張向東，許磊，王祥哲，魏佛送，陳大川，崔秀陽

（1.國網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)寧供電公司，山東濟(jì)寧 272000；2.山東網(wǎng)聰信息科技有限公司，山東濟(jì)南 250000）

建設(shè)以智能變電站為核心的智能電網(wǎng)，是我國電網(wǎng)未來發(fā)展的目標(biāo)。與傳統(tǒng)的變電站相比，智能變電站不僅具有電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、測量功能以及對(duì)一次設(shè)備保護(hù)、控制功能，同時(shí)通過對(duì)二次設(shè)備等全站進(jìn)行統(tǒng)一建模的方式，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測、自動(dòng)調(diào)節(jié)、故障分析等高級(jí)功能[1]。

目前，對(duì)智能變電站系統(tǒng)化監(jiān)測分析的研究逐漸增多，單一的增加采集數(shù)據(jù)已不能滿足智能化的需求，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，增強(qiáng)告警系統(tǒng)的可靠性，為現(xiàn)場運(yùn)維人員提供簡潔明了的告警信息，成為智能化變電站研究的一大熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[2]將智能化的自適應(yīng)故障解搜索算法引入智能變電站告警系統(tǒng)中，不僅可以適應(yīng)不同的問題規(guī)模，還明顯提高了故障分析的速度。文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)的檢修分析系統(tǒng)中的專家系統(tǒng)可綜合評(píng)價(jià)當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并提供合理的檢修方案。文獻(xiàn)[4]則提出了基于模型驅(qū)動(dòng)模式的設(shè)計(jì)方案，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了分層分布式的智能告警高級(jí)應(yīng)用總體架構(gòu)，實(shí)踐證明其具有良好的告警效果。隨著智能算法的廣泛應(yīng)用，智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)也得到了快速的發(fā)展，但目前告警系統(tǒng)仍存在著一系列的問題，不能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求，如：智能變電站的信息量巨大，在提供豐富信息的同時(shí)，會(huì)帶來過多的冗余信息，增大現(xiàn)場人員的工作量，導(dǎo)致其可能忽略一些關(guān)鍵的故障信息，使故障不能得到及時(shí)的檢修處理，嚴(yán)重時(shí)可能引起大的停電事故；基于專家系統(tǒng)診斷的知識(shí)庫不完善，導(dǎo)致故障分析不準(zhǔn)確，同樣會(huì)帶給現(xiàn)場工作人員一定的工作負(fù)擔(dān)[1]。

針對(duì)智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)目前存在的問題，本文中設(shè)計(jì)了智能變電站高可視化分析平臺(tái)，在此對(duì)其組成及應(yīng)用進(jìn)行簡單介紹，重點(diǎn)分析其告警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案：采用模糊綜合評(píng)判的方法，對(duì)變電站內(nèi)的故障異常信息進(jìn)行嚴(yán)重程度劃分，從而實(shí)現(xiàn)智能變電站的“智能化告警”。該告警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以提高現(xiàn)場人員的工作效率，為智能變電站的可靠安全運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。

1 智能變電站高可視化分析平臺(tái)

智能變電站高可視化分析平臺(tái)是通過對(duì)SCD（Science Citation Database）文件的解析進(jìn)行圖形高可視化處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)直觀的全站高可視化分析。其主要構(gòu)成如圖1所示，該平臺(tái)主界面由網(wǎng)絡(luò)連接圖和邏輯連接圖構(gòu)成，可進(jìn)行可視化方式查看、分析全站/單個(gè)間隔內(nèi)的IED（Explosive Devices）網(wǎng)絡(luò)連接情況、虛通道、虛端子連接情況等，使得調(diào)測、分析過程更加簡單快捷。其中網(wǎng)絡(luò)連接圖可對(duì)SCD文件內(nèi)定義的各IED的網(wǎng)絡(luò)連接狀況、IED設(shè)備當(dāng)前的告警數(shù)量和級(jí)別、IED設(shè)備的當(dāng)前流量進(jìn)行展示，同時(shí)可以對(duì)IED設(shè)備進(jìn)行事件關(guān)聯(lián)分析以及查看關(guān)聯(lián)事件記錄管理。邏輯連接圖則可以對(duì)SCD文件內(nèi)定義的各IED的邏輯連接狀況、數(shù)據(jù)集乃至虛端子之間的邏輯連接、告警數(shù)量進(jìn)行展示，同時(shí)可以對(duì)間隔和IED定位。整個(gè)平臺(tái)可以通過圖元的放大、縮小、還原以及拖拽、篩選等功能，進(jìn)行簡潔明了的信息展示。

