雷鳴

（山東電力調(diào)度控制中心，濟(jì)南250000）

調(diào)控一體化在線數(shù)據(jù)挖掘與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)

雷鳴

（山東電力調(diào)度控制中心，濟(jì)南250000）

針對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度中心難以對(duì)監(jiān)控和調(diào)度大數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析的現(xiàn)狀，提出調(diào)控一體化下在線數(shù)據(jù)挖掘和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)方案，通過(guò)關(guān)聯(lián)分析，識(shí)別預(yù)警指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警。該系統(tǒng)目前已在山東調(diào)度中心得到應(yīng)用，協(xié)助調(diào)度人員有效地理解海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中反映的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)鍵信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的有效感知和調(diào)度控制的優(yōu)化。

調(diào)控一體化；數(shù)據(jù)挖掘；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

0 引言

隨著電力體制改革的不斷深化，傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行管理模式已不適用于當(dāng)前電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。為推進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)推出了調(diào)控一體化的運(yùn)行管理模式［1］。調(diào)控一體化即電力調(diào)度與監(jiān)控一體化，通過(guò)優(yōu)化整合電網(wǎng)調(diào)度和設(shè)備運(yùn)行資源，推進(jìn)輸變電設(shè)備運(yùn)行集中監(jiān)控業(yè)務(wù)與電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)的高度融合［2］。然而，隨著國(guó)家電網(wǎng)公司信息化建設(shè)推進(jìn)及電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，調(diào)度人員所掌握的監(jiān)控信息和調(diào)度信息迅速增長(zhǎng)，電網(wǎng)數(shù)據(jù)具備了大數(shù)據(jù)特性。同時(shí)電網(wǎng)規(guī)模的復(fù)雜化和擴(kuò)大化也為實(shí)行調(diào)控一體化管理的調(diào)度運(yùn)行人員快速全面掌握電網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)形勢(shì)增加了難度。雖然已有研究開發(fā)了PSASP動(dòng)態(tài)安全評(píng)估和預(yù)警系統(tǒng)，但在事故不斷發(fā)展中，因運(yùn)行方式的改變，運(yùn)行人員無(wú)法采用各種分析型和研究型的軟件來(lái)分析和研究電網(wǎng)運(yùn)行狀況［3-4］。因此在調(diào)控一體化管理模式下，研究基于電網(wǎng)監(jiān)控和調(diào)度信息的大數(shù)據(jù)挖掘和電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、預(yù)警系統(tǒng)對(duì)于提升調(diào)度運(yùn)行人員對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行狀態(tài)的認(rèn)知水平，維持系統(tǒng)可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

國(guó)網(wǎng)山東省電力公司對(duì)所有500 kV變電站采用集中監(jiān)控方式，由監(jiān)控系統(tǒng)主站端實(shí)時(shí)監(jiān)控各站的運(yùn)行方式和設(shè)備狀態(tài)。因此，電網(wǎng)調(diào)控中心在掌握更加豐富的電網(wǎng)和變電站設(shè)備運(yùn)行信息之后，有必要對(duì)這些不同類型的“海量”信息進(jìn)行深入挖掘。

基于上述背景，研究并開發(fā)調(diào)控一體化下數(shù)據(jù)挖掘與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)，在SCADA數(shù)據(jù)、變電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等不同類型的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集之間建立相互關(guān)聯(lián)，再進(jìn)行綜合分析，找出眾多線索背后隱含的邏輯關(guān)系，通過(guò)識(shí)別預(yù)警指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警，使低價(jià)值密度數(shù)據(jù)充分具備決策價(jià)值，提高在“調(diào)控一體化”模式下電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制能力以及應(yīng)對(duì)緊急事件的能力。最終利用優(yōu)化整合電網(wǎng)調(diào)度和設(shè)備運(yùn)行資源，推進(jìn)輸變電設(shè)備運(yùn)行集中監(jiān)控業(yè)務(wù)與電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)工作的高度融合。

1 系統(tǒng)技術(shù)

1.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘是從大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的模式，模型是用來(lái)描述數(shù)據(jù)信息的一種形式。數(shù)據(jù)挖掘的分析方法主要包括關(guān)聯(lián)分析、聚類模式、概念描述、偏差分析、分類模式和時(shí)序演變模式等［1］。隨著狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)數(shù)據(jù)日益豐富，基于解析、人工智能和模擬的數(shù)據(jù)挖掘也得到了廣泛應(yīng)用。過(guò)去由于缺少數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)挖掘分析方法只能依靠有限的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)或?qū)＜医?jīng)驗(yàn)建模，導(dǎo)致這些模型應(yīng)用存在很大局限。如今，隨著設(shè)備監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備及環(huán)境等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)不斷匯總積累。但解析模型和智能算法又受限于復(fù)雜模型求解和維數(shù)災(zāi)的問(wèn)題，難以在大量數(shù)據(jù)中識(shí)別關(guān)鍵因素并做出準(zhǔn)確設(shè)備診斷或預(yù)警決策。

