CN105678467A - 特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力运营技术领域，具体涉及一种特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统及方法。本发明为特高压交直流混联背景下的电力运营提供了更有效的电网安全稳定运行保证和更智能的电网运行风险辅助决策，以更快速的判断和处理电网事故。本发明的数据分析与辅助决策系统包括监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台、变电站运行风险评估平台、监控运行智能分析平台及专家知识库；其工作方法包括数据采集及存储、创建监控信息对比分析计算模型、对计算模型进行信息筛选和初步分析、监控信号智能分析、存储分析结果、调控信号风险定级、数据分层对比与展示和数据动态告警提示等步骤。

Description

特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统及方法

技术领域

本发明涉及电力运营技术领域，具体涉及一种特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统及方法。

背景技术

电网的安全可靠运行是国民经济持续健康稳定发展的基础。供电系统是保障全社会各部门正常运行和人民群众安居乐业的动力源和生命线，一旦电网发生重特大事故，供电系统受到严重损害，将会造成重大的社会损失和经济损失。

2013年，哈密—郑州特高压直流单极投运后，河南电网跨入特高压交直流混联新阶段，随之而来的是河南电网安全运行难度和压力的增大。河南电网现已实现500kV变电站调度集中监控，新的电网模式对监控系统的要求有了大幅度的提高。目前，对于监控信息的智能分析与风险预警能力尚未涉及，从监控系统现状来看，监控员只能被动接受信号，面对近乎海量的信号，不能及时发现设备潜在的异常。如何对监控信息分类、分层、分级并智能分析评估，及时发现并对异常、事故及潜在缺陷风险预警，提前防范和化解电网运行风险，确保电网及设备的安全稳定运行，是整个调控业务当前面临的主要问题。因此，迫切需要一套能够对各类信息进行集中收集、综合分析、智能提醒的数据分析与辅助决策平台，辅助调控人员进行设备运行潜在安全风险预警及事故情况下综合判断处理。

另外，电网特高压交直流混联背景在国内外电网中均较独特，国内外各电网公司目前尚未开创特高压交直流背景下调控一体化业务的先例。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统及方法，为特高压交直流混联背景下的电力运营提供更有效的电网安全稳定运行保证和更智能的电网运行风险辅助决策，以更快速的判断和处理电网事故。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统，包括监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台、变电站运行风险评估平台、监控运行智能分析平台及专家知识库。监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台用于电网及变电站设备全景信息的分级筛选和快速提取，制定典型事故集及处置措施，通过Hadoop分布式对调度数据、监控信息及设备状态数据进行分布式计算和处理，采用描述统计与推断统计的方法预警预测特高压交直流混联电网下设备的异常状态。变电站运行风险评估平台利用电力调度监控数据平台的数据实现对变电站实时运行状况的时间区间、地理区间和结构区间的风险评估。监控运行智能分析平台用于对监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台的输出数据进行分析评价。专家知识库用于存储监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台制定的典型事故集及处置措施。

特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统的工作方法包括以下步骤：

步骤一：数据采集及存储

将EMS系统所监控的变电站一二次设备所采集的信、OMS系统设备基础台账、参数及异常缺陷记录、保信子站系统故障录波信息和气象系统信息进行整合处理，建立调控数据模型信息库。

步骤二：创建监控信息对比分析计算模型

根据设备台账数据、设备家族性缺陷以及设备实际运行工况等监控信息，创建监控信息对比分析计算模型，用于对监控信息数据的分析计算。

步骤三：对计算模型进行信息筛选和初步分析

通过设置潮流断面和监视设备超越限值的情况删除冗余信息，完成信息筛选；根据实时接收的监控数据,及时分析电网和设备的运行状态、故障和保护动作行为以及开关跳闸情况,判断一、二次设备的缺陷和发展趋势，完成初步分析。

步骤四：监控信号智能分析。

对监控信息进行周期性对比分析及状态评价；基于计算模型，结合D5000实时数据及故障录波系统在事故发生时对事故信息进行实时采集；根据电网实际运行特点及断面限额情况，提醒监控重点及预控措施。

步骤五：存储分析结果

通过信息数据的关联分析、分类分析、特异群分析和演变分析，将监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台采集筛选后的数据分为直接信息、间接信息、过程信息和结果信息四类，再按照信息类型、电压等级、设备类型进行二层面区分，为每个信息进行时间标注，形成信息集；利用信息单位时间内发生频次、同类型设备同时间内发生频次将信息集转化为规律集；按照矩阵方式排列和存储信息集于规律集。

