CN106908690A - 主子站间分布式智能告警系统及其故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及主子站间分布式智能告警系统及其故障诊断方法，包括：实现告警信息统一建模的告警信息建模模块、形成告警条文信息并直传给主站端的告警信息分析模块、对告警条文信息解析推理形成故障简报的告警信息故障诊断模块、防止故障误判的告警信息故障验证模块、给出调度处置辅助建议的专家知识库智能分析模块、按调控运行模式分类显示故障诊断结果的告警信息显示模块。本发明采用分布式设计，解决集中式分析架构中主子站间数据通信压力大、主站端运维工作量大等问题；通过多子站和多源告警信息验证，确保告警信息正确性；提升电网故障判断准确率、提高故障分析效率；提取故障特征建立专家库，为电网未来故障处置提供数据支撑。

Description

主子站间分布式智能告警系统及其故障诊断方法

技术领域

本发明涉及智能电网调度控制领域，具体涉及一种主子站间分布式智能告警系统及应用该系统的故障诊断方法。

背景技术

当前智能电网建设模式下，调度控制系统已经支持覆盖电网一次设备以及二次设备的全面监控业务，系统处理的数据逐渐呈现多样化趋势，数据来源呈现多源化，系统监视的电网运行数据包括远动数据(遥测、遥信、遥控)、保护故障信息数据、通信状态等，同时调度控制系统计划将保护故障录波信息纳入监控业务的监视范畴，为电网设备故障判断、故障原因分析、故障推理及排查等提供数据支撑。

就上述发展趋势而言，实际应用中存在诸多不足：智能告警多采用集中式分析架构，主站端需要采集子站(变电站)大量的原始告警信息，增加了主子站间的数据通信压力以及主站端的运维工作量；主子站数据中心和业务平台相互脱节，没有高效的互动，不能充分发挥主子站数据信息各自具有的时域、地域等优势；电网在线故障诊断实用化水平较低，受基础数据质量等影响，对于单一数据源的故障分析准确率不高；多种监控、告警系统信息独立，缺乏有效融合与分类，实际应用中调控人员需同时对多个系统进行监视，增加了告警处理难度，难以适应智能电网发展的业务要求。因此需要研究分布式主子站多源信息融合的综合故障诊断，提升故障诊断实用化水平。

论文《适应两级分布式智能调度控制的变电站高级应用软件》分析了当前主子站网络业务应用中业务模型维护量大、模型易出错、难以更新、主子站模型关联性弱等现状，提出了主子站两级分布式网络建模架构，并对当前主子站主要的业务应用进行讨论，但是，对于子站故障诊断上送调度中心后如何展示，如何在主站对多个子站报警信息进行多源综合判断没有进行说明。

论文《基于新型神经网络的电网故障诊断方法》中提到的故障诊断方法准确度虽有提高，但仍无法有效消除保护、断路器误动、拒动及信息传输丢失等不确定情况对故障诊断的负面影响，这往往会导致故障诊断元件范围扩大甚至误判等情况，因此故障诊断结果不能令人满意。

论文《智能变电站分布式数据平台应用研究》中，针对分布式智能电网调度系统概念，提出主从分布式业务协同原则，但仅在子站层建立了支持分布式业务的数据平台或者业务平台，不能满足当前监控系统对数据、业务的发布订阅需求。总而言之，目前需要从调度日常监控的业务角度出发，通过统一的告警服务接口及模型建立，实现分布式主站与子站信息交互、各个应用功能告警信息的整合、分析，形成电网扰动的一点告警、多点响应的综合故障诊断结果，提升运行人员故障处置效率以及对电网运行状态的整体感知能力，形成针对故障诊断结果的辅助决策，提升事故处理效率。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题，提供一种主子站间分布式智能告警系统，子站端分布式业务任务主要承担子站保护动作、开关变位等大量数据信息的智能分析算法实现，完成故障定位，最终形成标准格式的告警条文，并上传主站。主站端的任务承担主站监控区域内所有子站全局智能告警分析算法的设计，实现电网一点扰动就可对多个相关站点告警条文进行综合分析，对多个子站上传的告警进行多源验证，同时结合其他业务类型的告警信息，完成主站智能告警分析；并对调度故障处理经验、离线事故预案以及设备操作危险点等非结构化信息进行收集、整合以及对象化建模，形成调度故障处置专家知识库，在实际发生故障的情况下通过和专家知识库的在线匹配，给出调度事故处置的辅助建议，可有效提升故障处置效率。

