國(guó)網(wǎng)河南省電力公司濟(jì)源供電公司 霍明霞 王 鋒 苗 堃
近年來(lái)學(xué)術(shù)界和工程界針對(duì)電網(wǎng)故障分析和告警技術(shù)的研究,主要集中在建立電網(wǎng)故障分析模型,采用某種算法進(jìn)行計(jì)算推斷電網(wǎng)設(shè)備故障告警結(jié)果、并將告警結(jié)果進(jìn)行分類(lèi)展示。但目前大多數(shù)故障分析處理方式尚無(wú)法滿足調(diào)度機(jī)構(gòu)快速、準(zhǔn)確定位和獲取電網(wǎng)故障信息的需求,主要體現(xiàn)在以下二個(gè)方面。
故障判斷數(shù)據(jù)源較為單一。大多數(shù)故障診斷和告警算法僅采用傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)監(jiān)控,即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)數(shù)據(jù)作為計(jì)算和判斷故障的依據(jù),當(dāng)站端基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量較差或出現(xiàn)某些特殊情況(如開(kāi)關(guān)重合閘瞬時(shí)故障、開(kāi)關(guān)試送電失敗、空載充電線路跳閘等)時(shí),容易導(dǎo)致故障無(wú)法成功報(bào)出(漏報(bào)),即故障正確報(bào)出率不高。
告警報(bào)出模式較為單一。大多數(shù)告警系統(tǒng)僅是依靠機(jī)械的算法邏輯對(duì)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并實(shí)時(shí)報(bào)出故障告警,缺少對(duì)告警結(jié)果的實(shí)時(shí)在線甄別和事后離線分析,當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備檢修開(kāi)關(guān)傳動(dòng)、二次設(shè)備異常等情況時(shí),容易導(dǎo)致報(bào)出虛假信息(誤報(bào)),即告警準(zhǔn)確率不高。
綜合智能告警首先需對(duì)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中各類(lèi)反映電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的告警信息進(jìn)行匯集與整合,并在此基礎(chǔ)之上對(duì)告警信息進(jìn)行分析處理,提取出關(guān)鍵告警信息和告警原因,形成智能化的告警信息。
其中底層為一體化的調(diào)度技術(shù)支撐平臺(tái),為上層應(yīng)用提供通用的模型、圖形、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通信等基礎(chǔ)服務(wù)。中間層匯集各類(lèi)數(shù)據(jù)資源以及應(yīng)用分析結(jié)果信息,數(shù)據(jù)資源包括穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)數(shù)據(jù)以及雷電和氣象等電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境信息,應(yīng)用分析結(jié)果信息包括靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算、在線穩(wěn)定分析等告警信息以及輔助決策信息,為上層的綜合智能告警提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和各類(lèi)告警信息。上層綜合智能告警在此基礎(chǔ)上對(duì)中間層提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和告警信息進(jìn)行整合分析、數(shù)據(jù)挖掘和綜合展示,形成實(shí)時(shí)監(jiān)視分析、預(yù)想故障分析以及故障告警分析三大類(lèi)告警信息,分別告訴調(diào)度運(yùn)行人員當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行方式存在哪些問(wèn)題,下一時(shí)刻如果發(fā)生故障該如何處理以及故障實(shí)際發(fā)生時(shí)又該如何處置[1]。
以往調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)告警信息零亂、分散,調(diào)度運(yùn)行人員需切換到各個(gè)應(yīng)用功能界面查看告警詳細(xì)信息,操作步驟繁雜,有些情況下甚至?xí)z漏相關(guān)告警,給調(diào)度告警處理增加了難度。同時(shí)缺乏對(duì)各類(lèi)信息的分析整合,提取出反映電網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)的告警信息,使得調(diào)度對(duì)電網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)的感知能力存在不足。
