基于大数据分析的直流系统风险评价

基于大数据分析的直流系统风险评价

肖高美肖友平

湖南水电公司长沙市410116

摘要：直流系统是变电站的重要设备之一，为了更准确评价其运行状态，本文提出了直流系统风险评价体系，采用主观赋权G1法计算各级指标权重，通过评分值反映变电站直流系统的运行状态。传统的直流系统状态评价只局限于变电站端，忽略了调控历史数据的影响，本文将现场与调控历史数据相结合，从多角度提出了变电站直流系统风险评价体系。算例表明，本文提出的评价体系能够准确和有效地反映直流系统运行风险。

关键词：直流系统；风险评价；主观赋权G1法

引言

在变电站中，直流系统通常由蓄电池、充电机、监测单元、馈线及网络四部分组成，为控制信号、继电保护、自动装置、断路器跳合闸操作回路提供可靠的直流电源。即使在全站停电的情况下，仍能保证继电保护装置、自动装置、控制及信号装置和断路器的可靠工作。可见，直流系统可靠与否对变电站的安全运行起着至关重要的作用，是保证电网本质安全的关键环节。一方面，直流系统由于设备繁多，分布分散，与直流系统健康状态相关联的数据颇多，很难通过远程监视保证其运行可靠性。另一方面，直流系统的维护和检修都是按照一定的电力检修体制计划检修，很难“按需检修”。为准确评估直流系统运行状态，有必要建立一套合理的直流系统风险评价体系。

本文基于大数据分析，结合现场检修历史数据与监控端实时运行数据，提出了变电站直流系统的关键指标，构建了变电站直流系统风险评价体系，利用无量纲化方法计算各底层指标的满意度，并用主观赋权G1法计算各级指标的权重值[1]，最终得到直流系统的健康评分，根据评分提出直流风险预警。

1直流系统评价指标及计算

目前，直流系统的健康状态评价主要集中在在线监测装置的开发，专门研究了蓄电池在线监测系统，保证了异常信号能在第一时间内传送至调度端。介绍了一种变电站直流电源集成监控系统的设计，以保证直流电源稳定运行，并能够实现远程监控。基于数据挖掘，将告警信号显示的故障节点按照故障发生概率大小进行排序，提高了人员实时故障效率。归纳总结了变电站直流系统远方监视中主要问题和风险。上述研究属于直流系统故障的事后措施研究，缺乏直流系统健康状态的实时评价，并根据评价结果预测隐患，提出预防事故发生的安全措施。

自从“大运行”体制改革后，变电站基本上实现了无人值守，据此，直流系统健康状态相关数据可分为变电站现场数据与调度端监控数据。变电站现场数据一般指运维检修单位根据直流设备的运行年限、检修记录、历史缺陷信息进行的状态评价，反映了直流系统历史运行健康状态。调度端健康数据则是监控系统反映设备运行状态的事故、异常、变位、越限、告知信号，反映了直流系统实时运行状态。综合各方面因素，变电站直流系统风险评价体系主要分为“基于PMS数据的设备状态评价”“基于EMS数据的设备状态评价”“基于OMS数据的设备状态评价”3个方面，如图1所示，图1中的指标是按其重要性程度从上往下，从左往右排列，共有3个一级指标，11个二级指标。

1.1基于PMS数据的设备状态评价

直流设备状态评分是指通过采集电力设备状态量的参数，根据预先制定的评分规则计算直流设备的状态量评分。直流设备的状态评分满分为100分，然后根据计划检修例试的情况，给出该设备的历史运行情况评分，如不满足设备状态运行要求，则根据评分规则相应扣分，需要指出的是，状态评分指标的取得是运维检修人员将历史评价结果直接录入电力生产管理系统（PMS）系统的，反映的是直流设备截止最近一次检修时的运行状态[2]。

1.2基于EMS数据的设备状态评价

该指标主要包括事故、异常、越限、变位、告知五类告警信号，数据来源为能量管理系统（EMS）。为了区分直流告警信号与其他设备的告警信号，需提前建立直流系统告警信息库，该库包含了所有变电站直流系统的相关监控信号，一旦直流系统出现异常，通过一定的对应规则，统计并累加实时直流系统监控告警信号条数。

