基于调控一体化模式的电网智能监控故障诊断及辅助决策系统

杨威

（衢州电力局，浙江衢州324000）

基于调控一体化模式的电网智能监控故障诊断及辅助决策系统

杨威

（衢州电力局，浙江衢州324000）

分析调控一体化模式下的电网运行和管理现状，从电网智能监控、故障诊断分析及智能辅助决策入手，充分借鉴信息技术的优势，设计实现了基于调度基础数据的电网智能监控故障诊断及辅助决策系统，旨在提升电网智能化管控水平，确保电网安全、可靠、经济运行。

调控一体化；智能监控；故障诊断；辅助决策

电网规模的扩大，尤其在电网发生大面积停电故障时，传统的调度管理瓶颈显现。当出现大量异常信息和故障信息时，调度人员很难凭借经验和直觉判断故障性质并采取有效措施。近年来，电网发展步入智能化时代，电网经济、安全调度的要求越来越高，调度模式的革新以及将调度智能化运用于现代大电网已经迫在眉睫，尤其是决策和非线性、离散控制，以及精益化、前瞻性预控、系统联动性等方面亟待加强。建设电网智能监控故障诊断及辅助决策系统，可以实现基于调控一体化模式下的电网调度智能化。

1 地市电力局调控一体化管理模式

传统的电网运行管理主要是“调度＋集控站”的模式，通常1个集控站管理10~20个变电站，调度预令下到集控站，正令下到变电站，市县两级调度独立运行，虽然垂直管理，但是数据共享较少，这种方式在一定程度上减少了值班人员，但需要建设多个集控站，存在资源浪费的情况。

“调控一体化”是将变电监控、变电运行和维护全面分离，将监控业务与调度业务融合，实现市县电网调度与电网监控一体化管理，这种新的管理模式促进了数据资源共享，按照作业半径分设若干运维操作站，并按照变电站实现无人值班，运维操作站少人值班，监控中心设置24 h值班模式，使调度掌握的设备运行信息更加及时、全面、准确，有效节约系统建设和维护成本，显著提高了电网调度效率、故障处理和日常操作效率，保证了运行人员统筹调配，实现减员增效。

2 系统架构及功能设计

2.1 系统架构

基于调控一体化模式的电网智能调度系统主要从以下几方面来实现，系统结构如图1所示。

（1）电网调度运行智能监控：主要针对所辖区域电网潮流、设备过载、无功电压、功率因素等综合实施监控，实现电网调控人员7×24 h全天候集中监控，为电网调度的自动化、可视化和智能化提供支撑。

（2）智能诊断分析：构建统一设备信息模型和统一定值管理，在一、二次设备建模的基础上进行综合分析，用于事故预警、告警与电网暂态事故分析。

（3）智能辅助决策研究：对各类设备缺陷信息、事故情况进行实时监测和分析决策，提出适应电网运行现状的调度方案，主要包含故障设备物理隔离措施、非故障停电区域所有可能恢复的供电路径及故障恢复操作票等内容，以辅助调度员进行调度指挥。

图1 电网智能监控、故障诊断及辅助系统结构

2.2 功能设计

电网智能监控、故障诊断及辅助系统的主要功能有：

（1）电网全景展现：通过一、二类设备自带接口以及利用信息元器件和规约通信网络，采集存储设备和输电线路的运行状态信息，包括运行状态数据、环境数据等，并结合GIS地理信息和电网结构图将采集数据实时展现。

（2）负荷预测：集成趋势分析法、回归分析法、直属平滑法、单耗法、灰色模型法、负荷密度法和弹性系数法等电力负荷预测方法，对近期预测和中、长期预测采用不同的方法实现，提高负荷预测的准确性，为调度决策提供参考。

（3）设备状态及告警：根据设置的运行阈值，将现场采集的运行信息与之比对，超出阈值即通过声音、图像闪烁报警，提醒调度或运维操作站值班人员处理。

（4）电网运行情况统计：在设定时间范围内，对整个电网运行情况进行统计，包括最高统调日用电量、最高统调负荷、电网潮流、故障设备信息等，供不同需求使用。

（5）事故预警：根据电网运行状态，主要包括有功备用、无功备用、AGC调节、设备负载能力、线路输电能力、N-1扫描、重要安全装置退出等信息，结合故障定义和气象条件，实时评估电网安全运行状态，给出事故预警提示。

