楊洪耕,明 嬌,代海波

(1.四川大學(xué)電氣信息學(xué)院,成都 610065;2.四川德陽電業(yè)局,德陽 618000)

應(yīng)對(duì)能源危機(jī)與提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行水平,智能電網(wǎng)將成為未來電網(wǎng)發(fā)展的重點(diǎn)[1],如何保障電網(wǎng)安全運(yùn)行,告警系統(tǒng)起著舉足輕重的作用。告警系統(tǒng)是監(jiān)視、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的有利工具。將TTS應(yīng)用到語音報(bào)警系統(tǒng)中,大大提高了語音報(bào)警系統(tǒng)的自動(dòng)化程度[2]。將遙信和遙測(cè)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)綜合智能分析,可過濾故障信息,推斷故障范圍[3]。告警相關(guān)性分析可協(xié)助運(yùn)行人員準(zhǔn)確定位故障源,減少處理反應(yīng)時(shí)間,提高網(wǎng)絡(luò)可靠性[4]。基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的電力系統(tǒng)故障診斷方法能為操作人員迅速地做出決策提供強(qiáng)有力的支持[5]。目前,為解決告警系統(tǒng)中某個(gè)或某些問題的文獻(xiàn)很多,但都未能給出一套完善的智能告警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及實(shí)現(xiàn)方法。

結(jié)合電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求和發(fā)展,本文提出告警系統(tǒng)的智能化設(shè)計(jì)思想,系統(tǒng)具有以下功能特點(diǎn):①實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)快速預(yù)警;②聲像結(jié)合,簡單精確指明故障信息;③按故障嚴(yán)重程度劃分等級(jí);④給出故障的原因及處理策略;⑤歷史告警信息智能查詢。將以上功能特點(diǎn)與其實(shí)現(xiàn)流程的模塊化設(shè)計(jì)緊密結(jié)合,采用面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計(jì)方法[6]和多線程并行處理機(jī)制,使智能告警系統(tǒng)又有易于功能擴(kuò)展、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。

1 智能告警系統(tǒng)的主體設(shè)計(jì)思想

1.1 智能告警系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

運(yùn)行值班人員往往需要以直觀、簡便、快速的方式掌握系統(tǒng)運(yùn)行情況并及時(shí)準(zhǔn)確處理系統(tǒng)異常,同時(shí)能智能查詢所關(guān)注的歷史告警信息。由此,本文提出如圖1所示的智能告警系統(tǒng)模型。

圖1 智能告警系統(tǒng)模型Fig.1 Intelligent alarm system model

1.2 智能告警系統(tǒng)的多線程模塊化設(shè)計(jì)

本文采用面向?qū)ο蟮哪K化設(shè)計(jì)思想,首先定義一個(gè)告警基類,該告警基類包含告警所需變量及數(shù)組的定義,并結(jié)合智能告警系統(tǒng)的功能特點(diǎn)將其實(shí)現(xiàn)過程封裝為如圖2所示的各個(gè)功能模塊,其中信息處理模塊對(duì)應(yīng)圖1中的信息分類及信息二級(jí)處理。各功能模塊均繼承了告警基類的內(nèi)容,是告警基類的派生類。各模塊之間相互獨(dú)立,通過告警基類相互關(guān)聯(lián)。

圖2 模塊類關(guān)系圖Fig.2 Module class diagram

語音報(bào)警涉及到頻繁的聲音異步播放,紅綠燈狀態(tài)指示需要快速刷新來準(zhǔn)確反映系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況,查詢歷史信息時(shí)需從數(shù)據(jù)庫中檢索大量數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)以上功能占用CPU資源較大,影響實(shí)時(shí)故障信息的處理速度。為提高系統(tǒng)運(yùn)行效率,采用多線程技術(shù)將以上三個(gè)模塊與信息處理過程在實(shí)現(xiàn)流程上相互獨(dú)立。程序啟動(dòng)后,在主流程中進(jìn)行信息處理,同時(shí)為語音報(bào)警模塊和紅綠燈狀態(tài)指示模塊各開啟一個(gè)線程。程序運(yùn)行過程中,當(dāng)用戶點(diǎn)擊查詢歷史告警信息時(shí)再開啟一個(gè)線程用于信息智能查詢,退出查詢時(shí)關(guān)閉該線程。多線程處理流程如圖3所示。

圖3 多線程處理流程Fig.3 Flow ofmu lti-thread p rocess

2 智能告警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 故障信息字典定義

因相同類型故障的重要程度、故障原因和處理策略一般相同,定義了如表1所示的故障信息字典,為信息分類、分級(jí)處理和決策分析等功能的實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)。用戶可對(duì)信息字典進(jìn)行編輯。

