基于多源监测数据的可视化电网灾害预警应急数字化应用研究

李尚杰 丁妙

（北京洛斯达科技发展有限公司，北京 100120）

0.引言

近年来，国家应急管理体制机制不断完善，对电网应急管理工作提出了更加严格的要求，国家能源局针对加强电力突发事件应对能力，明确提出立足电力行业应急管理工作实际，建立覆盖应急管理全过程的电力应急管理体系，加强制度保障、应急准备、预防预警、救援处置、恢复重建等方面能力，实现电力突发事件科学高效应对。

由于电网输送通道容易受到气象灾害、地质灾害的影响，必须提高电网防灾抗灾能力，推进电力系统监测预警关键技术研究。要利用物联网、大数据等技术实现风险和隐患全过程动态识别和分析，逐步实现电力系统自然灾害至灾机理-趋势感知-损失预测-预警生成-信息发布的一体化管理，提高电力应急支撑保障能力，推进电网应急准备和预测预警能力建设。

国内外许多专家学者针对电网灾害进行了深入研究并提出预警方法，如 Nicola Casagli、Filippo Catani等人利用遥感技术针对滑坡稳定性进行预警监测[1]，Tamronglak S.和Horowitz S.E提出针对电网安全状态的预警方法[2]，王景亮、李崇浩等研究了气象类灾害对电力系统的影响情况[3]，罗永勤、周景等人针对电网覆冰灾害进行研究，建立了分级预警模型[4]。

随着物联网、互联网+时代的到来，连接到互联网以传输信息并进行分析的设备和及其的数量呈指数增长，针对电力行业，通过对监测电网运行状态而布设的各种物联设备进行管理，针对其传感器、智能设备、监控设备收集获取海量的结构化、非结构化数据用于进行处理与分析，并提取有用的信息，从而对电网运行状态进行有效的电控管理。

国内的一系列电网企业和科研单位已经结合各类物联数据进行监控分析并开展针对性应用研究，如国网四川省电力公司构建的智能运检管控平台实现了针对设备状态以及覆冰、雷电、山火等风险的智能评估和诊断，国网江苏省电力公司实现了针对气象灾害监测、输变电设备污秽预警、配电网故障统计等功能的监控系统，国网武汉南瑞公司、湖南防灾减灾中心等单位先后结合布设的监测站点，组织开展了雷电、山火、覆冰、气象、地灾、地震等专题数据获取及研究工作。本文重点围绕西南片区电网资产和电网重要断面作为试点，接入气象监测、本体监测、地质监测等多源监测数据进行整理与分析，构建基于多源监测数据的电网预警模型，并充分结合三维可视化手段实现西南电网灾害预警工作的可视化管理，推动电网灾害预警的信息化、自动化和智能化管理。

1.系统设计与实现

本系统围绕“多源数据-预警模型-可视化展现”的主线，以电网预警应急规范化响应流程为依据，围绕多源监测数据获取、预警典型模型构建、预警应急智能决策等方面开展工作，并最终利用信息化手段建设形成一套可视化的电网灾害预警系统。系统总体建设思路和方法如图1所示。

图1 系统总体建设思路和研究方法

（1）多源异构电网监测数据获取。监测、预警数据是开展电网灾害预警和决策支持工作的基础，由于数据来源分散、获取渠道众多，系统内外单位的数据传输渠道也各有不同，通过建立合适的数据获取与传输通道，针对电网工程本体在线监测数据、通道环境监测数据、电网运行监测数据进行获取，实现为电网预警应急提供多源、长期、可持续性基础数据支持。

（2）预警应急典型模型建立。针对可能突发的自然灾害事件，基于获取的多源监测数据，梳理并探寻事故发生机理，针对地震、山火、滑坡、导线覆冰、杆塔倾斜等各类事件对电网的影响进行判别并建立预警应急典型模型，制定预警综合评价指标，实现监测异常数据的自动判断与预警。

（3）预警应急规范化响应。通过依托电网典型灾害预警应急模型，以电网安全的预测预警能力建设为核心，充分依据PPRR理论（预防-Prevention，准备-Preparation，响应-Response，恢复-Recovery）建立主动型、数字化的电网综合预警应急处置手段，从数据获取、数据监测分析、预测预警、信息发布、预案匹配等方面进行设计。

（4）数字化辅助决策支持应用。通过集合多源异构电网监测数据获取、典型灾害预警模型、预警响应机制，充分利用三维可视化手段建立电网灾害预警应急可视化系统，实现多源监测数据集中展示、监测数据分析研判、预警响应触发等应用，辅助电网预警应急科学决策。

1.1 系统架构设计

系统按照应用层、逻辑层、数据层进行设计，总体架构图如图2所示。

图2 系统总体架构图

（1）感知层。感知层主要解决数据来源的问题，结合电网预警应急工作需要，需要针对各类多源专项监测数据进行采集，通过接入各类感知类监测设备数据，实现专项在线监测与预警数据的获取，实现电网本体、通道环境、视频监控等数据的采集。

（2）数据管理层。数据管理层实现对多源监测数据的汇集与管理，针对电网灾害类预警分析需要依托多源传感监测数据，包括本体在线监测数据、通道环境监测数据、专业机构数据。其中本体在线监测数据主要涉及输电线路和变电站等设备的本体运行状态监测数据，诸如杆塔倾斜、微风振动、导线温度、线路覆冰、视频监控等物联感知设备采集的数据内容；通道环境监测数据，涉及输电线路和变电站所在电力通道范围内的地址灾害、山火、雷电、地震等自然环境灾害监测预警数据、地理位置信息；专业机构数据则主要涉及从政府应急管理机构、国家突发事件预警信息发布平台、地震台网、气象公共服务中心等官方渠道获取的应急事件消息。