步骤六：调控信号风险定级

按照调控信号所控设备所属间隔重要性及设备异常影响范围对调控信号进行风险定级。

步骤七：数据分层对比与展示

步骤八：数据动态告警提示。

本发明的有益效果：1）本发明建立了国内首创的特高压交直流混联背景下大电网监控信息集中采集、分类储存、分层对比、智能分析、动态提醒的监控信息智能分析和运行辅助决策平台。本发明实现了特高压近区电网及变电站设备全景信息的分级筛选和快速提取，辅助大电网运行控制；并在平台中设置调控一体化模式下特高压交直流混联电网典型事故集及其处置原则，辅助监控员开展事故障碍和异常处置。

2）本发明构建并实现了变电站集中监控运行风险评估体系，达到对变电站实时运行状况的时间区间、地理区间、结构区间的风险评估，并基于调控一体化的多维信息资源优势，结合计划工作、设备缺陷、天气预警等综合信息，为变电站运行状态、风险等级进行短期和长期预测，并提出相应预控措施，提前判断电网故障发生节点，有效遏制隐患发生及扩大，保障全网设备的安全可靠运行。

3）本发明建立了监控运行智能分析体系及专家知识库，辅助监控员快速、正确完成信息处置。通过运行积累，结合监控信息数据挖掘技术，从现有的运行系统获取所有重要信息源，综合历史资料形成数据专家库，进行设备运行状态趋势和风险概率分析，建立适用于全网不同电压等级的监控信息处置策略库，辅助监控员快速、正确完成信息处置。结合变电站监控典型信息表，将监控信息合并、释义进行分析和关联同构，并与实时信息相结合，形成监控智能分析专家库，实现监控信息标准化、智能化应用。

4）本发明实现了监控信息自动传动验证技术，达到设备“四遥”信息自动传动及异常情况下信息自动比对、纠错的效果，提高信息核对效率，规避人员实时运行时的信息遗漏，及时发现信号中断、阻塞、漏报等情况。

具体实施方式

实施例的特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统包括监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台、变电站运行风险评估体系、监控运行智能分析体系及专家知识库，其中：

监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台，通过实现特高压近区电网及变电站设备全景信息的分级筛选和快速提取，辅助大电网运行控制；分析特高压交直流混联近区电网集中监控运行特点和要点，研究制定调控一体化模式下特高压交直流混联电网典型事故集及其处置原则。利用可拓控制理论将电网运行信息、设备参数信息、设备告警信号、气象信息等结构化和非结构化数据有机整合，通过类似Hadoop分布式计算技术对调度数据、监控信息、设备状态等电力数据进行分布式计算和处理。通过对信息数据的关联分析、分类分析、特异群分析和演变分析等多维度数据挖掘，寻找数据中规律集。采用描述统计与推断统计的方法，预警预测特高压交直流混联电网下设备的异常状态，提醒电网存在的安全隐患，建立特高压混联电网专项信息处置策略库，在运行过程中实现信息的自动比对和处理，有效规避人为处置风险。并通过数据可视化与控制提醒的方式，将数据分析结果与演变过程提供给监控员。

变电站运行风险评估体系，基于电力调度监控数据平台，搭建变电站运行风险评估体系，提升调控一体化预警预控水平。按照从风险辨识到风险评估，最终实现风险控制的体系设计思路，借助数据平台信息的有力支撑，实现对变电站实时运行状况的时间区间、地理区间、结构区间的风险评估。

监控运行智能分析体系及专家知识库，基于监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台的智能分析结果，将抽取结果结合多维途径信息，建立监控运行智能分析体系及专家知识库。

基于上述特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统的工作方法，包括以下步骤：

（1）数据采集及存储，以大量数据作为基础，通过研究将EMS系统所监控的变电站一、二次设备所有采集的信、OMS系统设备基础台账、参数及异常缺陷记录、保信子站系统故障录波信息和气象系统相关信息整合处理，建立一个统一、标准的调控数据模型信息库。它是面向调控范围内所有业务应用的“主题数据库”，能够有效地管理和利用范围内的信息资源，灵活管理监控所有业务数据，成为调控数据汇聚中心，实现调控数据来源的唯一性与共享性，为进一步的数据挖掘和综合数据展示提供数据基础。

（2）创新制作计算模型，基于全网告警信息，按变电站、告警类型、时间进行多层次、多维度的统计分析，辅助调控分析人员完成告警信息号统计表、频发信号统计表、遥控操作统计表、集中监控变电站监控告警信息情况、设备缺陷情况、集中监控变电站监控信息统计等专业管理及业务分析。

