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(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司, 四川 成都 610041；2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106；3. 國(guó)網(wǎng)成都供電公司, 四川 成都 610041)

0 引 言

變電站集中監(jiān)控業(yè)務(wù)是電網(wǎng)公司實(shí)現(xiàn)集約化運(yùn)行的重要方面，既是管理方面的重要變革，同時(shí)也對(duì)調(diào)控系統(tǒng)支撐能力提出了新的更高要求[1-2]。部署于調(diào)控中心的自動(dòng)化系統(tǒng)傳統(tǒng)上主要面向調(diào)度員服務(wù)，在保證數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上主要提供輔助調(diào)度員進(jìn)行保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的各類分析、控制和輔助決策等功能。隨著變電站無(wú)人值班改造，在實(shí)施變電站集中監(jiān)控業(yè)務(wù)后，調(diào)控中心的監(jiān)控員承擔(dān)著設(shè)備監(jiān)視和操作、故障判斷、分析總結(jié)等多種類型的運(yùn)行和管理任務(wù)，監(jiān)控員面臨著不同于調(diào)度員的壓力：在電網(wǎng)正常工況下要確保信號(hào)巡檢完全覆蓋；在電網(wǎng)事故情況下要處理大量突發(fā)信號(hào)并準(zhǔn)確分辨信號(hào)產(chǎn)生原因。在典型的省級(jí)和大型地區(qū)級(jí)調(diào)控中心，監(jiān)控員監(jiān)視的信號(hào)點(diǎn)數(shù)在十萬(wàn)以上乃至百萬(wàn)級(jí)的規(guī)模，監(jiān)控員需要關(guān)注每一個(gè)信號(hào)的動(dòng)作、復(fù)歸、異常等各類狀態(tài)并據(jù)此對(duì)變電站的運(yùn)行情況作出判斷。如果由于缺少對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行有效分析的自動(dòng)化輔助手段，將會(huì)制約集中監(jiān)控業(yè)務(wù)的范圍，同時(shí)也會(huì)給電網(wǎng)的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

國(guó)家電網(wǎng)公司近年來(lái)在推進(jìn)變電站集中監(jiān)控業(yè)務(wù)方面取得了顯著的成效，在相應(yīng)的技術(shù)支持系統(tǒng)方面也提出了明確的規(guī)范[3-4],智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的相關(guān)綜合智能告警和變電站集中監(jiān)控功能也發(fā)揮了重大作用[5-7]。但隨著監(jiān)控業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的功能在滿足變電站集中監(jiān)控業(yè)務(wù)需求方面仍存在一些短板，在告警信號(hào)的優(yōu)化和再加工以及信號(hào)輔助分析等方面的不足尤為突出。

針對(duì)集中監(jiān)控業(yè)務(wù)的特點(diǎn)提出了對(duì)調(diào)控系統(tǒng)集中監(jiān)控功能所進(jìn)行的多項(xiàng)實(shí)用化改進(jìn)，包括：1)在電網(wǎng)正常狀態(tài)下對(duì)監(jiān)控信號(hào)的優(yōu)化，對(duì)監(jiān)控員巡視軌跡的記錄與分析以及監(jiān)控信號(hào)的自動(dòng)巡檢與分析；2)在電網(wǎng)事故或異常情況下對(duì)告警信號(hào)和告警方式的優(yōu)化；3)對(duì)監(jiān)控專業(yè)管理和分析評(píng)價(jià)的輔助支撐等。這些實(shí)用化功能已應(yīng)用于多個(gè)省級(jí)和地區(qū)調(diào)控中心，顯著提升了變電站集控監(jiān)控工作的效率，為調(diào)控“大運(yùn)行”工作提供了有力的支撐。

