基于SCADA的調(diào)度運行智能告警系統(tǒng)

基于SCADA的調(diào)度運行智能告警系統(tǒng)摘要：告警信息處理是調(diào)度日常監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)，隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大以及一體化大調(diào)度運行的需要，傳統(tǒng)的告警信息分類和展示方式已不能適應(yīng)當(dāng)前運行要求，告警系統(tǒng)智能化水平的提升對于提高調(diào)度全面感知電網(wǎng)運行狀態(tài)、快速應(yīng)對電網(wǎng)異常具有重要意義。本文總結(jié)歸納了目前調(diào)度告警信息處理的問題，針對性地設(shè)計了智能告警系統(tǒng)的體系架構(gòu)和可視化界面，研究并開發(fā)了一套以專家推理規(guī)則為核心的調(diào)度運行智能告警系統(tǒng)。該系統(tǒng)已應(yīng)用于廣東肇慶地區(qū)電網(wǎng)，運行效果表明了系統(tǒng)的實用性和有效性。關(guān)鍵詞：告警處理；一體化調(diào)度；信息分類；推理規(guī)則Abstract:Alarminformationprocessingistheimportantlinkfordailymonitoringofdispatchingdepartment.Alongwiththeongoingexpansionofpowergridscaleandthedemandoflarge-scaleintegrateddispatching.Traditionalalarminformationclassificationanddisplaymethodscannotadaptedtothecurrentoperationalrequirements.Theimprovementofintelligentlevelforalarmsystemwillbeofgreatsignificancetoperceivegridoperatingstateandquickresponsestogridabnormity.Thispapersummarizestheissuesofcurrentdispatchingalarminformationprocessing,thesystemarchitectureandvisualinterfaceofintelligentalarmsystemhavebeentargetedinthisdesign.Thedesignofsystemmainlyresearchanddevelopanintelligentalarmsystemfordispatchingoperationbasedonexpertrule-reasoning.ThesystemhasbeenappliedinZhaoqingpowergrid,theoperationeffectindicatethepracticabilityandeffectivenessofthesystem.Keywords:alarmprocessing;integrateddispatching;informationclassification;rule-reasoning0引言隨著電網(wǎng)規(guī)模的增大以及電網(wǎng)自動化水平的提升，調(diào)度自動化系統(tǒng)所采集的信息量向海量化方向發(fā)展，導(dǎo)致調(diào)度監(jiān)控人員對電網(wǎng)信息的監(jiān)控難度急劇增加［1-2］。當(dāng)發(fā)生事故或異常時，大量信號涌現(xiàn)在調(diào)度自動化系統(tǒng)的告警界面中，嚴(yán)重干擾了運行人員對事故及異常原因的判斷，對運行人員的監(jiān)視工作以及分析判斷造成較大影響［3-6］；即使是在非事故狀態(tài)下，這些紛雜無序的信息也會對運行人員的工作效率產(chǎn)生一些負(fù)面作用。雖然調(diào)度自動化系統(tǒng)采用了告警信息分層分類、誤告警處理等技術(shù)手段［7-8］達(dá)到不同角色人員各取所需的效果，在一定程度上減輕了調(diào)度監(jiān)控人員的工作強(qiáng)度。但當(dāng)電網(wǎng)處于事故狀態(tài)時，一個故障的發(fā)生可能伴隨著連串的告警信息，調(diào)度監(jiān)控人員被大量數(shù)據(jù)淹沒，影響調(diào)度效率，增加決策難度。調(diào)度運行智能告警系統(tǒng)通過對海量監(jiān)控信息進(jìn)行甄別和處理，實現(xiàn)電網(wǎng)運行故障信息的智能分析診斷，從而為調(diào)度監(jiān)控人員提供高效、直觀的告警信息和輔助決策依據(jù)。