电力系统一体化智能监控平台研究

2022-12-02刘成林成月良郭梦旭佟英杰

通信电源技术 2022年14期

刘成林，成月良，郭梦旭，覃曦，董雪，佟英杰

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京 210031）

0 引言

随着电网建设的不断发展，其技术支持与服务支持的重要性也越来越突出[1]。在电力市场不断发展背景下，电力系统的自动化水平得到了极大的提升，更多的智能化设备被用于电力系统。在电网的运行中，各种智能设备之间的联系紧密且非常复杂。业务系统数目增多，维护工作的压力也随之增大，而传统的监测系统存在各自的不足，各个监测系统的报警信息和运行工况信息分布在不同的终端，无法集中查询和监视。同时，由于缺少预防性检查和报警的手段，因此专责定期检查和巡视工作任务烦琐，质量不高。应用系统本身缺少对数据跳变、不刷新、越界等异常行为的完善识别方法和策略，对整个系统的运行和安全生产造成了很大的影响[2]。

1 电力系统一体化智能监控平台发展现状

电力系统一体化智能监控平台是电力系统实行监测的关键环节，对电力系统的安全、稳定运行起着至关重要的作用。一体化智能监控平台定位于国网综合监控系统、变电站运行驾驶室等智能变电站，通过一体化监控系统实现故障信息子站和源端维护、智能预警以及运行状态监测可视化等功能。而在选择跨平台电力调度监测一体化智能监测平台时，必须科学掌握其适用范围，只有科学、合理的现代图形架构才能充分发挥电力系统一体化智能监测的功能[3]。

目前，全国电网的运行特征是以各省电网作为独立单位，通过联网线路的互联使整个电网能够协调工作[4]。网状结构的扩充和收集装置的快速采集要求具备更多的联机动力学分析与控制运算能力。若仅添加额外的运算处理资源，则将会使实时性能大幅下降。针对以上问题，对二次系统数据零散、资源不足等问题进行分析，为各大软件和硬件制造商搭建一个更好的合作平台。采用分布式档案系统，实现全省二级系统的系统日志、系统服务状态、系统资源、进程状态、任务执行情况以及系统生成的报警等。分类管理收集到的大量数据，将收集到的各类资料进行归档、分类，并建立专门的应用程序库。例如，针对分布在二次系统中的报警记录创建一个报警记录应用库，为以后进一步利用机器学习技术进行专题数据的挖掘和分析提供便利，同时提高数据利用率[5]。

随着电力二次系统的规模越来越大，所产生的电力数据也越来越多，为挖掘大量的电力数据，设计以电力系统自动监测平台为基础的数据分析工具，利用机器学习、数据挖掘、人工智能等先进工具挖掘各类商业数据，为企业决策提供支持。系统结构灵活、开放，方便各个子系统及第三方的存取。为了减少其他系统的存取工作量，必须支持多种数据、记录形式，集成多种协议接口。由于本系统的目标是操作维护，更强调实效性，因此在电力系统智能化监控平台上应用先进的可视化技术，为运维人员提供综合性技术支持，提高电力系统的稳定性。

2 电力系统一体化智能监控平台功能结构

2.1 安全监测架构

二次电力系统的安全保护区划分为4个区域，其中安全区I是实时控制区域，安全区II是不受管制的生产区域，安全区III是生产管理区域，安全区Ⅳ是信息管理区域[6]。由于信息的管理是在数据收集层进行，为了确保电力系统监测云平台上各种监测系统的安全，本系统主要负责安全区I、安全区Ⅱ、安全区Ⅲ的管理。安全区II是生产区域的数据汇总处理区，主要负责收集安全区I、安全区II作业系统的数据，并将其存档。业务系统安全区架构如图1所示。

电力系统一体化智能监控系统的主要作用是对自动化系统、基础设施的运行状况进行监测和处理，管理软件资源、数据库资源、服务器资源、网络设备以及安全设备等，同时提供基础的操作参数管理、权限管理、用户管理以及日志管理等[7]。安全区I/II监测界面的功能分布如图2所示。

安全区III管理主要对自动控制系统和基本结构进行综合显示、日常保养工作管理、工作日程管理、工作列表管理、交班管理等，能够对与统计自动化专业有关的资源、报警、测量或性能数据进行查询与分析，并将其输出到报告中。在一定时期内，对系统和基础设施的自动化操作（有效利用率）进行统计，并能够编制操作报表，自动产生日常工作中的自动监控报告。安全区Ⅲ管理界面的功能分布如图3所示。

2.2 报警和查询系统

报警信息的查询主要包括报警来源、类型、级别、内容以及发生时间等内容。目前，报警监控屏幕显示的是最新的报警信息，不同等级的报警用不同的背景和字体进行识别。在有新报警的情况下，可以通过声、光等多种形式进行报警。另外，显示屏还可以对各种报警方式进行过滤，如警报级别和警报来源，从而方便用户进行监控，并支持将报警信息导入Excel表格文档中[8]。常规的电力数据存储在关系数据库中，如MySQL、SQL Server、Oracle等。随着电力数据的快速增长，传统的数据库表数据量急剧增加，使得数据库的查询效率下降，无法满足对报警信息的实时查询。为了满足系统的实时性报警查询需求，采用NoSQL数据库作为基础数据库进行数据查询。

HBase是目前应用较广的NoSQL数据库，是一种分布的、面向列型的开放源码数据库。与普通的关系型数据库不同，HBase是一种适用于无结构化数据的数据库。随着电力系统的不断发展，无结构数据的增长速度也越来越快。传统数据库是建立在行查询的基础上，在进行查询时需要进行全域扫描。而HBase以列为基础，通过对特定的数据行进行扫描，可以极大程度地加快数据查询速度。HBase自身将数据排列成表格形式，包括行和列，其中row key是用来获取记录的主要关键字。HBase表格中的每一列都属于特定的家族，column family是HBase表格中的一种，它下面有column1和column2。同时，HBase表格使用时间标记timestamp来展示不同用户的不同版本。在HBase中，需要使用4个维度的限制来决定某个数据，即{根，组，组，时间组}。在HBase查询中，基于上述4个维度的限制，数据库查询引擎能够对大多数数据进行筛选并动态划分，从而大大提高了查询效率。

二次电力系统的报警内容包括报警源、报警类型、报警级别、报警内容、报警时间以及报警终止时间，使用HBase表格来管理报警信息。创建表格warning，当数据被写入时，时间戳是当前的系统时间，系统会自动分配timestamp。

实际监测结果显示，在对电网进行风险评估时，存在着较大的静态安全风险，如线路过载、母线电压越限等，风险预警模块适时发出橙色警报，在相应的预警模块中显示。在这种情况下，离线预警控制模块根据特定的危险因子制定相应的预控方案，从而缓解电力系统的自动调度压力。电厂发生主变断电后，极易造成其他线路及断面越限[9]。针对这种情况，可以在检修过程中强化其他电厂的发电能力，适时调整前后的静态安全风险指数。采用预控制措施能有效降低线路过载和电压越界的风险，在电网中起到了很好的缓冲作用[10]。此外，监测系统显示某厂的多台设备出现多个异常，调度人员需要持续关注这些高风险设备，督促生产部门采取相应的措施，及时检修或替换异常设备，从而降低设备的故障率，提高电网的自动化调度效率。