表1 故障信息字典Tab.1 Fau lt information dictionary

2.2 告警信息整合

2.2.1 信息整合模塊

由SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直接得到的告警信息量大,往往有大量不重要或不必要的信息,利用信息整合模塊將其濾除,并將相關(guān)聯(lián)的多條異常信息合并成一條實(shí)質(zhì)性告警。為便于信息整合功能的擴(kuò)展,將信息整合的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)一步模塊化,每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)不同類型的信息整合內(nèi)容:①告警信息過濾模塊:濾除異常數(shù)據(jù)及運(yùn)行方式改變時(shí)過渡狀態(tài)產(chǎn)生的錯(cuò)誤告警信息;②同類告警信息合并模塊:當(dāng)多個(gè)設(shè)備或多個(gè)變電站發(fā)生相同告警時(shí),將其整合為一條根源告警;③不同類型相關(guān)聯(lián)的告警信息整合模塊:當(dāng)某一設(shè)備或相關(guān)聯(lián)的多個(gè)設(shè)備發(fā)生多條告警信息時(shí),將其整合為一條根源告警。信息整合實(shí)現(xiàn)過程見圖4。

圖4 信息整合實(shí)現(xiàn)過程Fig.4 In formation integration process

2.2.2 信息整合各模塊實(shí)現(xiàn)邏輯

經(jīng)故障判斷生成的初始故障信息存儲(chǔ)于初始告警列表tempWarnList(TWL)中,信息整合是對(duì)初始故障信息進(jìn)行分析處理,具體實(shí)現(xiàn)邏輯如下:

(1)告警信息過濾模塊

for(i=0;i＜TWL.Count;i++)

{

if(該告警是由運(yùn)行方式改變時(shí)過渡狀態(tài)所致)

{TW L.RemoveA t(i);i--;continue;}

if(該告警是由短時(shí)異常數(shù)據(jù)所致)

{TW L.RemoveA t(i);i--;continue;}

}

(2)同類告警信息合并模塊

for(i=0;i＜TWL.Count;i++)

{for(j=i+1;j＜TW L.Count;j++)

{if(TW L[i]與TWL[j]是同類告警)

{if(TW L[i]可包含于TWL[j])

{TW L.RemoveA t(i);i--;break;}

if(TWL[j]可包含于TWL[i])

{TW L.RemoveA t(j);j--;continue;}

}}}

(3)不同類型告警信息整合模塊

for(i=0;i＜TWL.Count;i++)

{for(j=i+1;j＜TW L.Count;j++)

{if(TW L[i]與TW L[j]告警設(shè)備相同或相關(guān)聯(lián))

{if(TW L[i]可歸因于TWL[j])

{TWL.RemoveA t(i);i--;break;}

if(TW L[j]可歸因于TW L[i])

{TWL.RemoveA t(j);j--;continue;}

}}}

2.3 告警信息處理

由于信息分類、分級(jí)處理、決策分析、實(shí)時(shí)狀態(tài)分析、信息入庫等都需遍歷告警信息列表,對(duì)每一條告警信息進(jìn)行處理,故將以上功能的實(shí)現(xiàn)過程合并為一個(gè)告警信息處理模塊。信息分類是根據(jù)故障信息對(duì)系統(tǒng)的影響程度按照故障類型將告警信息劃分為三個(gè)等級(jí):①緊急告警,直接影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行;②一般告警,對(duì)系統(tǒng)的局部或單個(gè)設(shè)備有一定影響,但不會(huì)危急到系統(tǒng)的正常運(yùn)行;③提示告警,僅起提示作用,提醒值班人員當(dāng)前發(fā)生的操作信息。圖文告警采用分級(jí)顯示,不同等級(jí)的告警信息用不同顏色標(biāo)記,并按照重要等級(jí)由高到低、故障發(fā)生時(shí)間由近到遠(yuǎn)的原則進(jìn)行順序排列。告警信息處理流程如圖5所示。

圖5 告警信息處理流程Fig.5 Flowchart of alarm in formation process

2.4 語音報(bào)警

語音告警可以給出明確的語音告警提示,但音色一致的告警音的頻繁播出,不易分辨各告警信息的重要性差異,難以提起值班人員的警覺性。為此,提出根據(jù)告警重要性級(jí)別不同設(shè)置對(duì)應(yīng)的語音告警方式及告警音參數(shù),告警方式分為連續(xù)、一次及無語音告警提示三種。這樣既可減少語音報(bào)警數(shù)量,又使用戶可根據(jù)音色的不同直觀地識(shí)別當(dāng)前告警的重要程度,使語音告警更加智能化。語音告警功能單獨(dú)占用一個(gè)線程,其實(shí)現(xiàn)流程如圖6所示。