從調(diào)度日常監(jiān)控的業(yè)務(wù)特點(diǎn)出發(fā),調(diào)度對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)重點(diǎn)關(guān)注三個(gè)方面,即當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行方式下是否存在告警信息,下一時(shí)刻如果發(fā)生故障該如何處置以及故障真正發(fā)生后的故障位置和故障信息。基于上述分析,有必要將調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的各類(lèi)告警信息進(jìn)行整合處理,分為實(shí)時(shí)監(jiān)視分析類(lèi)告警、預(yù)想故障分析類(lèi)告警以及故障告警分析類(lèi)告警三大類(lèi),其中實(shí)時(shí)監(jiān)視分析側(cè)重于反映電網(wǎng)基態(tài)運(yùn)行方式下的告警信息,以及消除上述告警信息的輔助決策;預(yù)想故障分析側(cè)重于反映當(dāng)前電網(wǎng)在預(yù)想故障(N-1及多重故障)運(yùn)行方式下的告警信息,以及消除上述告警信息的輔助決策;故障告警分析側(cè)重于集中展示當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)生故障后的告警信息(包括電網(wǎng)故障簡(jiǎn)報(bào)以及故障后的電網(wǎng)越限信息),以及消除上述告警信息的輔助決策。
這樣劃分的好處是調(diào)度只需關(guān)注告警信息本身,屏蔽了告警信息的來(lái)源,其中實(shí)時(shí)監(jiān)視分析類(lèi)告警主要包括基于穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的潮流、電壓以及頻率越限告警信息,基于PMU數(shù)據(jù)的相角差越限告警信息,基于保信的保護(hù)裝置投退及異常告警信息以及各類(lèi)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制(AGC、AVC)的告警信息;預(yù)想故障分析類(lèi)告警主要包括基于預(yù)想故障集的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)以及暫態(tài)安全告警信息,基于外部氣象環(huán)境的臺(tái)風(fēng)、雷電的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警以及基于電網(wǎng)運(yùn)行方式的設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警;故障告警分析類(lèi)告警主要包括電網(wǎng)短路故障、機(jī)組跳閘、直流閉鎖以及低頻振蕩等告警信息。
通過(guò)對(duì)上述告警信息的分層分類(lèi),在電網(wǎng)出現(xiàn)告警后,調(diào)度運(yùn)行人員既可從整體上全面感知電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài),又可快速定位具體的告警信息;同時(shí)通過(guò)服務(wù)總線直接調(diào)用系統(tǒng)自帶的輔助決策功能,可在查看告警信息的同時(shí)調(diào)閱消缺越限的調(diào)整措施,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、告警信息定位以及處理措施的一體化關(guān)聯(lián)分析和綜合展示,顯著提高了調(diào)度告警處理效率和對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的掌控能力。
實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和全面性是衡量電網(wǎng)在線故障診斷軟件質(zhì)量的三個(gè)重要指標(biāo),即電網(wǎng)一旦發(fā)生故障能夠快速告警,電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下不誤告警、實(shí)際故障情況下不漏告警,告警內(nèi)容要包括故障設(shè)備、相別、重合情況、短路電流以及故障測(cè)距等故障關(guān)鍵信息。
結(jié)合智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)橫向業(yè)務(wù)集成的特點(diǎn),即將以往分布在不同系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)監(jiān)控SCADA、動(dòng)態(tài)監(jiān)視WAMS、保護(hù)信息管理系統(tǒng)以及雷電信息管理系統(tǒng)集成在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)基礎(chǔ)之上,并為各類(lèi)信息的獲取提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù),提出了基于三態(tài)數(shù)據(jù)的電網(wǎng)在線綜合故障診斷技術(shù),優(yōu)化完善了機(jī)組故障跳閘的判斷邏輯,擴(kuò)展了在線故障診斷和雷電信息系統(tǒng)的信息交互,進(jìn)一步提高在線故障診斷的實(shí)用化水平[2]。
2.2.1 機(jī)組故障跳閘邏輯優(yōu)化