智能變電站高可視化平臺(tái)不僅能夠?qū)ψ冸娬救皵?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄、在線發(fā)現(xiàn)二次系統(tǒng)的配置錯(cuò)誤、報(bào)文異常、IED裝置及網(wǎng)絡(luò)異常，及在全站數(shù)以萬計(jì)龐雜的虛端子/虛通道中迅速確定出異常連接，同時(shí)可對(duì)獲取的信息進(jìn)行智能化分析，最終通過高可視化的方式對(duì)故障、異常信息進(jìn)行準(zhǔn)確定位和告警展示出來（見圖2），提高了二次系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，真正實(shí)現(xiàn)了智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。

圖1 智能變電站高可視化分析平臺(tái)構(gòu)成圖Fig.1 The structure diagram of the intelligent substation high visualization analysis platform

圖2 高可視化平臺(tái)界面展示Fig.2 The exhibition of the intelligent substation high visualization analysis platform

2 高可視化平臺(tái)的告警系統(tǒng)

2.1 告警系統(tǒng)的作用

智能變電站是對(duì)站內(nèi)實(shí)施全景數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄，因此采集到的信息同傳統(tǒng)變電站相比明顯增多，一旦變電站發(fā)生故障，獲取的告警信息也隨之增加，若不對(duì)其進(jìn)行處理，可能會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場運(yùn)維人員無法對(duì)故障及時(shí)判別處理，甚至?xí)殡S著嚴(yán)重事故的發(fā)生。針對(duì)該問題，智能變電站采用智能化的告警系統(tǒng)，對(duì)采集的站內(nèi)信息進(jìn)行合理的篩選處理，采用智能算法對(duì)故障信息進(jìn)行快速判別，對(duì)保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行分析，為現(xiàn)場運(yùn)維人員提供準(zhǔn)確的故障評(píng)價(jià)結(jié)果，從而提高智能變電站的安全可靠運(yùn)行。

2.2 告警系統(tǒng)的構(gòu)成

告警系統(tǒng)通常分為信息采集、信息篩選、故障分析、故障展示等部分。其中信息采集是通過智能變電站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，獲取變電站網(wǎng)絡(luò)狀況、一二次設(shè)備運(yùn)行狀況、以及其聯(lián)動(dòng)關(guān)系等重要信息；對(duì)信息間時(shí)間間隔較大的信息、非故障類的信息以及非保護(hù)動(dòng)作的信息進(jìn)行篩選，從而降低信息的冗余度；采用專家系統(tǒng)[10]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[2]等智能算法，根據(jù)現(xiàn)有的故障數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行非監(jiān)督式的學(xué)習(xí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)篩選后的信息進(jìn)行故障分析診斷；最后將分析的結(jié)果通過文件、報(bào)表、圖示等方式展現(xiàn)出來，現(xiàn)場運(yùn)維人員可根據(jù)故障分析結(jié)果及時(shí)地進(jìn)行故障檢修處理[2]。常見告警系統(tǒng)的流程如圖3所示。

圖3 告警系統(tǒng)工作流程Fig.3 The work progress of the warning system

3 基于模糊綜合評(píng)判的告警系統(tǒng)

在智能變電站高可視化分析平臺(tái)中，告警系統(tǒng)引入了模糊綜合評(píng)判的方法。模糊綜合評(píng)判理論[5]是對(duì)受多種因素影響的事物作出全面評(píng)價(jià)的有效的決策手段，可充分描述具有模糊變化規(guī)律的物理現(xiàn)象[6-7]。