從尋找有效的數(shù)據(jù)挖掘分析方法出發(fā)，本系統(tǒng)在電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)日益豐富的背景下，尋找系統(tǒng)中各種相關(guān)關(guān)系的共同特征，在幾何原理分析和數(shù)學(xué)概念推導(dǎo)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)“基于最大信息的復(fù)雜相關(guān)關(guān)系非參數(shù)識(shí)別算法”和“動(dòng)態(tài)相關(guān)排序預(yù)警算法”，在線分析調(diào)控大數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)不依賴模型參數(shù)的情況下識(shí)別和度量隱含的或未知的相關(guān)關(guān)系，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘。

1.2 安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警是在電網(wǎng)面對(duì)的不確定因素和安全隱患進(jìn)行辨識(shí)、評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，剖析風(fēng)險(xiǎn)水平，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)給出風(fēng)險(xiǎn)警示。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警是風(fēng)險(xiǎn)管理的一種手段，基于風(fēng)險(xiǎn)管理理論，風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警應(yīng)遵循“監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)—風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)—風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)—風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)”的規(guī)律。

風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)是根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況和設(shè)備信息，關(guān)聯(lián)分析得出電網(wǎng)運(yùn)行異常等信息，識(shí)別出電網(wǎng)存在的安全隱患。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是評(píng)估電網(wǎng)的安全水平，得出多種運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)（正常，異常，嚴(yán)重）。要對(duì)電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面評(píng)估，需設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系已有研究，包括論述電力系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本概念和重要性、概述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型和計(jì)算方法以及概率性風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)、對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)選取原則的制定和采用層次分析法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估等［5-7］。然而上述指標(biāo)只能針對(duì)電網(wǎng)的時(shí)間尺度進(jìn)行評(píng)估，并不具有一般性，無(wú)法涵蓋全部應(yīng)用場(chǎng)景。因?qū)﹄娋W(wǎng)各類影響因素考慮的不足，上述研究的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)仍不夠完善。本文采用越限驅(qū)動(dòng)型和事件驅(qū)動(dòng)型相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系［7-8］，從時(shí)間和空間的維度上來(lái)度量電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)；采用英國(guó)健康與安全委員會(huì)的風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)—ALARP原則［9］制定電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)的框架體系，依據(jù)嚴(yán)重程度的大小將其定義為正常、異常、嚴(yán)重，不同風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的量化值需結(jié)合大量的仿真分析計(jì)算和專家知識(shí)來(lái)分析確定。

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警即根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果得出的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行報(bào)警，即在監(jiān)測(cè)指標(biāo)達(dá)到或者超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分級(jí)時(shí)設(shè)定的風(fēng)險(xiǎn)值，在風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)大之前，對(duì)其進(jìn)行預(yù)警。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)調(diào)度中心難以掌控電網(wǎng)安全運(yùn)行各類風(fēng)險(xiǎn)因素的現(xiàn)狀，提出一種調(diào)控一體化下在線數(shù)據(jù)挖掘與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)方案，并開發(fā)相應(yīng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以分布式分析計(jì)算平臺(tái)為支撐，有效整合電網(wǎng)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)在線運(yùn)行數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行異常情況，并對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的有效感知，為調(diào)度人員決策提供依據(jù)。其總體結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)來(lái)源層，數(shù)據(jù)接口層，數(shù)據(jù)平臺(tái)層和系統(tǒng)應(yīng)用顯示層，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)來(lái)源主要來(lái)自于能量管理系統(tǒng)EMS和生產(chǎn)管理系統(tǒng)OMS，通過(guò)設(shè)計(jì)和開發(fā)不同的接口適配器，采集到數(shù)據(jù)源層各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，為風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)提供所需設(shè)備監(jiān)測(cè)和電網(wǎng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)控預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)與不同應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

數(shù)據(jù)接口層主要基于Java開發(fā)平臺(tái)，CentOS x64 linux服務(wù)器操作系統(tǒng)和MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，研究從數(shù)據(jù)源系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)的接口，并基于交互數(shù)據(jù)規(guī)約及業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，最終將所需的數(shù)據(jù)存入到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

數(shù)據(jù)平臺(tái)主要用來(lái)分析和挖掘調(diào)控?cái)?shù)據(jù)。包括數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估量化和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。

數(shù)據(jù)展示主要是該系統(tǒng)的可視化，通過(guò)人機(jī)交互的可視化界面展示，提供直觀明了的系統(tǒng)分析結(jié)果及風(fēng)險(xiǎn)情況。

3 系統(tǒng)功能

調(diào)頻難度評(píng)估。在時(shí)間和空間上分析電廠ACE的調(diào)整特性，了解近期ACE調(diào)整性能，方便調(diào)度人員提前關(guān)注。同時(shí)對(duì)各個(gè)廠站的ACE調(diào)整難度進(jìn)行量化評(píng)估，并給出ACE調(diào)整難度和時(shí)段。

