趙家慶 ，唐 勝 ，錢科軍 ，田 輝 ，丁宏恩 ，周 綺 ，俞 瑜 ，李 春 ，王 鼎

（1.國(guó)網(wǎng)蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215004；2.江蘇瑞中數(shù)據(jù)股份有限公司，江蘇 南京 210003）

0 引言

隨著“大運(yùn)行”體系的不斷推進(jìn)，電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大［1-2］，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行以及供電可靠性的需求也越來(lái)越高［3-4］，而告警系統(tǒng)作為監(jiān)視、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要工具，在電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控中起著舉足輕重的作用［5］。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外針對(duì)電網(wǎng)安全告警開展了相關(guān)研究并取得了一定的進(jìn)展［6］。文獻(xiàn)［6］從故障分析的角度分層分類別闡述了智能告警的內(nèi)涵并對(duì)智能告警發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了深入分析。另外在智能告警或預(yù)警應(yīng)用方向也有相關(guān)的研究：文獻(xiàn)［7］總結(jié)了國(guó)內(nèi)外預(yù)警系統(tǒng)的現(xiàn)狀，提出了一種大電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的分級(jí)梯度預(yù)警預(yù)控方法；文獻(xiàn)［8］圍繞智能告警、故障診斷和故障恢復(fù)等方面研究實(shí)現(xiàn)了服務(wù)地區(qū)電網(wǎng)的智能調(diào)度輔助決策系統(tǒng)；文獻(xiàn)［9］通過(guò)可視化提升、圖形擴(kuò)展以及多系統(tǒng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等手段開發(fā)了在線可視化預(yù)警調(diào)度系統(tǒng)；文獻(xiàn)［10-11］闡述了電網(wǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)專業(yè)下的預(yù)警與輔助決策系統(tǒng)的功能，分析其應(yīng)用效果并進(jìn)行了功能展望；文獻(xiàn)［12］則在電力系統(tǒng)靜態(tài)安全分析的方向上，采用基于電壓穩(wěn)定指標(biāo)的模糊聚類數(shù)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)以節(jié)點(diǎn)載荷能力為核心的電壓穩(wěn)定指標(biāo)預(yù)警分析方法。

上述智能告警、預(yù)警的研究成果大多是在當(dāng)前調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)模式下，提出的解決告警系統(tǒng)某個(gè)或某類問題的方法或思想，是對(duì)電網(wǎng)智能化安全運(yùn)行的重要探索和實(shí)現(xiàn)，在當(dāng)前主流的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中能夠滿足基本的告警分析需求，為電力生產(chǎn)運(yùn)行提供了較全面可靠的支撐。但是上述研究成果中電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)大多基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，其存儲(chǔ)精度為分鐘級(jí)，導(dǎo)致在告警判斷分析時(shí)，很難獲取電網(wǎng)真實(shí)的秒級(jí)歷史數(shù)據(jù)，即告警判斷缺乏全面的數(shù)據(jù)支撐，難以完成瞬時(shí)告警的捕捉、歷史時(shí)刻告警的回溯分析，且不能有效利用電網(wǎng)全息的海量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)告警分析以及預(yù)警分析，在電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大、電網(wǎng)運(yùn)行可靠性要求日益提高的背景下，在原有基礎(chǔ)上發(fā)展新的技術(shù)方案迫在眉睫。

近年來(lái)，時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)在電網(wǎng)中的集成應(yīng)用使得高精度采樣并全息記錄電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中帶有時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)成為可能［13-17］。因此，本文提出了一種基于時(shí)標(biāo)量測(cè)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)預(yù)警方案，有效地解決了量測(cè)跳變難以捕捉、告警規(guī)則單一、電網(wǎng)運(yùn)行異常時(shí)缺乏有效預(yù)警手段等問題；并將其成功應(yīng)用到地區(qū)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中，將電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、全息歷史數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)三者融合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)快速預(yù)警。

