樊 亮，王澤眾，蔡正梓，李 聰，田雨晨

（國網(wǎng)北京市電力公司，北京 西城 100031）

0 背景

隨著電網(wǎng)規(guī)模日趨擴大和故障形態(tài)日益復(fù)雜，調(diào)控人員對電網(wǎng)故障處理綜合能力的要求不斷提高。為了保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，在電網(wǎng)發(fā)生故障時調(diào)控人員必須及時準確進行故障研判和高效有序故障處理[1-2]。

然而電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)是一個典型的知識密集型和信息密集型的決策控制中心[2]。為了提高故障處理的精準性和規(guī)范性，決策與執(zhí)行環(huán)節(jié)調(diào)控人員須要對故障處置相關(guān)系統(tǒng)進行翻閱和查詢。由于電網(wǎng)各類信息采集系統(tǒng)運行相對獨立，存在于多個子系統(tǒng)中，如SCADA 系統(tǒng)、故障錄波系統(tǒng)等，大量冗余數(shù)據(jù)難以形成有價值的信息并主動推送給調(diào)控人員，通常只能由調(diào)控人員人工查找各個系統(tǒng)和翻閱各種資料來進行故障相關(guān)信息查詢，該過程會造成大量時間浪費，影響電網(wǎng)故障處置的效率。并且故障發(fā)生后無法充分開發(fā)利用故障數(shù)據(jù)的價值，無法通過電網(wǎng)系統(tǒng)對故障情況進行反演和復(fù)盤，更缺少合適的系統(tǒng)，對故障造成的電網(wǎng)風(fēng)險進行深入研究分析。構(gòu)建調(diào)度智能故障分析和研究系統(tǒng)迫在眉睫，既可以通過一體化平臺高效處置故障，也可以對電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)深入挖掘，全景可視化故障反演，電網(wǎng)風(fēng)險在線安全分析，故障處置預(yù)案及人工智能調(diào)度功能的實現(xiàn)。

隨著AI 和人工智能發(fā)展，電網(wǎng)故障處置、故障反演、電網(wǎng)風(fēng)險研究等工作可以通過集中在智能故障處置系統(tǒng)一個平臺來實現(xiàn)。該系統(tǒng)可以整合故障處置相關(guān)系統(tǒng)并主動獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，一體化展示故障相關(guān)數(shù)據(jù)，有效提高故障處置效率和降低調(diào)控人員決策風(fēng)險[3]。并且利用人工智能技術(shù)，建設(shè)開發(fā)智能故障處置輔助決策系統(tǒng)，深入挖掘歷史故障信息，實現(xiàn)故障全景可視化展示，對電網(wǎng)風(fēng)險進行在線全分析，實現(xiàn)故障智能研判、關(guān)聯(lián)信息綜合可視化展示、在線安全分析、人工智能輔助決策等功能[4-8]。智能故障處置系統(tǒng)平臺還可以利用整合不同系統(tǒng)資源的優(yōu)勢，結(jié)合電網(wǎng)故障等信息，并通過人工智能等方式分析海量故障數(shù)據(jù)，挖掘相關(guān)規(guī)律，深入挖掘電網(wǎng)數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)歷史故障反演，提升調(diào)控運行人工智能水平，加強調(diào)控運行專業(yè)保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定可靠運行的能力。

1 系統(tǒng)建設(shè)

智能故障處置系統(tǒng)基于調(diào)控云建設(shè)，利用調(diào)控云的存儲、計算、網(wǎng)絡(luò)資源進行應(yīng)用部署，通過調(diào)控云模型、運行、實時以及大數(shù)據(jù)、AI 平臺為應(yīng)用提供數(shù)據(jù)和交互支撐[9]，調(diào)控云架構(gòu)如圖1所示。

圖1 調(diào)控云平臺架構(gòu)

電力調(diào)控智能故障處置系統(tǒng)的核心功能就是故障信息準確、完整、實時可視化展示。該系統(tǒng)以調(diào)控云為平臺，整合故障處置所需各個系統(tǒng)，按照功能需求，主動獲取故障信息，并進行可視化展示，幫助調(diào)控運行人員及時獲取故障全面信息，為高效故障處置贏得寶貴時間，如圖2 所示。

圖2 智能故障處置系統(tǒng)平臺

按照應(yīng)用功能，智能故障處置輔助決策系統(tǒng)的總體架，主要包括故障智能研判、綜合信息可視化展示、在線安全分析、事故處理輔助決策以及人工智能數(shù)據(jù)挖掘5 個部分，如圖3 所示。

圖3 智能故障處置輔助系統(tǒng)