1 集中監(jiān)控業(yè)務(wù)的特點(diǎn)和對(duì)調(diào)控系統(tǒng)的要求

實(shí)施調(diào)控集約化運(yùn)行后，雖然調(diào)度員和監(jiān)控員集中在共同的場(chǎng)所值班，并且一般也使用同一平臺(tái)上相同的SCADA功能，但是變電站集中監(jiān)控業(yè)務(wù)和調(diào)度大廳內(nèi)傳統(tǒng)的調(diào)度業(yè)務(wù)有著顯著的差別。不同于調(diào)度員側(cè)重關(guān)注系統(tǒng)發(fā)用平衡及系統(tǒng)安全穩(wěn)定狀態(tài)，監(jiān)控員更多地關(guān)注變電站現(xiàn)場(chǎng)所有一、二次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。集中監(jiān)控業(yè)務(wù)要求監(jiān)控員能通過(guò)對(duì)信號(hào)以及主要遙測(cè)量的監(jiān)視準(zhǔn)確反演出現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的設(shè)備狀態(tài)，而且能對(duì)故障情況下大量的信號(hào)進(jìn)行分析從而對(duì)實(shí)際發(fā)生的故障做出準(zhǔn)確判斷，并能夠根據(jù)調(diào)度員的指令或監(jiān)控自身的職責(zé)快捷進(jìn)行各類操作。

基于上述集中監(jiān)控業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，一方面變電站現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)上送的信號(hào)要全面，確保不遺漏任何和設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的信號(hào)；另一方面，主站端的信號(hào)處理要高效，盡可能為監(jiān)控員提供簡(jiǎn)潔有效的結(jié)果。只有達(dá)到這兩方面的要求才可能提高監(jiān)控業(yè)務(wù)的效率，使得集中監(jiān)控規(guī)模足夠大，真正達(dá)到發(fā)揮集約化的優(yōu)勢(shì)。在信號(hào)的全面和展示結(jié)果的精簡(jiǎn)方面進(jìn)行良好的平衡是調(diào)控系統(tǒng)變電站集中監(jiān)控功能重要的出發(fā)點(diǎn)。所做的工作就是基于這一出發(fā)點(diǎn)開(kāi)展的。

2 正常狀態(tài)下的信號(hào)監(jiān)視與分析優(yōu)化

在電網(wǎng)正常狀態(tài)下，每值監(jiān)控員需要完成若干幅畫面的巡視，并確認(rèn)本值內(nèi)狀態(tài)發(fā)生變化的信號(hào)。要確保一些個(gè)別的信號(hào)不被大量的其他信號(hào)淹沒(méi)，否則就有可能失去對(duì)變電站重要事件的了解和把握，進(jìn)而可能導(dǎo)致事件進(jìn)一步發(fā)展甚至危害主網(wǎng)的安全。為實(shí)現(xiàn)對(duì)正常狀態(tài)下信號(hào)的有效監(jiān)視需要對(duì)分散的原始信號(hào)進(jìn)行優(yōu)化分析并提供輔助手段來(lái)最大限度避免監(jiān)控員的漏巡。

2.1 監(jiān)控信號(hào)關(guān)聯(lián)分析和自動(dòng)派生

1)關(guān)聯(lián)信號(hào)分析

對(duì)于大量的分散信號(hào)，調(diào)控系統(tǒng)一般按照分級(jí)分類的要求對(duì)這些信號(hào)做了區(qū)別展示，但傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單按照原始的時(shí)間序列順序來(lái)展示難免會(huì)出現(xiàn)個(gè)別重要信號(hào)淹沒(méi)在大量其他信號(hào)中的情形。只有按照事件、廠站等屬性對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，才可避免監(jiān)控員迷失在離散的信號(hào)中。例如，某條線路跳閘事件產(chǎn)生的信號(hào)可能分散在多個(gè)地方并且和其他變電站的各類信號(hào)混雜在一起。

通過(guò)對(duì)設(shè)備告警信號(hào)的類型、所屬?gòu)S站和間隔以及發(fā)生時(shí)間等屬性進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)合設(shè)備故障后關(guān)聯(lián)告警模板，實(shí)現(xiàn)了在設(shè)備發(fā)生故障情況下從實(shí)時(shí)告警窗中自動(dòng)關(guān)聯(lián)提取相關(guān)的一組告警信息，并支持對(duì)歷史告警信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。

圖1是關(guān)聯(lián)信號(hào)提取方法示例圖，例如對(duì)于線路跳閘事故告警信息，可以查詢其發(fā)生前后幾分鐘的相關(guān)類型告警信息，以便快速分析排除檢修情況。

圖1 關(guān)聯(lián)信號(hào)提取方法

2)重要告警信號(hào)派生

監(jiān)視對(duì)象的某些重要狀態(tài)有可能缺少站端直接發(fā)送的信號(hào)，監(jiān)控員這種情形往往難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處置。例如，母線等重要設(shè)備失壓是重要的事件，但是一般只能由監(jiān)控員基于量測(cè)值人工判斷，時(shí)效性很難達(dá)到要求。

