配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

陳根奇，黃振華，王少春，孫偉剛，李 爽，余 劍

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000）

0 引言

隨著配電網(wǎng)運行復(fù)雜化不斷提高以及社會用電逐步向廣度、深度發(fā)展，配電網(wǎng)故障率呈直線上升，造成配網(wǎng)調(diào)控工作量陡增及因停電引起用戶投訴的事件頻發(fā)。

近幾年，人工智能（artificial intelligence，AI）技術(shù)在國內(nèi)外取得了重大突破，為解決配網(wǎng)調(diào)控領(lǐng)域故障處置問題提供了技術(shù)支撐。針對上述問題，某區(qū)配網(wǎng)調(diào)控中心采用基于AI智能技術(shù)開發(fā)配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)，該系統(tǒng)借助調(diào)控云平臺，匯集主網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)、配網(wǎng)自動化系統(tǒng)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)組織成結(jié)構(gòu)化、圖形化展示的形式，供配網(wǎng)故障搶修指揮員快速處置故障需要的信息，實現(xiàn)故障信息模塊化、可視化，從而幫助配網(wǎng)故障搶修指揮員提升故障處置效率。

文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]對配網(wǎng)接地故障和短路故障的定位研究為本文設(shè)計故障研判邏輯功能提供了新思路。文獻(xiàn)[3-5]關(guān)于智能調(diào)控平臺的改造方法及技術(shù)，對本文配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)的設(shè)計具有重要參考價值。文獻(xiàn)[6] 基于SDFL系統(tǒng)設(shè)計并實現(xiàn)了故障短信實時通報系統(tǒng)，系統(tǒng)具有短信發(fā)送、聯(lián)系人管理和日志管理等功能，本文設(shè)計的系統(tǒng)主要開發(fā)故障研判模塊、圖形可視化、短信推送等應(yīng)用。

1 配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)總方案

配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)設(shè)計時按照安全性、通用性、易用性的原則，基于目前使用的調(diào)控云平臺，同步采集配電網(wǎng)故障處置中的重要信息，如配電網(wǎng)設(shè)備的智能開關(guān)、故障指示器、D5000系統(tǒng)、保修工單相關(guān)信息，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)故障研判信息的全面收集并可視化展示等功能，繼而實現(xiàn)配電網(wǎng)故障看圖指揮的輔助決策。

1.1 配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)

配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)基于調(diào)控云設(shè)計，利用調(diào)控云的存儲、計算、網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行應(yīng)用部署，通過調(diào)控云模型、運行、實時以及大數(shù)據(jù)、人工智能平臺為應(yīng)用提供數(shù)據(jù)和交互支撐。調(diào)控云平臺如圖1所示，配電網(wǎng)設(shè)備的臺賬信息、拓?fù)鋱D、氣象服務(wù)等接入調(diào)控云平臺，配網(wǎng)故障搶修指揮員可快速獲取配網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系圖、設(shè)備模型、遙測、遙信、設(shè)備掛牌、智能設(shè)備的告警、氣象預(yù)警等信息[7]。

圖1 配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)

配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)共分為5層：感知層、數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)層、故障研判層、展示層，如圖2所示。系統(tǒng)在調(diào)控云平臺建設(shè)，將DTU、智能開關(guān)、故障指示器等設(shè)備的實時數(shù)據(jù)接入平臺，并同時整合調(diào)控云平臺、配電自動化系統(tǒng)、D5000系統(tǒng)、OPEN5200系統(tǒng)、內(nèi)網(wǎng)接口的相關(guān)數(shù)據(jù)，提供到故障研判層進(jìn)行故障研判、故障定位、圖形可視化、短信推送等，從而為展示層的故障信息、態(tài)勢管控服務(wù)[8]。

