电网监控信号智能处理系统的研究及实现

电网监控信号智能处理系统的研究及实现

朱义贤李淼王媛玥王丽萍刘瑜

（国网安徽省电力有限公司安徽合肥230061）

摘要：电网监控信号是调控人员判断和分析电网的有效依据。本文介绍了电网监控信号智能处理的方法及其实现，以专家知识库为基础，对监控信号进行智能推演，在信号压缩的基础上形成故障结论及决策意见，同时采用智能语义解析自动形成二次模型，具有良好的通用性和免维护性，在工程实践中取得了很好的效果。

0.引言

现代电网互联规模和运行复杂性越来越大，监控信号量也越来越多，而传统型的研究是建立在网络拓扑结构模型的基础上，根据发生故障时系统结构和参数变化，导致系统潮流的变化，根据潮流计算的变化判断出故障，多采用传统的数学方法，采用单一的集中求解，因系统规模、复杂程度和不确定因素等限制，很难适应现代电力系统故障判别的要求，系统故障诊断难以达到理想的效果。目前研究电力系统故障识别及辅助决策的方法向专家知识库、智能化方向发展。

基于专家知识库的信号分析及辅助决策方法，主要包括专家系统故障诊断方法、可拓原理、模糊故障诊断方法等。主要优点是不依赖于具体的数学模型，具有较为丰富的、灵活的知识表达和问题求解能力，可以充分发挥人类专家在诊断中根据感觉、知识、经验所进行的推理判断的能力，并可适合于各种场合的故障判别。

本文提出了基于可拓原理的专家知识库推演方法，在建立电力系统的一次、二次设备模型的基础上，提高信号分析和故障诊断推理的准确率和性能，较好的满足了工程实践的需要。

1.系统的软件架构

图1-1

从功能体系上，系统分为通用可扩展服务总线、信号分析及辅助决策相关服务、专家知识库、各类辅助建模工具、人机会话层应用等。

数据模型层：包括一次设备建模、二次设备建模、一二次设备关系模型、专家知识库等构成。

信号分析辅助决策服务应用层：在电网一二次设备建模的基础上，根据专家知识库及实时库接口数据，实现信号的压缩处理、故障诊断、拓扑分析、辅助决策、及通用告警等功能。

实时接口服务：适配SCADA系统的实时数据接口，包括全遥信、全遥测等。

2.信号分析专家知识库

一般来说，当变电站发生故障或异常时，SCADA系统的事件报警窗口只会收到保护动作、开关分闸等相关信息，但具体发生了什么故障，就需要运行人员结合本站接线方式、当前运行方式、开关刀闸位置以及监控信号进行具体分析。这种故障分析处理过程不仅要求值班员熟悉一、二次设备的运行要求、变电站回路、调度运行规程及各项变电运行的规程、规范，而且需要较长的判断时间。因此，需要在知识库中建立一个故障推理模型，通过推理机来自动完成这个故障分析判断的过程．该模型对变电站主要的故障类型及故障条件做了归纳总结，针对每一种故障类型，使用单独的故障推理预案进行处理．

故障类型

常见的变电站故障主要有线路故障、母线故障、主变故障、电容器故障、电抗器故障、开关拒动故障、重合闸不成功故障、PT故障、CT故障、站用变故障、直流系统故障等．这些故障又可以结合接线方式等条件进行细分和组合，形成多种故障类型，例如：“线路故障跳闸，重合不成功”，“线路故障跳闸，开关拒动，失灵保护启动母差，跳开本线路所在母线上其他开关”，“边开关拒动，跳开母线及相连中开关”等等。模型总结了变电站常见故障类型，并可以方便的进行扩充。

时间窗口

要精确判断一个故障，必然要在系统收到的监控信号缓存中截取一个时间间隔的信号作为推理依据，这个时间间隔称为“时间窗口”。“时间窗口”太短容易漏过推理条件，造成漏判，但也没必要太长，否则影响推理效率。一般可以整定为3～10s，并可以根据现场时间运行情况灵活调整。

信号分类

每一种类型的故障发生时，都要有一个关键的信号作为启动该类型故障推理预案的条件。为了区分这些信号，该模型需要对信号进行分类，例如：线路保护动作信号、母线保护动作信号、失灵保护动作信号、事故总信号、出口跳闸信号等等。

知识库的建立方法

知识库的性能直接决定专家系统的优劣。知识获取是建造知识库的核心问题，知识获取就是从知识源中提炼出求解问题的知识。对于本系统而言，本系统基于可拓原理构建电力调控领域本体知识库、信号分析知识库，并在此基础上实现对信号的智能分析判断的应用。它将电力调控原理、调度规程、规范、操相关培训教材及书籍、以及变电运行人员的经验等加入到知识库中，同时具备解决规则、规程的变化和新出现问题的可拓展性。

图1-2

3.基于专家知识库的可拓事件推演

在电网监控运行中，由于电力网络的一体性，监控告警往往是围绕多个热点而群发性发生的。除了面向多事件的推理机制外，还需要结合电网网架和拓扑信息，对跨遥信、跨间隔甚至跨变电站的事件信息进行跟踪汇总，结合当前电网的实际运行情况提出辅助决策，帮助调度人员理解告警的真实原因。

考虑到变电站故障和异常情况的复杂性，在充分调研值班员需求的基础上，模型设计了多层次的推理机制。

（1）单事件推理

在告警事件发生后，可以根据单个告警事件去匹配知识库中相对应的知识条目，推理完成后给出告警信息的描述、发生原因、处理措施以及图解。

（2）关联多事件推理

对短时间内连续发生、有内在关联的一组事件信息进行综合推理判断，给出原因及处理方案。关联事件及推理结果预先在逻辑推理表中定义。推理方法分为穷举法和模糊推理法两种，穷举法根据全部关联事件推理出结果；模糊推理法，只要发现关联事件中的重要事件，不管其他次要事件有没有直接推理出结果。穷举法推理精确度，能有效排除误遥信的影响，有可能因某个次要信号没有传到系统，造成漏判；模糊推理法不会漏判，有可能受误遥信的影响，造成误判，但推理精确度也足以满足现场运行的需要。

（3）故障智能推理

对变电站的主要故障类型能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。

（4）网络拓扑技术

故障智能推理需要通过网络拓扑技术来获得变电站当前运行方式，例如某条线路当前运行在那条母线上，某条母线当前有哪些线路在运行等。本系统的图模一体化软件包可以很容易的通过绘制主接线图生成全站的设备邻接关系数据库，网络拓扑软件通过设备邻接关系数据库，结合开关刀闸的状态，就可以获得当前运行方式。

4.结语

系统通过可自定义的动态规则让信号按“事件”的形式展示，解决监控信号量过大、干扰信号过多、事故异常信号不宜区分等问题；通过对电网事件发生时监控信息的内在逻辑关系分析，提高电网监控告警信息的分析处理能力，确保电网运行的可靠性和安全性。同时系统可以自动适应电网接线方式的变化，无需用户配置新的分析规则，具备后期免维护功能。

电网监控信号智能处理的研究及实现，能够有效的对电网的信号进行智能分析，同时自动形成一二次模型，具有良好的通用性和免维护性，系统的应用对电网的故障的快速识别、解决具有重要的现实意义。

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