周子融

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

為適應(yīng)大電網(wǎng)的運行管理要求，實現(xiàn)電網(wǎng)異常及事故情況下的快速響應(yīng)，需要進一步提高運行管理水平和調(diào)度員的工作能力。然而，電網(wǎng)的事故處理是一個異常復(fù)雜的動態(tài)決策系統(tǒng)，很多因素都會影響到電網(wǎng)的事故處理，而且很多因素都是不確定的?，F(xiàn)有的穩(wěn)態(tài)運行分析軟件很難提供有效的幫助，幾乎都是憑借調(diào)度員豐富的運行經(jīng)驗來處理事故。調(diào)度員在電網(wǎng)發(fā)生大面積停電故障時責(zé)任重大、負(fù)擔(dān)過重且緊急復(fù)雜的場面很難通過直覺和經(jīng)驗對故障進行判斷，更不要說通過有效的措施降低事故帶來的損失。在各種的大面積停電故障中，有不少因為調(diào)度員處理不當(dāng)或者誤操作造成事故擴大的局面。因此電網(wǎng)運行亟需為調(diào)度員配置一套高智能、高速度、高質(zhì)量的電網(wǎng)事故處理綜合輔助決策系統(tǒng)，在電網(wǎng)正常運行時，提供電網(wǎng)狀態(tài)在線監(jiān)視和預(yù)警，在電網(wǎng)發(fā)生故障時，提供準(zhǔn)確及時的輔助決策，在平常工作時，提供反事故演習(xí)的訓(xùn)練環(huán)境。本系統(tǒng)將實時跟蹤電網(wǎng)的運行狀態(tài)，提示電網(wǎng)運行風(fēng)險，協(xié)助調(diào)度員有效控制電網(wǎng)事故發(fā)生、發(fā)展，縮短電網(wǎng)恢復(fù)正常運行的時間，減少電網(wǎng)事故帶來的損失。該系統(tǒng)為調(diào)度人員的日常調(diào)度工作提供輔助決策參考，可使電網(wǎng)由目前的“人工分析型”調(diào)度上升為“自動智能型”調(diào)度，提高電網(wǎng)運行的強壯性和電能質(zhì)量。該系統(tǒng)將是下一代調(diào)度自動化系統(tǒng)發(fā)展的主要組成部分，適應(yīng)未來智能電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，在互聯(lián)大電網(wǎng)的監(jiān)控中，具有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。

本系統(tǒng)的研究和開發(fā)擴展了調(diào)度自動化系統(tǒng)的功能，使得調(diào)度員在處理各項業(yè)務(wù)時有了輔助決策支持，對現(xiàn)代電網(wǎng)的駕馭能力有了質(zhì)的提升，還能在保障電網(wǎng)安全運行的前提下挖掘電網(wǎng)運行的經(jīng)濟潛力，使得電網(wǎng)經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定、安全運行，提升了經(jīng)濟效益和社會效益。從目前全國調(diào)度自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀來看，該項技術(shù)的研究具有前瞻性和必要性。

1 項目研究背景

目前，電網(wǎng)事故處理綜合輔助決策系統(tǒng)的研究和開發(fā)已經(jīng)日益受到電力部門的重視。其中，正常運行情況下的安全預(yù)警研究已經(jīng)取得了豐碩成果，并且已經(jīng)有了實用化的系統(tǒng)。電網(wǎng)事故處理綜合輔助決策系統(tǒng)在技術(shù)和理論條件的限制下還處在離線應(yīng)用和理論研究階段。能夠?qū)崿F(xiàn)安全在線運行的、功能完善的、實用化的電網(wǎng)事故輔助決策系統(tǒng)還非常少見。

我國蘭州供電局在2005年首次利用故障信息系統(tǒng)和調(diào)度自動化系統(tǒng)的信息在實時運行電網(wǎng)中實現(xiàn)了故障診斷和電網(wǎng)恢復(fù)。該系統(tǒng)有以下技術(shù)特點：首次在在線故障分析中調(diào)取了故障信息系統(tǒng)和調(diào)度自動化系統(tǒng)信息來進行判斷；系統(tǒng)在故障決策系統(tǒng)運行期間能夠正確并且自動地區(qū)分調(diào)度自動化系統(tǒng)的實際故障信息和誤報信息并且對故障的結(jié)果判斷正確；但是對于不確定性的故障信息的處理、診斷和恢復(fù)復(fù)雜故障的處理、大面積的停電區(qū)域進行故障恢復(fù)等情況仍需改進和完善?？梢姡瑧?yīng)用于蘭州的電網(wǎng)故障智能決策支持系統(tǒng)雖然在系統(tǒng)集成、偽報警信息處理等方面取得了一些實用性的技術(shù)突破，但該系統(tǒng)在故障診斷和恢復(fù)的理論研究和應(yīng)用上，還存在著較大的欠缺。

