電網事故處理綜合輔助決策系統(tǒng)

周子融

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

為適應大電網的運行管理要求，實現(xiàn)電網異常及事故情況下的快速響應，需要進一步提高運行管理水平和調度員的工作能力。然而，電網的事故處理是一個異常復雜的動態(tài)決策系統(tǒng)，很多因素都會影響到電網的事故處理，而且很多因素都是不確定的?，F(xiàn)有的穩(wěn)態(tài)運行分析軟件很難提供有效的幫助，幾乎都是憑借調度員豐富的運行經驗來處理事故。調度員在電網發(fā)生大面積停電故障時責任重大、負擔過重且緊急復雜的場面很難通過直覺和經驗對故障進行判斷，更不要說通過有效的措施降低事故帶來的損失。在各種的大面積停電故障中，有不少因為調度員處理不當或者誤操作造成事故擴大的局面。因此電網運行亟需為調度員配置一套高智能、高速度、高質量的電網事故處理綜合輔助決策系統(tǒng)，在電網正常運行時，提供電網狀態(tài)在線監(jiān)視和預警，在電網發(fā)生故障時，提供準確及時的輔助決策，在平常工作時，提供反事故演習的訓練環(huán)境。本系統(tǒng)將實時跟蹤電網的運行狀態(tài)，提示電網運行風險，協(xié)助調度員有效控制電網事故發(fā)生、發(fā)展，縮短電網恢復正常運行的時間，減少電網事故帶來的損失。該系統(tǒng)為調度人員的日常調度工作提供輔助決策參考，可使電網由目前的“人工分析型”調度上升為“自動智能型”調度，提高電網運行的強壯性和電能質量。該系統(tǒng)將是下一代調度自動化系統(tǒng)發(fā)展的主要組成部分，適應未來智能電網發(fā)展的趨勢，在互聯(lián)大電網的監(jiān)控中，具有十分廣闊的推廣應用前景。

本系統(tǒng)的研究和開發(fā)擴展了調度自動化系統(tǒng)的功能，使得調度員在處理各項業(yè)務時有了輔助決策支持，對現(xiàn)代電網的駕馭能力有了質的提升，還能在保障電網安全運行的前提下挖掘電網運行的經濟潛力，使得電網經濟、優(yōu)質、穩(wěn)定、安全運行，提升了經濟效益和社會效益。從目前全國調度自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀來看，該項技術的研究具有前瞻性和必要性。

1 項目研究背景

目前，電網事故處理綜合輔助決策系統(tǒng)的研究和開發(fā)已經日益受到電力部門的重視。其中，正常運行情況下的安全預警研究已經取得了豐碩成果，并且已經有了實用化的系統(tǒng)。電網事故處理綜合輔助決策系統(tǒng)在技術和理論條件的限制下還處在離線應用和理論研究階段。能夠實現(xiàn)安全在線運行的、功能完善的、實用化的電網事故輔助決策系統(tǒng)還非常少見。

我國蘭州供電局在2005年首次利用故障信息系統(tǒng)和調度自動化系統(tǒng)的信息在實時運行電網中實現(xiàn)了故障診斷和電網恢復。該系統(tǒng)有以下技術特點：首次在在線故障分析中調取了故障信息系統(tǒng)和調度自動化系統(tǒng)信息來進行判斷；系統(tǒng)在故障決策系統(tǒng)運行期間能夠正確并且自動地區(qū)分調度自動化系統(tǒng)的實際故障信息和誤報信息并且對故障的結果判斷正確；但是對于不確定性的故障信息的處理、診斷和恢復復雜故障的處理、大面積的停電區(qū)域進行故障恢復等情況仍需改進和完善。可見，應用于蘭州的電網故障智能決策支持系統(tǒng)雖然在系統(tǒng)集成、偽報警信息處理等方面取得了一些實用性的技術突破，但該系統(tǒng)在故障診斷和恢復的理論研究和應用上，還存在著較大的欠缺。

故障診斷和故障恢復作為電網事故智能輔助決策系統(tǒng)的重要研究內容，國內外針對這2個課題的研究非?；钴S，研究方法也多種多樣，幾乎囊括了人工智能研究領域的各種方法，比如專家系統(tǒng)、人工神經網絡、petri網絡、模糊集、粗糙集和遺傳算法等。但是對算法進行實用化很罕見或者最多只用于規(guī)模較小的電網。

2 項目研究內容

項目研究內容如圖1所示。

圖1 研究內容

2.1 主要技術內容

（1）電網事故處理綜合輔助決策系統(tǒng)總體設計與實現(xiàn)方案的研究

研究本項目的系統(tǒng)結構、總體功能、信號分片和組合條件分類篩選和顯示及實施方案等。

（2）電網設備運行狀態(tài)在線監(jiān)視和風險告警

主要研究潮流越限監(jiān)視、一次設備狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)故障跳閘監(jiān)視、特殊方式、供電路徑和供電范圍監(jiān)視及重要用戶風險監(jiān)視等功能。