受限于基礎(chǔ)數(shù)據(jù),目前電網(wǎng)在線故障診對(duì)機(jī)組故障跳閘判斷正確率整體不高,主要原因包括:計(jì)劃停機(jī)過(guò)程中,有些電廠會(huì)采用通過(guò)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)觸發(fā)的方式停機(jī)(如,逆功率保護(hù)動(dòng)作聯(lián)跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)以及熱工保護(hù)動(dòng)作聯(lián)跳發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)等),從而在主站側(cè)誤判為機(jī)組故障跳閘:由于電廠側(cè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信號(hào)接入不完善,機(jī)組故障跳閘絕大部分情況下無(wú)事故總信號(hào),為此在機(jī)組故障跳閘判斷邏輯的設(shè)計(jì)上,普遍采用機(jī)組開(kāi)關(guān)變位和機(jī)組出力突變兩個(gè)邏輯相與的方式進(jìn)行判斷,采用該方式可避免無(wú)事故總信號(hào)下的漏判,但機(jī)組出力突變的門(mén)檻值不易設(shè)定,門(mén)檻值較高可能會(huì)引起漏判,例如機(jī)組在啟停過(guò)程中的異常跳閘,門(mén)檻值較低則無(wú)法避免機(jī)組計(jì)劃的誤告警。
針對(duì)上述情況,對(duì)電廠機(jī)組計(jì)劃或緊急停機(jī)的流程和操作規(guī)范進(jìn)行了調(diào)研分析,無(wú)論是計(jì)劃或緊急停機(jī),只要是人工操作停機(jī),電廠值班員必須在電廠集控臺(tái)上執(zhí)行手動(dòng)打閘停機(jī)信號(hào),為此在華北電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中接入人工停機(jī)信號(hào),并在現(xiàn)有機(jī)組跳閘判斷邏輯的基礎(chǔ)之上對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理,即只要該信號(hào)動(dòng)作,屏蔽該信號(hào)的機(jī)組跳閘告警,從而避免了人工停機(jī)的誤告警。
2.2.2 雷電信息系統(tǒng)交互
以往由于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和雷電信息管理系統(tǒng)是兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)且屬于不同的安全分區(qū),在信息交互方面存在嚴(yán)重障礙。智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持建設(shè)以后,雷電信息管理系統(tǒng)和調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)各個(gè)應(yīng)用功能都是統(tǒng)一建立在智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)之上,從而為實(shí)現(xiàn)同雷電信息交互提供了方便的數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)。
當(dāng)電網(wǎng)在線故障診斷功能判斷出線路故障跳閘以后,自動(dòng)將該告警信息發(fā)送給雷電信息管理系統(tǒng),雷電信息管理系統(tǒng)在接收到該告警信息后,根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)落雷信息判斷線路故障跳閘是否可能由雷擊引起,若由雷擊引起進(jìn)一步給出雷擊點(diǎn)的位置,并將上述信息返回給在線故障診斷。
通過(guò)上述信息的交互,調(diào)度運(yùn)行人員一方面可了解線路跳閘的原因,另一方面可掌握線路故障點(diǎn)的位置,從而為線路檢修和快速恢復(fù)供電提供了重要的決策支持,隨著電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)模擴(kuò)大以及互聯(lián)電網(wǎng)建設(shè),電網(wǎng)運(yùn)行逐漸呈現(xiàn)一體化運(yùn)行特性,局部故障波及全網(wǎng)的幾率顯著增加,對(duì)多級(jí)調(diào)度間應(yīng)對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)的聯(lián)合感知和協(xié)同處理能力提出了新的要求,為此本文從變電站告警直傳和主站間告警實(shí)時(shí)推送兩個(gè)方面開(kāi)展研究,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障的一點(diǎn)告警、多點(diǎn)響應(yīng)。
目前調(diào)度主站和變電站間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)基本上是采用IEC101和IEC104兩種傳輸規(guī)約,這兩種傳輸規(guī)約安全可靠,得到廣泛應(yīng)用。但兩種規(guī)約是按照數(shù)據(jù)點(diǎn)號(hào)進(jìn)行主子站間的匹配工作,因此若要接收變電站側(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù),須在變電站和主站側(cè)分別維護(hù)各自所需數(shù)據(jù)的點(diǎn)號(hào),且須保證主子站間點(diǎn)號(hào)的統(tǒng)一。一般情況下單個(gè)500kV變電站的遙信量在5000個(gè)左右、甚至更多,若主站接入全部遙信信號(hào)則運(yùn)維工作量巨大,因此目前一般做法是接入開(kāi)關(guān)、刀閘狀態(tài)信號(hào)及一些重要的合并保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。但若電網(wǎng)發(fā)生故障或設(shè)備異常,則在調(diào)度主站無(wú)法全面清晰的掌握各類(lèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),尤其是面對(duì)無(wú)人值守變電站,給調(diào)度運(yùn)行帶來(lái)了巨大壓力。
