田黎耀

摘要：隨著電網(wǎng)建設(shè)朝著智能化的方向發(fā)展，輸變電設(shè)備的監(jiān)控水平也在不斷提高，集中監(jiān)控電網(wǎng)各類輸變電設(shè)備，產(chǎn)生豐富的且具有較高利用價(jià)值的監(jiān)控信息，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，挖掘信息并充分利用，實(shí)現(xiàn)了對輸變電設(shè)備的主動(dòng)監(jiān)控。本文通過對智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備集中監(jiān)控內(nèi)容的了解，提出監(jiān)控信息的采集方法和分析方法，獲取具有利用價(jià)值的信息，利用信息指導(dǎo)智能電網(wǎng)運(yùn)維管理工作，保證智能電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，提高工作效率，并對輸變電設(shè)備集中監(jiān)控的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；輸變電設(shè)備；監(jiān)控信息；大數(shù)據(jù)

引言

傳統(tǒng)電網(wǎng)的調(diào)控分析手段因缺乏對豐富信息數(shù)據(jù)的合理運(yùn)用，難以滿足新形勢下智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備運(yùn)行管理的要求，如何深度挖掘海量的信息數(shù)據(jù)并合理利用是電網(wǎng)領(lǐng)域的重難點(diǎn)內(nèi)容。基于該現(xiàn)狀，本文提出了智能調(diào)控新技術(shù)，通過智能化的手段集中監(jiān)控電網(wǎng)，獲取具有利用價(jià)值的信息數(shù)據(jù)，為日常管理、技術(shù)優(yōu)化等工作提供輔助，從而促進(jìn)傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的進(jìn)步。根據(jù)該發(fā)展思路，建立信息分析中心，由多種類型的信息分析模塊密切配合，全面監(jiān)控智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備，獲取集中監(jiān)控信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)輸變電設(shè)備的智能化管控。

1. 智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備集中監(jiān)控內(nèi)容

1.1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

監(jiān)測對象包括發(fā)電機(jī)、變壓器等，監(jiān)控項(xiàng)目包括電流、電壓、溫度、濕度等與電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)的參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷各設(shè)備是否存在故障。

1.2 電網(wǎng)拓?fù)浔O(jiān)控

監(jiān)控的是設(shè)備之間的連接關(guān)系，即電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體包括變壓器狀態(tài)、線路開關(guān)狀態(tài)和設(shè)備間的電流、電壓等，能夠反映電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。

1.3 負(fù)荷監(jiān)測

包括負(fù)荷功率、負(fù)荷因數(shù)等，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定電網(wǎng)的負(fù)荷，分析在一定時(shí)間內(nèi)的電網(wǎng)負(fù)荷變化趨勢，采取調(diào)控措施，使負(fù)荷維持在合理的區(qū)間內(nèi)。

1.4 安全監(jiān)控

監(jiān)測電流、電壓等數(shù)據(jù)，評價(jià)電網(wǎng)的運(yùn)行安全性，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)采取安全控制措施，避免電網(wǎng)短路、過載等情況，對于已經(jīng)出現(xiàn)的危害，可根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)判斷真實(shí)情況，快速處理。

1.5 故障監(jiān)測和診斷

監(jiān)測故障指示器的數(shù)據(jù)和電網(wǎng)的參數(shù)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果快速鎖定故障點(diǎn)，妥善處理線路短路、設(shè)備損壞等故障。

2. 輸變電設(shè)備集中監(jiān)控信息的采集與分析

2.1 信息的采集

根據(jù)輸變電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，采用不同的信息采集系統(tǒng)，如圖1所示。具體為：調(diào)度管理系統(tǒng)OMS——采集設(shè)備臺(tái)賬、監(jiān)控日志、流程管理等；智能電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)支持系統(tǒng)——采集電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、遙測/遙信歷史數(shù)據(jù)、遙測越限告警數(shù)據(jù)等，主要包括運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備告警信息兩大類；輸變電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)——采集告警信息，如主變油色譜分析報(bào)警信息。

