第43卷第10期电力系统保护与控制V ol.43 No.10 2015年5月16日Power System Protection and Control May 16, 2015 多主题电网设备综合智能告警技术方案 赵家庆1，唐 胜2，丁宏恩1，赵京虎2，钱科军1，李 春1，俞 瑜1，赵 慧1，秦舒斐1 (1.国网苏州供电公司，江苏 苏州 215004；2.江苏瑞中数据股份有限公司，江苏 南京 210003)蒸汽回收机
摘要：为实现“大运行”体系建设的目标，各级调控中心需要实现调控一体化的运行管理模式，并建立相应的设备监控支撑功能。从调控一体化业务需求出发，提出了多主题电网设备综合智能告警技术框架。以智能电网调度控制系统基于设备单元的告警信息为切入点，采用时间序列数据库高效集成支撑平台、全息运行数据智能综合分析和多应用主题展示、运行方式和检修信息实时关联、短时事件快速捕捉等关键技术，实现以告警分析为中心的多维度、多主题综合分析和预警功能。通过工程现场的具体应用，验证了成果的有效性和实用性。 关键词：设备单元；多主题；综合智能告警；智能电网调度控制系统；时间序列数据库
Multi-subject intelligent integrated alarm technology
ZHAO Jiaqing1, TANG Sheng2, DING Hongen1, ZHAO Jinghu2, QIAN Kejun1, LI Chun1,
YU Yu1, ZHAO Hui1, QIN Shufei1
邮购盒(1. State Grid Suzhou Power Supply Company, Suzhou 215004, China;
2. Realtime Database Co., Ltd., Nanjing 210003, China)
Abstract: In order to realize the construction objective of ‘great operation architecture’, it is necessary for all of the dispatching control centers including their branches to adopt the integrated mode of dispatching and control and have the power system equipment monitoring functions. According to the integration requirements of dispatching and control functions, based on smart grid dispatching and control systems, the architecture of multi-subject intelligent integrated alarm and some key technologies are provided, such as support platform integrated time sequence database, operation data smart analysis and multi-subject exhibition, running way and maintenance information real-time correlation, and detection of power system events. Application in field practice verifies the validity and practicability of the research results.
Key words: bay; multi-subject; intelligent integrated alarm; smart grid dispatching and control systems; time sequence database
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2015)10-0116-07
0 引言
在“大运行”体系建设和智能电网的发展中，各级调控中心需要实现调控一体化的运行管理模式，并建立相应的设备监控支撑功能。告警系统对保障电网安全运行起着举足轻重的作用[1-2]，是监视、保障电网安全运行的有利工具。目前，已有不少告警技术在电力系统中得到了实际应用[3]，例如基于关联综合智能分析[4]；基于高斯过程分类器的变压器故障诊断[5]；基于保护原理的智能告警系统[6]；告警相关性分析[7-8]；基于贝叶斯网络的电力系统故