故障診斷和故障恢復(fù)作為電網(wǎng)事故智能輔助決策系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容，國內(nèi)外針對這2個課題的研究非常活躍，研究方法也多種多樣，幾乎囊括了人工智能研究領(lǐng)域的各種方法，比如專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、petri網(wǎng)絡(luò)、模糊集、粗糙集和遺傳算法等。但是對算法進行實用化很罕見或者最多只用于規(guī)模較小的電網(wǎng)。

2 項目研究內(nèi)容

項目研究內(nèi)容如圖1所示。

圖1 研究內(nèi)容

2.1 主要技術(shù)內(nèi)容

（1）電網(wǎng)事故處理綜合輔助決策系統(tǒng)總體設(shè)計與實現(xiàn)方案的研究

研究本項目的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、總體功能、信號分片和組合條件分類篩選和顯示及實施方案等。

（2）電網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)在線監(jiān)視和風(fēng)險告警

主要研究潮流越限監(jiān)視、一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、系統(tǒng)故障跳閘監(jiān)視、特殊方式、供電路徑和供電范圍監(jiān)視及重要用戶風(fēng)險監(jiān)視等功能。

（3）電網(wǎng)故障識別和故障診斷

研究電網(wǎng)故障診斷啟動檢測、故障信息分類、設(shè)備故障可信度計算、故障設(shè)備識別及開關(guān)和保護動作行為分析、損失負(fù)荷統(tǒng)計及故障診斷規(guī)則庫等。

（4）電網(wǎng)事故智能恢復(fù)策略

研究電網(wǎng)發(fā)生事故后，故障隔離、故障恢復(fù)路徑搜索、故障恢復(fù)預(yù)案編制、故障恢復(fù)預(yù)案推送及故障恢復(fù)模擬預(yù)演及故障報告生成等。

（5）EMS系統(tǒng)的組合條件分類顯示

信號分片和組合條件分類篩選和顯示。

2.2 主要技術(shù)難點

技術(shù)難點如圖2所示。

圖2 技術(shù)難點

2.2.1 故障信息整合

目前電網(wǎng)發(fā)生故障時，存在故障信息過少和過多的技術(shù)難點。故障信息過少是指僅利用發(fā)生故障時的開關(guān)跳閘信息，但僅依靠開關(guān)跳閘無法實現(xiàn)故障設(shè)備的準(zhǔn)確定位，導(dǎo)致故障診斷結(jié)果不準(zhǔn)確，反而會誤導(dǎo)調(diào)度員。故障信息過多是指發(fā)生故障時既利用開關(guān)跳閘信息，也利用保護動作信息和其他告警信息，但信息量過多，存在維護工作量大、維護復(fù)雜和實用化程度低等問題，因此如何合理地利用故障信息是本項目的一個技術(shù)難點。

2.2.2 故障設(shè)備診斷

電網(wǎng)發(fā)生故障時，海量故障信息涌入調(diào)度中心，如何利用海量的故障信息進行信號分片和組合條件分類篩選和顯示，快速地診斷出故障設(shè)備是本項目的第二個技術(shù)難點。

2.2.3 故障恢復(fù)策略

實現(xiàn)故障隔離、故障恢復(fù)是電網(wǎng)發(fā)生故障后的電網(wǎng)事故處理的關(guān)鍵。一旦處理不當(dāng)，將會導(dǎo)致故障的擴大，因此如何結(jié)合中山電網(wǎng)的接線方式、運行方式、故障恢復(fù)預(yù)案來進行故障恢復(fù)策略也是本項目的研究難點。

