杨洪耕,明 娇,代海波

(1.四川大学电气信息学院,成都 610065;2.四川德阳电业局,德阳 618000)

应对能源危机与提高电力系统稳定运行水平,智能电网将成为未来电网发展的重点[1],如何保障电网安全运行,告警系统起着举足轻重的作用。告警系统是监视、保障电网安全运行的有利工具。将TTS应用到语音报警系统中,大大提高了语音报警系统的自动化程度[2]。将遥信和遥测信息进行关联综合智能分析,可过滤故障信息,推断故障范围[3]。告警相关性分析可协助运行人员准确定位故障源,减少处理反应时间,提高网络可靠性[4]。基于贝叶斯网络的电力系统故障诊断方法能为操作人员迅速地做出决策提供强有力的支持[5]。目前,为解决告警系统中某个或某些问题的文献很多,但都未能给出一套完善的智能告警系统的设计思想及实现方法。

结合电力系统安全稳定运行的要求和发展,本文提出告警系统的智能化设计思想,系统具有以下功能特点:①实时运行状态快速预警;②声像结合,简单精确指明故障信息;③按故障严重程度划分等级;④给出故障的原因及处理策略;⑤历史告警信息智能查询。将以上功能特点与其实现流程的模块化设计紧密结合,采用面向对象的模块化设计方法[6]和多线程并行处理机制,使智能告警系统又有易于功能扩展、响应速度快的特点。

1 智能告警系统的主体设计思想

1.1 智能告警系统的体系结构

运行值班人员往往需要以直观、简便、快速的方式掌握系统运行情况并及时准确处理系统异常,同时能智能查询所关注的历史告警信息。由此,本文提出如图1所示的智能告警系统模型。

图1 智能告警系统模型Fig.1 Intelligent alarm system model

1.2 智能告警系统的多线程模块化设计

本文采用面向对象的模块化设计思想,首先定义一个告警基类,该告警基类包含告警所需变量及数组的定义,并结合智能告警系统的功能特点将其实现过程封装为如图2所示的各个功能模块,其中信息处理模块对应图1中的信息分类及信息二级处理。各功能模块均继承了告警基类的内容,是告警基类的派生类。各模块之间相互独立,通过告警基类相互关联。

图2 模块类关系图Fig.2 Module class diagram

语音报警涉及到频繁的声音异步播放,红绿灯状态指示需要快速刷新来准确反映系统实时运行情况,查询历史信息时需从数据库中检索大量数据,实现以上功能占用CPU资源较大,影响实时故障信息的处理速度。为提高系统运行效率,采用多线程技术将以上三个模块与信息处理过程在实现流程上相互独立。程序启动后,在主流程中进行信息处理,同时为语音报警模块和红绿灯状态指示模块各开启一个线程。程序运行过程中,当用户点击查询历史告警信息时再开启一个线程用于信息智能查询,退出查询时关闭该线程。多线程处理流程如图3所示。

图3 多线程处理流程Fig.3 Flow ofmu lti-thread p rocess

2 智能告警系统的实现

2.1 故障信息字典定义

因相同类型故障的重要程度、故障原因和处理策略一般相同,定义了如表1所示的故障信息字典,为信息分类、分级处理和决策分析等功能的实现提供依据。用户可对信息字典进行编辑。

表1 故障信息字典Tab.1 Fau lt information dictionary

2.2 告警信息整合

2.2.1 信息整合模块

由SCADA实时数据直接得到的告警信息量大,往往有大量不重要或不必要的信息,利用信息整合模块将其滤除,并将相关联的多条异常信息合并成一条实质性告警。为便于信息整合功能的扩展,将信息整合的内部实现过程进一步模块化,每个模块对应不同类型的信息整合内容:①告警信息过滤模块:滤除异常数据及运行方式改变时过渡状态产生的错误告警信息;②同类告警信息合并模块:当多个设备或多个变电站发生相同告警时,将其整合为一条根源告警;③不同类型相关联的告警信息整合模块:当某一设备或相关联的多个设备发生多条告警信息时,将其整合为一条根源告警。信息整合实现过程见图4。

图4 信息整合实现过程Fig.4 In formation integration process

2.2.2 信息整合各模块实现逻辑

经故障判断生成的初始故障信息存储于初始告警列表tempWarnList(TWL)中,信息整合是对初始故障信息进行分析处理,具体实现逻辑如下:

(1)告警信息过滤模块

for(i=0;i＜TWL.Count;i++)

{

if(该告警是由运行方式改变时过渡状态所致)

{TW L.RemoveA t(i);i--;continue;}

if(该告警是由短时异常数据所致)

{TW L.RemoveA t(i);i--;continue;}

}

(2)同类告警信息合并模块

for(i=0;i＜TWL.Count;i++)

{for(j=i+1;j＜TW L.Count;j++)

{if(TW L[i]与TWL[j]是同类告警)

{if(TW L[i]可包含于TWL[j])

{TW L.RemoveA t(i);i--;break;}

if(TWL[j]可包含于TWL[i])

{TW L.RemoveA t(j);j--;continue;}

}}}

(3)不同类型告警信息整合模块

for(i=0;i＜TWL.Count;i++)