基金项目：江苏省电力公司科技项目(J2013030) 障诊断方法[9]等。不过目前的告警技术主要还局限在基于当前实时量的事故发现、关联性分析以及告警自动化等方面[10]。
由于现有的电网运行数据普遍周期采样，非全息存储，造成了事故无法精确的回溯。同时，与设备故障相关的数据分布在不同自动化系统或者不同应用系统中，造成在分析和统计设备故障的信息分散、数据分离，从而降低了数据的应用价值和利用效率，也给调控人员掌握电网设备运行情况带来了较高的复杂度。
从调控一体业务需求出发，本文提出了多主题电网设备综合智能告警技术框架，以智能电网调度控制系统[1]基于设备单元的实时设备告警信息为切
赵家庆，等多主题电网设备综合智能告警技术方案- 117 -
入点，采用时间序列数据库高效集成支撑平台、全息运行数据智能综合分析和多应用主题展示、运行方式和检修信息实时关联、短时事件快速捕捉等关键技术，实现以告警分析为中心的多维度、多主题综合分析和预警功能。通过工程现场的具体应用，研究成果充分利用了电网的运行数据，提高数据的利用率和调控人员的效率，验证了有效性和实用性。
1技术框架
基于智能电网调度控制系统的多主题电网设备综合智能告警技术方案以告警信息为切入点，以设备单元为基础，利用时间序列库存储的全息的电网运行数据，通过对历史态和实时态数据的多维度、多主题的分析来实现电网风险事故的及时发现和精细化的分析。实现短时事件捕捉技术，电网设备参数辅助分析，利用全息时序电网运行数据的总加分析、冲击负荷分析，结合电网拓扑关系解决关联厂站、关联间隔直接的数据对比和事故联动分析等关键技术；实现能够跨越物理隔离装置，实现与安全Ⅲ区调度管理系统(OMS)中设备检修记录的数据联通，并深度挖掘各种主题的内在联系实现对电网运行实时告警和电网运行状态综合智能的分析，从而改善传统告警应用功能的信息展示、分析手段单一的状况。充分利用智能电网模型，集成了多个应用主题、多个系统的设备运行及检修数据，使得监控人员能够整体地把握电网运行状况，精细化地分析、统计和快速地定位设备运行故障。
1.1设备单元(间隔)
设备单元(bay)在IEC 61970标准中有明确的定义[11]，间隔是电力系统资源(在给定变电站内)的一个集合。间隔的模型图如图1所示。
图1 间隔模型
Fig. 1 Model of bay
智能电网调度控制系统产生的遥信、保护变位告警信息包含了该告警所属的间隔信息、厂站信息，可以为数据的关联建立桥梁。数据采集与监控(SCADA)应用中以间隔为单位进行了建模[12-14]，实现了以间隔为基础的图模一体化技术，使得自动化系统的维护大大简化。基于此，本文提出的多主题综合智能告警技术同样以间隔为单位对告警进行整合，并对间隔中的设备相关的全息历史量测数据、图形、实时数据及相关维护数据进行数据整合，符合调控人员对电网运行状态的监控习惯。
1.2 时间序列数据库高效集成支撑平台
适应新一代智能电网调度控制系统发展的需要，本文系统基于其统一支撑平台。目前，在智能电网调度控制系统中，时间序列数据库已经得到了集成和应用[11]，其主要特点在于有着极高的数据插入、数据查询检索效率[12]。同时，为了长时间存储海量历史数据，时间序列数据库还使用高效的有损压缩算法和无损压缩算法，使得数据所占的空间大大减少。因此时间序列数据库存储的全息量测信息能够回溯到事故发生时的瞬时数据，为多主题智能综合告警的实现提供了可靠详尽的数据支撑。
1.3 全息运行数据智能综合分析和信息关联
多主题电网设备综合智能告警技术基于智能电网调度控制系统，在系统中的模型及电网全息运行的数据基础上进行的数据分析技术。多主题智能综合告警功能框架示意图如图2所示。
图2多主题智能综合告警功能框架示意图
Fig. 2 Diagram of multi-subject intelligent integrated alarm
多应用主题展示主要包括以下四个方面的内容。①时序告警信息统计分类：以系统中存储的间隔模型为基础，通过订阅系统中的告警信息，根据告警信息的内容进行归类统计；②实时态和历史态的数据分析：以设备单元为基础的告警统计和实时告警为切入点，关联相应的厂站或者间隔接线图。通过实时的数据监控，利用全息的历史数据，借助接线图和趋势分析曲线的联合反演，重现事故发生时精细、准确的场景；③静态设备相关数据的辅助信息：通过对设备的电气参数、操作记录和检修记录的集成，辅助调度人员进行实时监控和事故历史反演，为其提供全面的设备信息。同时关联OMS