圖6 語音告警實(shí)現(xiàn)流程圖Fig.6 Flowchart of voice-alarm implementation

2.5 紅綠燈實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)顯示

2.5.1 紅綠燈思想

值班人員要準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況就必須時(shí)刻關(guān)注監(jiān)控界面、頻繁進(jìn)行信息查詢操作,這樣工作量大且容易產(chǎn)生視覺疲勞。由于圖形較文字在表達(dá)信息方面更直觀,提出了一種能簡單直觀反映系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況的快速預(yù)警方法,即紅綠燈實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)指示。

2.5.2 紅綠燈實(shí)現(xiàn)邏輯

紅黃綠燈起著狀態(tài)監(jiān)測(cè)器的作用,實(shí)時(shí)反映系統(tǒng)運(yùn)行情況。當(dāng)系統(tǒng)處于緊急運(yùn)行狀態(tài)時(shí),采用紅燈閃爍指示效果使?fàn)顟B(tài)指示更加直觀醒目。紅綠燈采用GDI+[12]繪制,單獨(dú)占用一個(gè)時(shí)鐘線程,每0.5 s根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)等級(jí)重繪指示燈,紅燈閃爍通過背景色與紅燈交替繪制實(shí)現(xiàn),其實(shí)現(xiàn)流程如圖7所示。

2.6 智能檢索功能

為用戶更好地展開事故調(diào)查分析,智能告警系統(tǒng)提供了一個(gè)可鎖定查詢目標(biāo)的智能查詢界面,用戶可以指定時(shí)間段、告警類型、集控站名稱、變電站名稱、設(shè)備名稱等一個(gè)或多個(gè)檢索條件來查詢歷史告警信息。信息查詢通過LINQ to SQL數(shù)據(jù)庫異步查詢操作實(shí)現(xiàn)[13],在數(shù)據(jù)庫中,由于告警信息是以集控站編號(hào)、變電站編號(hào)、設(shè)備編號(hào)、告警類型號(hào)等形式存儲(chǔ),因此執(zhí)行LINQ查詢語句后得到的數(shù)據(jù)為生數(shù)據(jù),還需要解析為相應(yīng)的顯示信息。整個(gè)查詢過程如圖8所示。

圖7 紅綠燈繪制流程Fig.7 Tra ffic lights drawing process

圖8 LINQ查詢的3層結(jié)構(gòu)Fig.8 Three-level structure of the LINQ query

3 應(yīng)用實(shí)例

該智能告警系統(tǒng)已在多個(gè)地區(qū)電網(wǎng)電壓無功控制系統(tǒng)中投入使用。下面以德陽區(qū)域電網(wǎng)為例,介紹該智能告警系統(tǒng)的部分應(yīng)用效果,德陽區(qū)域電網(wǎng)電壓無功控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)德陽電業(yè)局下屬的5個(gè)集控站在德陽地調(diào)的閉環(huán)控制。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,什邡集控站土塘變電站出現(xiàn)錯(cuò)檔運(yùn)行,由于錯(cuò)檔異常對(duì)應(yīng)緊急告警,此出現(xiàn)紅燈閃爍指示,指示燈下注明了出現(xiàn)緊急告警的集控站名稱,如圖9所示,用戶通過點(diǎn)擊指示燈或點(diǎn)擊實(shí)時(shí)監(jiān)控中的告警信息可以進(jìn)一步查看具體的告警信息,如圖10所示。

實(shí)時(shí)告警信息列表中告警信息“什邡集控站土塘變電站變壓器錯(cuò)檔”用紅色標(biāo)記顯示,點(diǎn)擊處理建議按鈕可以進(jìn)一步查看該告警信息的故障原因?yàn)椤安⒙?lián)變壓器變比不一致”,處理策略為“核實(shí)SCADA上傳的變壓器檔位值是否正確,如果SCADA數(shù)據(jù)有誤請(qǐng)檢查SCADA數(shù)據(jù)通道,如果SCADA數(shù)據(jù)無誤請(qǐng)手動(dòng)遙控變壓器分接頭將變壓器調(diào)節(jié)至同一變比”。

圖9 紅綠燈效果圖Fig.9 Traffic lights effect picture

歷史告警信息查詢界面提供了便捷的信息查詢功能,可將查詢到的告警信息保存為Excel文檔。圖11列出了德陽羅江集控站2009年4月20日的信息查詢情況。

圖11 告警信息查詢列表Fig.11 Alarm in formation inquiry list

4 結(jié)語

本文提出的智能告警系統(tǒng)在地區(qū)電網(wǎng)電壓無功控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用表明,通過告警信息整合、分級(jí)顯示、特色的語音告警提示以及紅綠燈快速預(yù)警等,方便了運(yùn)行值班人員快速準(zhǔn)確地掌握系統(tǒng)關(guān)鍵異常信息;故障原因及處理建議的給出,提高了事故異常處理效率;告警信息智能查詢功能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況的查看和分析提供了便捷地支持;同時(shí),采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法和多線程并行處理機(jī)制,提高了智能告警系統(tǒng)的可擴(kuò)展性與響應(yīng)速度。

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