溫麗麗，趙靜，郭亮

(國網(wǎng)四川省電力公司，四川成都610041)

綜合智能可視化告警與WAMS一體化應(yīng)用的研究與實現(xiàn)

溫麗麗，趙靜，郭亮

(國網(wǎng)四川省電力公司，四川成都610041)

電網(wǎng)設(shè)備故障時，調(diào)度自動化系統(tǒng)各應(yīng)用功能推送出大量的告警或分析信息，如何提取重要監(jiān)視數(shù)據(jù)，直觀表達(dá)核心故障是提高系統(tǒng)應(yīng)用價值的重要途徑。綜合智能可視化告警應(yīng)用基于告警合并、關(guān)聯(lián)事件推理、告警規(guī)則智能篩選等關(guān)鍵技術(shù)，有效整合、挖掘電網(wǎng)設(shè)備告警信息，并以可視化智能方式準(zhǔn)確定位故障?；趧討B(tài)數(shù)據(jù)變化特征故障診斷技術(shù)，優(yōu)化WAMS擾動識別告警策略及參數(shù)設(shè)置，提升PMU裝置動態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量，有效提高設(shè)備故障識別正確率，為調(diào)控生產(chǎn)提供了準(zhǔn)確可靠的技術(shù)支撐手段。

綜合智能可視化告警;WAMS;在線擾動識別;PMU動態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量

0 引言

隨著特高壓電網(wǎng)的不斷發(fā)展，四川電網(wǎng)已從局部電網(wǎng)躍升為北聯(lián)西北、東送華東、南接南網(wǎng)，特高壓交直流混聯(lián)運(yùn)行的樞紐電網(wǎng)。一次電網(wǎng)的迅猛發(fā)展對調(diào)度自動化系統(tǒng)提出了更高要求，需要調(diào)度自動化系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的信息服務(wù)和可靠的分析決策支撐。

文獻(xiàn)［1］綜合分析智能電網(wǎng)和電網(wǎng)調(diào)度的發(fā)展?fàn)顩r，提出“以調(diào)度員思維模式為框架，以可視化界面為功能模塊，以互動計算為系統(tǒng)核心”的智能調(diào)度構(gòu)架，指出了在人機(jī)一體化協(xié)同決策模型、數(shù)據(jù)融合、態(tài)勢可視化等領(lǐng)域需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。文獻(xiàn)［2］提出基于虛擬中心數(shù)據(jù)庫的多數(shù)據(jù)源綜合智能電力系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)視平臺，該平臺基于虛擬中心庫實現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)的界面統(tǒng)一和數(shù)據(jù)共享，而不需對數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的轉(zhuǎn)移和復(fù)制。文獻(xiàn)［3］闡述了基于WAMS量測數(shù)據(jù)和模式識別方法進(jìn)行電網(wǎng)擾動和操作類型識別的過程，主要包括基于聯(lián)絡(luò)線的擾動和操作區(qū)域判定、WAMS量測數(shù)據(jù)的預(yù)處理、模式特征的提取以及模式匹配。文獻(xiàn)［4］建立了PMU裝置測試與評估綜合系統(tǒng)，包括測試平臺、測試方法和評價體系，提出專門的靜態(tài)和動態(tài)性能測試方法和測試程序。

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)將調(diào)控中心原十大系統(tǒng)整合為一個基礎(chǔ)平臺、四大類應(yīng)用，但由于一體化特點(diǎn)，電網(wǎng)設(shè)備故障時，各應(yīng)用推送出大量離散的告警或分析信息，對調(diào)度員造成一定困擾，延誤事故處理。首先介紹了基于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)一體化平臺(D5000)的綜合智能可視化告警應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，通過告警智能合并、關(guān)聯(lián)事件推理、告警規(guī)則篩選等技術(shù)手段，匯集和分析處理各類告警信息，并以形象直觀的智能可視化方式提供全面綜合的告警提示。其次，WAMS應(yīng)用作為其重要告警來源，通過優(yōu)化在線擾動識別策略，提升PMU裝置動態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量等方式提高設(shè)備故障識別正確率，效果顯著，有效提高了電網(wǎng)安全預(yù)警水平。