同时，结合设备台账数据、设备家族性缺陷以及设备实际运行工况等监控信息，创新制作出一套监控信息对比分析的计算模型，用于对监控信息数据的分析计算。对于计算模型存在以下要求：

1）计算模型需要有一定的理论基础。理论基础需要经过科学化的实践和数据的有力论证。

2）计算模型要具备科学性、合理性。

3）计算模型需要经过大量的数据检测及论证。

4）计算结果需要合理性、准确率高，能为监控信息的数据挖掘提供有力支持。

在计算模型的系统技术支持方面有如下要求：

1）支持对计算模型进行系统建模，设置模型的计算流程，提升建模灵活度，方便对计算模型的扩展修改。

2）支持对计算模型的每个环节进行输入参数设定、计算时间要求及产生物设置等，达到对计算模型的灵活设置。

3）数据计算分析采用实时分析和离线分析两种方案进行，对时效性要求较高的采用实时分析方案，对时效性要求较弱的采用离线分析方案。

4）采用数据内存分析机制，提升实时分析效率。内存分析机制是将热点数据常驻内存之中，从而取得非常快速的分析能力。

（3）实现计算模型的信息筛选和初步分析，实时调整监控方式,减少冗余信号干扰，设置重要潮流断面、监视设备超越限值。由于设备的自身缺陷而严禁在远方操作开关,应挂警示牌进行遥控闭锁。采用“在线信号实时诊断+后台信息综合分析”的初步分析模型,加强信号分析管理,优化信号分析。根据实时接收的监控数据,及时分析电网和设备的运行状态、故障和保护动作行为以及开关跳闸情况,判断一、二次设备的缺陷和发展趋势，自动对在线信号分析中出现的问题提供技术支持,评价信息分析的处理结果。开展设备“四遥”信息点表的数字化录入，完成告警直传信息与“光字牌”信息的元素化转变，利用信息的关键元素的点位方式，达到信息的唯一化原则及快速识别定位功能。通过信息筛选与对比，实现自动传动及异常情况下信息自动比对、纠错功能，提高信息核对效率，规避人员实时运行时的信息遗漏，及时发现信号中断、阻塞、漏报等情况。

（4）实现监控信号智能分析，基于计算模型，按照小时、日、周、月对监控信息进行周期性对比分析及状态评价。基于计算模型，结合D5000实时数据及故障录波系统，在事故发生时对事故信息进行实时采集并综合提示。并根据电网实际运行特点及断面限额情况，提醒监控重点及预控措施。基于信息的元素化设置，结合历史数据和实时信息的对比分析，实现对信息的完整性与正确性的快速定位，并利用数据分析据结果的规律集，实现对设备层级及变电站层级的评价打分。

系统对监控信号智能分析的技术支持，智能分析的基础是计算模型要分析的数据对象，因而对计算模型所需的数据对象的抽取技术是决定智能分析质量和效率的关键第一步，特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统研究及应用首先对要分析的数据对象进行抽取及清洗转换，加载到分析预判数据容器，形成元数据。抽取目的是将分散、零乱、标准不统一的数据整合到一起，为智能分析提供规范化、高质量的数据依据。智能分析采用“黑盒流水式”方式进行智能分析，即不断地为计算模型提供数据对象，不断地生成分析结果，从而减少了数据准备时间，提升了分析速度。在目前，数据抽取技术主要采用全量和增量两种方式。由于特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统研究及应用对分析预判的实时性要求较高及分析频率较快，所以在进行智能分析时将用到更多的抽取方式为增量抽取，保证分析实时性、高效性。

（5）智能分析结果矩阵式存储，将分析的结果按照使用规范分类存储,根据信息数据的关联分析、分类分析、特异群分析和演变分析等多维度数据挖掘，将平台采集筛选后的数据分为直接信息、间接信息、过程信息、结果信息四类，再按照信息类型、电压等级、设备类型进行二层面区分。并为每个信息进行时间标注，从而形成信息集，利用信息单位时间内发生频次、同类型设备同时间内发生频次等判别因素将信息集转化为规律集，按照矩阵方式排列，为系统中各类高级应用提供定位提取服务。