（6）保护整定维护：根据SCADA系统反馈的实时数据，自动监视电网运行状态，当电网发生变化时，给出报警并自动启动定值整定计算，经过审批程序后发送定值修改指令，完成在线维护。

（7）安全隐患识别：根据多源一体化的数据平台对设备采集上报的运行信息进行连续采样分析，结合气象、计划检修、N-1条件等因素，计算电网负载、接地电流、谐波等异动情况，给出电网安全隐患识别。

（8）故障分析：采集和处理保护装置、故障录波、安全控制等二次设备的信息，结合各种电磁暂态分析数据模型，给出电网实际故障状态及继电保护动作行为。

（9）最优调度策略：通过在线计算最优潮流，结合网损、供电价格、运行方式等因素，在确保可靠供电的前提下形成每个电网的供求曲线，并依此给出调度策略，供调度决策参考。

（10）故障调度建议：发生故障后，根据运行状态自动给出调度建议，包括故障隔离、供电路径选择、故障恢复策略等信息。

（11）设备缺陷分析：根据设备上传的历史信息，结合设备运行参数指标，对设备健康状态进行综合评价与分析，重点对主设备异常信息进行缺陷分析和确认。

（12）管理维护：实现电网信息维护、权限分配、审批流程设置、阀值设置、气象、检修计划、运行方式等信息的维护设置功能。

3 电网实时运行状态监控

电网实时运行状态监控主要包括电网全景展现、负荷预测、设备状态监视及告警和电网运行情况统计等功能模块，针对全网潮流、设备过载、无功电压、功率因数的综合实时监测，结合地理信息图，对负荷密度分析、停电范围分析、拉限电辅助决策、线路综合故障分析功能进行开发和研究。电网调控人员可以通过电网全景展现24 h全天候集中监视、控制和调度电网的变电站、线路及相关设备，全面掌握电网实时信息，从而进一步提高电网事故处理的正确性和供电恢复的快速性。

传统的故障分析诊断是基于调度监控SCADA系统对传统告警信息进行的规则组合和过滤显示，并没有结合保护事件、滤波信息等二次信息，分析工作相对简单，完全采用规则式。设备状态监视及其警告模块是基于实时数据采集系统，对利用网络拓扑、保护设备、故障录波器等从多个变电站采集到的相关数据进行智能分类和分析处理，并提示警告，可实现告警信号精准、内容精炼、信息全面，同时辅助调度员准确定位故障设备，提升电网事故处置的正确性和恢复的快速性。具体实现流程如图2所示。

图2 设备状态监视及其警告模块的实现流程

3.1 电网智能故障诊断

在传统管理模式下很难给出准确的电网故障诊断结果，而智能故障诊断系统基于故障录波器信息的优化，提出建设多源一体化的数据平台，采用分布式多规约方式接入传统变电站和智能变电站子系统，其中传统变电站采用103规约接入，智能变电站采用IEC 61850-MMS映射方式接入，并在二次设备信息全收集的基础上，结合一次设备SOE（事件顺序记录）等运行信息、保护事件以及SCADA实时监控信息，进行电网故障智能诊断分析。系统总体架构见图3。

图3 电网智能故障诊断及定值管理架构

信息收集实现方式主要采用以下3种方式：

（1）通过EMS系统，按照IEC 61970定义的CIM（公用信息模型）文件规约，将SCADA监控、遥测、遥信、SOE信息收集到多元一体化平台。

（2）利用IEC 61850故障信息系统，按IEC 61850定义的SCD（变电站系统配置描述）文件规约，采集保护录波等信息后上传。

（3）利用传统103故障信息系统，将103规约定义的保护录波等信息收集上传。因此，在录波信息、保护事件、SOE的基础上进行电网故障再现，更利于事故的反演诊断分析，提升故障诊断的准确性。

保护定值是电网保护设备正确动作的依据，因此定值设置的科学性对保护的正确动作及电网安全运行具有不可替代的作用。由于大电网的运行方式变更频繁，往往需要对保护定值也进行调整，传统的现场手工变更方式使得调度部门的工作十分繁重，且需要停电，给电网可靠性和优质服务造成不利影响。该功能模块引入专家系统，实现系统级、设备级、类型级、功能级和公式级5个级别的可视化操作，实现相间距离保护、接地距离保护、零序电流保护、变压器负荷电压闭锁过电流保护等功能，并生成定值单转入审批操作手续。当定值单审批通过后，由该系统直接下发到保护装置中，实现了对保护装置的定值修改和电网动态运行管控。

