務(wù)，時(shí)其他業(yè)務(wù)應(yīng)用訪問平臺(tái)應(yīng)用的基礎(chǔ)）、SCADA應(yīng)用（D5000系統(tǒng)的核心應(yīng)用，負(fù)責(zé)接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用（為其他業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)）、前置系統(tǒng)（FES，負(fù)責(zé)與通信服務(wù)器通信，對(duì)通道信息進(jìn)行接收和必要的處理）應(yīng)用健康度，公共基礎(chǔ)應(yīng)用和數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)為I，F(xiàn)ES、SCADA為I、皿，提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與服務(wù)的SCADA應(yīng)用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的全面高性能監(jiān)控，同屬于具體業(yè)務(wù)應(yīng)用的FES和SCADA應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)低于公共基礎(chǔ)應(yīng)用和數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用的優(yōu)先級(jí)。③關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量健康度，主要包括重要量測(cè)數(shù)據(jù)、控制性能指標(biāo)（CPS）等[2]。

2.2SCADA應(yīng)用的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

D5000系統(tǒng)健康度評(píng)價(jià)特點(diǎn)為：①評(píng)價(jià)指標(biāo)包括直接獲取指標(biāo)和由其他指標(biāo)健康度合成獲取的指標(biāo)兩大類，包含定量指標(biāo)和定性指標(biāo)。②評(píng)價(jià)指標(biāo)具有不同的優(yōu)先級(jí)（根據(jù)指標(biāo)重要等級(jí)及依賴關(guān)系確定），業(yè)務(wù)和硬件健康度耦合緊密（節(jié)點(diǎn)同服務(wù)器一對(duì)應(yīng)），運(yùn)行于主站上的業(yè)務(wù)主要包括一主多備和不分主備（多節(jié)點(diǎn)）兩種方式，多個(gè)節(jié)點(diǎn)的健康度構(gòu)成了各業(yè)務(wù)健康度，某一節(jié)點(diǎn)健康度包含硬件健康度和業(yè)務(wù)健康度兩大部分。圖2為SCADA應(yīng)用的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，由包含業(yè)務(wù)和硬件兩類健康度的一個(gè)主機(jī)多備機(jī)的健康度共同決定。③SCADA應(yīng)用布置于多臺(tái)服務(wù)器上，多應(yīng)用主機(jī)在同一節(jié)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)健康度分層優(yōu)先評(píng)價(jià)方法[3]。

3健康度分層優(yōu)先評(píng)價(jià)方法

本文設(shè)計(jì)了一種業(yè)務(wù)與硬件融合的評(píng)價(jià)方法，位于同一節(jié)點(diǎn)的多應(yīng)用主機(jī)的硬件具有相同的健康度，該節(jié)點(diǎn)上的業(yè)務(wù)健康度則存在一定的差異（業(yè)務(wù)進(jìn)程不同）。通過對(duì)業(yè)務(wù)及硬件健康度進(jìn)行融合計(jì)算實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)上各應(yīng)用健康度的獲取，以SCADA應(yīng)用為例（其余三種應(yīng)用的融合方法與其相同），相應(yīng)主備機(jī)健康度在一主多備工作方式下通過融合業(yè)務(wù)與硬件健康度獲取。以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為例，相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的健康度在多節(jié)點(diǎn)、不分主備工作方式下通過融合業(yè)務(wù)與硬件健康度獲取，再使用加權(quán)平均公式得到最終結(jié)果。

3.1優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)原則的制定及指標(biāo)權(quán)重的確定

結(jié)合優(yōu)先級(jí)原則（具體如圖3所示），以最底層作為評(píng)價(jià)起始點(diǎn)先計(jì)算其指標(biāo)健康度，然后逐層向上評(píng)價(jià)。運(yùn)用該優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)原則計(jì)算SCADA應(yīng)用健康度，使用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，直至最終獲取SCADA的健康度[3]。

結(jié)合專家意見構(gòu)建判斷矩陣后對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，在滿足一致性的情況下通過換算判斷矩陣實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的權(quán)重值的獲取。具體通過兩兩比較指標(biāo)，并結(jié)合運(yùn)用結(jié)合九分度表完成判斷矩陣的構(gòu)建，假設(shè)，指標(biāo)個(gè)數(shù)n表示，i和j表示具體指標(biāo)，i和j相比的重要性

標(biāo)度由a表示，ay在i=j室溫情況下取值為1，aj在訣j的情況下取值為1/ai，表達(dá)式定義如下[4]。

IR表示平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，判斷矩陣的一致性比例及指標(biāo)分別由Rc和I表示，具體表達(dá)式定義如下[5]。

由入mn表示矩陣的最大特征值，Ic具體表達(dá)式定義如下。

Re<0.1時(shí)判定為滿足一致性，其他情況下應(yīng)作適當(dāng)修正直到滿足一致性要求。在此基礎(chǔ)上通過方根.法的使用完成指標(biāo)權(quán)重值的計(jì)算，計(jì)算公式如下[6]。

