谢宇哲，邬秀玲，项中明，张志雄

（1.国网浙江省电力公司宁波供电公司，浙江 宁波 315010；2.国网浙江省电力公司，杭州 310007）

0 引言

随着电网规模的扩大和新技术的发展，传统的调度-变电站运行模式已不能适应当今电网的发展需求。调控一体化是指采用调度、监视、操作一体化，集约化、精益化的目标模式，由调控员代替原有的调度员和监控员，变电站实现无人值班。该模式实现了调控员快速全面掌握设备运行情况，加快故障处理的目的[1]。

如何发挥调控一体化的优势，保障电网安全运行，电网智能监控与决策系统起着举足轻重的作用。传统的EMS（能量管理系统）是根据遥测、遥信量等信息对越限和故障以弹出对话框、发出声音的方式告警，方式单一，缺少自动性功能。解决该问题的关键在于：智能监控与辅助决策软件在实时运行过程中，能跟踪电网上报的告警信息，及时依据预先定义好的告警规则进行告警的归总、分析和跟踪[2-3]。本系统通过基于技术规定、模型和推理的专家系统规则[4]，改进潮流计算与状态估计方法，采用快速灵敏度分析，在1 s内完成告警信息的归总分析，并提供实时辅助决策方案[5-6]。

1 系统设计

系统分为智能告警分析、告警辅助决策、在线及离线故障分析、报表功能4个模块。通过伪信息辨别与过滤、信息分类、告警汇总等技术手段将告警信息集中展示给调控员，并实现断面监视预警、快速事故分析、拉限电分析、风险管控、事故告警反演等功能。系统功能如图1所示。

图1 系统功能构架

系统从EMS获取模型、图形和实时数据，从保护与故障录波系统获取事故简报信息，由运行方式员导入检修计划。将基于计算模块层计算获得的各种分析结果加以系统化、层次化、主题化的归纳和提炼，并面向终端用户进行展示。其软件体系架构如图2所示。

图2 软件体系架构

2 系统原理

2.1 专家库规则

系统建立了41条专家库规则，监控各类设备的越限情况，在线分析各类设备的缺陷，跟踪设备缺陷历史，按照遥信或者间隔进行关联，结合网络拓扑和网络潮流进行综合判断，能够对原始告警进行分类、汇总，去除伪告警，以发现电网中真实发生的智能告警信息，并向调控员实时展示。

针对每一类原始告警信息，系统实现了一些普遍适用的告警专家规则：只关心调控管辖责任区；只关心带电运行的主间隔；只保留过去24 h已复归的告警信息，保留所有的未复归告警；按照电网自动化系统信息规范区分告警信息的等级。

系统包含以下常见重要规则：

（1）某一个间隔发生事故跳变时，该间隔下的所有遥信原始告警信息都必须归总到该间隔的智能告警下。

（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1条根源告警。

（3）开关发生变位时，如果是计划检修引起的操作，给出提示。

（4）开关变位时，如果主设备上遥测不匹配，给出提示。

（5）对于非环网220kV主变压器电流越限，展示110kV主变压器拓扑结构和其下带的110kV线路，并提示压负荷/切负荷/倒负荷的意见。

（6）对于环网220kV线路电流越限，展示其下带的110kV主变压器拓扑结构，并提示每台220kV主变压器对越限线路的有功灵敏度。

（7）对于10kV母线线电压越限，分析是否为接地及熔丝熔断故障，并提供消缺意见。

（8）对于220kV主变压器功率因数越限，展示其下带的供区结构，并提供供区内的容抗器投切策略。

（9）设备发生异常告警时，可以标记为已知缺陷，并在再次告警时予以提示。

（10）设备发生异常告警且为重要缺陷时，进行实时风险评估，给出风险等级评估。

（11）如果开关保护异常，造成主变压器后备保护越级动作，则认为故障位置在该开关所在线路上。

（12）比对实时拓扑和停电预案触发条件，若匹配则自动生成相应事故预案。

2.2 快速灵敏度分析

系统实现了基于开断法的快速灵敏度分析。灵敏度分析的数学本质是将雅克布矩阵进行简化，获取自变量和应变量之间的线性化关系。具体到电力网络分析中，灵敏度分析能够用于获取注入点潮流对于支路潮流、或者支路潮流对于支路潮流的线性关系；有了这些线性关系，就能够快速确定潮流越限时的转移支路[7]。