1 基于時(shí)標(biāo)量測(cè)的實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

完整、準(zhǔn)確、及時(shí)、可靠的基礎(chǔ)信息是電網(wǎng)監(jiān)視、預(yù)警和輔助決策的基礎(chǔ)［18］。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確可靠的實(shí)時(shí)預(yù)警，本文立足于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的帶有時(shí)標(biāo)的電網(wǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)，確立了基于時(shí)標(biāo)量測(cè)實(shí)時(shí)預(yù)警的總體技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。該架構(gòu)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為混合數(shù)據(jù)源，包含新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫(kù)處理、基于規(guī)則的告警、基于歷史數(shù)據(jù)的預(yù)警以及前端可視化，在完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分流存儲(chǔ)以及調(diào)度基本的告警系統(tǒng)功能的同時(shí)，綜合加入了基于規(guī)則的聯(lián)合告警以及基于歷史數(shù)據(jù)的智能預(yù)警，滿足不同的告警業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，形成一體化的電網(wǎng)實(shí)時(shí)預(yù)警體系架構(gòu)，新的預(yù)警模塊可以插件的方式增加到該開放式的架構(gòu)中。

圖1 基于時(shí)標(biāo)量測(cè)的實(shí)時(shí)預(yù)警體系架構(gòu)Fig.1 Architecture of real-time alarm system based on measurements with timestamp

在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)基于時(shí)標(biāo)量測(cè)的實(shí)時(shí)預(yù)警有如下核心技術(shù)點(diǎn)。

a.系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分流處理。實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中所有帶有時(shí)標(biāo)的量測(cè)數(shù)據(jù)均通過(guò)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)時(shí)標(biāo)量測(cè)數(shù)據(jù)的全息記錄，為后續(xù)的智能告警、預(yù)警以及其他電網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供全面的歷史數(shù)據(jù)支撐。

b.腳本驅(qū)動(dòng)的告警規(guī)則定義與執(zhí)行。實(shí)現(xiàn)從告警業(yè)務(wù)應(yīng)用需求到規(guī)則腳本的平滑完整描述，使得無(wú)論是單一量測(cè)的多時(shí)刻數(shù)據(jù)組合判斷，還是多個(gè)量測(cè)的數(shù)據(jù)組合判斷，都可以通過(guò)配置告警判斷規(guī)則的腳本實(shí)現(xiàn)。

c.基于電網(wǎng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)挖掘的運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)告警。通過(guò)電網(wǎng)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)訓(xùn)練學(xué)習(xí)以及當(dāng)前狀態(tài)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)最貼近長(zhǎng)期歷史運(yùn)行的狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而可以通過(guò)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的差距對(duì)比，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備的不良狀況，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)警。

d.探索告警結(jié)果精細(xì)化的展示以及多樣化的輔助決策分析。研究實(shí)現(xiàn)按照電網(wǎng)模型的告警/預(yù)警信息顯示、告警相關(guān)量測(cè)前后一定時(shí)間段的數(shù)據(jù)對(duì)比分析以及對(duì)重要告警進(jìn)行接線圖和數(shù)據(jù)曲線的歷史反演等功能。

2 關(guān)鍵技術(shù)方案

智能告警可分為基于規(guī)則、基于數(shù)據(jù)、基于模型以及基于推理等方向，如圖2所示。

圖2 實(shí)時(shí)預(yù)警分類示意圖Fig.2 Schematic diagram of real-time alarm classification

本文以綜合的實(shí)時(shí)預(yù)警為目標(biāo)，弱化了各種分類之間的關(guān)系，將規(guī)則、模型、數(shù)據(jù)融合，達(dá)到按規(guī)則實(shí)時(shí)預(yù)警的目的，如對(duì)于電網(wǎng)中的某個(gè)設(shè)備，會(huì)有溫度、功率因數(shù)、電壓限值等多個(gè)限值規(guī)則，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)有一系列的指標(biāo)，需要計(jì)算后才可以進(jìn)行判斷，利用計(jì)算后的數(shù)據(jù)以及原始的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，本方案試圖通過(guò)規(guī)則的完整腳本描述完成多個(gè)限值規(guī)則的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)按規(guī)則實(shí)時(shí)預(yù)警；另外，本方案也將模型、數(shù)據(jù)、推理算法融合，達(dá)到按推理結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警的目的。