2.2 信息的分析

大數(shù)據(jù)分析采用的是K-Means聚類算法，合并、轉(zhuǎn)換信息，根據(jù)信息類別的不同分類展示，給工作人員的分析、決策等工作提供了重要參考[1]。K-Means聚類算法是聚類中成員不斷移動(dòng)而產(chǎn)生的理想聚類，是迭代過程中產(chǎn)生的結(jié)果。假定n個(gè)對象，將其劃分為C個(gè)內(nèi)部高度相似的聚類，再根據(jù)聚類的重心計(jì)算相似度。在大數(shù)據(jù)聚類分析告警信息時(shí)，先確定告警信號(hào)發(fā)生的時(shí)間區(qū)間及實(shí)訓(xùn)，再評價(jià)信號(hào)間的關(guān)聯(lián)性，以短時(shí)間內(nèi)反復(fù)發(fā)生的信號(hào)為例，可以將此類信號(hào)聚為一類。實(shí)時(shí)告警信號(hào)和歷史告警信號(hào)均存儲(chǔ)在告警信號(hào)數(shù)據(jù)庫中，其中的數(shù)據(jù)可作為集中監(jiān)控決策系統(tǒng)的輸入源，應(yīng)用K-Means聚類算法完成告警信號(hào)的聚類匹配操作，形成多個(gè)信號(hào)分類后，確定初始聚類中心，產(chǎn)生告警簇并通過特定的模塊展現(xiàn)，此部分展現(xiàn)結(jié)果具有重要的分析價(jià)值，工作人員可以根據(jù)展示結(jié)果評價(jià)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，識(shí)別對設(shè)備運(yùn)行不利的因素，及時(shí)做出決策，采取管控措施。

3. 智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備集中監(jiān)控信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在應(yīng)用智能電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)后，可以將異常、越限、告知、變位、事故五類輸變電設(shè)備告警信號(hào)上送至系統(tǒng)告警窗，由輔助決策系統(tǒng)監(jiān)控信息分析展示中心整理優(yōu)化五類信號(hào)，在此階段主要采用的是K-Means聚類算法，其優(yōu)勢在于能夠借助應(yīng)用模塊進(jìn)行分析和展示，保證了信息的展示效果。接下來分析應(yīng)用模塊的主要類型及各自的應(yīng)用。

3.1 信號(hào)總量統(tǒng)計(jì)模塊

以特定的時(shí)間期限為前提，統(tǒng)計(jì)此時(shí)段內(nèi)的五類信號(hào)數(shù)量，生成柱形圖，并統(tǒng)計(jì)近30天的平均數(shù)量，生成波形圖，如圖2所示。

將指定日期內(nèi)的信號(hào)數(shù)量和近30天平均數(shù)量整合至同一張圖中，方便對比分析，判斷指定日期內(nèi)告警窗的信號(hào)量是否在合理范圍內(nèi)，通過圖中信息揭示某類存在明顯波動(dòng)的信號(hào)，再對此部分信號(hào)做針對性的分析，確定究竟何種原因?qū)е滦盘?hào)頻發(fā)，鎖定此部分信號(hào)對應(yīng)的設(shè)備，為決策、故障處理等后續(xù)工作的開展打好基礎(chǔ)。

3.2 信號(hào)頻發(fā)排名模塊

在日常監(jiān)控工作中，監(jiān)控人員的關(guān)注對象主要為值班時(shí)出現(xiàn)的告警信號(hào)，關(guān)注的內(nèi)容有限，難以滿足大數(shù)據(jù)技術(shù)背景下的數(shù)據(jù)分析需求。相比之下，監(jiān)控信息分析中心能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行分類，共確定五種信號(hào)類型，再根據(jù)各自的頻發(fā)程度進(jìn)行排名，按照順序全面羅列出特定時(shí)間段內(nèi)的信號(hào)。在獲取完善的信號(hào)后，篩選出現(xiàn)次數(shù)在前十的部分，確定各自的頻發(fā)次數(shù)，再分析此部分信號(hào)，結(jié)合掌握的其他運(yùn)行信息，分析信號(hào)頻發(fā)的原因。若由于設(shè)備缺陷而出現(xiàn)信號(hào)頻發(fā)現(xiàn)象，鎖定故障的設(shè)備，由運(yùn)維人員進(jìn)行處理。若由于信號(hào)上傳通道異常而出現(xiàn)信號(hào)頻發(fā)現(xiàn)象，則由自動(dòng)化運(yùn)維人員快速處理[2]。在信號(hào)頻發(fā)排名模塊的輔助下，能夠高效整合及處理信息，方便監(jiān)控員準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備以及電網(wǎng)的缺陷。