本发明主子站间分布式智能告警系统，具体包括以下六个功能模块：告警信息建模模块、告警信息分析模块、告警信息故障诊断模块、告警信息故障验证模块、专家知识库智能分析模块、告警信息显示模块。

1)告警信息建模模块：实现主站端面向子站告警信息的统一建模，具体的建模规则是：

针对每个子站的告警信息分别建模，建模数据包括站内监控、保护、录波设备的功能和配置；

主站端告警信息建模，对调控系统CIM模型进行扩展，同时对调控系统的采集模型进行扩展以支撑数据采集，并将调控、保护故障、故障录波业务融合后输出一体化模型；主站端告警信息建模的规则是：在调控系统CIM模型基础之上，根据保护故障业务及故障录波业务的需要，对调控系统CIM模型进行扩展，包括IED模型的扩展描述、IED装置与导电设备的关联关系、IED内部模型描述；主子站间告警直传信息建模，提供基于文本方式的子站告警信息描述，完成告警类型、告警级别、告警来源、告警内容、告警分析的模型建立；同时主站端完成文本内容与子站告警信息模型的对应，实现主站信息与子站的一一对应。

子站的监控需要采集大量设备状态告警信息，通过告警信息建模模块，可以实现设备状态告警信息的快速、准确采集。

2)告警信息分析模块：在子站端采集告警信息，并进行分类、分析，形成告警条文信息并直传给主站端；

具体的规则是：

将告警信息按事故、异常、变位、越限、告知进行分类，再进行分析完成告警抑制、告警屏蔽、漏报误报分析、关联性分析、统计分析，按级别、时间、设备、事件(即故障类型)、原因五段式的标准进行描述形成告警条文信息，并将其直传给主站端；

告警信息分析模块所采集的子站告警信息包括：子站端的综合开关变位、保护动作信息、向量量测单元、设备检测、二次安防。

通过告警信息分析模块，将采集的子站告警信息在子站端进行分析处理，在子站端形成告警条文信息之后再上传主站，而大量的子站原始告警信息不再上传主站，可以减少主子站间的数据通信压力和运维工作量，适应电网运行发展的要求。

3)告警信息故障诊断模块：主站端对接收到的子站告警条文信息进行解析处理、推理，形成故障简报；

具体的故障诊断规则是：

主站端对告警条文信息进行解析处理，得到告警级别、时间、设备、事件以及原因；从稳态数据信息中获取故障时间、重合闸情况、设备名称；从二次故障数据中获取保护动作情况；从录波数据中获取故障测距、短路电流，并进行信息融合、内容整合，形成故障简报；

对子站设备故障进行诊断的主要依据包括，遥信信号：开关变位信号、事故总信号；遥测信息：电压、电流、功率；以及：设备拓扑关系、保护故障信息、故障录波信息；

可以诊断的故障类型包括：开关故障、线路故障、母线故障、主变故障。

告警信息故障诊断模块，通过不同数据特性完善故障诊断结果，提高故障诊断的准确性。

4)告警信息故障验证模块：对故障简报中诊断出的故障告警信息进行多个子站相互验证和故障子站的多个系统相互验证，避免因设备误发告警信息造成误判；

具体的故障验证规则是：

1)多个子站相互验证，即：根据子站开关变位、事故总信号、保护动作信号在设备故障情况下的内在关联关系，建立信息辨识规则对告警信息进行辨识，并运用启发式搜索、模式辨识进行验证，判断设备故障、分析故障原因，从而实现多子站告警信息智能分析报警；

2)故障子站的多个系统相互验证，即：在主站端完成故障录波信息的采集与分析，然后从稳态数据故障诊断、二次数据故障诊断、录波数据融合验证三个方面进行多系统相互验证，从而实现多系统告警信息智能分析报警；

其中，在主站端完成故障录波信息的采集与分析的规则是：对于标准的COMTRADE故障数据记录格式提供录波数据波形显示分析；开关量动作时序分析；事故分析，故障性质分析及单双端故障测距；谐波分析、序分量分析；特征量波形分析；数据格式转换；录波文件的拆分与重组。

告警信息故障验证模块，通过多个子站相互验证、故障子站的多个系统相互验证，对多源信息进行融合，通过信息冗余解决单一错误报警信息的误报问题。

5)专家知识库智能分析模块：对常见故障处理经验、事故的预案、设备操作危险点进行整合，提取故障时的主要特征，形成调度故障处置专家知识库；将通过告警信息故障验证模块验证之后的故障信息和专家知识库在线匹配，给出故障处置的辅助建议。