2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分流處理

常規(guī)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，前置機(jī)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)文經(jīng)SCADA系統(tǒng)處理后存入系統(tǒng)的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中，供系統(tǒng)的各種應(yīng)用使用，而內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按分鐘級(jí)（如5 min）周期存儲(chǔ)到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)即關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中。筆者在前期工作［13］中提出了集成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)后的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，即關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)仍作為電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)周期存儲(chǔ)的載體，而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)則并行地記錄全息的帶有時(shí)標(biāo)的量測(cè)數(shù)據(jù)。為了實(shí)現(xiàn)全息存儲(chǔ)并充分利用時(shí)標(biāo)量測(cè)數(shù)據(jù)，在以上集成思想的基礎(chǔ)上，提出如下技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

a.按照IEC61970系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電力系統(tǒng)公共信息模型（CIM）及應(yīng)用程序接口規(guī)范［19-20］，在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中提供模型代理服務(wù)以及標(biāo)準(zhǔn)的模型訪問接口，接口集成至統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問層中，服務(wù)則集成至調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的平臺(tái)服務(wù)層。服務(wù)完成電網(wǎng)模型的組織以及模型的具體量測(cè)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)點(diǎn)的映射構(gòu)建。該技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)的前提是：在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)庫(kù)中已定義了系統(tǒng)實(shí)時(shí)采樣量測(cè)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)信息的映射關(guān)系，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)名稱、壓縮配置、數(shù)據(jù)有效時(shí)間等重要參數(shù)。

b.調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)創(chuàng)新點(diǎn)a中列出的時(shí)標(biāo)量測(cè)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的關(guān)鍵信息，將來(lái)自前置機(jī)的帶有時(shí)標(biāo)的量測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)將數(shù)據(jù)存至內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)供系統(tǒng)原有應(yīng)用在必要時(shí)訪問。

c.應(yīng)用通過(guò)具體時(shí)標(biāo)量測(cè)對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)點(diǎn)名稱或創(chuàng)新點(diǎn)a中提及的模型訪問接口得到存放在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的量測(cè)數(shù)據(jù)，包括某個(gè)量測(cè)一段時(shí)間歷史數(shù)據(jù)的獲取、多個(gè)量測(cè)在某時(shí)刻的斷面數(shù)據(jù)獲取、某個(gè)模型某個(gè)時(shí)刻所有量測(cè)的數(shù)據(jù)獲取等數(shù)據(jù)訪問方式。圖3是集成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖。

圖3 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流Fig.3 Data flow of dispatch automation system

圖3中，虛線框外的部分是調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)集成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)之后的數(shù)據(jù)流向，在處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)之后，數(shù)據(jù)可能分為帶時(shí)標(biāo)的量測(cè)變化數(shù)據(jù)和電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)2種流向，也可能是其中的一種流向；虛線框內(nèi)則包含了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問、模型訪問、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)訪問等訪問方式，這些方式都封裝在數(shù)據(jù)統(tǒng)一訪問層中；1、m、n為設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)要素如測(cè)點(diǎn)、量測(cè)、模型之間的映射關(guān)系的描述，如測(cè)點(diǎn)與量測(cè)的關(guān)系為1∶1，即1個(gè)量測(cè)對(duì)應(yīng)1個(gè)測(cè)點(diǎn)；模型與量測(cè)間的關(guān)系為m∶n，即1個(gè)模型可能涉及m個(gè)量測(cè)，而1個(gè)量測(cè)可能為n個(gè)模型所用。