配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)利用調(diào)控云整合各類電網(wǎng)信息資源的功能，可以挖掘Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)系統(tǒng)中各項電網(wǎng)數(shù)據(jù)（如智能開關(guān)、故障指示器、頻繁停電用戶、敏感用戶等相關(guān)信息），實現(xiàn)電網(wǎng)智能化感知，故障自主決策的功能。配電網(wǎng)故障發(fā)生后，通過感知層獲取智能開關(guān)的遙信、遙測變化及故障指示器的告警動作信息，并將各類子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合關(guān)聯(lián)進(jìn)行智能研判，定位故障點、劃分故障區(qū)域并對拓?fù)鋱D著色，最后通過智能交互方式呈現(xiàn)給配網(wǎng)故障搶修指揮員，確認(rèn)后通過觸發(fā)短信推送引擎將故障事件的相關(guān)信息發(fā)送至工作人員手機(jī)，以可視化的手段指導(dǎo)工作人員故障處置，同時獲知敏感用戶和頻繁停電用戶，及時告知相關(guān)用戶停電原因。

1.2 配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

配電網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示，系統(tǒng)基于調(diào)控云平臺整合接入與故障事件相關(guān)的各個子系統(tǒng)，實現(xiàn)多個子系統(tǒng)集合的一個平臺，并根據(jù)功能需求，采取不同策略開發(fā)接口，滿足不同實時性要求。系統(tǒng)對來自調(diào)度主站系統(tǒng)、配調(diào)自動化系統(tǒng)、智能設(shè)備的實時事項信號能夠同時滿足實時性、 順序性、完整性條件，保證故障研判結(jié)果正確性；系統(tǒng)可主動獲取個子系統(tǒng)的故障相關(guān)內(nèi)容，并進(jìn)行分類處理和可視化展示，使配網(wǎng)故障搶修指揮員在第一時間獲取故障全面信息[9]。

圖3 配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

故障研判。配網(wǎng)故障分總線故障、分線故障、母線接地、母線停電等4類故障，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時，系統(tǒng)在海量的告警信息中提取有效故障信息并智能判斷出故障點，劃分故障范圍，給出非故障區(qū)域的轉(zhuǎn)供電方案，同時統(tǒng)計停電時戶數(shù)，將以上故障信息短信推送給配網(wǎng)故障搶修指揮員，指導(dǎo)運行人員進(jìn)行故障處置。

分色預(yù)警。配網(wǎng)線路設(shè)備種類繁多、網(wǎng)架復(fù)雜，視覺上觀察容易造成誤判，因此通過圖形著色可以有效提高研判正確率。著色在單線圖上完成，針對線路的帶電區(qū)域、失電區(qū)域、故障區(qū)域、告警開關(guān)、轉(zhuǎn)供開關(guān)、頻繁停電配電的涂色渲染。故障發(fā)生后，基于故障研判模塊信息，對當(dāng)前故障線路進(jìn)行渲染，故障點范圍標(biāo)注為黃色部分，帶告警的開關(guān)標(biāo)注為紅色部分，隔離開關(guān)與轉(zhuǎn)供開關(guān)則有標(biāo)記說明，隔離后帶電部分為綠色，失電部分仍為灰色。

態(tài)勢管控。在迎峰度夏期間，臺風(fēng)頻發(fā)，勢必造成事故增多，如何在短時間內(nèi)對多事故信息進(jìn)行管控，需要制定態(tài)勢管控模塊。一是自動生成配電網(wǎng)故障搶修預(yù)案。根據(jù)不同區(qū)域的配電網(wǎng)特點和歷史故障情況，制定相應(yīng)的故障搶修預(yù)案，明確搶修流程和人員分工，提高故障搶修的效率和準(zhǔn)確性。二是建立故障搶修評估機(jī)制。對每次故障搶修進(jìn)行評估和總結(jié)，分析存在的問題和改進(jìn)措施，不斷提高故障搶修的水平和效率。態(tài)勢管控模塊包含故障信息統(tǒng)計分析、時戶數(shù)統(tǒng)計分析、停電信息統(tǒng)計分析、復(fù)電信息統(tǒng)計分析、接地選線正確率分析、頻繁停電信息分析、短息推送等。

線損。通過當(dāng)前設(shè)備信息，結(jié)合當(dāng)前設(shè)備電流、電壓、有功、無功、臺賬信息，計算當(dāng)前線路線損值。通過線損計算結(jié)果，與線路線損標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，偏差值按照設(shè)置的閾值，進(jìn)行推送短信。