1 綜合智能可視化告警

為了更好地為大運(yùn)行體系“調(diào)控一體化”建設(shè)提供堅強(qiáng)技術(shù)支撐，基于智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)D5000平臺，建設(shè)了綜合智能分析與可視化告警應(yīng)用，為調(diào)度員提供更加可靠和直觀的電網(wǎng)故障處理輔助手段［5］，有效提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。

1.1 結(jié)構(gòu)框架

綜合智能可視化告警應(yīng)用綜合分析和處理電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、WAMS在線擾動識別、二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析、設(shè)備集中監(jiān)控、變電站告警直傳等應(yīng)用提供的電網(wǎng)一、二次設(shè)備告警信息，判斷出更加準(zhǔn)確、智能的綜合告警信息，實現(xiàn)電力系統(tǒng)在線故障診斷，并以形象直觀的可視化方式展示分析結(jié)果，給調(diào)度員以準(zhǔn)確、及時、簡練的告警提示。

該應(yīng)用包含了告警信息綜合處理、告警智能分析與推理、可視化展示和數(shù)據(jù)輸入輸出等功能模塊。

圖1 綜合智能可視化告警結(jié)構(gòu)框架

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 應(yīng)用告警智能合并

對于一次電網(wǎng)故障，多個告警源將各自的告警信息發(fā)送給綜合智能可視化告警，按照故障時間和設(shè)備關(guān)聯(lián)情況進(jìn)行合并處理，提供給調(diào)度運(yùn)行人員一條綜合告警信息，內(nèi)容涵蓋了各應(yīng)用發(fā)送的告警內(nèi)容。

合并處理功能支持同一線路的交流線段與交流線段端點(diǎn)的合并、直流系統(tǒng)兩側(cè)換流器的合并、設(shè)備(發(fā)電機(jī)、母線、變壓器、線路)與相關(guān)開關(guān)的合并等。合并過程中，按各應(yīng)用的優(yōu)先級更新綜合告警信息中的故障描述、發(fā)生時間、故障性質(zhì)、故障相別等，保證了綜合信息的完整性和正確性。例如:電網(wǎng)發(fā)生母線跳閘故障，系統(tǒng)原來的告警方式是將所有與母線相連開關(guān)的遙信變位、SOE、保護(hù)動作信號等諸多告警信息羅列展示。而該應(yīng)用依據(jù)故障時間、拓?fù)潢P(guān)聯(lián)、信號優(yōu)先級，實現(xiàn)了設(shè)備與開關(guān)的合并，即只推送一條告警信息:X母線故障跳閘。

1.2.2 關(guān)聯(lián)事件智能推理

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，每個應(yīng)用系統(tǒng)都能從不同角度檢測到電網(wǎng)的變化［6］，然后將其中的異常情況用告警的方式發(fā)送到綜合智能可視化告警，主要是設(shè)備故障、系統(tǒng)異常、系統(tǒng)故障類告警。

通過共享系統(tǒng)平臺和基礎(chǔ)應(yīng)用提供的公用模型、數(shù)據(jù)等信息，基于離散告警事件的推理，可對同一段時間內(nèi)不同告警事件綜合歸納，根據(jù)各個告警事件的關(guān)聯(lián)信息，如開關(guān)遙信變位、事故總和相關(guān)保護(hù)信號，進(jìn)行綜合分析判斷，驗證出是否發(fā)生故障。

1.2.3 告警規(guī)則智能篩選

根據(jù)同一個時間段內(nèi)各個應(yīng)用對電網(wǎng)故障描述的一致性程度和每個應(yīng)用對各類故障的不同敏感度，提供告警信息規(guī)則庫，用于存放告警信息處理分析的規(guī)則和各個告警源的可信度及可信度限值。

以穩(wěn)態(tài)監(jiān)控、WAMS擾動識別、二次設(shè)備在線監(jiān)視與分析、變電站集中監(jiān)控等應(yīng)用的數(shù)據(jù)作為判斷依據(jù)，計算綜合告警的可信度數(shù)值，如果結(jié)果大于閾值，認(rèn)為可信，推出告警;否則，認(rèn)為不可信，存儲到商用數(shù)據(jù)庫中，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)故障的準(zhǔn)確告警。