3.3 日信號(hào)量統(tǒng)計(jì)模塊

監(jiān)控員以自身工作需求為準(zhǔn)，確定特定的時(shí)間段，通過日信號(hào)量統(tǒng)計(jì)模塊即可獲取此階段的五類信號(hào)量，也可以通過復(fù)選框選擇某種類型的信號(hào)，分析其對應(yīng)的折線圖后即可判斷信號(hào)數(shù)量是否在合理的區(qū)間內(nèi)，對于信號(hào)頻發(fā)問題，則在此時(shí)間段內(nèi)選擇具體的日期，做詳細(xì)的分析。圖表具有自動(dòng)更改縱坐標(biāo)單位的功能，方便監(jiān)控員在選擇單獨(dú)一類信號(hào)時(shí)更加直觀地掌握信號(hào)數(shù)量，判斷是否存在信號(hào)突變的情況。

3.4 AVC遙控成功率統(tǒng)計(jì)模塊

為變電站容抗器接入AVC遙控成功率統(tǒng)計(jì)模塊，在此模塊的輔助下，提高電網(wǎng)無功、電壓控制水平，保障電網(wǎng)運(yùn)行安全，提高電網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。通常，AVC遙控命令下送通道異常會(huì)引起遙控預(yù)制超時(shí)問題，現(xiàn)場容抗設(shè)備切至就地位置或開關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)均有可能導(dǎo)致遙控執(zhí)行失敗，若遙控預(yù)制超時(shí)比例較高，電網(wǎng)輸變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)變差。在確定故障類型后，由相應(yīng)的人員采取處理措施。例如，若遙控執(zhí)行失敗比例高，則需要由運(yùn)維人員進(jìn)行處理；遙控預(yù)制超時(shí)比例較高時(shí)，由自動(dòng)化工作人員和AVC系統(tǒng)管理人員進(jìn)行處理。

3.5 變電站信號(hào)量統(tǒng)計(jì)模塊

以變電站為單位，統(tǒng)計(jì)排序設(shè)備的五類告警信號(hào)，直觀地反映在特定時(shí)間段內(nèi)各變電站的異常信號(hào)數(shù)量，由監(jiān)控員根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的信號(hào)數(shù)量合理安排值班，尤其是嚴(yán)密監(jiān)控異常信號(hào)較多的變電站，也可以安排運(yùn)維人員深入現(xiàn)場進(jìn)行巡視，做好源頭管控。以變電站的直流電壓越限或母線電壓越限為例，按照數(shù)量關(guān)系對越限信息頻發(fā)程度進(jìn)行排序，反映出容易出現(xiàn)電壓越限的區(qū)域，從中鎖定薄弱點(diǎn)，加強(qiáng)對此部位的監(jiān)測和管理，確保薄弱部位可維持正常工作狀態(tài)。

3.6 告警抑制數(shù)目變化量統(tǒng)計(jì)模塊

在常規(guī)的監(jiān)控方式下，根據(jù)上窗信號(hào)判斷電網(wǎng)運(yùn)行情況，但部分停役設(shè)備會(huì)發(fā)出大量信號(hào)刷屏，受此干擾，可能出現(xiàn)監(jiān)控不全面、不準(zhǔn)確等問題。為解決該問題，在D5000系統(tǒng)中開發(fā)告警抑制數(shù)目變化量統(tǒng)計(jì)功能[3]。若設(shè)備間隔被告警抑制，與之對應(yīng)的信號(hào)不會(huì)上告警窗，而設(shè)備間隔被告警抑制時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)此情況。電網(wǎng)中的某些設(shè)備復(fù)役時(shí)，通過相關(guān)信號(hào)或間隔即可對其是否存在抑制的現(xiàn)象做出判斷，再根據(jù)判斷結(jié)果采取控制措施，解除設(shè)備抑制。在告警抑制數(shù)目變化量統(tǒng)計(jì)模塊的輔助下，正常運(yùn)行的設(shè)備型號(hào)可及時(shí)上實(shí)時(shí)告警窗。