2.2 腳本驅(qū)動(dòng)的告警規(guī)則定義與執(zhí)行

調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的告警業(yè)務(wù)需求是通過(guò)告警限值、開關(guān)變位等固有的告警定義方式實(shí)現(xiàn)的，這種方式能夠滿足對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)診斷判定的基本需求，但也存在諸多局限，如無(wú)法結(jié)合1個(gè)量測(cè)的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合判斷、多個(gè)量測(cè)之間數(shù)據(jù)的聯(lián)合判斷以及告警規(guī)則定義的靈活度差等。而常見的利用告警專家?guī)熘械膶＜抑R(shí)進(jìn)行告警的智能判斷則依賴調(diào)控人員經(jīng)驗(yàn)以及理論分析，且側(cè)重于原因分析以及故障解決方法，在實(shí)際的告警判斷環(huán)節(jié)沒有明顯的改進(jìn)。本文集成Lua腳本引擎，將傳統(tǒng)的告警業(yè)務(wù)需求通過(guò)簡(jiǎn)便高效的規(guī)則腳本描述并定義，再通過(guò)后臺(tái)服務(wù)執(zhí)行腳本并對(duì)判斷結(jié)果進(jìn)行后臺(tái)存儲(chǔ)及前端展示通知的處理。圖4是基于腳本驅(qū)動(dòng)的告警判斷流程示意圖。

圖4 腳本驅(qū)動(dòng)的告警判斷流程示意圖Fig.4 Flowchart of script-driven alarm judgment

（1）告警規(guī)則定義。

Lua腳本是精簡(jiǎn)的腳本語(yǔ)言，運(yùn)行速度快，且能夠方便地嵌入 C/C++程序中［21-22］，其腳本引擎可以與主流的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)無(wú)縫集成。本方案中的告警規(guī)則腳本使用Lua語(yǔ)法作為語(yǔ)法規(guī)則約束，利用其邏輯判斷、循環(huán)、數(shù)學(xué)函數(shù)、字符串函數(shù)、自定義變量以及自定義函數(shù)等強(qiáng)大的邏輯設(shè)計(jì)功能［23］，首先完成調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中模型訪問函數(shù)、歷史數(shù)據(jù)訪問函數(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪問函數(shù)的腳本封裝，并擴(kuò)展到Lua腳本引擎中，以此作為告警規(guī)則定義的基礎(chǔ)；其次，在告警規(guī)則定義時(shí)，將電網(wǎng)模型可視化為樹結(jié)構(gòu)，遙測(cè)限值設(shè)置、遙信變位設(shè)置、告警結(jié)果類型設(shè)置等集成到規(guī)則菜單中，告警規(guī)則定義時(shí)只需要將模型樹中的量測(cè)項(xiàng)拖入配置框，再選擇彈出的規(guī)則菜單項(xiàng)即可對(duì)電網(wǎng)帶時(shí)標(biāo)量測(cè)的告警完成基本的規(guī)則腳本生成，也可以基于告警規(guī)則腳本模板或人工編寫腳本完成告警規(guī)則定義；最后，利用腳本引擎對(duì)腳本進(jìn)行語(yǔ)法檢查以及告警定義規(guī)則合法性檢查。

（2）后臺(tái)執(zhí)行及結(jié)果處理。

根據(jù)告警規(guī)則的配置，對(duì)于基本的告警，首先需要解析所有規(guī)則腳本得到每個(gè)腳本中涉及的量測(cè)，并向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)訂閱這些量測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)通知來(lái)持續(xù)地維護(hù)量測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，且當(dāng)接收到量測(cè)的新數(shù)據(jù)通知時(shí)即對(duì)涉及到該量測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的告警規(guī)則進(jìn)行判斷執(zhí)行；而對(duì)于需要周期性判斷的告警規(guī)則，則通過(guò)告警判斷的后臺(tái)程序根據(jù)時(shí)間進(jìn)行告警判斷。

對(duì)于判斷出的告警信息，主要有3種處理方式。

a.告警信息入庫(kù)。以告警時(shí)間以及告警配置別名作為關(guān)鍵詞，將告警信息存入關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為告警信息歷史回溯分析的基礎(chǔ)。

b.預(yù)警系統(tǒng)統(tǒng)一客戶端展示。將實(shí)時(shí)產(chǎn)生的告警信息推送至系統(tǒng)的客戶端展示界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行告警全面而及時(shí)的跟蹤。

c.其他應(yīng)用的通知。告警判斷處理后臺(tái)提供根據(jù)告警類別進(jìn)行告警訂閱的功能，在新的告警信息產(chǎn)生時(shí)，即根據(jù)訂閱情況向各應(yīng)用進(jìn)行信息分發(fā)推送。

