电力调控智能故障处置系统.pdf

RURAL ELECTRIFICATION电力调控智能故障处置系统樊亮*，王泽众，蔡正梓，李聪，田雨晨（国网北京市电力公司，北京 西城 100031）摘要：为进一步提高调控运行人员对电网故障的综合处置能力，深入挖掘历史故障数据，实现历史故障反演和人工智能调度，电力调度须要一套智能故障处置系统。该系统借助调控云等原有的电网资源和技术平台，通过综合接入电网故障处置不同子系统的资源，实现故障综合研判、综合信息可视化展示、在线安全分析、故障辅助决策和人工智能调度5 个部分功能，提升了故障处理效率，实现了历史故障数据有效利用，增强了调控运行人工智能水平，保障了电网安全稳定可靠运行。关键词：智能故障处置系统；故障智能研判；综合信息可视化；在线安全分析；辅助决策；人工智能数据挖掘中图分类号：TM764ResearchonIntelligentFaultDisposalSystemforPowerRegulationandControlFANLiang*,WANGZezhong,CAIZhengzi,LICong,TIANYuchen(StateGridBeijingElectricPowerCorporation,BeijingXicheng100031,China)Abstract:Inordertoimprovetheabilityoftheoperatorstodealwiththefaultsofthepowergrid,excavatethehistoricalfaultdatadeeply,andrealizethehistoricalfaultinversionandartificialintelligencedispatching,theelectricpowerdispatchingneedsasetofintelligentfaulttreatmentsystem.Withthehelpoftheoriginalpowergridresourcesandtechnicalplatformsuchastheregulationandcontrolcloud,thesystemcandealwiththeresourcesofdifferentsubsystemsthroughintegratedaccesstothepowergridfault,torealizethefunctionsofintegratedfaultdiagnosis,integratedinformationvisualizationdisplay,on-linesecurityanalysis,faultassistantdecision-makingandartificialintelligencedispatch,itrealizestheeffectiveuseofhistoricalfaultdata,enhancestheartificialintelligencelevelofregulationandcontroloperation,andensuresthesafe,stableandreliableoperationofpowergrid.Keywords:intelligentfaultmanagementsystem;intelligentfaultdiagnosis;integratedinformationvisualization;onlinesecurityanalysis;decisionsupport;artificialintelligencedatamining0背景随着电网规模日趋扩大和故障形态日益复杂，调控人员对电网故障处理综合能力的要求不断提高。为了保证电网安全稳定运行，在电网发生故障时调控人员必须及时准确进行故障研判和高效有序故障处理1-2。然而电网调度控制系统是一个典型的知识密集型和信息密集型的决策控制中心2。为了提高故障处理的精准性和规范性，决策与执行环节调控人员须要对故障处置相关系统进行翻阅和查询。由于电网各类信息采集系统运行相对独立，存在于多个子系统中，如 SCADA 系统、故障录波系统等，大量冗余数据难以形成有价值的信息并主动推送给调控人员，通常只能由调控人员人工查找各个系统和翻阅各种资料来进行故障相关信息查询，该过程会造成大量时间浪费，影响电网故障处置的效率。