侯方迪，謝宇哲，顧 偉，趙 舫

（1.浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，杭州 310027；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315000）

0 引言

智能電網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，可以高效地完成各電壓等級(jí)的電力傳輸，但同時(shí)也大大提高了系統(tǒng)出現(xiàn)事故的幾率以及事故可能造成的危害程度[1-3]。因此，智能告警技術(shù)也有必要進(jìn)一步發(fā)展成為一套完整的系統(tǒng)，在實(shí)時(shí)運(yùn)行的同時(shí)，全方位監(jiān)測(cè)和跟蹤電網(wǎng)的各種告警信息，并迅速完成匯總和分析，提出可操作的解決方案。

在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于電力網(wǎng)絡(luò)的一體性，告警往往是圍繞多個(gè)熱點(diǎn)而群發(fā)性發(fā)生的[4]。因此，除了簡(jiǎn)單的按遙信進(jìn)行告警信息匯總外，電網(wǎng)綜合智能告警分析軟件還必須結(jié)合電網(wǎng)網(wǎng)架和電網(wǎng)拓?fù)?，?duì)跨遙信、跨間隔甚至是跨變電站的告警信息進(jìn)行匯總，結(jié)合電網(wǎng)分析提出輔助決策，幫助調(diào)度人員理解告警的真實(shí)原因[5]。由于電網(wǎng)綜合智能告警分析軟件面向的地調(diào)電壓等級(jí)分布較廣，網(wǎng)架較大，因此必須對(duì)常規(guī)的電網(wǎng)分析算法進(jìn)行優(yōu)化，只對(duì)和告警相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行熱點(diǎn)分析，從而保證電網(wǎng)綜合智能告警分析軟件能夠及時(shí)進(jìn)行結(jié)合電網(wǎng)分析的告警匯總。本文所介紹的就是這種智能告警技術(shù)目前的發(fā)展?fàn)顩r以及在寧波、衢州兩地的試運(yùn)行情況。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

智能告警技術(shù)軟件基于實(shí)時(shí)告警信息和告警專(zhuān)家規(guī)則庫(kù)，提供了在線的智能告警分析功能；針對(duì)分析得到的智能告警，進(jìn)行包括狀態(tài)估計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、靈敏度分析、負(fù)荷轉(zhuǎn)移[6]在內(nèi)的各種在線輔助決策，幫助調(diào)度人員和監(jiān)控人員分析、定位和處理各類(lèi)告警信息。

系統(tǒng)的基本硬件架構(gòu)如圖1所示，建立在安全三區(qū)，從EMS（能量管理系統(tǒng)）獲取模型、圖形和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從保護(hù)信息系統(tǒng)獲取事故信息。

圖1 智能告警硬件系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)的軟件架構(gòu)大致分為實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和狀態(tài)預(yù)測(cè)。實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)從EMS獲取的模型、圖形和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)和潮流計(jì)算，對(duì)保護(hù)信息系統(tǒng)的事故信息進(jìn)行匯總上報(bào)，從而在分布式并行計(jì)算平臺(tái)上進(jìn)行計(jì)算，得到靈敏度分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等數(shù)據(jù)，并在可視化界面顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)告警信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與匯總。狀態(tài)預(yù)測(cè)是由停電預(yù)案模塊在日常運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)假想事故進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移的決策分析，事先規(guī)劃停電事故發(fā)生后的應(yīng)對(duì)預(yù)案，從而在可視化界面上提供各種輔助決策；由檢修模塊通過(guò)負(fù)荷轉(zhuǎn)移仿真進(jìn)行假想的潮流計(jì)算，尋找轉(zhuǎn)移路徑上的關(guān)鍵支路，在可視化界面上提示調(diào)度人員進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視。

2 評(píng)估技術(shù)

2.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為了規(guī)避大型電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn),往往需要模擬一個(gè)統(tǒng)計(jì)的數(shù)值結(jié)果，再根據(jù)模擬結(jié)果計(jì)算出相應(yīng)的指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)規(guī)劃中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[7]。而實(shí)現(xiàn)這種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的具體方法有蒙特卡羅模擬法等，其基本理念是：使用隨機(jī)生成的方法模擬真實(shí)系統(tǒng)的功能和發(fā)展規(guī)律，從而揭示系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行規(guī)律。對(duì)于大型電網(wǎng)，可用此方法模擬負(fù)荷預(yù)測(cè)的結(jié)果，從而得到所關(guān)心的系統(tǒng)參數(shù)和評(píng)估指標(biāo)的概率分布情況。