2.3 運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)告警

間隔是由若干相互關(guān)聯(lián)的設(shè)備與設(shè)備之間的連線組成的設(shè)備集合，而將廠站內(nèi)的斷路器和刀閘按照其組成、功能、接線方式進(jìn)行分組就得到了電網(wǎng)的間隔，間隔是調(diào)度監(jiān)控人員進(jìn)行電網(wǎng)業(yè)務(wù)管理、操作的重要組織形式。現(xiàn)有的告警系統(tǒng)中，未見以電網(wǎng)間隔作為告警分類依據(jù)的功能，本方案即以電網(wǎng)間隔中各量測(cè)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，挖掘得到間隔歷史運(yùn)行模型；然后基于間隔歷史運(yùn)行模型，對(duì)間隔實(shí)時(shí)運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)行判斷，計(jì)算其與歷史運(yùn)行模型的差別以確定當(dāng)前運(yùn)行是否存在異常，同時(shí)定位間隔中各個(gè)分量對(duì)偏差的貢獻(xiàn)程度，最終實(shí)現(xiàn)面向電網(wǎng)間隔及其相關(guān)量測(cè)的預(yù)測(cè)告警。

步驟1：間隔歷史運(yùn)行模型構(gòu)建。

間隔歷史運(yùn)行模型構(gòu)建采用層次聚類的思想。首先讀取反映間隔正常運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)集，每組數(shù)據(jù)都由間隔的關(guān)鍵量測(cè)即有功P、無(wú)功Q、電流I及斷路器狀態(tài)B組成，稱為間隔歷史數(shù)據(jù)向量（P，Q，I，B），從歷史數(shù)據(jù)向量集中得到間隔歷史運(yùn)行的最大向量（Pmax，Qmax，Imax，1）以及最小向量（Pmin，Qmin，Imin，0），將歷史數(shù)據(jù)向量集標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)斷路器狀態(tài)B不變，另外3個(gè)量測(cè)P、Q、I的標(biāo)準(zhǔn)化方式為：

然后根據(jù)模型構(gòu)建的參數(shù)，包括對(duì)各歷史向量聚類的初始范圍向量、擴(kuò)展范圍向量，依次處理標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)向量（P′，Q′，I′），根據(jù)數(shù)據(jù)向量集的最大向量、最小向量將其標(biāo)準(zhǔn)化，第一個(gè)向量自成一個(gè)類模型，其后的向量根據(jù)其與各個(gè)類模型的距離差、類模型范圍以及擴(kuò)展范圍確定是否需要與某個(gè)類模型結(jié)合，然后確定其所在的類模型（屬于某個(gè)當(dāng)前已有類模型或者自成一個(gè)新的類模型），直到所有間隔歷史數(shù)據(jù)向量被處理一遍，至此得到若干個(gè)類模型，總稱為間隔歷史運(yùn)行模型。圖5是間隔歷史運(yùn)行模型構(gòu)建的流程示意圖。

步驟2：間隔當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測(cè)告警。

間隔當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測(cè)采用基于相似性的回歸預(yù)測(cè)思想。在步驟1中產(chǎn)生的間隔歷史運(yùn)行模型已經(jīng)覆蓋了間隔幾乎所有正常運(yùn)行下的狀態(tài)，包含多個(gè)聚類模型即正常狀態(tài)。在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行中，根據(jù)采集得到的實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)向量，得到與其距離最近的歷史運(yùn)行聚類模型即近似模型。在計(jì)算與每個(gè)歷史模型的距離時(shí)，有如下準(zhǔn)則。

圖5 間隔歷史運(yùn)行模型構(gòu)建的流程示意圖Fig.5 Development of historical operating model for bay

a.如果斷路器狀態(tài)為1，那么只與斷路器狀態(tài)為1的歷史模型計(jì)算距離；如果斷路器狀態(tài)為0，則只與斷路器狀態(tài)為0的歷史模型計(jì)算距離。

b.如果量測(cè)實(shí)時(shí)值大于該模型的對(duì)應(yīng)量測(cè)的上限值，那么該量測(cè)分量的距離為實(shí)時(shí)值減去模型對(duì)應(yīng)分量的上限值。

c.如果量測(cè)實(shí)時(shí)值在該模型的對(duì)應(yīng)量測(cè)的上限值和下限值之間，那么該量測(cè)分量的距離為0。

d.如果量測(cè)實(shí)時(shí)值小于該模型的對(duì)應(yīng)量測(cè)的下限值，那么該量測(cè)分量的距離為模型對(duì)應(yīng)分量的下限值減去實(shí)時(shí)值。