并且故障发生后无法充分开发利用故障数据的价值，无法通过电网系统对故障情况进行反演和复盘，更缺少合适的系统，对故障造成的电网风险进行深入研究分析。构建调度智能故障分析和研究系统迫在眉睫，既可以通过一体化平台高效处置故障，也可以对电网故障数据深入挖掘，全景可视化故障反演，电网风险在线安全分析，故障处置预案及人工智能调度功能的实现。随着 AI 和人工智能发展，电网故障处置、故障反演、电网风险研究等工作可以通过集中在智能故收稿日期：20230517;修回日期：20230606DOI:10.13882/ki.ncdqh.2023.09.007Smart Grid|智能电网2023 年第 9 期 总第 436 期 27RURAL ELECTRIFICATION障处置系统一个平台来实现。该系统可以整合故障处置相关系统并主动获取相关数据，一体化展示故障相关数据，有效提高故障处置效率和降低调控人员决策风险3。并且利用人工智能技术，建设开发智能故障处置辅助决策系统，深入挖掘历史故障信息，实现故障全景可视化展示，对电网风险进行在线全分析，实现故障智能研判、关联信息综合可视化展示、在线安全分析、人工智能辅助决策等功能4-8。智能故障处置系统平台还可以利用整合不同系统资源的优势，结合电网故障等信息，并通过人工智能等方式分析海量故障数据，挖掘相关规律，深入挖掘电网数据价值，实现历史故障反演，提升调控运行人工智能水平，加强调控运行专业保障电网安全稳定可靠运行的能力。1系统建设智能故障处置系统基于调控云建设，利用调控云的存储、计算、网络资源进行应用部署，通过调控云模型、运行、实时以及大数据、AI 平台为应用提供数据和交互支撑9，调控云架构如图 1所示。电力调控智能故障处置系统的核心功能就是故障信息准确、完整、实时可视化展示。该系统以调控云为平台，整合故障处置所需各个系统，按照功能需求，主动获取故障信息，并进行可视化展示，帮助调控运行人员及时获取故障全面信息，为高效故障处置赢得宝贵时间，如图 2 所示。按照应用功能，智能故障处置辅助决策系统的总体架，主要包括故障智能研判、综合信息可视化展示、在线安全分析、事故处理辅助决策以及人工智能数据挖掘 5 个部分，如图 3 所示。通过故障智能研判，调控人员即可知道电网是否发生故障及故障相关信息；通过综合信息可视化展示，调控人员即可知道电网故障设备信息以及电网整体运行状态可视化展示，方便调度员及时了解电网，及时处理电网故障；通过在线安全分析，调控人员即可及时了解电网故障后电网薄弱环节，须要尽快采取预控措施，以保障电网安全稳定运行；通过前期故障智能研判、综合信息可视化展示、在线分析研究，智能故障处置系统可对电网故障设备恢复方案提供辅助决策意见，从而提高调度人员故障处置的效率。人工智能数据挖掘部分可利用一体化故障处置辅助系统整合各独立业务系统的优势，解决数据分散、多源、格式不一致，数据质量不高，缺乏统一的数据规范等问题，结合历史故障等信息实现数据深入挖掘、实现历史故障全景可视化反演、故障处置预案及电网智能调度等功能10。/区区区分析决策中心实时数据云平台报文D5000电网实时数电网故障类应用 缺陷处置类应用 电网二次类应用 电网分析类应用源网荷储类应用 现货市场类应用 清洁能源类应用 电网风险类应用调控云服务总线调控云消息总线总线公共类 基础类 数据类 模型类 计算类 交互类 展示类实时数据实时数据实时数据云平台状态量模拟量保护信息 操作信息人工智能引擎知识图谱 语音语义图像识别 智能算法历史数据运行数据云平台电力 电量 告警 事件计划 预测 环境大数据引擎数据交互分析海量存储分析图形数据模型数据模型数据云平台一次模型 二次模型外部模型公共服务引擎地理信息 智能搜索服务卡片 即时通信集中式云架构基础设施数据交换平台数据中台资源业务中台图 1调控云平台架构樊亮等：电力调控智能故障处置系统28 2023 年第 9 期 总第 436 期RURAL ELECTRIFICATION2系统功能2.1故障智能研判故障诊断是智能故障处理辅助决策系统的首要环节，它首先要求能够准确判别故障是否发生，其次是能够及时、准确发出告警，并展示故障设备相关信息。