3 技術(shù)路線

技術(shù)路線如圖3所示。

圖3 技術(shù)路線

3.1 針對大規(guī)模地調(diào)系統(tǒng)的一二次設(shè)備統(tǒng)一建模

以前的研究多為建設(shè)1個獨立的故障診斷系統(tǒng)，模型信息需要二次維護，實時信息和故障跳閘信息通過人工設(shè)置或從EMS系統(tǒng)獲取，故障診斷以開關(guān)跳閘信息為主。這種方式用戶維護量大，故障信息少，故障診斷結(jié)果不準(zhǔn)確，只能分析事故區(qū)域，無法準(zhǔn)確定位故障設(shè)備，且多以離線系統(tǒng)為主，尚無成功運行的在線事故輔助決策系統(tǒng)。這種思路不適合大規(guī)模地調(diào)系統(tǒng)的事故處理需求，無法滿足智能電網(wǎng)發(fā)展的需要。本項目基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)，通過CIM/CIS共享EMS系統(tǒng)的模型、圖形、實時信息、故障信息，以及繼電保護故障信息系統(tǒng)的保護動作信息，實現(xiàn)EMS系統(tǒng)中一次模型和繼電保護信息系統(tǒng)的二次模型信息的統(tǒng)一建模?？梢栽诤艽蟪潭壬蠝p少用戶的二次維護工作量。

3.2 基于專家系統(tǒng)＋優(yōu)化算法的智能事故輔助決策系統(tǒng)

單獨的專家系統(tǒng)或優(yōu)化算法在電網(wǎng)事故輔助決策系統(tǒng)中研究的比較多，但在電網(wǎng)發(fā)生復(fù)雜故障時，單純地依靠專家系統(tǒng)或者優(yōu)化算法無法對故障信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系進行準(zhǔn)確的建模，很難得到準(zhǔn)確的診斷結(jié)果，也無法提供準(zhǔn)確的事故恢復(fù)策略。本項目將提取調(diào)度員事故處理的經(jīng)驗知識，模擬調(diào)度員事故處理的人工思維，對電網(wǎng)中開關(guān)、保護動作信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系進行專家系統(tǒng)建模，采用專家系統(tǒng)＋優(yōu)化算法實現(xiàn)智能型事故輔助決策支持。該項研究具有重大的理論意義，工程實用價值在于保證了電網(wǎng)安全運行穩(wěn)定、縮短事故停電實際時間、提高了供電可靠性。

3.3 基于故障恢復(fù)路徑自動搜索和故障處理預(yù)案相結(jié)合的事故處理策略

在電網(wǎng)發(fā)生事故時，系統(tǒng)自動搜索可行的故障恢復(fù)路徑。

4 預(yù)期目標(biāo)及創(chuàng)新點

本系統(tǒng)的研究和開發(fā)擴展了調(diào)度自動化系統(tǒng)的功能，使得調(diào)度員在處理各項業(yè)務(wù)時有了輔助決策支持，對現(xiàn)代電網(wǎng)的駕馭能力有了質(zhì)的提升，還能在保障電網(wǎng)安全運行的前提下挖掘電網(wǎng)運行的經(jīng)濟潛力，使得電網(wǎng)經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定、安全運行，提升了經(jīng)濟效益和社會效益。從目前全國調(diào)度自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀來看，該項技術(shù)的研究具有前瞻性和必要性。

本項目的創(chuàng)新點如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)創(chuàng)新點

4.1 基于專家系統(tǒng)＋優(yōu)化算法的智能事故輔助決策系統(tǒng)

本項目提取調(diào)度員事故處理的經(jīng)驗知識，模擬調(diào)度員事故處理的人工思維，對電網(wǎng)中開關(guān)、保護動作信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系進行專家系統(tǒng)建模，采用專家系統(tǒng)＋優(yōu)化算法實現(xiàn)智能型事故輔助決策支持。

4.2 基于二叉樹的事故恢復(fù)最小路徑正反向搜索

系統(tǒng)從失電設(shè)備出發(fā)，通過正向廣度優(yōu)先搜索形成二叉樹，然后從帶電的葉子節(jié)點反向搜索最小供電恢復(fù)路徑。

4.3 共享EMS系統(tǒng)的模型、圖形、實時方式和電網(wǎng)故障信息

大大減輕自動化人員的維護工作量，保證系統(tǒng)模型和EMS系統(tǒng)的實時一致性，提高系統(tǒng)的實用效果。

5 主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)

系統(tǒng)指標(biāo)情況如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)背標(biāo)情況

本項目實施后，各項指標(biāo)情況為系統(tǒng)可用率大于95%、系統(tǒng)響應(yīng)時間小于1 s、系統(tǒng)處理時間小于10 s、系統(tǒng)處理正確率100%。可有效避免調(diào)度員誤操作的情況以及縮短在電網(wǎng)故障上所浪費的精力和時間，使得電網(wǎng)經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定、安全運行，提升了經(jīng)濟效益和社會效益。