智能变电站在线专家决策系统探究

张 凯，杨和庆，韩明星，栾丽娜，李名帅，宋晓娜

（积成电子股份有限公司，山东 济南 250104）

0 引 言

随着智能电网和智能变电站建设的推进，变电站自动化技术快速发展。相比于传统变电站，智能变电站自动化系统的设备种类和数量都大幅增加，导致电网调控中心需要接入的智能变电站信息和告警信号急剧增加。特别是当电网发生故障时，站端短时间内将产生和上传大量的告警信息，并推送到调度工作站事项窗口滚动显示。由于事项数量过大，关键告警信息被淹没于大量非关键冗余事项中，导致运行人员查找关键保护动作和异常告警SOE事项来分析事故原因困难，严重时可导致重要信息的遗漏，影响事故的处理进程，延缓供电的恢复时间[1]。变电站智能化后，一次设备和二次设备告警信息急剧增加，但变电站和调控中心主站系统在告警信息的分析处理方面，仍停留在事项窗口滚动展示的低层面，缺乏事项的过滤、推理及智能处理机制。针对智能变电站告警信息处理功能的不足，本文深入探索智能告警相关技术解决方案，研制了智能变电站智能告警在线专家决策系统。通过专家库推理事故原因，给出后续处理措施，从而为变电站的运维工作提供及时有效的指导。

1 系统架构

智能变电站智能告警在线专家决策系统由部署在变电站的站端系统和部署在调控中心主站的站端系统组成。两个系统基于调度数据网进行通信和信息交互，系统架构如图1所示。

图1 系统架构图

1.1 站端分析系统

站端分析系统的主要功能是与站内装置建立通信。故障发生时，利用采集的测控信息进行故障分析和决策，并将站端综合分析的故障简报和故障事件信息上传给调控中心。站端分析系统的主要功能包括七个部分。

1.1.1 模型配置功能

该功能主要包括以下内容：配置站内测控、保护等装置的模型；建立站内不同工作人员的权限数据库；建立监控系统与二次设备的通信模型，以实现一次设备和二次设备的信号映射，即实现一次设备遥测、遥信及遥控等信息与二次设备的关联；配置遥测、遥信等信息与故障事件信息的对应关系。

1.1.2 通信规约配置

配置监控系统和站内装置的通信规约参数，主要包括：遥信数据集使能、报告开启与关闭及报告触发方式等；配置系统与调控中心的通信规约、规约参数及发送表等[2]。

1.1.3 通信服务

通信服务读取站内的描述数据库模型，实现站内数据的采集与转发，动态加载对调度通信的IEC-104规约；采用61850规约采集站内装置的保护信号、故障录波文件等信息；采用IEC-104规约实现与调控中心的通信，将站端综合分析的故障简报和故障事件信息上传。

1.1.4 数据转发

将装置的保护信号、故障录波文件等转发至故障分析服务。

1.1.5 故障分析决策

故障分析决策服务读取系统描述数据库的模型，实现对站内故障的综合分析功能；综合故障时的多条事件，并将综合事件推送至历史服务和通信服务；结合保护信号和故障事件，综合分析接收的保护装置和故障录波装置的故障录波文件，生成故障简报，推送至历史服务和通信服务。

1.1.6 历史服务

将故障信息事件、保护动作信号、故障简报及运行事项等存入历史数据库。

1.1.7 故障展示

实现变电站内综合而成的保护信号、故障事件及故障简报的展示。

1.2 调控中心端分析系统

调控中心端分析系统的主要功能是建立站端的一次模型和二次模型，建立和保持与站端的通信连接，实时获取测控数据，并展示在人机会话上。当发生故障时，智能告警与分析模块根据已配置的故障表、专家知识表及信号与故障关联表等进行故障分析和决策。调控中心端分析系统的主要功能包括八个部分。

1.2.1 模型配置

配置变电站内线路、联络线等一次设备数据模型；配置值班、维护及操作等人员权限管理数据库；配置变电站内保护信号、告警信号等模型，并实现一次设备和二次设备的映射关系。

1.2.2 规约配置

配置与站端分析系统通信的规约通信方式、规约参数及上传内容等。

1.2.3 通信服务

通信服务读取全网的描述数据库模型，实现数据的采集与转发，动态加载对站端分析系统通信的IEC-104规约；采用IEC-104等自有规约，实现与站端分析系统的通信；接收站端综合分析的保护信号、故障事件及故障简报等。

1.2.4 数据转发

将接收的保护信号、故障事件及故障简报等转发至故障分析服务。

1.2.5 故障分析决策

故障分析决策服务读取区域电网数据模型，实现对区域内电网的综合分析功能。将接收的故障信号、故障事件及故障简报进行设备映射分析后转发至人机会话界面，并发送至历史服务。