为此，故障处置辅助系统要正确、实时、全面推送电网故障信息，包括故障时间、故障设备、重合情况、保护自动化以及遥信遥测等信息11。根据以上指标，电网故障处置辅助系统首先对综合智能告警系统发送的每类数据源的原始信息进行单独判断，包括遥测、遥信信号，事故总信号及保护自动化动作信号等，得到每个数据源的初步判断结果，然后一体化故障处置辅助系统接受来自D5000 系统的电网模型、遥测遥信数据等内容实时传输。通过以上 2 个环节获取到故障信息内容一致后，经过故障智能研判程序分析，研判后如果发生故障可触发一体化故障处置辅助系统，并弹出故障信息界面，如图 4 所示。D5000系统事项实时数据模型故障研判引擎故障信息故障设备重载设备故障电源站影响变电站变电站影响用户OMS站区图一体化校核工业视频电能质量管理系统气象系统录波系统故障位置地图背景设备坐标波形文件相关站跌落信息地理图展示故障录波天气信息母线电压跌落逻辑态势图短信模板视频监控电压暂降分析天气数据图 2智能故障处置系统平台一体化故障处置辅助系统智能研判系统综合信息可视化展示在线安全分析故障辅助决策人工智能数据挖掘图 3智能故障处置辅助系统一体化故障辅助处置系统综合智能告警系统D5000系统遥信、遥测故障智能研判是否触发一体化系统故障界面，并语音告警不触发一体化故障界面事故总保护自动化信息故障间隔实际遥信、遥测图 4智能研判系统Smart Grid|智能电网2023 年第 9 期 总第 436 期 29RURAL ELECTRIFICATION同时为了避免电网一、二次设备检修工作期间产生异常告警信号干扰故障判断，智能故障处置系统可通过实时获取调度管理系统（OMS）中的电网一、二次设备停电检修设备情况或实时检测检修设备挂牌信息，屏蔽检修设备间隔产生的异常告警信号，保证了故障智能研判的准确性12。2.2综合信息可视化展示综合信息可视化展示主要是将调控人员在故障处置最关心的故障相关信息以合理的方式展现出来，在信息处理和可视化上充分发挥辅助调控人员故障处置的作用。通过智能故障辅助系统对故障的智能研判，故障辅助系统启动故障处置所需相关系统，并在系统平台中展示：故障信息、故障设备相关参数、站区参数图、逻辑态势图、GIS 地理图故障位置、气象信息、工业视频系统，同时展示故障对电网设备造成的影响，比如潮流转移、重载设备、站内电源变化、电压跌落、电压暂降、影响重要用户等，如图 5 所示。综合信息可视化展示智能故障研判事故概况逻辑态势图GIS地理图工业视频站区参数图故障录波客户影响潮流转移重载设备影响变电站电压跌落电压暂降气象信息触发一体化故障界面图 5综合信息可视化展示系统在发生电网故障时，系统会以 GIS 为基础，以电网故障设备的区域为中心，根据故障性质、等级及影响程度展示不同大小的辐射区域，显示故障区域天气情况，随后系统根据故障研判要素及内外部系统获取数据进行统一展示，包含视频回放、故障录波、电压跌落、站区参数图等故障相关数据。这些信息在电网发生故障后自动弹出并通过多窗口布局、信息联动的可视化框架展示，我们可以及时全面了解故障信息，并针对电网故障处置的要点开展电网风险感知、故障分析等，进而形成调控人员进行故障处置的决策依据，并通过自动生成故障短信息通知各部门工作人员13。上述信息贯穿电网故障执行处置任务阶段全过程，与此同时实时监视电网设备运行状态，并显示处置进度。通过以上信息可视化展示，使得调控人员在故障处置过程中只须一体化系统中即可完成所有操作，有利于调度对故障后电网全局运行状态的掌控。2.3在线安全分析电力系统运行受诸多因素影响，各个因素之间又紧密联合，因此在电网发生故障情况下更须要进一步加强潜在电网风险的在线感知和防范能力，并指定预防控制措施，将电网风险消除在萌芽阶段14-15。预防控制即电网故障后断面下针对电网薄弱环节进行预防预控，以防止再次发生故障后引起电网风险进一步加剧。在线安全分析在现有调度自动化系统的应用须要调控人员人工操作，并对结果进行分析，自动化和智能化水平较低。而在电网发生事故后，须要实时跟踪电网状态发生变化，所以须要在线安全分析自动进行电网扫描分析并启动序列计算。