{for(j=i+1;j＜TW L.Count;j++)

{if(TW L[i]与TW L[j]告警设备相同或相关联)

{if(TW L[i]可归因于TWL[j])

{TWL.RemoveA t(i);i--;break;}

if(TW L[j]可归因于TW L[i])

{TWL.RemoveA t(j);j--;continue;}

}}}

2.3 告警信息处理

由于信息分类、分级处理、决策分析、实时状态分析、信息入库等都需遍历告警信息列表,对每一条告警信息进行处理,故将以上功能的实现过程合并为一个告警信息处理模块。信息分类是根据故障信息对系统的影响程度按照故障类型将告警信息划分为三个等级:①紧急告警,直接影响到系统的安全稳定运行;②一般告警,对系统的局部或单个设备有一定影响,但不会危急到系统的正常运行;③提示告警,仅起提示作用,提醒值班人员当前发生的操作信息。图文告警采用分级显示,不同等级的告警信息用不同颜色标记,并按照重要等级由高到低、故障发生时间由近到远的原则进行顺序排列。告警信息处理流程如图5所示。

图5 告警信息处理流程Fig.5 Flowchart of alarm in formation process

2.4 语音报警

语音告警可以给出明确的语音告警提示,但音色一致的告警音的频繁播出,不易分辨各告警信息的重要性差异,难以提起值班人员的警觉性。为此,提出根据告警重要性级别不同设置对应的语音告警方式及告警音参数,告警方式分为连续、一次及无语音告警提示三种。这样既可减少语音报警数量,又使用户可根据音色的不同直观地识别当前告警的重要程度,使语音告警更加智能化。语音告警功能单独占用一个线程,其实现流程如图6所示。

图6 语音告警实现流程图Fig.6 Flowchart of voice-alarm implementation

2.5 红绿灯实时运行状态显示

2.5.1 红绿灯思想

值班人员要准确掌握系统的实时运行情况就必须时刻关注监控界面、频繁进行信息查询操作,这样工作量大且容易产生视觉疲劳。由于图形较文字在表达信息方面更直观,提出了一种能简单直观反映系统实时运行情况的快速预警方法,即红绿灯实时运行状态指示。

2.5.2 红绿灯实现逻辑

红黄绿灯起着状态监测器的作用,实时反映系统运行情况。当系统处于紧急运行状态时,采用红灯闪烁指示效果使状态指示更加直观醒目。红绿灯采用GDI+[12]绘制,单独占用一个时钟线程,每0.5 s根据系统当前运行状态等级重绘指示灯,红灯闪烁通过背景色与红灯交替绘制实现,其实现流程如图7所示。

2.6 智能检索功能

为用户更好地展开事故调查分析,智能告警系统提供了一个可锁定查询目标的智能查询界面,用户可以指定时间段、告警类型、集控站名称、变电站名称、设备名称等一个或多个检索条件来查询历史告警信息。信息查询通过LINQ to SQL数据库异步查询操作实现[13],在数据库中,由于告警信息是以集控站编号、变电站编号、设备编号、告警类型号等形式存储,因此执行LINQ查询语句后得到的数据为生数据,还需要解析为相应的显示信息。整个查询过程如图8所示。

图7 红绿灯绘制流程Fig.7 Tra ffic lights drawing process

图8 LINQ查询的3层结构Fig.8 Three-level structure of the LINQ query

3 应用实例

该智能告警系统已在多个地区电网电压无功控制系统中投入使用。下面以德阳区域电网为例,介绍该智能告警系统的部分应用效果,德阳区域电网电压无功控制系统已经实现了对德阳电业局下属的5个集控站在德阳地调的闭环控制。

在系统运行过程中,什邡集控站土塘变电站出现错档运行,由于错档异常对应紧急告警,此出现红灯闪烁指示,指示灯下注明了出现紧急告警的集控站名称,如图9所示,用户通过点击指示灯或点击实时监控中的告警信息可以进一步查看具体的告警信息,如图10所示。

实时告警信息列表中告警信息“什邡集控站土塘变电站变压器错档”用红色标记显示,点击处理建议按钮可以进一步查看该告警信息的故障原因为“并联变压器变比不一致”,处理策略为“核实SCADA上传的变压器档位值是否正确,如果SCADA数据有误请检查SCADA数据通道,如果SCADA数据无误请手动遥控变压器分接头将变压器调节至同一变比”。

图9 红绿灯效果图Fig.9 Traffic lights effect picture

历史告警信息查询界面提供了便捷的信息查询功能,可将查询到的告警信息保存为Excel文档。图11列出了德阳罗江集控站2009年4月20日的信息查询情况。

图11 告警信息查询列表Fig.11 Alarm in formation inquiry list

4 结语

本文提出的智能告警系统在地区电网电压无功控制系统的实际应用表明,通过告警信息整合、分级显示、特色的语音告警提示以及红绿灯快速预警等,方便了运行值班人员快速准确地掌握系统关键异常信息;故障原因及处理建议的给出,提高了事故异常处理效率;告警信息智能查询功能对系统运行情况的查看和分析提供了便捷地支持;同时,采用面向对象的设计方法和多线程并行处理机制,提高了智能告警系统的可扩展性与响应速度。

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