1傳統(tǒng)告警系統(tǒng)存在的問題傳統(tǒng)的告警信息系統(tǒng)，告警功能較為單一、告警信息的總體處理能力較弱、告警信息零散分布、不具備事件推理及故障診斷等輔助決策功能［9］，存在的問題歸納為以下方面：大量的告警信息和遙測信息未經(jīng)過處理直接涌入控制中心調(diào)度自動化系統(tǒng)，順序混亂、缺乏條理、可觀察性差，而且數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)會對告警信息的準(zhǔn)確率以及成批告警信息的結(jié)構(gòu)合理性產(chǎn)生著不易察覺的影響，各種告警信息混雜在一起給調(diào)度監(jiān)控人員造成不少困難?，F(xiàn)有的調(diào)度自動化系統(tǒng)對廠站送來的告警信息基本沒有過濾和處理的功能，如果直接采用這些原始的信息作為最終結(jié)果或者作為分析電網(wǎng)運行狀況的依據(jù)，不但對運行人員監(jiān)視工作造成不便，而且影響到利用這些信息進(jìn)行策略生成、故障分析的高級應(yīng)用軟件的運行結(jié)果。對于大批告警信息內(nèi)部的綜合邏輯分析，一直處于簡單處理的狀態(tài)，無法利用電網(wǎng)潛在的邏輯關(guān)系去判斷區(qū)域性故障，無法對收集的信息進(jìn)行智能分析后提交運行人員進(jìn)一步?jīng)Q策。2智能告警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)智能告警系統(tǒng)實時運行的工作特點和技術(shù)特征，將智能告警系統(tǒng)劃分為SCADA數(shù)據(jù)獲取模塊、告警信息預(yù)處理模塊、告警推理模塊、規(guī)則庫管理模塊、用戶展示模塊。在電網(wǎng)告警信息智能處理的過程中，告警推理模塊和規(guī)則庫管理模塊構(gòu)成了告警推理專家系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。2.1SCADA數(shù)據(jù)獲取模塊SCADA數(shù)據(jù)獲取模塊的作用主要是從調(diào)度自動化系統(tǒng)中收集電網(wǎng)智能告警所需的狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括遙信量、遙測量，同時監(jiān)聽電網(wǎng)告警信息，一旦接收到告警信息，就將告警信息存入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)池中，啟動告警信息預(yù)處理模塊。告警信息預(yù)處理模塊隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或者異常時，匯集到電網(wǎng)調(diào)控中心的各種信息量激增，真正重要的告警信息淹沒其中，不能起到它應(yīng)有的作用；而且由于通道和設(shè)備的限制，在上傳的信息中也存在不良數(shù)據(jù)，導(dǎo)致錯誤告警?；谏鲜鲈颍诶酶婢畔⑦M(jìn)行推理之前，引入告警信息預(yù)處理模塊，對告警信息進(jìn)行預(yù)處理，濾除噪聲數(shù)據(jù)，正確和有用的告警信息被保存下來，告警數(shù)量將大大減少。告信息預(yù)處理過程如下：圖1智能告警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1Structureofintelligentalarmsystem2.2.1根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌治龈髟O(shè)備連接關(guān)系、運行狀態(tài)，建立開關(guān)、線路、母線、主變等設(shè)備的運行狀態(tài)信息庫，對熱備用、冷備用、檢修和旁代設(shè)備產(chǎn)生的信息排除在智能告警分析范圍之外，過濾多余和不必要的告警信息。根據(jù)信息預(yù)處理邏輯，剔除不需要的告警信息，如遠(yuǎn)方就地信息、檔位BCD碼信息等告知類信息和正常的越限類信息。對一定時間內(nèi)的信息進(jìn)行統(tǒng)計，記錄并統(tǒng)計動作信息的發(fā)生時間和次數(shù)記錄動作的時間分布。告警推理專家系統(tǒng)電網(wǎng)傳統(tǒng)告警系統(tǒng)對于告警信息的處理，是將上傳的信息直接顯示或者過濾后顯示，忽視了各個告警信息之間的內(nèi)在聯(lián)系，無法呈現(xiàn)給調(diào)度監(jiān)控人員結(jié)論性的告警條文，運行人員無法從上傳的告警信息中得知電網(wǎng)出現(xiàn)的問題。針對上述問題，在調(diào)度運行智能告警系統(tǒng)中引入告警推理專家系統(tǒng)，運用專家規(guī)則對上傳的告警信息進(jìn)行推理，得出告警結(jié)論。2.3.1規(guī)則庫管理模塊專家系統(tǒng)的推理是以知識庫為基礎(chǔ)的，知識的準(zhǔn)確性直接影響推理結(jié)果。告警規(guī)則存放于知識庫中，告警規(guī)則庫管理模塊對知識庫中告警規(guī)則進(jìn)行管理。推理規(guī)則庫是知識庫中的核心部分，對電網(wǎng)狀態(tài)量正常變位、故障及異常的判斷和處理，需要大量的專業(yè)知識和日常運行經(jīng)驗支撐。