通過(guò)設(shè)置適當(dāng)?shù)氖号袚?jù)，實(shí)現(xiàn)了在一定的時(shí)延范圍內(nèi)，結(jié)合設(shè)備的實(shí)時(shí)遙信和遙測(cè)信息，自動(dòng)判斷主變壓器、母線等設(shè)備失壓和全站失壓，并及時(shí)發(fā)出母線或全站失壓告警信號(hào)，不再需要監(jiān)控員逐個(gè)廠站巡視并仔細(xì)判斷才能識(shí)別出失壓這一重要的事件。圖2是母線及全站失壓判定邏輯圖，當(dāng)母線三相電壓同時(shí)歸零且母線失電，則判定當(dāng)前母線失壓。當(dāng)全站所有母線均處于失壓狀態(tài)，則判定全站失壓。

圖2 母線及全站失壓邏輯

2.2 監(jiān)控畫面巡覽軌跡記錄與分析

人工對(duì)所有預(yù)定義的畫面進(jìn)行巡覽是監(jiān)控員基本例行工作和安全保底手段。隨著監(jiān)控范圍的擴(kuò)大以及同時(shí)需要處理各類突發(fā)工作，可能會(huì)出現(xiàn)漏巡的情況，成為系統(tǒng)安全的一個(gè)隱患。

通過(guò)預(yù)定義每值監(jiān)控員需要巡覽的畫面以及巡覽頻度要求，自動(dòng)記錄監(jiān)控員實(shí)際畫面巡覽軌跡，并將兩者進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)了未巡覽畫面的自動(dòng)告警功能，實(shí)時(shí)提醒當(dāng)值監(jiān)控員。還支持在事后對(duì)所有畫面巡覽軌跡及未及時(shí)巡覽的告警信息進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控工作流程和特定監(jiān)控員工作習(xí)慣進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3 監(jiān)控信號(hào)變化和差異分析

監(jiān)控員在交接班時(shí)需要快速準(zhǔn)確地把握過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)變化情況以及后續(xù)需要繼續(xù)關(guān)注的信號(hào)，靠交班和接班監(jiān)控員手動(dòng)翻閱告警記錄來(lái)達(dá)到這一目的，工作量巨大且容易發(fā)生遺漏。

采用版本管理的思想，以某一時(shí)刻的數(shù)據(jù)斷面為基礎(chǔ)，建立各時(shí)刻斷面巡視數(shù)據(jù)版本，再通過(guò)版本管理機(jī)制記錄各版本在對(duì)應(yīng)時(shí)刻的數(shù)據(jù)變化并進(jìn)行管理。將包含相關(guān)信號(hào)狀態(tài)的斷面信息打包固化存儲(chǔ)，通過(guò)對(duì)不同斷面的對(duì)比，按照新增、消失、變化3類列出相關(guān)時(shí)刻信號(hào)狀態(tài)變化列表，監(jiān)控員在交接班時(shí)只需要關(guān)注所給出的變化信息即可。圖3是斷面數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義和某一交接班分析結(jié)果示例。

具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，這一功能既支持監(jiān)控員在登錄和注銷時(shí)自動(dòng)保存快照，也可以由監(jiān)控員在任意時(shí)刻手動(dòng)保存快照。通過(guò)用不同的顏色標(biāo)注出新增、變化以及消失的信號(hào)，系統(tǒng)中所有監(jiān)視對(duì)象的重要信息變得一目了然。

圖3 監(jiān)控信號(hào)變化分析結(jié)果示例

3 事故或異常狀態(tài)下的信號(hào)和告警優(yōu)化

3.1 異常頻發(fā)信號(hào)的檢測(cè)和展示優(yōu)化

對(duì)于因變電站端自動(dòng)化裝置異常引起的大量頻發(fā)信號(hào)，需要在調(diào)控系統(tǒng)中有效地檢測(cè)并在展示時(shí)用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行隱藏，避免干擾監(jiān)控員的正常工作。

基于對(duì)異常頻發(fā)信號(hào)重復(fù)特征的分析，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的檢測(cè)功能并在告警窗上對(duì)這類異常信號(hào)的展示自動(dòng)進(jìn)行折疊。圖4為頻發(fā)信號(hào)檢測(cè)判斷原理圖，將在相對(duì)的滑動(dòng)時(shí)間窗口Δt范圍內(nèi)統(tǒng)計(jì)是否發(fā)生頻發(fā)信號(hào)。