1.2.4 告警觸發(fā)智能聯(lián)動

傳統(tǒng)的調(diào)度自動化系統(tǒng)各應(yīng)用模塊之間的關(guān)聯(lián)性較弱，通常以固定周期進(jìn)行分析、計算。綜合智能分析與告警實現(xiàn)了在電網(wǎng)故障時，各個應(yīng)用模塊之間的智能聯(lián)動。某類事件發(fā)生時，通過控制序列的方式啟動關(guān)聯(lián)應(yīng)用模塊，及時觸發(fā)相關(guān)分析計算，為下一步?jīng)Q策提供可靠依據(jù)。

1.2.5 告警信息統(tǒng)一智能展示

匯集和分析處理各類告警信息，并進(jìn)行分類管理，對不同需求形成不同的告警顯示方案，從故障信息中分析出諸如故障類型、設(shè)備、位置等準(zhǔn)確信息，利用形象直觀的方式提供全面綜合的告警提示。

1.3 可視化智能告警展示

基于統(tǒng)一的可視化平臺［7］，綜合展示電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)安全的監(jiān)視、分析、預(yù)警和智能輔助決策信息。以基于地理信息的全景潮流圖為基礎(chǔ)，以廠站圖、表格圖、樹狀圖、曲線圖等畫面為補(bǔ)充，以閃爍、高亮、區(qū)域等高線、餅圖等可視化效果為手段，全方位、多層次展現(xiàn)告警結(jié)果及相關(guān)信息?？梢暬悄芨婢缑嬷饕扇暗乩韴D、設(shè)備的狀態(tài)及主要量測值，以及各告警源的詳細(xì)信息組成。設(shè)備故障類告警主要包括發(fā)電機(jī)、母線、變壓器和線路的事故跳閘。

以線路故障跳閘告警界面為例，主畫面為已定位到故障位置的電網(wǎng)動態(tài)全景地理潮流圖。利用掛牌、閃爍、高亮、區(qū)域等高線等可視化手段，清晰展現(xiàn)告警發(fā)生的地理位置。

左上方為綜合告警信息，包括故障設(shè)備名稱、故障時間、故障相別、故障性質(zhì)等信息，顯示內(nèi)容與該條告警的數(shù)據(jù)來源有關(guān)，如果該條告警只有穩(wěn)態(tài)監(jiān)控一個來源，則故障相別、性質(zhì)、測距等信息不會顯示。

左下方為各個告警源發(fā)送的告警詳細(xì)信息，包括來自穩(wěn)態(tài)監(jiān)控的遙信、SOE信息，WAMS在線擾動識別信息，以及二次設(shè)備在線監(jiān)視的保護(hù)簡報。來自不同應(yīng)用的告警信息內(nèi)容不同，可以進(jìn)行的操作也不同。動態(tài)監(jiān)視的告警信息可以調(diào)用故障設(shè)備的PMU曲線;錄波的告警信息顯示錄波簡報內(nèi)容，并可以調(diào)用錄波曲線;告警直傳顯示變電站側(cè)故障告警信息。

通過左下方的標(biāo)簽頁，可以切換到關(guān)聯(lián)告警和調(diào)度策略頁面，關(guān)聯(lián)告警頁面顯示與該故障相關(guān)的越限信息和突變信息，調(diào)度策略頁面顯示針對該故障的靈敏度分析結(jié)果。右下方包括故障前后的系統(tǒng)潮流變化分析，以及故障廠站主接線圖。

2 WAMS在線擾動識別

將WAMS應(yīng)用機(jī)組跳閘、線路短路等告警信息實時傳送給綜合智能可視化告警模塊，基于動態(tài)數(shù)據(jù)變化特征故障診斷技術(shù)，不斷優(yōu)化完善告警策略及參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)對故障相別和重合閘動作的準(zhǔn)確判斷，提高了電網(wǎng)一次設(shè)備的故障識別告警正確率，有效提升了WAMS系統(tǒng)實用化水平。

WAMS在線擾動識別功能對PMU采集的實時動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，與表征不同擾動類型的特征進(jìn)行匹配，以確定電網(wǎng)發(fā)生的擾動并告警［8］。