通过专家知识库智能分析模块，可有效提升故障判断的准确率。

6)告警信息显示模块：按照调控运行模式分类显示告警信息的故障诊断结果；

具体的显示规则是：

显示实时监控信息，包括：监控数据越限、二次设备动作、断面潮流越限信息；

显示故障预判信息，包括：静态安全分析结果、稳定性分析结果；

显示故障报警信息，即：系统综合故障分析结果。

通过告警信息显示模块将监控信息进行分类后显示，可以提高监视效率，减少事故处理时间，提高系统操作效率，保障系统稳定安全运行。

一种应用主子站间分布式智能告警系统进行故障诊断的方法，包括以下步骤：

步骤1、通过告警信息建模模块，完成各子站告警信息建模、主站端告警信息建模、以及主子站间告警直传信息建模；

步骤2、通过告警信息分析模块，在子站端采集告警信息并进行分类、分析，描述形成告警条文信息，并将子站告警条文信息直传给主站端；

步骤3、通过告警信息故障诊断模块，主站端将接收的子站告警条文信息进行解析处理，形成故障简报；

步骤4、通过告警信息故障验证模块，进行多个子站相互验证和故障子站的多个系统相互验证，实现告警信息智能分析报警，避免因设备误发信息造成误判；

步骤5、通过专家知识库智能分析模块，形成调度故障处置专家知识库，发生故障时通过将故障信息和专家知识库的在线匹配、给出调度事故处置的辅助建议；

步骤6、通过告警信息显示模块，按照调控运行模式分类显示告警信息的故障诊断结果。

本发明的有益效果：

1、采用分布式设计，解决集中式分析架构中主子站间的数据通信压力大、主站端的运维工作量大等问题。

2、针对多个相关子站告警信息进行多源验证，确保告警信息正确性。

3、告警信息标准建模，综合子站告警信息、子站稳态数据、监控告警信息、保护故障信息、故障录波信息进行多源子站运行数据协同分析智能报警，极大提升电网故障判断准确率。

4、扩展调控系统人机交互功能，为调控人员提供录波数据监视、分析、故障报告等功能，提高故障分析效率，保障电网安全运行。

5、分析发生故障时各类信息之间的关联性，提取故障特征，建立故障特征专家库，为电网未来故障处置提供数据支撑。

附图说明

图1是主子站间分布式智能告警系统的结构图；

图2是应用本系统的故障诊断方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，主子站间分布式智能告警系统，具体包括以下六个功能模块：

1)告警信息建模模块：实现主站端面向子站告警信息的统一建模。

针对每个子站的告警信息分别建模，即按照Q/GDW11021-2013《子站调控数据交互规范》建模，包括站内监控、保护、录波设备的功能和配置。

主站端告警信息建模，对调控系统CIM模型进行扩展，同时对调控系统的采集模型进行扩展以支撑数据采集，并将调控、保护故障、故障录波业务融合后输出一体化模型。即：在调控系统CIM模型基础之上，根据保护故障业务及故障录波业务的需要，对调控系统CIM模型进行扩展，包括IED模型的扩展描述、IED装置与导电设备的关联关系、IED内部模型描述。

主子站间告警直传信息建模，提供基于文本方式的子站告警信息描述，完成告警类型、告警级别、告警来源、告警内容、告警分析的模型建立；同时主站端完成文本内容与子站告警信息模型的对应，实现主站信息与子站的一一对应。

2)告警信息分析模块：在子站端采集告警信息，并进行分类、分析，形成告警条文信息并直传给主站端。

具体的规则是：将告警信息按事故、异常、变位、越限、告知进行分类，再进行分析完成告警抑制、告警屏蔽、漏报误报分析、关联性分析、统计分析，按级别、时间、设备、事件、原因五段式的标准进行描述形成告警条文信息，并将其通过图形网关机以DL/T476-2012《电力系统实时数据通信应用层协议》直传给主站端；

告警信息分析模块所采集的子站告警信息包括：子站端的综合开关变位、保护动作信息、向量量测单元、设备检测、二次安防。

3)告警信息故障诊断模块：主站端对接收到的子站告警条文信息进行解析处理、推理，形成故障简报。

具体的故障诊断规则是：主站端对告警条文信息进行解析处理，得到告警级别、时间、设备、事件以及原因；从稳态数据信息中获取故障时间、重合闸情况、设备名称；从二次故障数据中获取保护动作情况；从录波数据中获取故障测距、短路电流，并进行信息融合、内容整合，形成故障简报；