3.2 电网智能辅助决策

调控一体化电网调度事故智能辅助决策子系统能对设备缺陷信息进行分析处理，主要功能是：

（1）实时跟踪电网运行状态，智能分析非故障停电区的恢复最优供电策略，有效控制电网事故的发展，缩短故障时间，减少电网事故带来的损失。

（2）给出该设备停役的可能性及处理该缺陷的调度方案，辅助调度员准确、快速地采取措施。

（3）利用离线潮流及稳定计算，根据经验法则，自动提取相似工作日的设备负荷，结合天气预测的温度、湿度、特殊气候条件变化的影响因素进行多次校核，优化电网运行方式安排。

该子系统的建设将进一步提高调控人员对电网设备异常和故障的监控及处理能力，为调控人员提供更为实时、丰富和智能化的辅助决策支持，使电力系统的调度决策能够由分析型向智能型转变。智能辅助决策子系统结构见图4。

图4 调度智能辅助决策子系统结构

该子系统通过多元一体化数据平台，收集二次设备系统、传统103规约、EMS和SCADA等信息，经过数据模型验证、综合分析，提供给电网智能监控、智能辅助决策、智能调度可视、故障再现及缺陷分析等功能模块进行数据处理，从而实现在线决策支撑，供调度员决策参考。当系统发生故障后，将引起多个保护装置分别启动或出口，并引起开关跳闸、重合闸等过程，涉及多个一、二次设备。根据各装置传送的信息（包括时间、事件报文、录波以及相应的遥信），系统提供相应再现反演功能，可以在主接线图界面上反演整个系统，一、二次设备依次在图上闪烁，发生事件依次凸现。最后，智能事故分析功能将给出事故分析报告，提供事故处理方案，并以可视化的方式展示恢复方案，完成调度操作。

4 结语

在现有调度模式下，给出了地市局调控一体化模式电网智能监控故障诊断及辅助决策系统的实现方法，从电网调度运行智能监控、智能诊断分析、智能辅助决策等方面，对现有调度系统的功能进行了扩展和改造提升，给电网调度提供实时、便捷、丰富及智能化的调度支持。值得强调的是系统充分利用市县电力通信资源，将地县系统远程互联，分级管理，使之在逻辑上成为一体，不仅实现数据资源高度共享，还可以通过权限设置和信息分流技术实现市县一体化智能调控，为电网智能化的推进奠定了基础。

[1]崔健，胡怀伟.调控一体化模式在供电企业的应用分析[J].内蒙古电力技术，2012，33（17）∶52－56.

[2]姚建国，严胜，杨胜春，等.中国特色智能调度的实践与展望[J].电力系统自动化，2009，33（17）∶16－20.

[3]胡汉梅，郑红.基于智能电网的设备在线监测与故障诊断[J].配网自动化，2010（14）∶28－31.

[4]王增平，刘国平.继电保护定值在线整定功能的实现[J].电力系统保护与控制，2012，40（1）∶127－130.

[5]杜红卫，何勇.地区电网智能调度辅助决策软件设计[J].电力系统自动化，2010，34（2）∶108－112.

（本文编辑：杨勇）

The Intelligent Grid Monitoring,Fault Diagnosis and Decision-making Support System Based on Dispatch and Control Integration

YANG Wei
（Quzhou Electric Power Bureau，Quzhou Zhejiang 324000，China）

The paper analyzes status quo of power grid operation and management in dispatch and control integration mode.Starting with intelligent grid monitoring，fault diagnosis and decision-making support system,the paper utilizes the advantages of information technology，and devises and implement the intelligent grid monitoring，fault diagnosis and decision-making support system based on base data of dispatch，for the purpose of improving intelligent control of power grid and ensuring the safe，reliable and economical operation of power grid.

dispatch and control integration；intelligent monitoring；fault diagnosis；decision-making support

TP399

：B

：1007-1881（2013）07-0077-04

2013-05-17

杨威（1981-），男，浙江宁海人，工程师，硕士，从事计算机在电网中的应用等方面的工作。