基于SCADA的调度运行智能告警系统

基于SCADA的调度运行智能告警系统摘要：告警信息处理是调度日常监控的重要环节，随着电网规模的扩大以及一体化大调度运行的需要，传统的告警信息分类和展示方式已不能适应当前运行要求，告警系统智能化水平的提升对于提高调度全面感知电网运行状态、快速应对电网异常具有重要意义。本文总结归纳了目前调度告警信息处理的问题，针对性地设计了智能告警系统的体系架构和可视化界面，研究并开发了一套以专家推理规则为核心的调度运行智能告警系统。该系统已应用于广东肇庆地区电网，运行效果表明了系统的实用性和有效性。关键词：告警处理；一体化调度；信息分类；推理规则Abstract:Alarminformationprocessingistheimportantlinkfordailymonitoringofdispatchingdepartment.Alongwiththeongoingexpansionofpowergridscaleandthedemandoflarge-scaleintegrateddispatching.Traditionalalarminformationclassificationanddisplaymethodscannotadaptedtothecurrentoperationalrequirements.Theimprovementofintelligentlevelforalarmsystemwillbeofgreatsignificancetoperceivegridoperatingstateandquickresponsestogridabnormity.Thispapersummarizestheissuesofcurrentdispatchingalarminformationprocessing,thesystemarchitectureandvisualinterfaceofintelligentalarmsystemhavebeentargetedinthisdesign.Thedesignofsystemmainlyresearchanddevelopanintelligentalarmsystemfordispatchingoperationbasedonexpertrule-reasoning.ThesystemhasbeenappliedinZhaoqingpowergrid,theoperationeffectindicatethepracticabilityandeffectivenessofthesystem.Keywords:alarmprocessing;integrateddispatching;informationclassification;rule-reasoning0引言随着电网规模的增大以及电网自动化水平的提升，调度自动化系统所采集的信息量向海量化方向发展，导致调度监控人员对电网信息的监控难度急剧增加［1-2］。当发生事故或异常时，大量信号涌现在调度自动化系统的告警界面中，严重干扰了运行人员对事故及异常原因的判断，对运行人员的监视工作以及分析判断造成较大影响［3-6］；即使是在非事故状态下，这些纷杂无序的信息也会对运行人员的工作效率产生一些负面作用。虽然调度自动化系统采用了告警信息分层分类、误告警处理等技术手段［7-8］达到不同角色人员各取所需的效果，在一定程度上减轻了调度监控人员的工作强度。但当电网处于事故状态时，一个故障的发生可能伴随着连串的告警信息，调度监控人员被大量数据淹没，影响调度效率，增加决策难度。调度运行智能告警系统通过对海量监控信息进行甄别和处理，实现电网运行故障信息的智能分析诊断，从而为调度监控人员提供高效、直观的告警信息和辅助决策依据。1传统告警系统存在的问题传统的告警信息系统，告警功能较为单一、告警信息的总体处理能力较弱、告警信息零散分布、不具备事件推理及故障诊断等辅助决策功能［9］，存在的问题归纳为以下方面：大量的告警信息和遥测信息未经过处理直接涌入控制中心调度自动化系统，顺序混乱、缺乏条理、可观察性差，而且数据传输环节会对告警信息的准确率以及成批告警信息的结构合理性产生着不易察觉的影响，各种告警信息混杂在一起给调度监控人员造成不少困难。现有的调度自动化系统对厂站送来的告警信息基本没有过滤和处理的功能，如果直接采用这些原始的信息作为最终结果或者作为分析电网运行状况的依据，不但对运行人员监视工作造成不便，而且影响到利用这些信息进行策略生成、故障分析的高级应用软件的运行结果。对于大批告警信息内部的综合逻辑分析，一直处于简单处理的状态，无法利用电网潜在的逻辑关系去判断区域性故障，无法对收集的信息进行智能分析后提交运行人员进一步决策。2智能告警系统的结构设计根据智能告警系统实时运行的工作特点和技术特征，将智能告警系统划分为SCADA数据获取模块、告警信息预处理模块、告警推理模块、规则库管理模块、用户展示模块。在电网告警信息智能处理的过程中，告警推理模块和规则库管理模块构成了告警推理专家系统。系统结构如图1所示。2.1SCADA数据获取模块SCADA数据获取模块的作用主要是从调度自动化系统中收集电网智能告警所需的状态数据，包括遥信量、遥测量，同时监听电网告警信息，一旦接收到告警信息，就将告警信息存入基础数据池中，启动告警信息预处理模块。告警信息预处理模块随着电网规模的不断扩大，当电网发生故障或者异常时，汇集到电网调控中心的各种信息量激增，真正重要的告警信息淹没其中，不能起到它应有的作用；而且由于通道和设备的限制，在上传的信息中也存在不良数据，导致错误告警。基于上述原因，在利用告警信息进行推理之前，引入告警信息预处理模块，对告警信息进行预处理，滤除噪声数据，正确和有用的告警信息被保存下来，告警数量将大大减少。告信息预处理过程如下：图1智能告警系统结构Fig.1Structureofintelligentalarmsystem2.2.1根据网络拓扑，分析各设备连接关系、运行状态，建立开关、线路、母线、主变等设备的运行状态信息库，对热备用、冷备用、检修和旁代设备产生的信息排除在智能告警分析范围之外，过滤多余和不必要的告警信息。