氣象預(yù)警。通過訪問調(diào)控云平臺已經(jīng)接入的氣象數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測某區(qū)范圍內(nèi)極端天氣情況，結(jié)合配網(wǎng)線路GIS地理圖，當(dāng)監(jiān)視程序發(fā)現(xiàn)極端天氣時，推送預(yù)警天氣信息及可能受影響線路設(shè)備。

故障搶修。通過故障信息推送，關(guān)聯(lián)地理位置信息，將故障點、地理位置信息通過短信形式進(jìn)行推送。

輿情管控。針對敏感用戶根據(jù)其敏感程度進(jìn)行分級并在系統(tǒng)中掛牌，當(dāng)故障停電區(qū)域涉及敏感用戶時，系統(tǒng)能自動識別停電區(qū)域掛牌的敏感用戶，并在單線圖中進(jìn)行高亮提醒配網(wǎng)故障搶修指揮員關(guān)注潛在輿情風(fēng)險，根據(jù)提醒查看用戶相關(guān)情況，可進(jìn)行一鍵式“輿情聯(lián)動”。

頻繁停電管控。故障時系統(tǒng)能自動識別達(dá)到頻繁停電標(biāo)準(zhǔn)的臺區(qū)，判斷依據(jù)為國家電網(wǎng)公司相關(guān)文件規(guī)定（60天內(nèi)連續(xù)3次及以上或1年內(nèi)停電5次及以上），一旦識別到相關(guān)停電臺區(qū)，在故障研判圖中自動著色，對配網(wǎng)故障搶修指揮長和相關(guān)故障處置人員進(jìn)行提醒，并可展示歷史的停電信息，同時相關(guān)停電信息可自動推送至臺區(qū)經(jīng)理，主動開展客戶服務(wù)和安撫工作。

1.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)

系統(tǒng)的運行環(huán)境依賴于省公司III區(qū)的調(diào)控云云平臺、配電自動化主站系統(tǒng)、供電服務(wù)指揮系統(tǒng)、D5000系統(tǒng)、OPEN5200系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件要包括2臺應(yīng)用服務(wù)器、2臺關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、1臺業(yè)務(wù)緩存服務(wù)器、1臺知識圖譜服務(wù)器、1臺接口代理服務(wù)器以及1臺交互匯集服務(wù)器。2臺關(guān)系數(shù)據(jù)庫采用磁盤陣列運行模式；應(yīng)用服務(wù)器采用主備的方式運行，主服務(wù)器異常時可無縫切換至備用服務(wù)器；業(yè)務(wù)緩存服務(wù)器用以緩存系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的熱數(shù)據(jù)，提升系統(tǒng)性能；知識圖譜服務(wù)器用以提供知識數(shù)據(jù)的存儲和查詢；交互匯集服務(wù)器實現(xiàn)多平臺數(shù)據(jù)的同步、匯集。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)

2 配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)核心功能

2.1 配網(wǎng)線路故障研判邏輯功能

故障研判模塊是配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)核心構(gòu)件，故障研判模塊基于調(diào)度主站系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)（OPEN5200）和Ⅳ區(qū)系統(tǒng)獲取配網(wǎng)線路實時運行方式和故障指示器、智能開關(guān)等自動化信息，設(shè)定故障處置規(guī)則，研判出故障范圍和轉(zhuǎn)供電路徑[10-12]。研判總體方案由5個部分組成：數(shù)據(jù)采集、拓?fù)潢P(guān)系建模、故障范圍分析、圖形渲染、消息推送，如圖5所示，該流程中，對配電網(wǎng)所有節(jié)點基礎(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及匯總，并根據(jù)設(shè)備類型及拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行建模，并在圖數(shù)據(jù)庫[13-14]中進(jìn)行存儲，形成可視化鏈路；通過結(jié)合準(zhǔn)實時電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，采用拓?fù)渌阉魉惴?，根?jù)告警信息及報文信息，計算當(dāng)前線路停電區(qū)域和規(guī)劃轉(zhuǎn)供電路徑；最后通過圖形節(jié)點渲染，將故障范圍在單線圖上展示。