3.7 帶電抑制間隔統(tǒng)計(jì)模塊

根據(jù)前文對告警抑制功能的分析可知，此項(xiàng)功能在防止檢修信號(hào)頻繁上告警窗方面有良好的應(yīng)用效果，減少對監(jiān)控員的干擾。但需注意的是，當(dāng)值監(jiān)控需處理的上窗信號(hào)較多，可能在集中檢修過程中遺漏部分間隔的告警抑制，覆蓋面不足，而運(yùn)行設(shè)備間隔被告警抑制時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重影響正常監(jiān)控，存在信號(hào)監(jiān)漏問題。為規(guī)避該問題，增設(shè)帶電間隔告警抑制情況統(tǒng)計(jì)一欄。若間隔被告警抑制并且此間隔正處于帶電運(yùn)行狀態(tài)，將在帶電間隔抑制欄中呈現(xiàn)出該間隔的名稱。若設(shè)備無異常，則不能被告警抑制，該欄應(yīng)為空，屬于正常監(jiān)視狀態(tài)。為保證智能電網(wǎng)的安全運(yùn)行，監(jiān)控員在值、交接班時(shí)均要詳細(xì)查看帶電間隔抑制欄，妥善處理查看過程中出現(xiàn)的問題。例如，若檢查中發(fā)現(xiàn)遺漏未解除抑制的帶電間隔，監(jiān)控員及時(shí)進(jìn)行核對，確認(rèn)實(shí)際情況后解除告警抑制，以免出現(xiàn)漏檢。

4. 智能化輸變電設(shè)備集中監(jiān)控大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢

（1）大數(shù)據(jù)分析與挖掘：隨著對輸變電設(shè)備監(jiān)控活動(dòng)的持續(xù)進(jìn)行，將產(chǎn)生豐富的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)具有利用價(jià)值，因此需要深度分析和挖掘[4]。在未來的輸變電集中監(jiān)控大數(shù)據(jù)發(fā)展中，需要持續(xù)提高人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的應(yīng)用水平，開發(fā)基于大數(shù)據(jù)的分析算法和模型，評估輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化負(fù)荷，預(yù)測故障等，提高輸變電設(shè)備的運(yùn)行水平。

（2）云計(jì)算與邊緣計(jì)算：在智能輸變電設(shè)備集中監(jiān)控大數(shù)據(jù)研究中，還需充分利用云計(jì)算和邊緣計(jì)算的資源和算力，目的在于更加精準(zhǔn)地計(jì)算和分析大數(shù)據(jù)，并完整存儲(chǔ)，此時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)速度隨之加快，可擴(kuò)展性和靈活性均有所改善。

（3）可視化與決策支持：深度開發(fā)數(shù)據(jù)展示和決策支持工具，提高可視化水平，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為易于理解的可視化圖表、動(dòng)態(tài)模型等，直觀地展現(xiàn)數(shù)據(jù)，使監(jiān)控人員、運(yùn)維人員等相關(guān)工作人員進(jìn)行精準(zhǔn)地分析，根據(jù)分析結(jié)果快速做出決策，及時(shí)處理各類輸變電設(shè)備的各類異常情況。

結(jié)語

綜上所述，集中監(jiān)控大數(shù)據(jù)模式具有監(jiān)控能力強(qiáng)、監(jiān)控信息利用價(jià)值高等優(yōu)勢，將其用于智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備監(jiān)控、管理工作中，能夠幫助監(jiān)控人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備及電網(wǎng)的缺陷，進(jìn)行處理，也可以反饋設(shè)備和電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，采取加強(qiáng)措施，使輸變電設(shè)備安全運(yùn)行。

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作者簡介：田黎耀，本科，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)運(yùn)行與分析、高電壓技術(shù)、絕緣技術(shù)監(jiān)督。