通過故障智能研判，調(diào)控人員即可知道電網(wǎng)是否發(fā)生故障及故障相關(guān)信息；通過綜合信息可視化展示，調(diào)控人員即可知道電網(wǎng)故障設(shè)備信息以及電網(wǎng)整體運行狀態(tài)可視化展示，方便調(diào)度員及時了解電網(wǎng)，及時處理電網(wǎng)故障；通過在線安全分析，調(diào)控人員即可及時了解電網(wǎng)故障后電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)，須要盡快采取預(yù)控措施，以保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行；通過前期故障智能研判、綜合信息可視化展示、在線分析研究，智能故障處置系統(tǒng)可對電網(wǎng)故障設(shè)備恢復(fù)方案提供輔助決策意見，從而提高調(diào)度人員故障處置的效率。

人工智能數(shù)據(jù)挖掘部分可利用一體化故障處置輔助系統(tǒng)整合各獨立業(yè)務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)勢，解決數(shù)據(jù)分散、多源、格式不一致，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范等問題，結(jié)合歷史故障等信息實現(xiàn)數(shù)據(jù)深入挖掘、實現(xiàn)歷史故障全景可視化反演、故障處置預(yù)案及電網(wǎng)智能調(diào)度等功能[10]。

2 系統(tǒng)功能

2.1 故障智能研判

故障診斷是智能故障處理輔助決策系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)，它首先要求能夠準確判別故障是否發(fā)生，其次是能夠及時、準確發(fā)出告警，并展示故障設(shè)備相關(guān)信息。為此，故障處置輔助系統(tǒng)要正確、實時、全面推送電網(wǎng)故障信息，包括故障時間、故障設(shè)備、重合情況、保護自動化以及遙信遙測等信息[11]。

根據(jù)以上指標，電網(wǎng)故障處置輔助系統(tǒng)首先對綜合智能告警系統(tǒng)發(fā)送的每類數(shù)據(jù)源的原始信息進行單獨判斷，包括遙測、遙信信號，事故總信號及保護自動化動作信號等，得到每個數(shù)據(jù)源的初步判斷結(jié)果，然后一體化故障處置輔助系統(tǒng)接受來自D5000 系統(tǒng)的電網(wǎng)模型、遙測遙信數(shù)據(jù)等內(nèi)容實時傳輸。通過以上2 個環(huán)節(jié)獲取到故障信息內(nèi)容一致后，經(jīng)過故障智能研判程序分析，研判后如果發(fā)生故障可觸發(fā)一體化故障處置輔助系統(tǒng)，并彈出故障信息界面，如圖4 所示。

圖4 智能研判系統(tǒng)

同時為了避免電網(wǎng)一、二次設(shè)備檢修工作期間產(chǎn)生異常告警信號干擾故障判斷，智能故障處置系統(tǒng)可通過實時獲取調(diào)度管理系統(tǒng)（OMS）中的電網(wǎng)一、二次設(shè)備停電檢修設(shè)備情況或?qū)崟r檢測檢修設(shè)備掛牌信息，屏蔽檢修設(shè)備間隔產(chǎn)生的異常告警信號，保證了故障智能研判的準確性[12]。

2.2 綜合信息可視化展示

綜合信息可視化展示主要是將調(diào)控人員在故障處置最關(guān)心的故障相關(guān)信息以合理的方式展現(xiàn)出來，在信息處理和可視化上充分發(fā)揮輔助調(diào)控人員故障處置的作用。

通過智能故障輔助系統(tǒng)對故障的智能研判，故障輔助系統(tǒng)啟動故障處置所需相關(guān)系統(tǒng)，并在系統(tǒng)平臺中展示：故障信息、故障設(shè)備相關(guān)參數(shù)、站區(qū)參數(shù)圖、邏輯態(tài)勢圖、GIS 地理圖故障位置、氣象信息、工業(yè)視頻系統(tǒng)，同時展示故障對電網(wǎng)設(shè)備造成的影響，比如潮流轉(zhuǎn)移、重載設(shè)備、站內(nèi)電源變化、電壓跌落、電壓暫降、影響重要用戶等，如圖5 所示。

圖5 綜合信息可視化展示系統(tǒng)