因此，將各專業(yè)大量的專業(yè)知識用嚴(yán)格的邏輯表達(dá)形式表現(xiàn)出來，提取告警推理規(guī)則，存入知識庫中。告警規(guī)則如表1所示。告警推理模塊智能告警系統(tǒng)將電網(wǎng)告警類型分為故障告警、異常告警和開關(guān)正常變位告警。告警推理模塊是推理專家系統(tǒng)的核心模塊，負(fù)責(zé)規(guī)則的前提條件匹配、規(guī)則的搜索與選取、規(guī)則體的解釋和執(zhí)行?；谛畔⒌耐评砜煞譃閱我皇录评怼⒔M合事件推理和智能事件推理。1）單一事件推理應(yīng)具備信息壓縮功能，對頻繁出現(xiàn)的告警信息，計算一個時間周期（一般取24h）內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)，同時在實時告警界面自動刪除相同告警信息；對需要關(guān)注的告警信息設(shè)定重復(fù)次數(shù)限值，超過限值時則提示故障告警。2）組合事件推理可對同間隔的關(guān)聯(lián)信息或關(guān)聯(lián)間隔信息進(jìn)行分析推理，對系統(tǒng)中由相同原因引起的多個告警信息進(jìn)行合并，只給出核心的告警以及引起故障的原因。3）智能事件推理根據(jù)故障發(fā)生的關(guān)鍵條件，結(jié)合接線方式、運行方式、開關(guān)變位信息、開關(guān)刀閘狀態(tài)、遙測量、時序等綜合判斷，給出當(dāng)前故障的故障類型、相關(guān)信息、故障結(jié)論及處理方式，形成智能告警快報，對不安全、異常狀態(tài)給出告警。2.4用戶展示模塊用戶展示模塊是電網(wǎng)智能告警系統(tǒng)直接面對用戶的部分，提供了人機(jī)交互界面。該模塊翻譯讀取的告警推理結(jié)果，將翻譯后的告警條文顯示給調(diào)度監(jiān)控人員，根據(jù)不同類型的告警彈出不同顏色的告警條文和發(fā)出不同的告警音響。3智能告警系統(tǒng)的應(yīng)用告警信息的可視化水平是衡量告警信息智能化的一個重要標(biāo)準(zhǔn)，可視化技術(shù)在電力系統(tǒng)中已經(jīng)逐漸得到廣泛應(yīng)用，但是從以往調(diào)度自動化系統(tǒng)的應(yīng)用效果來看，基本上還是針對單個測點數(shù)據(jù)的展示，缺乏從調(diào)度用戶體驗的角度進(jìn)行頂層設(shè)計，形成電網(wǎng)告警信息的整體可視化框架。電網(wǎng)告警信息可視化最重要的是要能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度運行人員清晰直觀的感知電網(wǎng)當(dāng)前運行狀態(tài)以及方便快捷的調(diào)閱和處理各類詳細(xì)告警信息。基于上述考慮，設(shè)計出了基于告警面板、智能快報、自動統(tǒng)計分析等為主體的可視化展示窗體，如圖2所示。3.1告警面板告警面板主要用于展示電網(wǎng)整體運行狀態(tài)，顯示有效的異常告警和故障信息，并可以調(diào)出關(guān)聯(lián)信息和推理結(jié)果。運行人員在日常監(jiān)控時通過告警面板即可知道當(dāng)前電網(wǎng)在實時運行方式下是否存在告警以及告警等級，告警面板滾動更新當(dāng)前詳細(xì)告警信息。智能快報智能快報主要用于顯示告警信息相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵信息，類似電視機(jī)畫中畫的功能，調(diào)度監(jiān)控人員點擊某個告警信息，聯(lián)動觸發(fā)顯示該告警信息相關(guān)的關(guān)鍵信息并進(jìn)行加工處理，形成一條故障簡報，呈現(xiàn)在運行人員面前，如圖3所示。這樣做的好處是簡化以往在告警處理過程中，運行人員需要頻繁切換畫面獲取相關(guān)信息的繁瑣過程，充分發(fā)揮有限的調(diào)度可視化資源，提高告警處理的效率。3.3自動統(tǒng)計分析對智能推理結(jié)果的統(tǒng)計分析，能夠提高運行人員對電網(wǎng)運行狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)的掌控能力。如通過建立嚴(yán)格的線路故障跳閘、跳閘后重合動作的邏輯規(guī)則，可實現(xiàn)臺風(fēng)天氣時線路故障跳閘信息的自動統(tǒng)計，如圖4所示。對設(shè)備運行狀態(tài)信息的統(tǒng)計分析，可以統(tǒng)計分析設(shè)備各運行狀態(tài)的時間信息，實現(xiàn)設(shè)備停送電信息的自動統(tǒng)計。根據(jù)智能分析推理結(jié)果，實現(xiàn)電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的自動統(tǒng)計，能夠有效降低調(diào)度監(jiān)控人員的工作量，提高工作效率，統(tǒng)計結(jié)果也有利于提高電網(wǎng)運行分析判斷水平。