3.1 模糊綜合評(píng)判的數(shù)學(xué)模型

模糊綜合評(píng)判決策是一種基于模糊數(shù)學(xué)理論，綜合多種影響因素，可對(duì)事物進(jìn)行全面綜合且有效的評(píng)價(jià)[8]。

3.2 模糊綜合評(píng)判在告警系統(tǒng)中的應(yīng)用

1）建立因素集：U={u1,u2,…,un}，分別表示故障告警事件、異常告警事件、GOOSE告警事件、SMV告警事件、開關(guān)刀閘狀態(tài)等。

2）建立評(píng)判集：V={v1,v2,…,vm}，將告警事件的級(jí)別劃分為一級(jí)告警、二級(jí)告警、三級(jí)告警以及正常。

3）建立模糊評(píng)判矩陣Rf：由于對(duì)告警事件嚴(yán)重程度的劃分是模糊的，因此其告警事件并不是隸屬于某個(gè)等級(jí)，可能隸屬于2個(gè)甚至多個(gè)情況。隸屬度函數(shù)的種類較多，本文采用三角形和梯形組合的函數(shù)[9]，建立各告警事件對(duì)應(yīng)不同告警級(jí)別的隸屬函數(shù)，如圖4所示。

圖4 告警級(jí)別隸屬度函數(shù)Fig.4 The membership functions of the warning level

各告警級(jí)別隸屬度計(jì)算如下：

①正常：

③二級(jí)告警：

④一級(jí)告警：

最終確定模糊判斷矩陣R：

4）綜合評(píng)判：對(duì)于權(quán)重A=(a1,a2,…,an)，取maxmin合成算法，即模型M=(∧,∨)計(jì)算，可得綜合評(píng)判C=A°R∈δ(V)，即對(duì)告警事件進(jìn)行評(píng)判，最終評(píng)判結(jié)果可能是正常、一級(jí)告警、二級(jí)告警或三級(jí)告警。

表1 告警狀態(tài)及相應(yīng)的運(yùn)維檢修策略Table 1 Alarm status and the corresponding operational maintenance strategy

將模糊綜合評(píng)判應(yīng)用于告警系統(tǒng)中，見表1，對(duì)告警事件進(jìn)行嚴(yán)重程度劃分，并通過的紅、黃、藍(lán)種顏色分別表示告警級(jí)別的一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)告警，現(xiàn)場運(yùn)維人員可根據(jù)告警指示燈顯示的情況采取檢修措施，同時(shí)告警系統(tǒng)中提供具體的告警事件供檢修人員分析，如圖5所示。

圖5 高可視化平臺(tái)的告警指示燈展示Fig.5 The exhibition of the warning indicator light for the high visualization platform

4 結(jié)論

1）智能變電站高可視化分析平臺(tái)由網(wǎng)絡(luò)連接圖和邏輯連接圖構(gòu)成，可進(jìn)行可視化方式查看、分析全站的IED、虛通道、虛端子連接情況等，在對(duì)變電站全景數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄的同時(shí)，可對(duì)獲取的信息進(jìn)行智能化分析，最終通過高可視化的方式對(duì)故障、異常信息進(jìn)行準(zhǔn)確定位和告警展示出來，提高了二次系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

2）告警系統(tǒng)是高可視化分析平臺(tái)的重要組成部分，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信息的快速判別，對(duì)保護(hù)動(dòng)合理分析，為現(xiàn)場運(yùn)維人員提供準(zhǔn)確的故障評(píng)價(jià)結(jié)果。

3）基于模糊綜合評(píng)判的告警系統(tǒng)，可根據(jù)告警事件的級(jí)別進(jìn)行劃分，通過簡潔明了的方式為現(xiàn)場運(yùn)維人員提供可靠的告警信息，提高了運(yùn)維人員工作效率，真正實(shí)現(xiàn)了告警系統(tǒng)的智能化。

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