系统对于每个越限的环网支路都会进行灵敏度分析，灵敏度分析由以往的全局扫描改进为局部扫描：针对每个越限支路，只扫描同一个供区内的支路和相邻供区内的支路，极大地减少了扫描数据量。其次，灵敏度分析采用了基于直流潮流的开断法。开断法直接对雅克布矩阵进行修正，之后再用优化过的直流潮流计算一次求解自变量和应变量之间的线性关系。经过测试，发现快速灵敏度分析完全可以满足在线辅助决策的性能需求。

2.3 状态估计

针对电力系统状态估计问题中状态量及量测雅可布矩阵的绝大多数非零元素均成对出现的实际状况，系统采用基于分块Givens旋转的电力系统状态估计算法，根据信息矩阵的分块稀疏结构进行列编号的优化，采用变转轴逐列消元策略，基于最小度原则动态选择转轴元素，根据非零注入元素最少的原则选择旋转元素，既减少了所需的内存空间，又明显提高了执行效率[6-8]。运行经验表明，与传统的Givens正交变换法相比，该算法在执行效率上具有明显的优势（节省约30%的CPU时间）。

3 系统功能实现

通过告警专家规则，系统可以对原始告警信息进行在线智能告警分析，根据所获取的智能告警信息，进行包括状态估计、风险评估、灵敏度分析、负荷转移在内的各种在线辅助决策，帮助调控人员分析、定位和处理各类告警信息。

3.1 智能告警分析

目前EMS普遍存在的问题是：电网运行监视的告警信息是通过SOE（事件顺序记录）方式采集及显示在调度端，未作任何分析或判断处理，特别是在电网故障情况下，短时间可能上传大量的告警信息（每秒50～200条），这对智能监控与辅助决策系统提出了很高的要求。

3.1.1 遥信信息分析

EMS系统提供的原始告警消息约有70多种，包括电网的各种一次告警信息、二次告警信息和EMS本身的告警信息。针对调控员的实际需求，本系统着重考虑4种原始告警信息，分别为遥信变位、告警事故、告警通道工况和二次遥信告警。

遥信告警信息往往围绕多个热点群发性发生。在对原始告警信息进行在线智能汇总的基础上，系统必须结合电网网架和电网拓扑，对跨遥信、跨间隔、甚至跨变电站的告警信息进行归总。

3.1.2 遥测信息分析

系统能够自动检测各类设备的越限情况，并生成遥测告警列表，实时向调控员进行提示，包括：线路电流越限、变压器电流越限、变压器功率因数越限、变压器无功倒送母线线电压及相电压越限、断面电流及有功越限。系统能根据遥测数据分析相应间隔是否异常。

3.2 告警辅助决策

在电网实际运行过程中，由于电力网络的一体性，需根据归并后的告警信息进行包括状态估计、风险评估、灵敏度分析、负荷转移在内的各种在线辅助决策，帮助调控员分析、定位和处理各类告警信息。

3.2.1 消除越限的负荷转移决策

对于发散型的电网，降潮流措施通常比较简单，可以利用切负荷、升出力来实现。在复杂情况下，也会利用倒负荷的方法将部分负荷转移到相邻的支路上。针对环形电网，降潮流措施则十分复杂。因此，系统引入灵敏度分析，寻找相关度比较大的支路。对于灵敏度为正的支路，建议切负荷或者升出力；对于灵敏度为负的支路，建议升负荷或者降出力。

3.2.2 快速风险评估

设备发生异常告警且为重要异常告警时，要立刻触发以异常设备为对象的假想故障分析，并按照《国家电网公司安全事故调查规程》和《国务院第599号令》分析可能的事故后果。考虑到地区电网的实际情况，将电网事故分成8个级别。为提升实时风险评估的精度，系统提供了备自投的仿真，并根据网架自动生成备自投装置投切策略。