圖5 故障研判模塊總體架構(gòu)

通過采用Dijkstra算法結(jié)合數(shù)據(jù)庫模型確定最小故障范圍，Dijkstra算法是用來解決單源最短路徑[15]的算法，配電網(wǎng)線路中存在多個開關(guān)，故障范圍劃定須采集多個開關(guān)之間的電流值，通過首個開關(guān)有過流告警及末端開關(guān)無過流告警從而尋找出最小的范圍區(qū)域。

2.2 配網(wǎng)故障范圍及轉(zhuǎn)供通道可視化展示

配網(wǎng)線路設(shè)備種類繁多、網(wǎng)架復(fù)雜，視覺上觀察容易造成誤判，因此通過圖形著色[16-18]可以有效提高研判正確率，方法是故障發(fā)生后，將研判結(jié)果在配網(wǎng)拓?fù)鋱D上標(biāo)以顏色。

3 消息推送

由于系統(tǒng)不具備語音提醒功能，因此通過手機(jī)短信[19]推送消息方式提醒配網(wǎng)故障搶修指揮員。故障短信實時發(fā)送功能能夠在電網(wǎng)發(fā)生故障后及時自動通知相關(guān)人員， 減少故障信息傳遞中間環(huán)節(jié)，縮短傳達(dá)時間，加快故障搶修，及時消除故障，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

某區(qū)內(nèi)網(wǎng)已開通短信功能，可編輯發(fā)送200個字符，通過內(nèi)網(wǎng)短信接口，將設(shè)置好的短信內(nèi)容發(fā)送至內(nèi)網(wǎng)，再通過內(nèi)網(wǎng)的短信功能發(fā)送消息至配網(wǎng)故障搶修指揮人員手機(jī)。

故障發(fā)生時，產(chǎn)生大量信息，提取重要故障信息推送給現(xiàn)場人員是快速處置故障的關(guān)鍵，根據(jù)以往處置故障的經(jīng)驗，配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)中設(shè)置推送短信內(nèi)容，分為跳閘故障、接地故障、異常故障3類信息，針對此3類故障分別提取重要的故障信息。

3.1 跳閘故障信息

10 kV配網(wǎng)線路故障跳閘事件中，須推送給各部門工作人員的內(nèi)容分為：故障內(nèi)容、跳閘情況、是否FA線路、跳閘前線路電流、是否保供電線路、是否帶重要用戶、線路臺賬、資產(chǎn)性質(zhì)、所屬班組等。

3.2 接地故障信息

10 kV配網(wǎng)線路接地故障須推送給各本部門工作人員的內(nèi)容分為：異常信息、三相電壓、接地選線結(jié)果、是否保供電線路、是否帶重要用戶、所屬班組等。

3.3 異常故障

配網(wǎng)線路故障除了跳閘、接地2類主要的故障，還有一類異常信息，如保測裝置異常、10 kV線路頻繁接地等。

4 案例分析

4.1 配網(wǎng)應(yīng)急一體化指揮看圖系統(tǒng)事故案例應(yīng)用分析

2023年7月2日，配調(diào)監(jiān)控中心監(jiān)測到某區(qū)某變電站倪口R002線保護(hù)動作，開關(guān)跳閘。

在故障發(fā)生后，配網(wǎng)故障搶修指揮員手機(jī)第一時間接收到故障短信，配網(wǎng)故障搶修指揮員打開配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)。

配網(wǎng)故障搶修指揮員第一時間將短消息內(nèi)容發(fā)送至直屬搶修群（手機(jī)微信建立直屬搶修群，各生產(chǎn)班組人員均在搶修群中），從而將事故告知生產(chǎn)人員，快速獲知事故突發(fā)事件。