本文在設(shè)備告警信息發(fā)生時(shí)，預(yù)想該設(shè)備退出運(yùn)行，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行蒙特卡羅模擬，根據(jù)實(shí)際需要，考慮最大負(fù)荷的不確定性。一般情況下要分析電網(wǎng)在最大負(fù)荷點(diǎn)處的潮流，通過(guò)蒙特卡洛模擬來(lái)反映線路或者斷面可能承受的尖峰潮流狀態(tài)，若尖峰值超過(guò)了網(wǎng)絡(luò)的承受能力，則說(shuō)明電網(wǎng)運(yùn)行方式的適應(yīng)性不足，有較大的風(fēng)險(xiǎn)，需在可承受的風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)進(jìn)行方案優(yōu)化。

2.2 負(fù)荷轉(zhuǎn)移

總體而言，在高壓、超高壓及特高壓電網(wǎng)中，有功潮流間一般具有較好的線性關(guān)系，且局部線性化效果較好，計(jì)算誤差較小，因此可線性化近似表示電網(wǎng)預(yù)想故障前后的有功潮流關(guān)系。電網(wǎng)中的有功潮流主要由設(shè)備參數(shù)決定，因此各設(shè)備的有功潮流可以近似地用線性關(guān)系表示，以便在合理誤差范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，在監(jiān)視控制系統(tǒng)中能將有功潮流作為自由變量來(lái)考慮，類(lèi)似于直流潮流模型，本文將其定義為設(shè)備組。

當(dāng)預(yù)想開(kāi)斷發(fā)生時(shí)，電網(wǎng)中各設(shè)備的有功潮流將重新分布，預(yù)想開(kāi)斷前后的潮流變化與預(yù)想開(kāi)斷的位置及開(kāi)斷前的潮流有關(guān)。當(dāng)預(yù)想開(kāi)斷發(fā)生時(shí)，切除設(shè)備的有功潮流中一部分將通過(guò)同一設(shè)備組內(nèi)的剩余設(shè)備進(jìn)行傳輸，另一部分則將轉(zhuǎn)移至其他設(shè)備組。預(yù)想開(kāi)斷設(shè)備所在設(shè)備組的剩余潮流與開(kāi)斷前的有功潮流之間的比例稱(chēng)為剩余系數(shù)，其他設(shè)備組預(yù)想開(kāi)斷前后的有功潮流增量與預(yù)想開(kāi)斷設(shè)備組開(kāi)斷前的潮流之間的比例稱(chēng)為轉(zhuǎn)移系數(shù)[8]。

對(duì)于環(huán)網(wǎng)線路電流越限，軟件會(huì)展示其下帶的主變壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并提示每個(gè)主變壓器對(duì)越限線路的有功靈敏度。

剩余系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)在離線系統(tǒng)仿真時(shí)已經(jīng)存入專(zhuān)家?guī)熘?，?dāng)設(shè)備有切除風(fēng)險(xiǎn)時(shí)可直接調(diào)用剩余系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)，并乘以當(dāng)前的潮流值作為告警系統(tǒng)的提示。當(dāng)電網(wǎng)中設(shè)備發(fā)生異常告警且為重要異常告警時(shí)，立刻觸發(fā)以異常設(shè)備為對(duì)象的假想故障分析，并按上述方法分析故障后各個(gè)設(shè)備組的潮流，對(duì)當(dāng)前負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行蒙特卡洛分析，得到切負(fù)荷/切設(shè)備的概率，若概率超過(guò)設(shè)定值，則認(rèn)定事故發(fā)生，并給出事故等級(jí)。對(duì)于主變壓器負(fù)荷越限，軟件會(huì)展示其下帶的線路和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并提示壓負(fù)荷/切負(fù)荷/倒負(fù)荷的意見(jiàn)。

2.3 事故評(píng)價(jià)

考慮到地區(qū)電網(wǎng)的實(shí)際情況，可將電網(wǎng)事故分成7個(gè)級(jí)別。

考慮到地區(qū)電網(wǎng)均配置了大量的備自投裝置，能夠在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)將失電母線倒入對(duì)側(cè)的帶電線路或者變壓器上，為了提升實(shí)時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的精度，智能告警系統(tǒng)提供了備自投的仿真。智能告警系統(tǒng)能根據(jù)網(wǎng)架自動(dòng)生成備自投裝置模型，在進(jìn)行假想故障分析時(shí)，根據(jù)事先維護(hù)好的備自投裝置模型將失電負(fù)荷自動(dòng)導(dǎo)入帶電供區(qū)，從而保證假想故障分析的計(jì)算精度。