然后根據(jù)確定的近似模型，計(jì)算得到該時(shí)刻間隔運(yùn)行關(guān)鍵量測(cè)的預(yù)測(cè)值，除了斷路器狀態(tài)的預(yù)測(cè)值與實(shí)時(shí)值相同外，其他的量測(cè)預(yù)測(cè)值計(jì)算遵循如下準(zhǔn)則：

a.如果量測(cè)實(shí)時(shí)值大于近似模型對(duì)應(yīng)量測(cè)的上限值，那么該量測(cè)當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測(cè)值即為上限值；

b.如果量測(cè)實(shí)時(shí)值在近似模型對(duì)應(yīng)量測(cè)的上限值和下限值之間，那么該量測(cè)當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測(cè)值即為其自身；

c.如果量測(cè)實(shí)時(shí)值小于近似模型對(duì)應(yīng)量測(cè)的下限值，那么該量測(cè)當(dāng)前狀態(tài)預(yù)測(cè)值即為下限值。

如果實(shí)時(shí)運(yùn)行向量與預(yù)測(cè)向量的差大于設(shè)定的經(jīng)驗(yàn)值，即預(yù)測(cè)向量與其近似模型的距離較大，那么說(shuō)明此時(shí)該間隔出現(xiàn)了運(yùn)行異常的情況，則求出每個(gè)量測(cè)對(duì)該異常的貢獻(xiàn)程度以供偏差定位，同時(shí)進(jìn)行告警；如果該實(shí)時(shí)運(yùn)行向量與預(yù)測(cè)向量相差較小，則認(rèn)為此時(shí)該間隔運(yùn)行狀態(tài)正常。至此，完成間隔運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)測(cè)告警。

2.4 預(yù)警方法融合

在本系統(tǒng)中，各預(yù)警方法如關(guān)聯(lián)告警、運(yùn)行狀態(tài)預(yù)警等方法都分為后臺(tái)服務(wù)與前端界面服務(wù)2個(gè)插件，且均以松耦合的方式掛接在系統(tǒng)中。以運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)告警算法為例，其后臺(tái)模塊以服務(wù)的形式掛接在告警后臺(tái)判斷的框架上，成為系統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)的一部分；前端界面則以智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中常見的信息監(jiān)控畫面、接線圖以及關(guān)鍵潮流為中心，聯(lián)動(dòng)地掛接到前端展示框架中。通過(guò)此種松耦合的方式，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多種調(diào)度業(yè)務(wù)預(yù)警方法的動(dòng)態(tài)集成與融合。已集成的其他典型預(yù)警方法概述如下。

a.狀態(tài)估計(jì)質(zhì)量預(yù)警。通過(guò)計(jì)算參數(shù)辨識(shí)，分析出狀態(tài)估計(jì)可能受到的影響。該預(yù)警方法結(jié)合智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中狀態(tài)估計(jì)結(jié)果、狀態(tài)估計(jì)誤差量序列以及計(jì)算參數(shù)結(jié)果改動(dòng)記錄，挖掘分析得出計(jì)算參數(shù)對(duì)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在人為修改狀態(tài)估計(jì)的計(jì)算參數(shù)時(shí)，可以預(yù)估出狀態(tài)估計(jì)結(jié)果的質(zhì)量，從而對(duì)改動(dòng)參數(shù)的行為進(jìn)行告警，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)估計(jì)質(zhì)量的預(yù)警。

b.線路限值預(yù)警。在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，很可能出現(xiàn)新建線路通電，系統(tǒng)中仍未錄入遙測(cè)量限值的情況，這可能會(huì)導(dǎo)致難以預(yù)估的事故。該預(yù)警方法結(jié)合電網(wǎng)模型與拓?fù)洌R(shí)別出未定義限值的線路并告警，同時(shí)分析預(yù)測(cè)線路限值，并提供合理化的建議。