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118 - 电力系统保护与控制
系统的设备维护记录数据；④全息电网运行数据的智能分析：主要包括系统智能总加分析、精细化越限分析、精细化重载分析、电网冲击负荷分析等。
1.4 多应用主题展示
首先，需要订阅报警信息发送通道，获取事故告警信息。根据告警信息中的所属间隔ID进行分类，形成以根节点为该间隔的树形结构，并随着告警信息的产生动态地更新。多个主题运行时的数据流如图3所示。
图3 多主题电网设备综合智能告警技术数据流示意图
Fig. 3 Diagram of multi-subject intelligent integrated
alarm data stream
其次，根据选择的间隔，自动按照间隔接线图的命名规则生成告警信息所属的间隔接线图名称，从智能电网调度控制系统的图形文件服务器中请求该接线图的基于公共信息模型(CIM)高速图像交换格式(CIM/G)图形数据，转化为可缩放矢量图形(SVG)格式图形[15-18]，并保持所关联的数据源能够动态更新，从而使得调度人员可以在告警产生后，直观地看到该间隔的设备运行状况。根据告警信息所属的间隔ID自动从时间序列数据库中获取该条告警产生前后一定时间范围内的该间隔关键设备的全息运行数据，提供全景事故反演工具对事故进行追溯，调度人员能够快速捕捉到事故发生瞬间相关设备关键参数的实际状况。
最后，在安全Ⅲ区部署一个数据发送服务，根据需要从OMS系统中获取某个间隔内的设备电气参数静态信息和设备的检修记录并通过反向隔离装置传送到安全Ⅰ区进行显示。通过告警的时间查询相关的检修记录，全方位了解设备的状况。
1.5 多主题智能数据分析和短时事件快速捕捉
1.5.1智能总加数据分析
SCADA应用部分实时数据是由用户定义的公式计算出来的，由于系统的实时库中量测只有当前的一个最新值，在出现数据乱序或者数据滞后的情况下，实时计算出来的结果可能会出现误差。
利用时间序列数据库中带时标的量测数据，可以精准地取到某一时刻的数据断面，能够方便地根据其公式重新计算出一段时间内的计算值，并图形展示新旧数据、或者某一时刻的公式分量数据的比对和分析。
(1) 基于全息时间序列电网运行数据的计算公式重计算及分量分析：实现变化即计算，模拟实时状态下当某个分量值发生变化就触发计算，获得一段历史的精细的历史计算数据。
(2) 计算值突变分析：由于采用了变化即计算的方式，输入斜率的阈值和量测值超正常值的百分比。实现数据预处理，过滤干扰的数据(数据毛刺)，再借助斜率变化等数据突变的算法可以统计分析出某段时间内计算值出现突变的时间及次数。
(3) 分析总加值发生突变时刻和定位突变分量：根据计算值的重计算、突变分析，全面掌握电网数据总加和电网运行情况，能够获得其精细的运行轨迹，运行数据异常时能够快速定位故障原因。
1.5.2短时事件捕捉技术
设备故障短时事件捕捉模型是在原有的电网设备故障判断模型的基础上，利用时间序列数据的能够存
储全息电网运行数据的优势，在重合成功、正常分闸、异常分闸的判断逻辑中添加相关量测点的真实的历史量测数据的支持，有效地提高判断的准确度。详述事件捕捉的模型定义如下。
(1) 事故分闸
间隔中的开关为分闸状态，分闸时刻为T，间隔的“事故总”保护信号发生时刻为T ′，如果|T – T ′|值在一定时间t(如3 s)内，并且在T时刻之后的t1 s 内(如2 s内)发生了合闸，t2 s内(如5 s内，且t1<t2)又发生了分闸，则认为是事故分闸的情况。其中：
a. 分闸时刻T与保护信号发生时刻T ′的时间戳正常均是统一的主站时标；
多肽修饰
b. T与T ′大小关系不固定；
c. t、t1、t2的时间大小用户可调。
(2) 重合成功
事故分闸的一种特例，虽发生了分闸，但是之后又重合成功了，故归为重合成功的情况。SW间隔的“事故总”保护信号发生时刻为T ′，如果|T – T ′|值在一定时间t(如3 s)内，并且在T时刻之后的t1 s 内(如2 s内)发生了合闸，t2 s内(如5 s内，且t1<t2)没有分闸且此时该间隔相关的遥测量I不为0，则认为是重合成功的情况。其中：
a. 分闸时刻T与保护信号发生时刻T ′的时间戳正常均是统一的主站时标；
逆王水b. T与T ′大小关系不固定；
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c. t、t1、t2的时间大小用户可调。
(3) 正常分闸
间隔中的开关为分闸状态，分闸时刻为T，如果在T时刻之前或之后一定时间t(如3 s)内没有事故总保护信号发生，而间隔相关的遥测量I在一定时间t3(如7 s)后的第一个值为0或零漂则认为是正常分闸。