因此智能故障处置辅助系统在故障智能诊断与综合信息可视化展示同时，也可主动触发在线安全分析系统扫描电网，在线控制启动相关应用进行计算，实时告知调控人员电网风险情况，同时以故障事件为索引，提取当前故障的特征指标（故障设备、故障性质、负荷水平等），依托调控管理规程、调度细则等结构化信息，构建调控专业故障处置知识图谱，利用自然语言技术，智能输出故障预案，最终形成适用于故障形成机理与当前电网运行情况的最优故障恢复方案及处理流程，并可与 D5000 系统及 OMS 系统进行信息交互，生成顺控操作序列及处置操作票，为调控人员故障处置提供全面的辅助决策，形成事故处置辅助决策意见，如图 6 所示。樊亮等：电力调控智能故障处置系统30 2023 年第 9 期 总第 436 期RURAL ELECTRIFICATION在线安全分析智能故障研判触发一体化故障界面告知电网风险形成故障处置操作票输出故障预案在线计算图 6在线安全分析系统2.4故障处置辅助决策从电网发生故障到调控人员倒闸操作处理故障，智能故障处置辅助系统经过了故障智能研判、综合信息可视化展示、在线安全分析等过程，为故障处置辅助决策提供准确、全面、综合性信息，充分体现调控人员的思维和需求，筛选对调控人员最有价值的关键信息并以直观合理的方式在系统界面上显示，形成指导调控人员进行故障处置的决策依据，如图 7 所示。在线安全分析智能故障研判综合信息可视化展示故障辅助决策图 7故障辅助决策系统2.5人工智能数据挖掘智能故障处置辅助系统凭借整合不同业务系统资源的优势，借助人工智能技术，充分挖掘历史故障信息数据价值，可以解决历史故障信息冗余问题，发生为人工智能调度提供数据支撑，通过全景可视化再现故障发展处置过程，实现故障反演功能，基于知识发现和实例主动学习技术，实现调度更加人工智能化16-19。2.5.1解决故障数据信息冗余当前电网故障相关信息存储在存在多个子系统，如 SCADA、故障录波系统等，上述各系统并行工作且相对独立，难以形成综合性的故障分析报告。目前查阅故障相关数据只能依靠人工查阅各个系统，筛选相关数据整理生成报告，效率低下，不能满足调控中心对电网运行数据统计分析的要求，不利于运行人员对历史故障深入学习。使用人工智能数据挖掘功能，可以快速查询历史故障相关各种信息，减少查阅各系统时间，按时间统计或搜索查找，在短时间内即可统计相关故障设备信息，还可以一键生成故障统计报表和综合性故障分析报告，便于对故障案例分析学习。通过对历史故障信息挖掘，有利于分析电网故障对重要用户的影响范围，气象对电网故障的影响及关联规律，检修工作期间故障对电网影响程度等，还可在故障影响范围内，统计厂站、设备、重要用户、政治保电、气象、检修工作数量、视频告警等信息，便于调控专业全面直观地掌握故障信息和处置过程，并将统计分析的重要结论总结为经验。还可以辅助工作人员实时分析当前故障电网状态下潜在的薄弱点，判断当前电网存在的问题，系统做出优化策略等。2.5.2实现历史故障反演历史故障研究全景可视化再现，实现故障反演，有利于调度员提高故障处置能力和处置效率，有利于培养锻炼调度员，有利于进一步对故障后的电网深入分析研究。智能故障处置数据挖掘功能可支撑历史故障回溯、查阅、重现等功能，展示故障发生时电网实时测量数据、故障录波数据、故障影响区域等信息，并同步展示基于在线安全分析给出的优化控制方案和故障恢复实际操作步骤及操作过程中电网潮流转移等数据，动态展示整个故障处置流程以及电网运行方式的变化情况，为后续故障处置提供借鉴依据，丰富故障处置经验库。2.5.3加强人工智能调度随着人工智能和 AI 技术发展，人工智能调度可以通过机器模仿人类大脑神经网络，主动学习，将人类思考方式应用到电网调度系统。智能故障辅助决策可以构建专业的调度知识图谱，通过对来自电网的各种数据进行分类整理，准确把握电网运行态势，准确判断分析电网事故，可视化展示故障信息，实时对电网在线全分析计算，将调控业务的处理实现自动化、智能化，更快速给出处置策略供调度人员参考，进一步提高调度人员驾驭电网的能力20-23。Smart Grid|智能电网2023 年第 9 期 总第 436 期 31RURAL ELECTRIFICATION3结束语电网智能故障辅助决策系统借助综合数据平台，有效整合了各专业技术支撑系统，实现电网故障智能研判、故障信息综合可视化展示、在线安全分析、故障辅助决策，为调度员故障处置提供了技术支撑，提高了故障处置效率，保障电网的安全稳定可靠运行。