1.2.6 历史服务

历史服务接收故障分析服务推送的数据、故障信息事件、保护动作信号及故障简报等，并存入历史数据库，同时实现人机会话界面的历史数据查询、调取等功能。

1.2.7 人机会话

展示故障事件、故障线路等，并调取指定故障线路、变电站的故障简报及专家决策报告等。

1.2.8 智能告警与分析功能配置模块

该模块负责创建故障库、专家库、信号与故障库的关联以及故障库与专家库的关联等。智能告警与分析功能模块是在线专家决策系统的核心模块，根据已配置好的故障信息对照表、专家知识表以及信号与故障库的关联，确定故障的种类、原因及处理方式。同时，该模块与通信服务建立总线通道，从而获取一次设备的遥测、遥信信息。当发生故障时，该模块利用读取的实时数据获得与故障关联的信息表，并根据初始化时读取的关联关系生成专家决策，然后将分析得到的故障信号返送至事项服务。故障信号的查询和专家建议的展示，可在人机会话或智能告警展示界面实现[3]。

2 推理分析功能设计

推理分析功能支持四种推理方式。

2.1 单事件推理

在数据库中预先将每个信号划分为不同的告警种类，每种告警种类对应一种故障类型和故障推理。当发生故障时，可根据告警种类进行推理，并生成故障分析和专家决策。用户可自定义告警种类，划分单个信号的告警种类，从而保证单个事件推理的准确性。

2.2 多关联事件联合推理

该推理方式是指综合分析多个存在内在关系的告警信号，从而得出推理结果。当一个故障发生时，会在短时间内触发多个信号。根据这些信号发生的先后顺序和时间节点等信息，可得出更加精确的故障原因和故障处理方式。

2.3 故障智能推理

某些故障的发生和一次设备的接线方式及运行状态存在明确关系。故障智能推理是结合接线方式、运行状态、必要的遥测信息及必要的遥信信息进行综合判断，给出当前故障的类型、结论及处理方式，并形成智能故障推理报告[4]。

2.4 故障特殊推理

保护或测控装置发出第一条SOE事项后，若在一定时间间隔（可设置）内未发生任何一条SOE事项（模板配置），则推出一条智能告警事项，并生成包含专家决策信息的故障简报。

3 专家决策功能设计

3.1 模型配置功能

在站端，完成站端的所有配置，完成监控系统与站内装置的通信，完成数据通信网管机的配置，并通过调度数据网将站内信息发送到调度中心。

在调度中心端，配置变电站内线路、联络线等一次设备数据模型，配置值班、维护及操作等人员权限管理数据库，实现变电站内保护信号、告警信号等模型的配置，并实现一次设备和二次设备的映射关系。

此外，该模型实现智能告警信息的配置，如故障类型、决策信息、故障实例及故障对应的型号。

3.2 站内多源故障信息智能推理

在站内，实时处理各类故障相关数据。具体地，实时采集保护装置、故障录波数据，充分利用站内详细的保护动作模型综合诊断，以形成事件树形式的站级报警结果。针对故障报警信息的时序特性，采用基于时间溯因推理的智能告警方法。该方法结合保护动作规则进行诊断，并利用故障发生时保护动作与断路器变位之间的时间约束关系，获得故障演变过程。首先，利用保护动作逻辑规则和时间约束构造溯因推理网络；其次，根据获得的报警信息进行溯因推理；最后，得到满足保护逻辑规则和时间约束的故障事件链，实现对报警信息的智能诊断和处置。本方法可产生直观反映故障发生、发展过程的事件链，辨识断点报警、错误报警及缺失报警，并提供专家决策和故障分析结果。

3.3 调度中心全局协调展示

各变电站将站内的智能告警及故障分析结果通过电力专用调度数据网实时上传到调度中心；调度中心接收多个变电站的报警结果，并拼接各变电站的智能告警信息；拼接后的信息可作为调控中心在线全局综合智能告警功能的输入，然后结合电网的拓扑关系、报警信息的时序及事件间的时间约束关系，得到最终的事故原因信息和综合报警信息，从而展示给调度员[5]。该展示方式避免了将全部原始数据送达调控中心后再进行报警，减小了数据通信量，提高了系统实时性指标，有效解决了集中式诊断中出现的问题。

4 结 论

智能变电站在线专家决策系统是根据智能变电站丰富的事故信号分析事故原因，进而生成专家决策方案的系统。该系统可从复杂的告警信号中解放检修人员，提供故障原因识别和故障处理决策支持，快速准确地定位继电保护故障，有效排除错报、误报等情况，从而及时获得专家级解决方案，远程快速排除故障，提高运维效率，降低运维成本，减小影响范围，保障电网系统的安全可靠运行。