智能告警系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)從保護(hù)信息系統(tǒng)獲取事故簡(jiǎn)報(bào)，并自動(dòng)將事故簡(jiǎn)報(bào)與事故告警相關(guān)聯(lián)。

智能告警系統(tǒng)會(huì)在線比對(duì)實(shí)時(shí)拓?fù)浜屯ｋ婎A(yù)案的觸發(fā)條件，一旦發(fā)現(xiàn)預(yù)案與實(shí)時(shí)拓?fù)淦ヅ涑晒Γ蜁?huì)在監(jiān)視界面上實(shí)時(shí)顯示匹配成功的預(yù)案。其中停電預(yù)案包括：物理隔離方案、停電區(qū)域恢復(fù)方案和恢復(fù)后的關(guān)鍵支路監(jiān)視信息。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 和告警掛鉤的快速事故分析

系統(tǒng)能夠在重要異常告警發(fā)生時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行考慮備自投裝置的、并且基于《國(guó)家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》和《國(guó)務(wù)院第599號(hào)令》的快速事故分析，及時(shí)提醒調(diào)度人員可能的重要事故。

3.2 和越限掛鉤的快速靈敏度分析

系統(tǒng)能夠在環(huán)網(wǎng)支路潮流越限時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行不同倒負(fù)荷路徑的靈敏度分析，幫助調(diào)度人員決策倒負(fù)荷策略。

3.3 自動(dòng)生成預(yù)案

智能告警能夠提供對(duì)電網(wǎng)的仿真，尋找備自投裝置動(dòng)作后失電的負(fù)荷；對(duì)每個(gè)失電的負(fù)荷，自動(dòng)尋找?guī)щ娔妇€進(jìn)行轉(zhuǎn)移；對(duì)每條轉(zhuǎn)移路徑進(jìn)行假想的潮流計(jì)算，尋找轉(zhuǎn)移路徑上的關(guān)鍵支路，提示調(diào)度人員進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)視。

4 結(jié)語(yǔ)

智能告警系統(tǒng)已經(jīng)基本完成了遙信智能告警、遙測(cè)智能告警、停電預(yù)案輔助決策等功能模塊的開(kāi)發(fā)。寧波供電公司已于2012年7月將該系統(tǒng)投入試運(yùn)行，衢州供電公司也已于2012年8月投入試運(yùn)行。目前故障診斷模塊的開(kāi)發(fā)也已開(kāi)始試運(yùn)行。由于本系統(tǒng)只對(duì)與告警相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行熱點(diǎn)分析，從而能保證告警分析的效率，在出現(xiàn)告警的同時(shí)，對(duì)可能的故障應(yīng)急方案迅速做出提示，因此系統(tǒng)應(yīng)用情況較好，對(duì)提高工作效率起到了很好的作用。

[1]高翔，張沛超.電網(wǎng)故障信息系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化設(shè)備，2005，25（4）∶11-15.

[2]楊洪耕，明嬌，代海波.地區(qū)電網(wǎng)智能告警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2011，23（2）∶105-109.

[3]劉偉，李江林，楊恢宏，等.智能變電站智能告警與輔助決策的實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（15）∶146-150.

[4]陳祎，郭瑞鵬，葉琳，等.智能分析與決策支持系統(tǒng)在浙江電網(wǎng)的應(yīng)用[J].能源工程，2012（2）∶24-28.

[5]桑艷艷，鄭三立.省級(jí)變電站遙視系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2009，21（1）∶73-77.

[6]姬書(shū)軍，朱學(xué)科，李淮海.變電站智能告警專(zhuān)家系統(tǒng)研究[J].華東電力，2011，39（5）∶773-775.

[7]楊高峰，康重慶，F(xiàn)URONG LI，等.電網(wǎng)規(guī)劃方案的適應(yīng)性與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，23（22）∶1-7.

[8]陳祎，郭瑞鵬，葉琳，等.電網(wǎng)斷面熱穩(wěn)定限額計(jì)算模型及方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（17）∶20-24.

[9]韓學(xué)山，李曉波.考慮元件長(zhǎng)期載荷容許條件的最大可用輸電能力的實(shí)用計(jì)算方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004，28（24）∶10-15.

[10]吳欣，郭創(chuàng)新，曹一家.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)及信息時(shí)序?qū)傩缘碾娏ο到y(tǒng)故障診斷方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，25（13）∶14-18.