对子站设备故障进行诊断的主要依据包括，遥信信号：开关变位信号、事故总信号；遥测信息：电压、电流、功率；以及：设备拓扑关系、保护故障信息、故障录波信息；

可以诊断的故障类型包括：开关故障、线路故障、母线故障、主变故障。

4)告警信息故障验证模块：

多个子站相互验证，即：根据子站开关变位、事故总信号、保护动作信号在设备故障情况下的内在关联关系，建立信息辨识规则对告警信息进行辨识，并运用启发式搜索、模式辨识进行验证，判断设备故障、分析故障原因，从而实现多子站告警信息智能分析报警。

比如，将故障告警简报的内容全部录入规则库，如线路故障情况下首末段事故类告警信号应包含12类，接收到事故总信号后，将保护动作信号与规则库中信号进行模式匹配，如果匹配成功则告警信息准确，否则为误发信号，如设备检修、拉停等情况。

故障子站的多个系统相互验证，即：在主站端完成故障录波信息的采集与分析，即：对于标准的COMTRADE故障数据记录格式提供录波数据波形显示分析；开关量动作时序分析；事故分析，故障性质分析及单双端故障测距；谐波分析、序分量分析；特征量波形分析；数据格式转换；录波文件的拆分与重组。然后从稳态数据故障诊断、二次数据故障诊断、录波数据融合验证三个方面进行多系统相互验证，从而实现多系统告警信息智能分析报警。

5)专家知识库智能分析模块：对常见故障处理经验、事故的预案、设备操作危险点进行整合，提取故障时的主要特征，形成调度故障处置专家知识库；故障发生时将故障信息和专家知识库在线匹配，给出调度事故处置的辅助建议。

6)告警信息显示模块：按照调控运行模式分类显示告警信息的故障诊断结果，即：

显示实时监控信息，包括：监控数据越限、二次设备动作、断面潮流越限信息；

显示故障预判信息，包括：静态安全分析结果、稳定性分析结果；

显示故障报警信息，即：系统综合故障分析结果。

如图2所示，一种应用主子站间分布式智能告警系统进行故障诊断的方法，包括以下步骤：

步骤1、通过告警信息建模模块，完成各子站告警信息建模、主站端告警信息建模、以及主子站间告警直传信息建模；

步骤2、通过告警信息分析模块，在子站端采集告警信息并进行分类、分析，描述形成告警条文信息，并将子站告警条文信息直传给主站端；

步骤3、通过告警信息故障诊断模块，主站端将接收的子站告警条文信息进行解析处理，形成故障简报；

步骤4、通过告警信息故障验证模块，进行多个子站相互验证和故障子站的多个系统相互验证，实现告警信息智能分析报警，避免因设备误发信息造成误判；

步骤5、通过专家知识库智能分析模块，形成调度故障处置专家知识库，发生故障时通过将故障信息和专家知识库的在线匹配、给出调度事故处置的辅助建议；

步骤6、通过告警信息显示模块按照调控运行模式分类显示告警信息的故障诊断结果。

Claims (10)

1.主子站间分布式智能告警系统，其特征在于，包括：

告警信息建模模块：实现主站端面向子站告警信息的统一建模；

告警信息分析模块：在子站端采集告警信息，并进行分类、分析，形成告警条文信息并直传给主站端；

告警信息故障诊断模块：主站端对接收到的子站告警条文信息进行解析处理、推理，形成故障简报；

告警信息故障验证模块：对故障简报中诊断出的故障告警信息进行多个子站相互验证和故障子站的多个系统相互验证；

专家知识库智能分析模块：对常见故障处理经验、事故的预案、设备操作危险点进行整合，提取故障时的主要特征，形成调度故障处置专家知识库；将通过告警信息故障验证模块验证之后的故障信息和专家知识库在线匹配，给出故障处置的辅助建议；

告警信息显示模块：按照调控运行模式分类显示告警信息的故障诊断结果。

2.根据权利要求1所述的主子站间分布式智能告警系统，其特征在于，所述告警信息建模模块的建模规则是：

针对每个子站的告警信息分别建模，建模数据包括站内监控、保护、录波设备的功能和配置；

主站端告警信息建模，对调控系统CIM模型进行扩展，同时对调控系统的采集模型进行扩展以支撑数据采集，并将调控、保护故障、故障录波业务融合后输出一体化模型；

主子站间告警直传信息建模，提供基于文本方式的子站告警信息描述，完成告警类型、告警级别、告警来源、告警内容、告警分析的模型建立；同时主站端完成文本内容与子站告警信息模型的对应，实现主站信息与子站的一一对应。