系統(tǒng)中多種告警、預(yù)警方法的融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)關(guān)鍵運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別、預(yù)測(cè)乃至告警，再結(jié)合3種豐富的可視化展現(xiàn)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)警功能的貫通。

3 可視化

前端展示完成用戶與基于時(shí)標(biāo)量測(cè)的實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)的交互。重點(diǎn)完成系統(tǒng)中告警配置、告警結(jié)果展示與查詢、預(yù)警提醒等功能。具體內(nèi)容包括：電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)以及電網(wǎng)模型查看；規(guī)則告警配置，包括規(guī)則告警判斷執(zhí)行的機(jī)制、規(guī)則腳本以及規(guī)則告警結(jié)果處理方式配置等；預(yù)測(cè)告警參數(shù)配置，包括歷史運(yùn)行聚類參數(shù)、預(yù)測(cè)告警參數(shù)配置以及預(yù)測(cè)告警結(jié)果處理方式配置等；結(jié)果展示包括實(shí)時(shí)/歷史查詢以及篩選、相關(guān)量測(cè)全息數(shù)據(jù)對(duì)比、對(duì)應(yīng)電網(wǎng)接線圖/量測(cè)曲線顯示等，展示的手段包括顏色閃爍、數(shù)據(jù)表格、預(yù)警結(jié)果列表、豐富的腳本控件、電網(wǎng)接線圖、量測(cè)趨勢(shì)曲線、量測(cè)偏差雷達(dá)圖、量測(cè)對(duì)偏差貢獻(xiàn)率柱狀圖等，最終達(dá)到便捷配置系統(tǒng)參數(shù)、全面展示預(yù)警結(jié)果、豐富分析預(yù)警結(jié)果的目的。

4 工程實(shí)用

本文成果已在蘇州智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)中得到了工程實(shí)際應(yīng)用，在系統(tǒng)集成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)載體的基礎(chǔ)上，完成電網(wǎng)模型與時(shí)標(biāo)量測(cè)的映射并對(duì)上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的模型訪問接口。通過(guò)集成蘇州電網(wǎng)模型、實(shí)時(shí)/歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)、電網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)則以及歷史運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以規(guī)則腳本描述、蘇州電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)與回歸預(yù)測(cè)結(jié)合的手段實(shí)現(xiàn)了大型地區(qū)電網(wǎng)實(shí)時(shí)預(yù)警。圖6為某間隔中有功分量在一段歷史時(shí)間內(nèi)實(shí)際值與預(yù)測(cè)值的對(duì)比示意圖，該畫面由預(yù)測(cè)告警信息跳轉(zhuǎn)而來(lái)，圖中ΔP為有功實(shí)際值Pr與預(yù)測(cè)值Pf的差值，可以清晰地指明間隔內(nèi)有功分量對(duì)告警的影響情況。

圖6 某間隔的有功分量的預(yù)測(cè)值與實(shí)際結(jié)果的對(duì)比Fig.6 Comparison between predicted and actual active powers for a bay

目前，本方案實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能運(yùn)行穩(wěn)定，并且經(jīng)過(guò)工程應(yīng)用中的不斷優(yōu)化，實(shí)時(shí)預(yù)警的準(zhǔn)確性和有效性都有大幅提升。目前，系統(tǒng)已識(shí)別關(guān)聯(lián)規(guī)則告警（如開關(guān)與遙測(cè)不一致、對(duì)端不平衡以及主變各側(cè)遙測(cè)越限等關(guān)聯(lián)告警）2836條、間隔運(yùn)行狀態(tài)異常預(yù)警729條、線路限值預(yù)警26條等告警信息，有效地輔助支撐了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)在蘇州地區(qū)智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)集成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，時(shí)標(biāo)量測(cè)的應(yīng)用價(jià)值得到了充分挖掘。本文探索并提出了基于時(shí)標(biāo)量測(cè)的電網(wǎng)實(shí)時(shí)預(yù)警方案，使得電網(wǎng)告警的判斷更切合實(shí)際電網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)則，充分利用電網(wǎng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，也使得電網(wǎng)運(yùn)行預(yù)警能更可靠，并充分輔助決策分析。