（3）電網故障識別和故障診斷

研究電網故障診斷啟動檢測、故障信息分類、設備故障可信度計算、故障設備識別及開關和保護動作行為分析、損失負荷統(tǒng)計及故障診斷規(guī)則庫等。

（4）電網事故智能恢復策略

研究電網發(fā)生事故后，故障隔離、故障恢復路徑搜索、故障恢復預案編制、故障恢復預案推送及故障恢復模擬預演及故障報告生成等。

（5）EMS系統(tǒng)的組合條件分類顯示

信號分片和組合條件分類篩選和顯示。

2.2 主要技術難點

技術難點如圖2所示。

圖2 技術難點

2.2.1 故障信息整合

目前電網發(fā)生故障時，存在故障信息過少和過多的技術難點。故障信息過少是指僅利用發(fā)生故障時的開關跳閘信息，但僅依靠開關跳閘無法實現(xiàn)故障設備的準確定位，導致故障診斷結果不準確，反而會誤導調度員。故障信息過多是指發(fā)生故障時既利用開關跳閘信息，也利用保護動作信息和其他告警信息，但信息量過多，存在維護工作量大、維護復雜和實用化程度低等問題，因此如何合理地利用故障信息是本項目的一個技術難點。

2.2.2 故障設備診斷

電網發(fā)生故障時，海量故障信息涌入調度中心，如何利用海量的故障信息進行信號分片和組合條件分類篩選和顯示，快速地診斷出故障設備是本項目的第二個技術難點。

2.2.3 故障恢復策略

實現(xiàn)故障隔離、故障恢復是電網發(fā)生故障后的電網事故處理的關鍵。一旦處理不當，將會導致故障的擴大，因此如何結合中山電網的接線方式、運行方式、故障恢復預案來進行故障恢復策略也是本項目的研究難點。

3 技術路線

技術路線如圖3所示。

圖3 技術路線

3.1 針對大規(guī)模地調系統(tǒng)的一二次設備統(tǒng)一建模

以前的研究多為建設1個獨立的故障診斷系統(tǒng)，模型信息需要二次維護，實時信息和故障跳閘信息通過人工設置或從EMS系統(tǒng)獲取，故障診斷以開關跳閘信息為主。這種方式用戶維護量大，故障信息少，故障診斷結果不準確，只能分析事故區(qū)域，無法準確定位故障設備，且多以離線系統(tǒng)為主，尚無成功運行的在線事故輔助決策系統(tǒng)。這種思路不適合大規(guī)模地調系統(tǒng)的事故處理需求，無法滿足智能電網發(fā)展的需要。本項目基于IEC61970標準，通過CIM/CIS共享EMS系統(tǒng)的模型、圖形、實時信息、故障信息，以及繼電保護故障信息系統(tǒng)的保護動作信息，實現(xiàn)EMS系統(tǒng)中一次模型和繼電保護信息系統(tǒng)的二次模型信息的統(tǒng)一建模?？梢栽诤艽蟪潭壬蠝p少用戶的二次維護工作量。

3.2 基于專家系統(tǒng)＋優(yōu)化算法的智能事故輔助決策系統(tǒng)

單獨的專家系統(tǒng)或優(yōu)化算法在電網事故輔助決策系統(tǒng)中研究的比較多，但在電網發(fā)生復雜故障時，單純地依靠專家系統(tǒng)或者優(yōu)化算法無法對故障信息之間的關聯(lián)關系進行準確的建模，很難得到準確的診斷結果，也無法提供準確的事故恢復策略。本項目將提取調度員事故處理的經驗知識，模擬調度員事故處理的人工思維，對電網中開關、保護動作信息的關聯(lián)關系進行專家系統(tǒng)建模，采用專家系統(tǒng)＋優(yōu)化算法實現(xiàn)智能型事故輔助決策支持。該項研究具有重大的理論意義，工程實用價值在于保證了電網安全運行穩(wěn)定、縮短事故停電實際時間、提高了供電可靠性。

3.3 基于故障恢復路徑自動搜索和故障處理預案相結合的事故處理策略

在電網發(fā)生事故時，系統(tǒng)自動搜索可行的故障恢復路徑。

4 預期目標及創(chuàng)新點

本系統(tǒng)的研究和開發(fā)擴展了調度自動化系統(tǒng)的功能，使得調度員在處理各項業(yè)務時有了輔助決策支持，對現(xiàn)代電網的駕馭能力有了質的提升，還能在保障電網安全運行的前提下挖掘電網運行的經濟潛力，使得電網經濟、優(yōu)質、穩(wěn)定、安全運行，提升了經濟效益和社會效益。從目前全國調度自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀來看，該項技術的研究具有前瞻性和必要性。

本項目的創(chuàng)新點如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)創(chuàng)新點

4.1 基于專家系統(tǒng)＋優(yōu)化算法的智能事故輔助決策系統(tǒng)

本項目提取調度員事故處理的經驗知識，模擬調度員事故處理的人工思維，對電網中開關、保護動作信息的關聯(lián)關系進行專家系統(tǒng)建模，采用專家系統(tǒng)＋優(yōu)化算法實現(xiàn)智能型事故輔助決策支持。

4.2 基于二叉樹的事故恢復最小路徑正反向搜索

系統(tǒng)從失電設備出發(fā)，通過正向廣度優(yōu)先搜索形成二叉樹，然后從帶電的葉子節(jié)點反向搜索最小供電恢復路徑。

4.3 共享EMS系統(tǒng)的模型、圖形、實時方式和電網故障信息

大大減輕自動化人員的維護工作量，保證系統(tǒng)模型和EMS系統(tǒng)的實時一致性，提高系統(tǒng)的實用效果。

5 主要技術經濟指標

系統(tǒng)指標情況如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)背標情況

本項目實施后，各項指標情況為系統(tǒng)可用率大于95%、系統(tǒng)響應時間小于1 s、系統(tǒng)處理時間小于10 s、系統(tǒng)處理正確率100%?？捎行П苊庹{度員誤操作的情況以及縮短在電網故障上所浪費的精力和時間，使得電網經濟、優(yōu)質、穩(wěn)定、安全運行，提升了經濟效益和社會效益。