圖4 頻發(fā)信號(hào)檢測(cè)原理

其中時(shí)間軸是一個(gè)滑動(dòng)時(shí)間窗口，即給定時(shí)間窗口寬度Δt和窗口滑動(dòng)步長(zhǎng)S，頻發(fā)信號(hào)檢測(cè)時(shí)以當(dāng)前窗口起始告警時(shí)間為Ts，結(jié)束告警時(shí)間為Te，則Te-Ts=Δt，窗口滑動(dòng)一個(gè)步長(zhǎng)S后，新窗口起始告警和結(jié)束告警時(shí)間分別為Ts+S和Te+S。在滑動(dòng)窗口時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)異常頻發(fā)信號(hào)并自動(dòng)折疊，對(duì)于折疊的異常頻發(fā)信號(hào)，監(jiān)控員在需要時(shí)也可以展開(kāi)進(jìn)行必要的確認(rèn)和詳細(xì)分析。

3.2 突發(fā)事故大量推畫面的優(yōu)化

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生事故時(shí)，將在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的信號(hào)，并可能同時(shí)觸發(fā)語(yǔ)音、自動(dòng)推畫面等多種告警方式。對(duì)于這些大量的突發(fā)信號(hào)，需要進(jìn)行有效處置，既保障監(jiān)控員及時(shí)得到重要的信息，又要避免大量告警干擾監(jiān)控員對(duì)事件的處置，還要注意減輕大量突發(fā)信號(hào)引起的系統(tǒng)過(guò)重的負(fù)擔(dān)。

針對(duì)異?；蚴鹿是闆r下觸發(fā)的突發(fā)大量推畫面告警方式，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了先推出事故廠站畫面列表的展現(xiàn)方式，具體展示哪一幅畫面由監(jiān)控員根據(jù)需要選擇。這樣在發(fā)生異?；蚴鹿蕰r(shí)，將避免大量畫面直接堆疊在界面上，影響監(jiān)控員快速選擇最關(guān)心的畫面，也可避免同一時(shí)間推出大量畫面引起工作站和相關(guān)服務(wù)器的資源占用急劇升高。

4 監(jiān)控專業(yè)管理與分析評(píng)價(jià)的輔助支撐

變電站集中監(jiān)控除實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)外，還有大量的管理類工作。一方面，需要基于歷史數(shù)據(jù)對(duì)變電站一、二次設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行分析；另一方面，也需要對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行分析以對(duì)監(jiān)控員的工作進(jìn)行評(píng)價(jià)和指導(dǎo)。調(diào)控系統(tǒng)一般都自動(dòng)保存了完整的歷史數(shù)據(jù)，但是在原有系統(tǒng)上對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在以下3個(gè)主要的問(wèn)題：一是告警歷史信息中缺少部分集中監(jiān)控業(yè)務(wù)所需要的重要屬性，無(wú)法對(duì)告警信息進(jìn)行深度分析；二是相關(guān)信息分散在不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，缺乏對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行有效融合和關(guān)聯(lián)分析；三是典型信號(hào)的處理經(jīng)驗(yàn)沒(méi)有得到很好的推廣。為了提高監(jiān)控專業(yè)管理的技術(shù)支撐水平，進(jìn)行了3個(gè)方面的改進(jìn)。

4.1 設(shè)備操作標(biāo)識(shí)與精細(xì)化分析

開(kāi)關(guān)變位的原因包括跳閘、檢修、計(jì)劃停運(yùn)、合解環(huán)、調(diào)壓等若干類型。為了結(jié)合設(shè)備遠(yuǎn)方操作精細(xì)化分析開(kāi)關(guān)變位原因，基于告警信息字符串結(jié)構(gòu)化解析和邏輯分析實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備操作類型分析，能夠自動(dòng)識(shí)別遠(yuǎn)方操作、檢修、調(diào)壓等操作類型，并支持人工對(duì)個(gè)別信號(hào)的操作類型進(jìn)行調(diào)整和增加備注信息?；诟蛹?xì)化和準(zhǔn)確的操作原因分類，設(shè)備監(jiān)控管理專業(yè)可以快捷地得到一、二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和監(jiān)控操作的深入分析結(jié)果。圖5是設(shè)備操作分析數(shù)據(jù)流程圖，變位信號(hào)經(jīng)過(guò)分析后自動(dòng)判別出了檢修、頻發(fā)、遙控原因，對(duì)于不能自動(dòng)判別出正常、操作等原因的信號(hào)可支持人工標(biāo)記。