该系统可全面、可靠、及时给调度员综合展示辅助性决策信息，协助调度人员进行高效故障处置工作，避免了故障发生时须要掌握全局信息而造成的混乱、延时等问题，有效保障电网安全稳定运行，保障重要用户供电可靠性。同时智能故障处置辅助决策系统还可凭借整合不同业务系统资源的优势，借助人工智能技术，充分挖掘历史故障信息数据价值，解决历史故障信息冗余问题，寻找电网薄若环节，实现电网数据价值共享，也可以实现历史故障反演，丰富故障处置经验库，提升调度运行人员故障处置能力，同时通过人工智能主动学习，构建调度知识图谱，实现调度更加人工智能化。参考文献乔骥，王新迎，闵睿，等.面向电网调度故障处理的知识图谱框架与关键技术初探J.中国电机工程学报，2020,40(18)：58375848.1孙宏斌，黄天恩，郭庆来，等.面向调度决策的智能机器调度员研制与应用J.电网技术，2020,44(1)：18.2王骏东，杨军，裴洋舟，等.基于知识图谱的配电网故障辅助决策研究J.电网技术，2021,45(6)：21012112.3叶欣智，尚磊，董旭柱，等.面向配电网故障处置的知识图谱研究与应用J.电网技术，2022,46(10)：37393748.4范士雄，李立新，王松岩，等.人工智能技术在电网调控中的应用研究J.电网技术，2020,44(2)：401411.5辛耀中，石俊杰，周京阳，等.智能电网调度控制系统现状与技术展望J.电力系统自动化，2015,39(1)：28.6程乐峰，余涛，张孝顺，等.信息物理社会融合的智慧能源调度机器人及其知识自动化：框架、技术与挑战J.中国电机工程学报，2018,38(1)：2540.7周子冠，白晓民，李再华，等.采用知识网格技术的智能输电网故障诊断方法J.中国电机工程学报，2010,30(4)：815.8许洪强.调控云架构及应用展望J.电网技术，2017,41(10)：31043111.9张琳琳，王顺江，郭星池，等.电力调度大数据应用平台系统技术研究J.电力大数据，2021,24(1)：4854.10阎博，张昊，郭子明，等.基于多源数据融合的电网故障综合分析与智能告警技术研究与应用J.中国电力，112018,51(2)：3946.王国政，郭剑波，马士聪，等.电力系统增强智能分析初探J.中国电机工程学报，2020,40(16)：50795088.12陆瑞华，闪 鑫.大电网在线事故处理辅助决策系统的设计与实现J.华东电力，2013,41(11)：20672271.13赵 林，周二专，范泽龙，等.面向快速响应的电网在线分析系统架构J.电力系统自动化，2019,43(18)：95101.14冷喜武，李平，霍雪松，等.智能电网监控运行大数据分析系统统一建模方法研究J.电力大数据，2019,22(07)：4854.15李明节，陶洪铸，许洪强，等.电网调控领域人工智能技术框架与应用展望J.电网技术，2020,44(2)：393400.16闪鑫，陆晓，翟明玉，等.人工智能应用于电网调控的关键技术分析J.电力系统自动化，2019,43(1)：4957.17章坚民，陈 昊，陈 建，等.智能电网态势图建模及态势感知可视化的概念设计J.电力系统自动化，2014,38(9)：168176.18杨胜春，姚建国，高宗和，等.基于调度大二次系统的智能化电网调度辅助决策的研究J.电网技术，2006.30（增刊）：176-180.19尚宇炜，郭剑波，吴文传，等.电力脑初探：一种多模态自适应学习系统J.中国电机工程学报，2018,38(11)：31333143.20朱永利，尹金良.人工智能在电力系统中的应用研究与实践综述J.发电技术，2018,39(2)：106111.21杨挺，赵黎媛，王成山.人工智能在电力系统及综合能源系统中的应用综述J.电力系统自动化，2019,43(1)：214.22李博，高志远.人工智能技术在智能电网中的应用分析和展望J.中国电力，2017,50(12)：136140.23（责任编辑：张峰亮）资讯“网上国网”App 日活跃用户数首破 1 000 万2023 年 8 月 3 日，“网上国网”App 日活跃用户数突破 1000 万、月活跃用户数达 6758 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