(4) 异常分闸
间隔中的开关为分闸状态，分闸时刻为T，如果在T时刻之前或之后一定时间t(如3 s)内没有事故总保护信号发生，而间隔相关的遥测量I在一定时间t3(如7 s)后的第一个值不为0，则应统计为异常分闸。
甲胺基苯丙酮1.5.3精细化重载分析
通常系统中设备负荷率作为实时的计算数据能够进行展示，同时可以保存设备的负荷率；然而，如果
没有事先配置好所有设备的负载率存储，要查看随意一个变压器、线路或者负荷的负载率的历史趋势就不是很方便。通过利用时间序列数据库存储的电网运行全息历史数据，可以根据需要重新计算出精确的设备负载率。精细化重载分析主要包括以下内容。
(1) 获取某个变压器、负荷或者线路的电流全息历史时间序列数据。
(2) 按照数据的时间顺序依次计算出每个时刻的设备负载率，计算公式为：负载率= 电流/额定电流值。
(3) 如果负载率大于用户设定的重载门槛值，则设置该负载率的状态为重载。
(4) 精细化统计重载的持续时间和各设备的重载总时长。
1.5.4精细化越限分析
通常系统遥测数据为 1 min采样存储历史数据，在查看遥测值历史数据时越限情况不能被完整地描述。本文利用时间序列数据库中存储的遥测全息历史数据，获得该量测的历史遥测越限情况，进行全面的精细的遥测越限分析。分析主要包括以下内容。
(1) 从时间序列数据库中获取某个量测全息历史数据。
(2) 根据全息历史数据中的状态码，结合系统设定的状态码规则，计算出该数值的越限状态。
(3) 统计各设备不同越限等级持续时间长度和总越限时长。
1.5.5电网冲击负荷分析
利用全息的电网运行时间序列数据，根据冲击负荷的判定规则，自动地在海量的历史数据中定位冲击负荷的发生时段，从而追溯到冲击负荷发生时的精细数据和过程。冲击负荷分析主要包括以下内容。
(1) 输入某典型负荷的历史负荷数据，该负荷通常情况下在某段时间会发生冲击负荷现象。
(2) 完成数据预处理，去除干扰识别历史的冲击负荷的因素。
(3) 输出该负荷的正常负荷区间和冲击负荷发生时负荷上升的幅度数据范围和持续时间区间范围数据。
(4) 当对该类型的负荷进行冲击分析时，输入经过前面步骤计算的历史经验数据和一段全息时间序列数据，通过计算负荷的变化趋势和高负荷的状态持续时间，统计分析历史的冲击负荷情况。
(5) 借助统计分析结果，辅助调度人员快速掌握某个单位或者用电设备的冲击负荷状况，提升电网运行控制精细化水平。
2 功能实现
2.1 部署架构
多主题智能综合告警技术方案是基于智能电网调度控制系统实现的，因此多主题智能告警主体部分和智能电网调度控制系统的数据交互，主要基于其安全Ⅰ区的内部网络。
电气参数和设备的检修记录是由OMS系统维护，并且OMS系统和智能电网调度控制系统分别部署在安全Ⅰ区和安全Ⅲ区。本方案部署在安全Ⅰ区的智能电网调度控制系统中，如果要获取OMS 系统的数据需要穿越反向隔离装置。因此，需要在OMS系统中部署一个电气参数和设备检修记录的数据传送服务。部署方式如图4所示。
图4多主题智能综合告警部署图
Fig. 4 Deployment of multi-subject intelligent integrated alarm
2.2 组件架构
技术方案分为两部分：主体部分和电气参数及维修记录发送服务两部分，如图5所示。分别分布
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在Ⅰ区和Ⅲ区两个安全区域，主体部分部署在Ⅰ区。
主体部分分为：① 数据访问层：访问智能电网调度控制系统的设备信息、设备运行数据和实时告警信
息数据；② 数据分析层：对实时告警信息按照间隔进行分类，告警信息数据维护；接线图解析和转换；告警信息及设备运行数据关联分析及预处理；对设备检修记录及电气参数数据文件进行解析。通过对全息电网运行数据，利用智能的数据分析算法进行数据的运算和分析；③ 主题展示层：对准备好的数据进行动态展示，相应用户的操作及数据的联动显示。
2.3 数据交互
技术方案中各个应用于系统数据的交互数据流如图6
所示。
图5多主题智能综合告警架构图
Fig. 5 Framework of multi-subject intelligent integrated alarm
动力钳
图6应用方案的数据交互示意图
Fig. 6 Schematic of data exchange using multi-subject intelligent integrated alarm technology
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