（6）调控信号风险定级，现行的调控信息定级标准是对设备类型及信号内容进行分类定级，并没有对相同类别的信号按照信号的过程量、信号的紧迫性及可能造成的结果进行风险定级，调控人员只能凭借经验进行判断从大量信息中得出有价值的信息，无法对异常信息进行预判及评估，只能通过现场人员实地检查汇报得出结论。调控信号的风险定级是通过将合并后的信号与告警直传信息、信号合并规则、信息处置手册相结合，准确提供所报出的监控信息实际含义及可能性发展结果，对调控信息在现有定级标准的基础上按照设备所属间隔重要性、状态信号发展结果、设备异常影响范围等进行风险定级，实现对同类信号的分级处置。同时系统具有灵活的风险定级方式，并可设定各级别的界定条件。系统支持调控信号级别的自动计算分配。

（7）实现数据分层对比与展示，利用一、二次设备信号的采集、分类，对不同的变电站不同的设备、不同的信号类型进行分析对比。大致分为以下几个层次：

1)对比同一厂站同一设备各类信号指定周期发生的次数。

2)对比同一厂站同一设备前日与昨日、上一周与本周、上一月与本月等指定不同时间跨度的各类信号发生次数。

3)对比同一厂站不同设备同一信号指定周期内发生次数。

4)对比不同厂站同一类型设备各类信号指定周期内发生次数。

5)对比不同厂站同一类型设备同一信号指定周期内发生次数。

6)对比不同厂站同一制造厂家生产的设备各类信号指定周期发生次数。

7)对比不同厂站同一制造厂家生产的设备同一信号指定周期发生次数。

通过分层对比的方式实现多维度、多元化、可视化展示分层对比过程及结果。若对比结果如出现异常，需进行告警提示，并推送详细对比过程及结果。对比过程及结果需要存档，方便调阅。存档方式可采用数据库存档和文件存档等多种方式。

同时，数据的统计应完整、可靠，重复考虑到统一时间多个同类信号同时报出的情况。即有属于该光字信息的告警直传报出时，不论光字是否重复点亮，都应进行统计并记录时间、内容等信息，以备查询。

（8）数据动态告警提示及预控措施，变电站运行风险评估体系根据信号风险定级与数据分层对比，通过数据动态告警提示机制，实现对告警提示机制进行灵活设置。同时提供灵活制定的对分析结果、预控措施。

（9）建立监控运行智能分析体系及专家知识库，基于监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台的智能分析结果，将抽取结果结合多维途径信息，建立监控运行智能分析体系及专家知识库。

步骤（1）中，具体步骤为：

1-1）数据集成：对电网模型数据、统计/管理数据、实时数据和历史数据的整合利用，实现实时数据和历史数据的共享，对OMS系统设备基础台帐及参数数据和D5000平台EMS系统采集的数据进行系统地收集、整理、管理和分析的基础。

1-2）数据存储：将所有数据按照电压等级、变电站、设备类别、数据类型、信号重要级别、信号定性、信号结果等进行分类分级存储。

1-3）数据治理：依据数据质量度量标准对数据实体和数据处理过程建立有效的监控机制，在第一时间发现数据质量问题。

1-4）数据分析：以数据集成为基础，经过各种查询分析工具、联机分析处理或者是数据挖掘的过程实现数据整合、挖掘、在线分析处理的功能

1-5）数据服务：提供数据对外服务。数据访问包括数据访问接口和数据发布与订阅机制。数据访问接口包括基于通用数据库访问接口，基于规范格式的文件数据接口等。

步骤（6）中，具体步骤为：

6-1）异常信号报出后，可以将该光字触发的时间及同一时间出现的相关告警直传信息按时间倒序排列进行显示。

6-2）如果异常光字信息已启动相关处理流程，系统跟踪该光字及告警信息的持续时间、复归情况并及时提醒调控人员。

步骤（8）中，具体步骤为：

8-1）对比和分析结果如出现异常，需进行告警提示，并推送详细对比过程、结果及建议预控措施。

8-2）通过对告警直传信息、光子牌信息、通道信息的采集，按照信息分类进行归纳储存。并与数据库中的信息点表进行逐一核对，筛选正确报出信息、误报信息、漏报信息、危急类信息、严重类信息、一般类信息。并结合开关设备运行状态，进行设备运行危险性评估。