4.2 基于大數(shù)據(jù)分析的信息融合和關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)

基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)，對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分布式整合計(jì)算，把多個(gè)應(yīng)用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)孤立的節(jié)點(diǎn)信息，對(duì)其進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián)分析。

圖5 設(shè)備操作原因分類和標(biāo)識(shí)

首先，構(gòu)建監(jiān)控大數(shù)據(jù)對(duì)象統(tǒng)一編碼ID，對(duì)象包括一次設(shè)備、二次設(shè)備、運(yùn)行、輔助類數(shù)據(jù)等，為保證監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)象在整個(gè)基于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的變電站設(shè)備大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中全局唯一，設(shè)計(jì)一套用于數(shù)據(jù)交互共享的編碼規(guī)則(即ID編碼規(guī)則)，作為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)象的唯一標(biāo)識(shí)。編碼原理如圖6所示。

圖6 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)象ID編碼結(jié)構(gòu)

其次，對(duì)集中監(jiān)控變電站大數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合建模，采取以監(jiān)控設(shè)備為中心，強(qiáng)化監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。統(tǒng)一用設(shè)備ID為關(guān)聯(lián)字段，將監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)與管理數(shù)據(jù)及其他輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)整合，形成關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)中心。監(jiān)控大數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模示意圖如圖7所示。

圖7 監(jiān)控大數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合建模

最后，基于分布式文件系統(tǒng)(Hadoop distributed file system,HDFS)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，對(duì)事件和監(jiān)控員的操作進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)。這一功能首先抽取分散的各類事件信息，并將這些事件和監(jiān)控員的操作記錄相關(guān)聯(lián)，然后將抽取和關(guān)聯(lián)的結(jié)果同

監(jiān)控業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行對(duì)比，對(duì)監(jiān)控員的操作進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，給出有針對(duì)性的改進(jìn)意見(jiàn)。

5 應(yīng)用效果

所提出的幾項(xiàng)變電站集中監(jiān)控功能實(shí)用化改進(jìn)，已在四川省多個(gè)地區(qū)調(diào)控中心投入實(shí)際使用。相關(guān)改進(jìn)工作顯著提升了變電站集中監(jiān)控工作的效率，確保了變電站集中監(jiān)控功能的順利實(shí)施并為更大范圍的集中監(jiān)控提供了足夠的支撐。其中，成都地調(diào)屬于省會(huì)級(jí)大型地調(diào)，集中監(jiān)控廠站293座，實(shí)施監(jiān)控功能改進(jìn)后，每值監(jiān)控員用于監(jiān)控信號(hào)巡檢的時(shí)間由3.5 h縮短為10 min，此外在事故應(yīng)對(duì)和設(shè)備監(jiān)控管理等方面的能力也由此得到顯著的提升。

6 結(jié) 語(yǔ)

變電站集中監(jiān)控能夠大幅提升電網(wǎng)運(yùn)行的集約化水平，是電網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)發(fā)展的趨勢(shì)，與此同時(shí)，它也給監(jiān)控員帶來(lái)了明顯的壓力和挑戰(zhàn)。智能電網(wǎng)調(diào)度和控制系統(tǒng)不能拘泥于原有主要面向調(diào)度員的設(shè)計(jì)，而要充分理解集中監(jiān)控業(yè)務(wù)的需求，在信號(hào)量完整和展示結(jié)果簡(jiǎn)潔這兩個(gè)方面做到很好的平衡，才能真正給集中監(jiān)控業(yè)務(wù)提供有效的支撐。所提出的幾項(xiàng)實(shí)用化改進(jìn)是這方面工作的一點(diǎn)嘗試，經(jīng)過(guò)初步實(shí)施能夠明顯體會(huì)到在對(duì)集中監(jiān)控業(yè)務(wù)的特點(diǎn)和需求進(jìn)行細(xì)致分析后，調(diào)控系統(tǒng)適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)能夠顯著提升對(duì)集中監(jiān)控業(yè)務(wù)的支撐。后續(xù)將對(duì)監(jiān)控業(yè)務(wù)的需求進(jìn)一步分析研究，結(jié)合專業(yè)管理的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，繼續(xù)提升監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析水平，為變電站集中監(jiān)控業(yè)務(wù)提供更切實(shí)有效的支撐。