3.2評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和量化指標(biāo)的制定

根據(jù)各指標(biāo)的期望值和實(shí)際采集數(shù)據(jù)完成SCADA應(yīng)用的指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分，共包括完好、正常、注意、異常、嚴(yán)重5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，評(píng)分區(qū)間為[0，100]，表1為具體評(píng)價(jià)等級(jí)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。將實(shí)際的指標(biāo)數(shù)據(jù)通過使用上述方法完成到[0，100]的分?jǐn)?shù)值的轉(zhuǎn)換，通過指標(biāo)的量化得到指標(biāo)的健康分?jǐn)?shù)f（x），x表示指標(biāo)的實(shí)際數(shù)據(jù)，評(píng)分區(qū)間在ESL和ESR之間，數(shù)據(jù)區(qū)間在EDL和EDR之間，f（x）表達(dá)式如下向。

3.3綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

1）加權(quán)評(píng)價(jià)法，通過使用加權(quán)平均法完成主、備機(jī)以下的指標(biāo)層指標(biāo)健康度的計(jì)算（根據(jù)SCADA應(yīng)用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系），假設(shè)，健康度由H表示，權(quán)重向量及健康分?jǐn)?shù)向量分別由W和S表示，計(jì)算表達(dá)式如下。

2）并接系統(tǒng)健康度公式，在D5000系統(tǒng)中出現(xiàn)設(shè)備損壞的情況下通常無需修復(fù)而采取直接更換的方法，服務(wù)器間相互獨(dú)立，系統(tǒng)的正常運(yùn)行不受發(fā)生故障的某臺(tái)服務(wù)器的影響，但會(huì)不同程度降低系統(tǒng)的健康度，因此將一主多備系統(tǒng)視為并接系統(tǒng)獲取的主、備機(jī)健康度，假設(shè)，主、備機(jī)的總數(shù)及健康度分別由m和Hk表示，根據(jù)并接系統(tǒng)健康度獲取SCADA應(yīng)用的健康度，計(jì)算表達(dá)式如下[7]。

3.4實(shí)際應(yīng)用案例分析

對(duì)一主兩備的SCADA應(yīng)用的運(yùn)行狀態(tài)采用D5000系統(tǒng)某時(shí)刻的運(yùn)行數(shù)據(jù)完成綜合評(píng)價(jià)（該時(shí)刻進(jìn)程狀態(tài)處于正常狀態(tài)），先評(píng)價(jià)其主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，再評(píng)價(jià)其主機(jī)的硬件健康度（包含CPU、內(nèi)存、swap、硬盤、網(wǎng)卡五個(gè)指標(biāo)，最大特征值入m=5），硬件健康度的判斷矩陣通過將這些指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較獲取，五項(xiàng)子指標(biāo)的權(quán)重向量為：

lc=0，Rc=0<0.1，滿足一致性檢驗(yàn)要求。結(jié)合表1得到主機(jī)的硬件健康度為97.8（通過轉(zhuǎn)換各指標(biāo)的數(shù)據(jù)）;同理評(píng)價(jià)主機(jī)的業(yè)務(wù)健康度，六項(xiàng)子指標(biāo)的權(quán)重向量（在進(jìn)程資源占用情況下）為：

進(jìn)程1、2的健康度分別為98.9736、99.3087。對(duì)進(jìn)程1、2的健康度進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算得到主機(jī)的業(yè)務(wù)健康度為99，業(yè)務(wù)和硬件健康度的權(quán)重向量為W=[0.75，0.25]。根據(jù)優(yōu)先級(jí)評(píng)價(jià)原則，通過對(duì)業(yè)務(wù)和硬件健康度進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算獲取主機(jī)健康度為98。備機(jī)1和備機(jī)2的健康度分別為97、98。根據(jù)并接系統(tǒng)健康度公式得出SCADA應(yīng)用的健康度為99，SCADA應(yīng)用的綜合健康度會(huì)直觀的顯現(xiàn)出，并可向下追溯各詳細(xì)指標(biāo)的健康度，精確地定位降低綜合健康度的具體底層指標(biāo)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明此時(shí)SCADA應(yīng)用（包括各主、備機(jī)）運(yùn)行狀態(tài)完好，均處于高效、平穩(wěn)期，并且評(píng)價(jià)結(jié)果同實(shí)際運(yùn)行情況吻合，驗(yàn)證了本文評(píng)價(jià)體系及方法的有效性。

4結(jié)語

文章主要構(gòu)建了一種系統(tǒng)健康度綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的指標(biāo)評(píng)價(jià)方法，以健康度形式給出各指標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)通過獲取的評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示，并據(jù)此將相應(yīng)的維護(hù)建議提供給運(yùn)維人員，幫助其及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)和解決問題，從而使D5000系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性得到顯著提升。但該評(píng)價(jià)方法易受到專家經(jīng)驗(yàn)的主觀性影響，接下來的研究將在健康度評(píng)價(jià)中通過運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法進(jìn)一步完善該評(píng)價(jià)過程，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加可靠。

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