8-3）结合设备历史异常、缺陷等情况，当同类设备出现与历史异

常缺陷发生时的情况吻合时，需进行告警提示，并推送详细分析过程、结果及建议预控措施。

8-4）结合计划工作、设备缺陷、天气预警等综合信息，为变电站运行状态、风险等级进行短期和长期预测，并提出相应预控措施。

8-5）通过图形化的展示提醒、弹出提示框文字展示提醒、颜色区分闪烁提醒等方式，实现提前判断电网故障发生节点，有效遏制隐患发生及扩大，保障全网设备的安全可靠运行。

步骤（9）中，具体步骤为：

9-1）结合变电站监控典型信息表，将监控信息合并、释义进行分析和关联同构，并与实时信息相结合，形成监控智能分析专家库，实现监控信息标准化、智能化应用。

9-2）结合D5000实时数据及故障录波系统，在事故发生时对事故信息进行实时采集并综合提示，依据对比分析计算从大量事故告警信息中快速提取重要信息，并根据电网实际运行特点及断面限额情况，提醒监控重点及预控措施，最大限度发挥调控一体化成效。同时，通过运行积累，结合监控信息数据挖掘技术，从现有的运行系统获取所有重要信息源，综合历史资料形成数据专家库，进行设备运行状态趋势和风险概率分析，建立全网监控信息处置策略库，辅助监控员快速、正确完成信息处置。

9-3）通过对电压等级、设备类型对一次设备、二次设备的遥测、遥信、遥控信息表进结构化管理，实现对新建工程设备监控信息表的自动配置生成，提高设备监控信息接入工作效率和工作质量。通过新建工程设备监控信息管理流程实现从设计、施工、调试、验收、传动、投入到归档等专业环节的流程化、规范化、标准化管理。

9-4）形成大电网集中监控辅助运行体系，实现日常运行中隐患提醒和辅助决策，事故情况下快速收集提取重要信息，辅助故障研判和事故处理，提升大电网集中监控运行效率和电网安全运行水平。结合设备台账数据、设备家族性缺陷以及设备实际运行工况等监控信息，研制监控信息对比分析计算模型，实现对监控信息数据的分析计算和智能提醒。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统，其特征在于其包括监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台、变电站运行风险评估平台、监控运行智能分析平台及专家知识库；

所述监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台用于电网及变电站设备全景信息的分级筛选和快速提取，制定典型事故集及处置措施，通过Hadoop分布式对调度数据、监控信息及设备状态数据进行分布式计算和处理，采用描述统计与推断统计的方法预警预测特高压交直流混联电网下设备的异常状态；

所述变电站运行风险评估平台利用电力调度监控数据平台的数据实现对变电站实时运行状况的时间区间、地理区间和结构区间的风险评估；

所述监控运行智能分析平台用于对监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台的输出数据进行分析评价；

所述专家知识库用于存储监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台制定的典型事故集及处置措施。

2.根据权利要求1所述的特高压交直流联网下调控一体数据分析与辅助决策系统的工作方法，其特征在于其包括以下步骤：

步骤一：数据采集及存储

将EMS系统所监控的变电站一二次设备所采集的信、OMS系统设备基础台账、参数及异常缺陷记录、保信子站系统故障录波信息和气象系统信息进行整合处理，建立调控数据模型信息库；

步骤二：创建监控信息对比分析计算模型

根据设备台账数据、设备家族性缺陷以及设备实际运行工况等监控信息，创建监控信息对比分析计算模型，用于对监控信息数据的分析计算；

步骤三：对计算模型进行信息筛选和初步分析

通过设置潮流断面和监视设备超越限值的情况删除冗余信息，完成信息筛选；根据实时接收的监控数据,及时分析电网和设备的运行状态、故障和保护动作行为以及开关跳闸情况,判断一、二次设备的缺陷和发展趋势，完成初步分析；

步骤四：监控信号智能分析

对监控信息进行周期性对比分析及状态评价；基于计算模型，结合D5000实时数据及故障录波系统在事故发生时对事故信息进行实时采集；根据电网实际运行特点及断面限额情况，提醒监控重点及预控措施；

步骤五：存储分析结果

通过信息数据的关联分析、分类分析、特异群分析和演变分析，将监控数据分析和调控一体化运行辅助决策平台采集筛选后的数据分为直接信息、间接信息、过程信息和结果信息四类，再按照信息类型、电压等级、设备类型进行二层面区分，为每个信息进行时间标注，形成信息集；利用信息单位时间内发生频次、同类型设备同时间内发生频次将信息集转化为规律集；按照矩阵方式排列和存储信息集于规律集；

步骤六：调控信号风险定级

按照调控信号所控设备所属间隔重要性及设备异常影响范围对调控信号进行风险定级；

步骤七：数据分层对比与展示

步骤八：数据动态告警提示。