3.2.3 无功/功率因数调整策略

按照有关部门对功率因数及无功的规定，系统按照制定的策略，在无功或主变压器功率因数越限情况下，检测电网结构和容抗器投切情况，自动展示其下带的供区结构，并提示供区内是否有需要调整的容抗器。

3.3 在线及离线事故分析

系统能够读取任一断面的网络情况，供调控员加以调整，获取假想的网络断面，并根据调控员指定的假想故障情况自动生成停电预案，包括故障隔离操作、恢复供电操作和关键支路监视方案，并在一次主接线图上可视化地回放该时间段的各种一次、二次告警信息。

3.3.1 预案自动生成

在线比对实时拓扑和停电预案触发条件，匹配成功后显示相应电网事故预案。事故预案包括设定故障名称、故障隔离恢复和关键支路越限监视。如有多种方案，则都列举以供选择。

3.3.2 事故回放功能

系统获取变电站指定时段内所有一次、二次告警信息，根据事件发生的时间序位表，搜索到相应间隔，可视化回放事故的发生、隔离、恢复全过程，同时也可以播放事故预案的演练过程。

4 实例分析

国网宁波供电公司于2012年7月中旬开始投入本系统。系统对告警相关的设备进行热点分析，从而保证了电网综合智能告警与决策分析的效率，在出现告警的同时对可能的故障源以及应急方案都迅速做出提示。台风“海葵”期间，系统的强大功能得到充分验证，在保证事故和异常告警信息完整的基础上，告警信息数量下降44%，其中事故与告警压缩率超过90%，各类告警信息如表1所示。

该系统对宁波电网所有220kV变电站全站停电事故进行了模拟测试，总结出调控员事故处理案例。以220kV象北变电站1号主变压器故障为例，故障前电网运行状态如图3所示。

表1 “海葵”期间告警压缩率

图3 宁波局部电网示意

系统通过对“象北变电站北周线保护OP灯熄灭”、“象北变电站1号主变压器保护动作”、“象北变电站2号主变压器过载”等原始告警信息分析，得出智能告警信号“象北变电站1号主变压器越级跳闸（北周线故障）”，并根据在线拓扑和潮流校验得到如下恢复方案：

（1）西周变电站北周线改冷备用。

（2）象北变电站北周线改冷备用。

（3）象北变电站110kV母联开关改运行。

（4）象北变电站1号主变压器110kV开关改运行。

经验证，本系统的电网潮流显示正确，提供的负荷转移、恢复路径等辅助决策方案准确可行，系统的应用显著提高了监控和事故处理效率。

5 结语

在调控一体化背景下，调控员面临的将是海量的告警信息。原有系统因功能简单、不具备告警智能汇总和辅助决策等问题，已经不能满足大电网发展的需要。基于调控一体化的电网智能监控与辅助决策系统，能够对海量信息进行智能分析处理，获取调控人员需要关心的异常信息，提供决策方案，有利于及时处理故障，避免事故的发生或扩大。

[1]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.

[2]刘伟，李江林，杨恢宏，等.智能变电站智能告警与辅助决策的实现[J].电力系统保护与控制，2011，39（15）∶146-149.

[3]陈宏辉，田华.基于智能变电站的智能告警系统技术研究[J].广东电力，2012，25（10）∶38-40.

[4]刘莹，刘俊勇，张建明，等.电网调度中的智能告警分类[J].电力自动化设备，2009，29（12）∶48-54.

[5]徐希，张剑，孙世明.地区电网智能调度辅助决策系统[J].电力系统自动化，2012，36（2）∶111-115.

[6]杨洪耕，明娇，代海波.地区电网智能告警系统的实现[J].电力系统自动化学报，2011，23（2）∶105-109.

[7]R.SODHI，S.C.SRIVASTAVA，S.N.SINGH.Multi-criteria decision-making approach for multistage optimal place ment of phasor measurement unit[J].The Institution of Engineering and Technology，2011，5（2）∶181-190.

[8]DEBRUPDAS，DEEPAKM.DIVAN，RONALDGHARLEY.Power Flow Control in Networks Using Controllable Network Transformer[J].Power Electronics，IEEE Transactions on，2010，25（7）∶1753-1760.