調(diào)壓難度評(píng)估。在線統(tǒng)計(jì)不同等級(jí)線路的電壓最大波動(dòng)率，通過(guò)對(duì)電壓波動(dòng)幅度大于規(guī)定值的母線電壓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)某些電壓調(diào)整不力的廠站，有利于提前采取預(yù)控措施，也為評(píng)估各廠站調(diào)節(jié)水平提供依據(jù)。通過(guò)對(duì)電壓調(diào)整協(xié)調(diào)性的分析得出電廠和電站能否協(xié)調(diào)調(diào)整站電壓水平。同時(shí)統(tǒng)計(jì)分析電壓在上下限附近的限制幅度，對(duì)電壓調(diào)整難度進(jìn)行量化，最終給出調(diào)整難度指標(biāo)。界面效果如圖2所示。

圖2 調(diào)頻調(diào)壓界面效果

負(fù)荷特性分析。除了傳統(tǒng)的負(fù)荷特性統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，本系統(tǒng)分析了地區(qū)和全網(wǎng)負(fù)荷的契合度，進(jìn)而得出地區(qū)調(diào)整特性是否與全網(wǎng)一致，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷同時(shí)率進(jìn)行分析，從而更有效地指導(dǎo)有序用電額度分配。界面效果如圖3所示。

圖3 負(fù)荷特性分析界面效果

安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。從電網(wǎng)、設(shè)備、環(huán)境等多個(gè)角度出發(fā)，綜合考慮系統(tǒng)面臨的不確定因素，通過(guò)制定安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)來(lái)衡量系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中存在的安全隱患。

安全穩(wěn)定在線預(yù)警。根據(jù)電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)得出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)后，可視化展示風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，在全網(wǎng)地圖上以綠（正常）、黃（異常）、紅（嚴(yán)重）來(lái)表示不同級(jí)別的警報(bào)，使調(diào)度人員在首頁(yè)上清晰縱覽全網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，有針對(duì)性地下發(fā)指令，做好安全防范。界面效果如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)挖掘與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警界面效果

報(bào)表輸出。系統(tǒng)不僅具有較好的展示和人機(jī)交互界面，還具備自動(dòng)生成調(diào)度、監(jiān)控及電網(wǎng)日志并輸出的功能。

4 結(jié)語(yǔ)

調(diào)控一體化下在線數(shù)據(jù)挖掘與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)目前已在山東電力調(diào)度中心投入使用，也將應(yīng)用于地市級(jí)公司調(diào)度中心。工程實(shí)踐表明，預(yù)警系統(tǒng)不僅融合了調(diào)度和監(jiān)控信息，提供了調(diào)控一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)調(diào)控?cái)?shù)據(jù)的挖掘、評(píng)估和預(yù)警。系統(tǒng)采用分布式存儲(chǔ)，并行處理分析，大大提高了調(diào)度運(yùn)行人員的工作效率，同時(shí)系統(tǒng)具備可擴(kuò)展性，規(guī)范化的設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)一體化的要求，可視化的界面展示了電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行存在的風(fēng)險(xiǎn)及問(wèn)題，為調(diào)度人員工作管理提供在線信息參考。

調(diào)控一體化在線數(shù)據(jù)挖掘與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)改善了當(dāng)前調(diào)度中心難以掌控電網(wǎng)安全運(yùn)行的各類風(fēng)險(xiǎn)因素的現(xiàn)狀，通過(guò)識(shí)別預(yù)警指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)警，為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行提供了有效的分析工具。下一步可針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)控制輔助決策開展相關(guān)研究，當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行異常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)給出合理的調(diào)度策略及方案，供工作人員參考，進(jìn)而提高電網(wǎng)應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力，避免事故的發(fā)生。

［1］呂洪波.電網(wǎng)調(diào)控一體化運(yùn)行管理模式研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2011.

［2］張彩友，丁一岷，馮華.關(guān)于開展變電設(shè)備運(yùn)維一體化的認(rèn)識(shí)與思考［J］.浙江電力，2011（3）:50-53.

［3］張伯明，吳素農(nóng)，蔡斌，等.電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析和預(yù)警系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006.30（6）:1-5.

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［9］CALLAGHAN B，WALKER T.Reducing risks，protecting people：HSE’s decision-making process［M］.England：HSEBOOKS，2001.

The Online Data Mining and Risk Early Warning System for Integration of Dispatching and Supervisory Control

LEI Ming
（Shandong Electric Power Dispatch Control Center，Jinan 250000，China）

For the current status that the power grid control center is difficult to overall analyze the monitored and deployable large data，the technical proposal of online data mining and risk early warning are proposed for the integration of dispatching and supervisory control.The early warning of the grid security risk is realized by correlation analysis and identify early warning indicators.This system has been applied in Shandong dispatch center.System dispatchers can better understand the operation status of power system and find key information from huge amount of monitoring data，so that dispatchers can implement effective perception of power grid operation state and optimize the dispatching control.

integration of dispatching and supervisory control；data mining；risk assessment；risk early-warning

TM744

A

1007－9904（2015）05－0006－03

2015-02-20

雷鳴（1974），男，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)運(yùn)行分析工作。