圖4自動統(tǒng)計分析界面Fig.4Interfaceofautomaticdatastatisticalanalysis4結(jié)語電力系統(tǒng)向超大規(guī)模發(fā)展對運行人員提出了巨大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)告警系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足智能電網(wǎng)發(fā)展的需要。智能告警系統(tǒng)為調(diào)度監(jiān)控人員提供了可靠實用的告警信息處理手段，優(yōu)化處理出具有層次分明、準(zhǔn)確率高、信息精練簡潔特點的告警信息，幫助運行人員減輕繁瑣的監(jiān)視工作，以便有更多的注意力去分析設(shè)想電網(wǎng)事故和其它深層次問題；當(dāng)發(fā)生事故時也可以協(xié)助調(diào)度監(jiān)控人員提高電網(wǎng)故障處理的效率，盡可能減少事故損失。智能化是一個不斷漸進(jìn)、循序創(chuàng)新的過程，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和調(diào)度業(yè)務(wù)面臨的新需求，智能告警的內(nèi)涵也將不斷豐富、發(fā)展和創(chuàng)新。參考文獻(xiàn)[1]孫世明，江偉，彭暉，等?地區(qū)電網(wǎng)智能報警系統(tǒng)的構(gòu)建[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2011,5(6)：73-76.SUNShiming,JIANGWei,PENGHui,etal.ConstructionoftheIntelligentAlarmSystemforRegionalPowerGrids[J].SouthernPowerSystemTechnology,2011,5(6)：73-76.⑵劉四聰，朱子坤.智能告警系統(tǒng)在地區(qū)調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用[J].廣西電力，2012，35(6)：31-33.LIUSicong,ZHUZikun.ApplicationofIntelligentAlarmSysteminRegionalDispatchingSystem[J].GuangxiElectricPower,2012,35(6)：31-33.[3]閃鑫，趙家慶，張劍，等.基于三態(tài)數(shù)據(jù)的電網(wǎng)在線綜合故障診斷[J].電力系統(tǒng)自動化,2012，36(12)：78-81.SHANXin,ZHAOJiaqing,ZHANGJian,etal.On-lineComprehensiveFaultDiagnosisofPowerGridBasedonThree-stateData[J].AutomationofElectricPowerSystems,2012,36(12)：78-81.⑷王爾璽，章淵，吳杰.上海電網(wǎng)調(diào)度智能告警應(yīng)用研究[J].華東電力，2012(5)：779-782.WANGErxi,ZHANGYuan,WUJie.ApplicationofIntelligentAlarminShanghaiPowerGridDispatching[J].EastChinaElectricPowe,2012(5)：779-782.⑸陳建民，韓學(xué)軍，駱敬年，等?基于保護(hù)原理的智能告警系統(tǒng)[J].華東電力，2012(6)：984-986.CHENJianmin,HANXuejun,LUOJingnian,etal.IntelligentAlarmSystemBasedonProtectionPrinciple[J].EastChinaElectricPower,2012(6)：984-986.[6]王強(qiáng)，王超，劉遠(yuǎn)龍.青島電網(wǎng)智能告警專家系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2011，23(5)：14-17.WANGQiang,WANGChao,LIUYuanlong.ApplicationofIntelligentAlarmExpertSysteminQingdaoPowerGrid[J].ElectricPowerTechnologicEconomics,2011,23(5)：14-17.⑺姚浩，李鵬，郭曉斌，等?基于大數(shù)據(jù)的告警信息處理和故障設(shè)備定位技術(shù)研究[J].電網(wǎng)與清潔能源，2014，30(12)：72-77.YAOHao,LIPeng,GUOXiaobin,etal.ResearchonAlarmInformationDisposalandFaultDeviceLocationBasedonMassData[J].PowerSystemandCleanEnergy,2014，30(1