（3）业务层。业务层实现电网预警应急业务逻辑，通过建立山火、地震、滑坡、电网本体监测等预警模型，结合电网预警应急标准处置流程实现对各类监测数据的提取、分析、综合判断、决策指导。

（4）应用层。应用层构建用户直接操作的软件平台，实现包括电网资产展示、在线监测统计、预警信息统计、突发事件应急响应、辅助决策等一系列应用功能，基于大屏端、PC端提供可视化的、方便快捷、界面友好的可视化操作平台。

1.2 系统功能设计

系统实现电网应急资源集中展示、监测数据分析研判、预警事件响应触发等功能应用，具体功能如图3所示。

图3 系统功能模块图

（1）系统首页。系统首页通过基于三维GIS、电网设备设施模型实现电网资产可视化、电网专题数据管理、应急专题数据管理，同时关联气象、地灾、通道、本体、断面等监测数据，实现对通道、环境、电网本体运行动态监测数据的管理与统计。

（2）监测预警模块。监测预警模块通过对接入的监测数据进行分析，对一定时期内的监测数据波动进行监控，同时结合预警模型对地质地灾、本体监测、通道环境监测数据进行分析，判断灾害发生可能性及对周边电网造成的影响，及时触发预警流程，生成预警通知单。

（3）应急响应模块。应急响应模块实现对应急状态下联系人员、物资库信息、应急物资信息以及政府、公安、医院、消防站点等机构信息的管理，同时结合典型案例库、电网应急标准处置流程对发生的应急事件进行响应等级、处置措施的判定，并结合路网数据生成相关人员、应急物资进场路径，辅助开展应急响应，有效指导后续应急抢修工作开展。

1.3 数据架构设计

平台数据来源分为内网、公网数据，其中公网数据包括互联网抽取应急信息、专业地灾监控信息，通过物理隔离网闸单向穿透到电网内部网络进行存储，内网数据还包括定期更新的电网基础数据，从内网业务系统对接的在线监测数据、自然灾害数据、应急资源数据等。数据架构图如图4所示。

图4 数据架构图

2.系统应用及效果

本系统以西南地区部分电网工程作为试点，以利用数字化手段推动电网预警应急管理工作的信息化、自动化和智能化，提高电力应急科技水平。

2.1 专题数据可视化

通过充分利用可视化手段，系统对片区内环境、气象、地震等专题数据进行管理，并结合三维数字地球对相关专题图层进行可视化展现，同时通过结合西南三省高清影像、重点电网工程模型对西南地区部分重要电网资产进行可视化模拟。专题数据可视化如图5所示。

图5 电网专题数据可视化

2.2 监测数据统计管理

通过接入各类监测系统监测数据，系统实现对西南地区部分电网工程本体监测数据、通道环境监测数据、外部专业机构数据的接入、汇总、统计与管理。监测数据管理模块如图6所示。

图6 监测数据管理

2.3 监测数据分析

通过对通道环境监测、本体监测、断面监测、视频监控等多源监测数据进行管理并结合预警应急模型进行分析研判。实现对片区内电网整体监测预警情况及趋势的有效管理与查看，辅助应急指挥中心工作人员及时了解片区整体监测状况。监测数据分析功能如图7和图8所示。

图7 电网监测数据分析

图8 山火分析

2.4 预警应急信息发布

实现监测-预警-应急-辅助决策自动触发与流转，通过接入预警、应急模型，实现对异常数据的监控和研判，自动判别事件严重程度、响应等级并生成相应的通知单和事件报告单，同时与事件关联的工程检测指标、检测数据自动弹出，同步触发预警、应急响应流程。预警应急响应信息发布如图9所示。

图9 电网预警信息发布

2.5 应急标准措施库

通过对应急预案以及2017年以来部分突发事件处置快报与典型案例进行梳理，形成应急响应措施库以及历史案例库。系统实现了根据历史案例库和标准应急响应流程快速生成应急响应报告单，提升响应流程发布效率。标准响应措施库如图10所示。

图10 标准响应措施库

2.6 辅助指挥决策

围绕应急指挥工作开展需要，结合区域内物资站点及物资存储数据、应急队伍分布数据、区域内路网数据，利用最优路径分析等方法实现关键物资、队伍进场路线优化，物资调配优化，为现场开展应急抢修工作提供信息化支持。辅助决策功能模块中进场最短路径分析如图11所示。

图11 进场最短路径分析

3.结语

近年来，国家应急管理体制机制发生了深刻变化，对电网应急管理工作提出了更高要求，特别是2021年自然灾害频发，河南遭遇的历史特大暴雨、四川陕西多地发生地震、滑坡等地质灾害，给电网应急管理工作提出了更大的挑战。因此，探索建立基于多源监测数据的可视化电网灾害预警应急数字化应用，可以有效统筹各专业优势资源，打破数据壁垒，加强集成贯通，实现电网运行、设备状态监测，及时发现、预警、响应各类突发事件，提升应急预警的实时化、可视化、智能化、数字化能力，推动西南电网应急预警管理能力现代化。