解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵是要改變目前按照點(diǎn)號(hào)進(jìn)行信息匹配的傳輸模式,采用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的告警描述語(yǔ)言,從而實(shí)現(xiàn)告警信息的源端維護(hù)和自動(dòng)解析,避免主站側(cè)對(duì)告警信息進(jìn)行人工匹配的重復(fù)性工作。
綜合智能告警軟件在接收到變電站告警直傳信息后,對(duì)原始告警信息進(jìn)行解析處理,自動(dòng)關(guān)聯(lián)主站側(cè)的一次設(shè)備,為電網(wǎng)在線故障診斷提供更為豐富的告警信息來(lái)源。在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),電網(wǎng)在線故障診斷功能一方面能結(jié)合變電站的告警直傳信息進(jìn)行多源信息的綜合處理,提高了故障診斷結(jié)果的可靠性;另一方面通過(guò)對(duì)變電站告警直傳信息的整合,使得調(diào)度員在主站端可全面掌握變電站側(cè)的詳細(xì)保護(hù)動(dòng)作情況,為調(diào)度事故處理提供了重要的信息支撐,提高了主站側(cè)在線故障診斷功能的實(shí)用性。
變電站告警直傳是主站和子站間的告警信息交互,其傳輸?shù)母婢畔⒅饕窃几婢畔?,而主站間告警信息實(shí)時(shí)推送是實(shí)現(xiàn)上下級(jí)調(diào)度主站間故障告警信息的實(shí)時(shí)交互,傳輸?shù)母婢畔⑹墙?jīng)過(guò)主站分析處理后的故障簡(jiǎn)報(bào)信息。
其傳輸規(guī)約方式和變電站告警直傳一致、不再詳述,下面簡(jiǎn)要介紹其傳輸內(nèi)容:傳輸內(nèi)容按照“時(shí)間,故障設(shè)備,故障相別,重合情況,首端短路電流,末端短路電流,首端測(cè)距,末端測(cè)距”的八段式描述,以實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)接收的主站間告警推送信息為例進(jìn)行說(shuō)明,例如接收的原始告警信息為2012-11-0415:02:26.120,河北.保北站/500kV保霸I線,A相,重合成功,10.5kA3.7kA18.75km24.6km”,上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)綜合智能告警軟件在接收到該告警信息后,自動(dòng)對(duì)告警信息解析并發(fā)出告警信息,從而實(shí)現(xiàn)上下級(jí)調(diào)度間故障告警信息的聯(lián)合感知,為上下級(jí)調(diào)度間故障協(xié)同處理提供了重要的技術(shù)支撐。
告警信息的可視化水平是衡量告警信息智能化的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn),可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中已經(jīng)逐漸得到廣泛應(yīng)用,但從以往調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用效果來(lái)看,基本上還是針對(duì)單個(gè)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的展示,缺乏從調(diào)度用戶體驗(yàn)的角度進(jìn)行頂層設(shè)計(jì),形成電網(wǎng)告警信息的整體可視化框架。
電網(wǎng)告警信息可視化最重要的,是要能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度運(yùn)行人員清晰直觀的感知電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài),以及方便快捷的調(diào)閱和處理各類(lèi)詳細(xì)告警信息。基于上述考慮,本文提出了基于告警面板、地理潮流圖、多窗口和信息層次樹(shù)等為主體的可視化展示框架,顯示電網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài),中部為地理潮流圖、展示各類(lèi)具體告警信息,下部為多窗口、顯示告警相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵信息,左側(cè)為信息層次樹(shù)、顯示告警詳細(xì)信息。
綜上,本文針對(duì)傳統(tǒng)故障告警方法存在的告警數(shù)據(jù)源及告警判斷模式較為單一的問(wèn)題,采用調(diào)度主站生產(chǎn)控制大區(qū)不同應(yīng)用模塊與綜合智能告警系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交互和數(shù)據(jù)共享的方式,建立“告警可信度+數(shù)據(jù)有效性”雙重組合判斷機(jī)制,對(duì)多個(gè)告警數(shù)據(jù)源進(jìn)行壓縮、融合、過(guò)濾、提煉及在線綜合分析判斷,顯著提升了電網(wǎng)故障正確報(bào)出率和告警準(zhǔn)確率,同時(shí)以可視化的手段對(duì)故障分析結(jié)果進(jìn)行全方位、多層次、多角度的綜合展示,為調(diào)控運(yùn)行人員敏銳感知和及時(shí)處置電網(wǎng)故障、提高電網(wǎng)調(diào)控一體化水平,進(jìn)而提升調(diào)控機(jī)構(gòu)駕馭大電網(wǎng)能力提供了可靠的技術(shù)支撐。