1）事故信息是由于电网故障、设备故障等原因引起断路器跳闸、保护及安全自动装置动作出口跳合闸的信息以及影响全站安全运行的其他信息，是需实时监控、立即处理的重要信息。对直流设备而言，主要对应直流保险熔断等信号。

2）异常信息是反映电网和设备非正常运行情况的报警信息和影响设备遥控操作的信息，直接威胁电网安全与设备运行，是需要实时监控、及时处理的重要信息。对直流设备而言，主要对应直流系统接地等无明显事故特征的异常信号。

3）越限信息是反映重要遥测量超出告警上下限区间的信息。重要遥测量主要有设备有功、无功、电流、电压、变压器油温及断面潮流等，是需实时监控、及时处理的重要信息。对直流设备而言，主要指由于直流母线电压的越限引起的异常信号。

4）变位信息指反映一二次设备运行位置状态改变的信息。主要包括断路器、隔离开关分合闸位置，保护软压板投、退等位置信息。该类信息直接反映电网运行方式的改变，是需要实时监控的重要信息。对直流设备而言，主要指直流馈线断线引起的直流异常信号[3]。

5）告知信息是反映电网设备运行情况、状态监测的一般信息。主要包括设备操作时发出的伴生信息以及故障录波器、收发信机启动等信息。该类信息需定期查询。对直流设备而言，主要指蓄电池浮充和均充两种状态之间转换引起的信号。考虑到某些告警信号的动作与复位间间隔较短，或产生频发现象，在最后的统计结果中需筛除掉该类信号，即规定直流信号动作复位时间小于5s，则认为该信号为干扰信号，不作为统计量。该级指标的下级五个指标的实际值分别取统计周期内五类告警的告警数[4]。

2基于OMS数据的设备状态评价

对于现场发生的比较严重的直流系统缺陷，需要将设备转检修进行处理。该类处理目前已流程化管理，但仍需要从调度管理系统（OMS）中提取相关缺陷记录。直流系统缺陷按照监控信息紧急程度分为危急、严重、一般三类。

1）危急缺陷是指监控信息反映出会威胁安全运行并需立即处理的缺陷，否则，随时可能造成设备损坏、人身伤亡、大面积停电、火灾等事故，例如直流系统接地。

2）严重缺陷是指监控信息反映出对人身或设备有重要威胁，暂时尚能坚持运行但需尽快处理的缺陷，例如直流母线电压异常。

3）一般缺陷是指危急、严重缺陷以外的缺陷，指性质一般，程度较轻，对安全运行影响不大的缺陷，例如蓄电池浮充/均充之间的不正常转换。该级指标的下级3个指标的实际值分别取统计周期内3类缺陷等级的缺陷数。

3指标的预处理

指标的预处理方法应用的是无量纲化方法，在底层指标中，设M=max{xij}，m=min{xij}，对于越大越好的指标，

其无量纲化方法为：

结语：

本文从现场与调控端大数据出发，筛选出了影响直流系统健康运行的关键指标，提出了变电站直流系统风险评价体系，应用主观赋权G1法计算各级指标权重。评价结果验证了该评价体系与权重计算方法的有效性与合理性，为变电站直流系统的风险预控提供了有效手段，保障了变电站重要设备的安全运行。

参考文献：

[1]张斌，邹洪森，刘志远，等．新型智能蓄电池在线监测系统的设计及在电力系统中的应用〔J〕．电气技术，2016，35（8）：62-67．

[2]吕华林，张杰．一种变电站直流电源集成监控系统的设计〔J〕．电源技术，2012，36（12）：1863-1865．

[3]曹中来．基于数据挖掘的变电站监控后台告警自动分析〔J〕．中国管理信息化，2017，20（20）：49-50．

[4]李琳．浅析加强变电站直流系统风险防控的措施〔J〕．湖南电力，2018，38（3）：49-52．

[5]刘涛，米为民，陈郑平，等．适用于大运行体系的电网模型一体化共享方案〔J〕．电力系统自动化，2015，39（1）：36-41．