在發(fā)生電網(wǎng)故障時，系統(tǒng)會以GIS 為基礎(chǔ)，以電網(wǎng)故障設(shè)備的區(qū)域為中心，根據(jù)故障性質(zhì)、等級及影響程度展示不同大小的輻射區(qū)域，顯示故障區(qū)域天氣情況，隨后系統(tǒng)根據(jù)故障研判要素及內(nèi)外部系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一展示，包含視頻回放、故障錄波、電壓跌落、站區(qū)參數(shù)圖等故障相關(guān)數(shù)據(jù)。這些信息在電網(wǎng)發(fā)生故障后自動彈出并通過多窗口布局、信息聯(lián)動的可視化框架展示，我們可以及時全面了解故障信息，并針對電網(wǎng)故障處置的要點開展電網(wǎng)風(fēng)險感知、故障分析等，進而形成調(diào)控人員進行故障處置的決策依據(jù)，并通過自動生成故障短信息通知各部門工作人員[13]。上述信息貫穿電網(wǎng)故障執(zhí)行處置任務(wù)階段全過程，與此同時實時監(jiān)視電網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)，并顯示處置進度。通過以上信息可視化展示，使得調(diào)控人員在故障處置過程中只須一體化系統(tǒng)中即可完成所有操作，有利于調(diào)度對故障后電網(wǎng)全局運行狀態(tài)的掌控。

2.3 在線安全分析

電力系統(tǒng)運行受諸多因素影響，各個因素之間又緊密聯(lián)合，因此在電網(wǎng)發(fā)生故障情況下更須要進一步加強潛在電網(wǎng)風(fēng)險的在線感知和防范能力，并指定預(yù)防控制措施，將電網(wǎng)風(fēng)險消除在萌芽階段[14-15]。

預(yù)防控制即電網(wǎng)故障后斷面下針對電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)進行預(yù)防預(yù)控，以防止再次發(fā)生故障后引起電網(wǎng)風(fēng)險進一步加劇。在線安全分析在現(xiàn)有調(diào)度自動化系統(tǒng)的應(yīng)用須要調(diào)控人員人工操作，并對結(jié)果進行分析，自動化和智能化水平較低。而在電網(wǎng)發(fā)生事故后，須要實時跟蹤電網(wǎng)狀態(tài)發(fā)生變化，所以須要在線安全分析自動進行電網(wǎng)掃描分析并啟動序列計算。因此智能故障處置輔助系統(tǒng)在故障智能診斷與綜合信息可視化展示同時，也可主動觸發(fā)在線安全分析系統(tǒng)掃描電網(wǎng)，在線控制啟動相關(guān)應(yīng)用進行計算，實時告知調(diào)控人員電網(wǎng)風(fēng)險情況，同時以故障事件為索引，提取當前故障的特征指標（故障設(shè)備、故障性質(zhì)、負荷水平等），依托調(diào)控管理規(guī)程、調(diào)度細則等結(jié)構(gòu)化信息，構(gòu)建調(diào)控專業(yè)故障處置知識圖譜，利用自然語言技術(shù)，智能輸出故障預(yù)案，最終形成適用于故障形成機理與當前電網(wǎng)運行情況的最優(yōu)故障恢復(fù)方案及處理流程，并可與D5000 系統(tǒng)及OMS 系統(tǒng)進行信息交互，生成順控操作序列及處置操作票，為調(diào)控人員故障處置提供全面的輔助決策，形成事故處置輔助決策意見，如圖6 所示。

圖6 在線安全分析系統(tǒng)

2.4 故障處置輔助決策

從電網(wǎng)發(fā)生故障到調(diào)控人員倒閘操作處理故障，智能故障處置輔助系統(tǒng)經(jīng)過了故障智能研判、綜合信息可視化展示、在線安全分析等過程，為故障處置輔助決策提供準確、全面、綜合性信息，充分體現(xiàn)調(diào)控人員的思維和需求，篩選對調(diào)控人員最有價值的關(guān)鍵信息并以直觀合理的方式在系統(tǒng)界面上顯示，形成指導(dǎo)調(diào)控人員進行故障處置的決策依據(jù)，如圖7 所示。

圖7 故障輔助決策系統(tǒng)

2.5 人工智能數(shù)據(jù)挖掘

智能故障處置輔助系統(tǒng)憑借整合不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源的優(yōu)勢，借助人工智能技術(shù)，充分挖掘歷史故障信息數(shù)據(jù)價值，可以解決歷史故障信息冗余問題，發(fā)生為人工智能調(diào)度提供數(shù)據(jù)支撐，通過全景可視化再現(xiàn)故障發(fā)展處置過程，實現(xiàn)故障反演功能，基于知識發(fā)現(xiàn)和實例主動學(xué)習(xí)技術(shù)，實現(xiàn)調(diào)度更加人工智能化[16-19]。