根据信息预处理逻辑，剔除不需要的告警信息，如远方就地信息、档位BCD码信息等告知类信息和正常的越限类信息。对一定时间内的信息进行统计，记录并统计动作信息的发生时间和次数记录动作的时间分布。告警推理专家系统电网传统告警系统对于告警信息的处理，是将上传的信息直接显示或者过滤后显示，忽视了各个告警信息之间的内在联系，无法呈现给调度监控人员结论性的告警条文，运行人员无法从上传的告警信息中得知电网出现的问题。针对上述问题，在调度运行智能告警系统中引入告警推理专家系统，运用专家规则对上传的告警信息进行推理，得出告警结论。2.3.1规则库管理模块专家系统的推理是以知识库为基础的，知识的准确性直接影响推理结果。告警规则存放于知识库中，告警规则库管理模块对知识库中告警规则进行管理。推理规则库是知识库中的核心部分，对电网状态量正常变位、故障及异常的判断和处理，需要大量的专业知识和日常运行经验支撑。因此，将各专业大量的专业知识用严格的逻辑表达形式表现出来，提取告警推理规则，存入知识库中。告警规则如表1所示。告警推理模块智能告警系统将电网告警类型分为故障告警、异常告警和开关正常变位告警。告警推理模块是推理专家系统的核心模块，负责规则的前提条件匹配、规则的搜索与选取、规则体的解释和执行。基于信息的推理可分为单一事件推理、组合事件推理和智能事件推理。1）单一事件推理应具备信息压缩功能，对频繁出现的告警信息，计算一个时间周期（一般取24h）内重复出现的次数，同时在实时告警界面自动删除相同告警信息；对需要关注的告警信息设定重复次数限值，超过限值时则提示故障告警。2）组合事件推理可对同间隔的关联信息或关联间隔信息进行分析推理，对系统中由相同原因引起的多个告警信息进行合并，只给出核心的告警以及引起故障的原因。3）智能事件推理根据故障发生的关键条件，结合接线方式、运行方式、开关变位信息、开关刀闸状态、遥测量、时序等综合判断，给出当前故障的故障类型、相关信息、故障结论及处理方式，形成智能告警快报，对不安全、异常状态给出告警。2.4用户展示模块用户展示模块是电网智能告警系统直接面对用户的部分，提供了人机交互界面。该模块翻译读取的告警推理结果，将翻译后的告警条文显示给调度监控人员，根据不同类型的告警弹出不同颜色的告警条文和发出不同的告警音响。3智能告警系统的应用告警信息的可视化水平是衡量告警信息智能化的一个重要标准，可视化技术在电力系统中已经逐渐得到广泛应用，但是从以往调度自动化系统的应用效果来看，基本上还是针对单个测点数据的展示，缺乏从调度用户体验的角度进行顶层设计，形成电网告警信息的整体可视化框架。电网告警信息可视化最重要的是要能够实现调度运行人员清晰直观的感知电网当前运行状态以及方便快捷的调阅和处理各类详细告警信息。基于上述考虑，设计出了基于告警面板、智能快报、自动统计分析等为主体的可视化展示窗体，如图2所示。3.1告警面板告警面板主要用于展示电网整体运行状态，显示有效的异常告警和故障信息，并可以调出关联信息和推理结果。运行人员在日常监控时通过告警面板即可知道当前电网在实时运行方式下是否存在告警以及告警等级，告警面板滚动更新当前详细告警信息。智能快报智能快报主要用于显示告警信息相关联的关键信息，类似电视机画中画的功能，调度监控人员点击某个告警信息，联动触发显示该告警信息相关的关键信息并进行加工处理，形成一条故障简报，呈现在运行人员面前，如图3所示。这样做的好处是简化以往在告警处理过程中，运行人员需要频繁切换画面获取相关信息的繁琐过程，充分发挥有限的调度可视化资源，提高告警处理的效率。3.3自动统计分析对智能推理结果的统计分析，能够提高运行人员对电网运行状态和运行数据的掌控能力。如通过建立严格的线路故障跳闸、跳闸后重合动作的逻辑规则，可实现台风天气时线路故障跳闸信息的自动统计，如图4所示。对设备运行状态信息的统计分析，可以统计分析设备各运行状态的时间信息，实现设备停送电信息的自动统计。根据智能分析推理结果，实现电网运行数据的自动统计，能够有效降低调度监控人员的工作量，提高工作效率，统计结果也有利于提高电网运行分析判断水平。图4自动统计分析界面Fig.4Interfaceofautomaticdatastatisticalanalysis4结语电力系统向超大规模发展对运行人员提出了巨大的挑战，传统告警系统已经不能满足智能电网发展的需要。智能告警系统为调度监控人员提供了可靠实用的告警信息处理手段，优化处理出具有层次分明、准确率高、信息精练简洁特点的告警信息，帮助运行人员减轻繁琐的监视工作，以便有更多的注意力去分析设想电网事故和其它深层次问题；当发生事故时也可以协助调度监控人员提高电网故障处理的效率，尽可能减少事故损失。智能化是一个不断渐进、循序创新的过程，随着计算机技术的发展和调度业务面临的新需求，智能告警的内涵也将不断丰富、发展和创新。参考文献[1]孙世明，江伟，彭晖，等•地区电网智能报警系统的构建[J].南方电网技术，2011,5(6)：73-76.SUNShiming,JIANGWei,PENGHui,etal.ConstructionoftheIntelligentAlarmSystemforRegionalPowerGrids[J].SouthernPowerSystemTechnology,2011,5(6)：73-76.⑵刘四聪，朱子坤.智能告警系统在地区调度系统的应用[J].广西电力，2012，35(6)：31-33.LIUSicong,ZHUZikun.ApplicationofIntelligentAlarmSysteminRegionalDispatchingSystem[J].GuangxiElectricPower,2012,35(6)：31-33.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