3.根据权利要求2所述的主子站间分布式智能告警系统，其特征在于，所述主站端告警信息建模的规则是：

在调控系统CIM模型基础之上，根据保护故障业务及故障录波业务的需要，对调控系统CIM模型进行扩展，包括IED模型的扩展描述、IED装置与导电设备的关联关系、IED内部模型描述。

4.根据权利要求1所述的主子站间分布式智能告警系统，其特征在于，所述告警信息分析模块对采集的子站告警信息进行分类、分析、形成告警条文信息并直传给主站端的规则是：

将告警信息按事故、异常、变位、越限、告知进行分类，再进行分析完成告警抑制、告警屏蔽、漏报误报分析、关联性分析、统计分析，按级别、时间、设备、事件、原因五段式的标准进行描述形成告警条文信息，并将其通过图形网关机直传给主站端。

5.根据权利要求4所述的主子站间分布式智能告警系统，其特征在于，所述告警信息分析模块所采集的子站告警信息包括：子站端的综合开关变位、保护动作信息、向量量测单元、设备检测、二次安防。

6.根据权利要求1所述的主子站间分布式智能告警系统，其特征在于，所述告警信息故障诊断模块的故障诊断规则是：

主站端对告警条文信息进行解析处理，得到告警级别、时间、设备、事件、原因；从稳态数据信息中获取故障时间、重合闸情况、设备名称；从二次故障数据中获取保护动作情况；从录波数据中获取故障测距、短路电流，并进行信息融合、内容整合，形成故障简报；

对子站设备故障进行诊断的主要依据包括，遥信信号：开关变位信号、事故总信号；遥测信息：电压、电流、功率；以及设备拓扑关系、保护故障信息、故障录波信息；

可以诊断的故障类型包括：开关故障、线路故障、母线故障、主变故障。

7.根据权利要求1所述的主子站间分布式智能告警系统，其特征在于，所述告警信息故障验证模块的故障验证规则是：

1)多个子站相互验证，即：根据子站开关变位、事故总信号、保护动作信号在设备故障情况下的内在关联关系，建立信息辨识规则对告警信息进行辨识，并运用启发式搜索、模式辨识进行验证，判断设备故障、分析故障原因，从而实现多子站告警信息智能分析报警；

2)故障子站的多个系统相互验证，即：在主站端完成故障录波信息的采集与分析，然后从稳态数据故障诊断、二次数据故障诊断、录波数据融合验证三个方面进行多系统相互验证，从而实现多系统告警信息智能分析报警。

8.根据权利要求7所述的主子站间分布式智能告警系统，其特征在于，所述在主站端完成故障录波信息的采集与分析的规则是：

对于标准的COMTRADE故障数据记录格式提供录波数据波形显示分析；开关量动作时序分析；事故分析，故障性质分析及单双端故障测距；谐波分析、序分量分析；特征量波形分析；数据格式转换；录波文件的拆分与重组。

9.根据权利要求1所述的主子站间分布式智能告警系统，其特征在于，所述告警信息显示模块的显示规则是：

显示实时监控信息，包括：监控数据越限、二次设备动作、断面潮流越限信息；

显示故障预判信息，包括：静态安全分析结果、稳定性分析结果；

显示故障报警信息，即：系统综合故障分析结果。

10.一种应用权利要求1所述的主子站间分布式智能告警系统进行故障诊断的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1、通过告警信息建模模块，完成各子站告警信息建模、主站端告警信息建模、以及主子站间告警直传信息建模；

步骤2、通过告警信息分析模块，在子站端采集告警信息并进行分类、分析，描述形成告警条文信息，并将子站告警条文信息直传给主站端；

步骤3、通过告警信息故障诊断模块，主站端将接收的子站告警条文信息进行解析处理，形成故障简报；

步骤4、通过告警信息故障验证模块，进行多个子站相互验证和故障子站的多个系统相互验证，实现告警信息智能分析报警，避免因设备误发信息造成误判；

步骤5、通过专家知识库智能分析模块，形成调度故障处置专家知识库，发生故障时通过将故障信息和专家知识库的在线匹配、给出调度事故处置的辅助建议；

步骤6、通过告警信息显示模块按照调控运行模式分类显示告警信息的故障诊断结果。