2.5.1 解決故障數(shù)據(jù)信息冗余

當前電網(wǎng)故障相關(guān)信息存儲在存在多個子系統(tǒng)，如SCADA 、故障錄波系統(tǒng)等，上述各系統(tǒng)并行工作且相對獨立，難以形成綜合性的故障分析報告。目前查閱故障相關(guān)數(shù)據(jù)只能依靠人工查閱各個系統(tǒng)，篩選相關(guān)數(shù)據(jù)整理生成報告，效率低下，不能滿足調(diào)控中心對電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的要求，不利于運行人員對歷史故障深入學(xué)習(xí)。使用人工智能數(shù)據(jù)挖掘功能，可以快速查詢歷史故障相關(guān)各種信息，減少查閱各系統(tǒng)時間，按時間統(tǒng)計或搜索查找，在短時間內(nèi)即可統(tǒng)計相關(guān)故障設(shè)備信息，還可以一鍵生成故障統(tǒng)計報表和綜合性故障分析報告，便于對故障案例分析學(xué)習(xí)。通過對歷史故障信息挖掘，有利于分析電網(wǎng)故障對重要用戶的影響范圍，氣象對電網(wǎng)故障的影響及關(guān)聯(lián)規(guī)律，檢修工作期間故障對電網(wǎng)影響程度等，還可在故障影響范圍內(nèi)，統(tǒng)計廠站、設(shè)備、重要用戶、政治保電、氣象、檢修工作數(shù)量、視頻告警等信息，便于調(diào)控專業(yè)全面直觀地掌握故障信息和處置過程，并將統(tǒng)計分析的重要結(jié)論總結(jié)為經(jīng)驗。還可以輔助工作人員實時分析當前故障電網(wǎng)狀態(tài)下潛在的薄弱點，判斷當前電網(wǎng)存在的問題，系統(tǒng)做出優(yōu)化策略等。

2.5.2 實現(xiàn)歷史故障反演

歷史故障研究全景可視化再現(xiàn)，實現(xiàn)故障反演，有利于調(diào)度員提高故障處置能力和處置效率，有利于培養(yǎng)鍛煉調(diào)度員，有利于進一步對故障后的電網(wǎng)深入分析研究。智能故障處置數(shù)據(jù)挖掘功能可支撐歷史故障回溯、查閱、重現(xiàn)等功能，展示故障發(fā)生時電網(wǎng)實時測量數(shù)據(jù)、故障錄波數(shù)據(jù)、故障影響區(qū)域等信息，并同步展示基于在線安全分析給出的優(yōu)化控制方案和故障恢復(fù)實際操作步驟及操作過程中電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移等數(shù)據(jù)，動態(tài)展示整個故障處置流程以及電網(wǎng)運行方式的變化情況，為后續(xù)故障處置提供借鑒依據(jù)，豐富故障處置經(jīng)驗庫。

2.5.3 加強人工智能調(diào)度

隨著人工智能和AI 技術(shù)發(fā)展，人工智能調(diào)度可以通過機器模仿人類大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，主動學(xué)習(xí)，將人類思考方式應(yīng)用到電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)。智能故障輔助決策可以構(gòu)建專業(yè)的調(diào)度知識圖譜，通過對來自電網(wǎng)的各種數(shù)據(jù)進行分類整理，準確把握電網(wǎng)運行態(tài)勢，準確判斷分析電網(wǎng)事故，可視化展示故障信息，實時對電網(wǎng)在線全分析計算，將調(diào)控業(yè)務(wù)的處理實現(xiàn)自動化、智能化，更快速給出處置策略供調(diào)度人員參考，進一步提高調(diào)度人員駕馭電網(wǎng)的能力[20-23]。

3 結(jié)束語

電網(wǎng)智能故障輔助決策系統(tǒng)借助綜合數(shù)據(jù)平臺，有效整合了各專業(yè)技術(shù)支撐系統(tǒng)，實現(xiàn)電網(wǎng)故障智能研判、故障信息綜合可視化展示、在線安全分析、故障輔助決策，為調(diào)度員故障處置提供了技術(shù)支撐，提高了故障處置效率，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定可靠運行。該系統(tǒng)可全面、可靠、及時給調(diào)度員綜合展示輔助性決策信息，協(xié)助調(diào)度人員進行高效故障處置工作，避免了故障發(fā)生時須要掌握全局信息而造成的混亂、延時等問題，有效保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，保障重要用戶供電可靠性。

同時智能故障處置輔助決策系統(tǒng)還可憑借整合不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)資源的優(yōu)勢，借助人工智能技術(shù)，充分挖掘歷史故障信息數(shù)據(jù)價值，解決歷史故障信息冗余問題，尋找電網(wǎng)薄若環(huán)節(jié)，實現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)價值共享，也可以實現(xiàn)歷史故障反演，豐富故障處置經(jīng)驗庫，提升調(diào)度運行人員故障處置能力，同時通過人工智能主動學(xué)習(xí)，構(gòu)建調(diào)度知識圖譜，實現(xiàn)調(diào)度更加人工智能化。