2.1 短路擾動識別

短路擾動識別根據(jù)PMU量測的三相電壓和三相電流相量，提取表征短路擾動的特征信息，對短路故障的類型、相別、重合閘類型、重合成功與否等信息進(jìn)行在線識別，并發(fā)出告警。

曲線特征法，包括以下3個必要條件:

1)故障前電壓、電流均處于正常數(shù)值范圍;

2)發(fā)生故障時有較大沖擊電流且大于閾值;

3)短路期間有電流歸零，電壓較正常運(yùn)行時有明顯降低。

2.2 重合閘識別

傳統(tǒng)EMS系統(tǒng)只能獲取開關(guān)和保護(hù)裝置動作狀態(tài)，WAMS在線短路擾動能推斷短路的時間、相別、重合閘類型以及成功與否，幫助調(diào)度員及時了解開關(guān)動作的原因及故障狀態(tài)，從而輔助調(diào)度員做出正確的安全穩(wěn)定控制決策。

2.2.1 重合閘相別

1)單相重合閘單相短路故障，故障相有低電流，其他相無低電流。

2)三相重合閘:單相短路故障，故障相和其他相均有低電流。兩相或三相短路故障，故障相有低電流。

2.2.2 重合閘動作情況

1)未重合閘:故障相無正常負(fù)荷電流，且未出現(xiàn)電流突變。

2)重合閘成功:故障相有正常負(fù)荷電流，且未再次出現(xiàn)電流突變。

3)重合閘失敗:故障相有正常負(fù)荷電流，且再次出現(xiàn)電流突變。

2.3 機(jī)組出線跳閘識別

機(jī)組出線跳閘識別根據(jù)PMU量測的機(jī)組電流相量、有功功率，監(jiān)視機(jī)組停機(jī)情況，并區(qū)分故障跳閘停機(jī)和其他停機(jī)情況，對故障跳閘情況發(fā)出告警，主要包括以下功能:

1)識別發(fā)電機(jī)停運(yùn)情況;

2)通過有功功率變化過程判斷機(jī)組停機(jī)是否屬于出線跳閘引起的停機(jī);

3)對可能產(chǎn)生的電磁感應(yīng)導(dǎo)致的電流殘值進(jìn)行過濾，避免因殘值造成發(fā)電機(jī)停機(jī)誤判;

4)觸發(fā)長期保存故障時刻歷史數(shù)據(jù)。

本功能使調(diào)度人員及時掌握由于線路跳閘引起的發(fā)電機(jī)非正常停機(jī)故障，從而采取合理的電網(wǎng)控制措施。

3 PMU動態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量

同步相量測量裝置(PMU)具有毫秒級的數(shù)據(jù)刷新率且全網(wǎng)同步，可直接獲得表征電網(wǎng)同步運(yùn)行特征的相角信息，成為大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)動態(tài)過程監(jiān)測、分析的基礎(chǔ)，在電力系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用與推廣［9］，是WAMS應(yīng)用分析、預(yù)警的基礎(chǔ)。

目前，四川電網(wǎng)共接入PMU子站132個，設(shè)備投運(yùn)時間小于3年占53.4%，3～5年占39%，6～10年占7.6%。運(yùn)行中主要存在信息接入不完整、設(shè)備命名不規(guī)范、TA變比等配置參數(shù)不正確、回路接線錯誤、時鐘對時異常等問題，嚴(yán)重影響電網(wǎng)動態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量，因此關(guān)于PMU裝置動態(tài)行為規(guī)律及其性能評估的研究尤為重要。

為確保PMU信息及時、準(zhǔn)確、可靠地反映電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，提出了同步相量測量裝置(PMU)現(xiàn)場檢驗方案，規(guī)范PMU信息的接入，核查PMU量測數(shù)據(jù)的完整性和正確性，全面檢查配置參數(shù)、測量回路接線、通信表及轉(zhuǎn)換系數(shù)等內(nèi)容，確保電網(wǎng)運(yùn)行動態(tài)數(shù)據(jù)的可靠采集和使用。

3.1 現(xiàn)場檢驗范圍

同步相量測量裝置(PMU)數(shù)據(jù)集中處理器、采集單元、對時設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及通信鏈路、裝置測量回路接線等。