在配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)界面，顯示了跳閘線路的簡略信息，配網(wǎng)故障搶修指揮員雙擊該條信息，可進(jìn)入子界面獲取線路跳閘的故障信息，在子界面顯示了故障范圍、故障內(nèi)容、5200告警信號、Ⅳ主站告警信號等內(nèi)容。在左下角的故障研判圖按鈕，設(shè)置了二級菜單，單擊進(jìn)入，可獲取線路的拓?fù)鋱D，拓?fù)鋱D通過著色方式呈現(xiàn)。

在配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)二級子界面的左上方另設(shè)了故障范圍、停電范圍、敏感用戶、頻繁停電用戶、發(fā)送圖片等功能，點擊故障范圍按鈕，圖上僅顯示黃色區(qū)域；點擊停電范圍按鈕僅顯示為紅色區(qū)域；點擊敏感用戶和頻繁停電用戶按鈕僅顯示灰色；點擊發(fā)送圖片按鈕，可將圖片發(fā)送至直屬搶修群。配網(wǎng)故障搶修指揮員在直屬搶修中指導(dǎo)設(shè)備班組人員前往故障區(qū)域，同時通過遙控開關(guān)的方式恢復(fù)非故障區(qū)域供電。對于停電范圍內(nèi)存在敏感用戶、頻繁停電用戶，自動掛牌標(biāo)色并及時告知用戶停電原因，做好輿情管控。

4.2 故障處置結(jié)果

通過手機(jī)短信提醒，并推送至直屬搶修群，在配網(wǎng)應(yīng)急一體化指揮看圖系統(tǒng)的著色圖，獲知某變電站倪口R002線跳閘，重合閘停用，整條線路停電，線路非保供電線路，無重要用戶，故障范圍在倪口2號環(huán)網(wǎng)站口官連線R618線支路上，配網(wǎng)故障搶修指揮員遙控拉開倪口2號環(huán)網(wǎng)站口官連線R618線開關(guān)，并將倪家變倪口R002線遙控合閘，恢復(fù)非故障區(qū)域供電，待設(shè)備組班到達(dá)現(xiàn)場后故障處置。同時，根據(jù)可視化圖中顯示的頻繁停電用戶、敏感用戶，及時告知用戶停電原因，避免用戶投訴，達(dá)到輿情管控的目的。

5 結(jié)束語

配網(wǎng)應(yīng)急一體化看圖指揮系統(tǒng)通過整合調(diào)控云及各類智能系統(tǒng)的有效信息，實現(xiàn)智能故障研判以及事件圖形化，可以輔助配網(wǎng)故障搶修指揮員以查看圖片的方式指導(dǎo)工作人員快速處理配電網(wǎng)故障，提高工作效率。目前人工智能在配網(wǎng)應(yīng)用方面還處在初級階段，類似AI智能操作及語音操作還未獲得成效，在未來智能化深度發(fā)展過程中，應(yīng)用智能技術(shù)或許會有更好的表現(xiàn)。

系統(tǒng)優(yōu)點：

配網(wǎng)故障搶修指揮員無須對故障信號進(jìn)行研判，通過圖片直觀獲知故障區(qū)域以及恢復(fù)非故障供電方式，摒棄大量腦力勞動。

采用分色預(yù)警的方法，可以解決視覺疲勞引起的誤判。

將涉及故障事件的各種信息整合到一條信息中，通過短信推送的方式告知工作人員，相比以往的電話告知工作人員方式，在正確率和時效性上有了質(zhì)的改變。

根據(jù)可視化圖顯示的頻繁停電用戶、敏感用戶，及時告知用戶停電情況，減少用戶投訴。

系統(tǒng)缺點：

故障研判結(jié)果生成的圖片和短信消息在調(diào)控云系統(tǒng)中，涉及電網(wǎng)保密協(xié)議，須通過公用手機(jī)二次觸發(fā)才能將圖片和短信消息發(fā)送至工作人員手機(jī)（外網(wǎng)），因此對通信穩(wěn)定性有高要求。

系統(tǒng)建設(shè)初期，考慮經(jīng)費問題，沒有設(shè)計語音提醒功能。目前僅通過手機(jī)接收短信方式提醒配網(wǎng)故障搶修指揮員故障事件。