3.2 現(xiàn)場檢驗項目

從時鐘同步性、光纖通信鏈路、以太網(wǎng)通信鏈路及內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)、二次回路、PMU設(shè)備功能、靜態(tài)精度、裝置接線、信息配置和定值整定等方面，對PMU裝置及其測量數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，重點(diǎn)對PMU裝置運(yùn)行穩(wěn)定性、對時準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)通信可靠性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)問題及時整改。

現(xiàn)場檢驗需要進(jìn)行的試驗項目如表1所示。

3.3 關(guān)于PMU時鐘同步問題的探索

以協(xié)調(diào)世界時間或世界標(biāo)準(zhǔn)時間(UTC)為基準(zhǔn)進(jìn)行同步采樣并轉(zhuǎn)換而得的相量稱為同步相量。電網(wǎng)同步相量之間的相位關(guān)系反映了電網(wǎng)相應(yīng)交流電氣量的實際相位關(guān)系，因此PMU裝置時標(biāo)的準(zhǔn)確性非常重要［10］。

目前，智能變電站PMU裝置［11］采用站端統(tǒng)一時鐘同步系統(tǒng)IRIG－B碼等單向時間信號提供的同步信息，因此驗證PMU裝置時間信號的準(zhǔn)確度、精度和穩(wěn)定度是確保動態(tài)數(shù)據(jù)可靠性的重要基礎(chǔ)［12］。

表1 PMU現(xiàn)場檢驗測試內(nèi)容

下一步工作中將深入研究PMU裝置時間同步監(jiān)測功能技術(shù)要求，實現(xiàn)對時鐘接口狀態(tài)、對時服務(wù)狀態(tài)、時間跳變偵測狀態(tài)等的在線監(jiān)測，切實提高電網(wǎng)動態(tài)監(jiān)視基礎(chǔ)數(shù)據(jù)水平。

4 結(jié)論

智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)是電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視與控制的重要技術(shù)支撐平臺，該系統(tǒng)包含52個應(yīng)用模塊，電網(wǎng)設(shè)備故障時不同應(yīng)用推送出大量的告警或分析信息，對調(diào)度員造成困擾。所提出的綜合智能告警功能為各個監(jiān)視和分析應(yīng)用提供統(tǒng)一集中的信息輸出接口，有效整合、挖掘電網(wǎng)設(shè)備故障信息，并以可視化智能告警方式準(zhǔn)確定位故障。WAMS應(yīng)用作為重要告警源，通過優(yōu)化在線擾動策略，提升PMU裝置動態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量等方式，實現(xiàn)對故障相別和重合閘動作的準(zhǔn)確判斷，并推送至綜合智能告警，直觀表達(dá)核心故障。目前，該成果已成功應(yīng)用于國網(wǎng)四川省電力公司電力調(diào)度控制中心，實現(xiàn)了220 kV及以上電網(wǎng)故障告警向華中分中心實時推送的功能，為調(diào)度安全生產(chǎn)提供了靈活堅強(qiáng)的技術(shù)保障。

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溫麗麗(1982)，碩士，從事電網(wǎng)調(diào)度自動化工作;

趙靜(1982)，博士，從事電網(wǎng)調(diào)度自動化工作;

郭亮(1982)，碩士，從事電網(wǎng)調(diào)度自動化工作。

When equipment failure occurs in power grid，every application function of dispatching automation system pushes out a large number of alarms or analysis information.How to extract important monitoring data and intuitively describe core failure is an important way to improve the application value of the system.Integrated intelligent visual alarm is based on some key technologies，such as alarm merging，related event inference，intelligent filtering of alarm rules.It can achieve the effective integration and mining of alarm information for power grid equipment，and can accurately locate the fault in a visual and intelligent way.Based on fault diagnosis technology of dynamic data feature，the alarm strategy and parameter setting of WAMS disturbance identification are optimized，and the dynamic data quality of PMU is promoted so as to effectively improve the accuracy of equipment fault identification，which provides an accurate and reliable technical support for dis－patching control.

integrated intelligent visual alarm;WAMS;on－line disturbance identification;dynamic data quality of PMU

TM73

A

1003－6954(2015)06－0063－05

2015－08－14)