智能调度辅助决策和故障实时定位系统在德州电网的应用

夏 滨 ，胡国青 ，袁桂华 ，王连成

（1.德州供电公司，山东 德州 253000；2.济南海兴电力科技有限公司，山东 济南 250101）

0 引言

随着我国电网规模的快速发展，电网运行更加复杂，影响电网安全运行的因素也越来越多，迫切需要研究智能调度控制技术以提高调度决策的智能化水平［1-2］。电网智能调度决策是对现有的调度控制中心功能的重大扩展。智能调度辅助决策和故障实时定位系统的成功应用可以有效提高电网调度运行人员驾驭现代化大电网的能力，保障电网的安全、优质、经济和稳定运行，具有广阔的应用前景。

输电线路故障定位一直是电力系统研究者和电力设备制造商所关注的问题［3-4］。实时、准确故障定位对迅速发现故障点、修复受损线路、提高系统可靠性起到重要作用。然而由于影响因素太多和不确定性，所以到目前为止，这一领域仍有大量工作需要进一步完成。另外，传统的分析方法多数仅限于定位分析，而对故障的“有”和“无”缺乏综合诊断。SDFL系统将Google地图应用于实时故障定位，提升了德州电网110 kV及以上输电线路的在线故障检测、故障定位准确性以及故障的直观展示功能，对提高电网自动化、数字化、智能化程度起到积极作用。

1 国内外研究概况

国内对故障的判断、分析、处理主要是以保护信息为主。通常是在故障发生以后，由故障信息系统将故障类型、故障测距计算结果等上传至调度中心。多数情况下，这些信息还需要调度保护人员进一步人工收集数据，对故障状态进行“半自动”分析，降低了事故反应速度。

仅靠单一的保护或录波装置很难满足国家电网相关规范中所提到对故障定位准确性的要求。影响保护装置分析诊断功能的主要因素有：保护的分析计算是基于所在变电站上所测量的电气量；保护采用过于简单化的线路模型；同一故障下不同保护装置可能会给出完全不同的分析结果；缺乏现代的信息发布功能；未能很好的利用整个系统的状态信息。

国外对智能化综合故障诊断与实时定位系统的研究已开展多年。最早提出这一概念的是美国格瑞德电气技术公司（Grid Sentinel Inc.），早在2005年开始，格瑞德公司就与位于美国纽约市的联合爱迪生公司（Con Edison）进行合作对该系统进行开发和应用［5］。目前，该系统已经在纽约联合爱迪生公司成功在线应用了五年多，积累了丰富的现场运行经验。近几年来，国外其他电气设备供应商也开始涉足该领域。这些供应商包括世界知名企业德国的西门子公司（Siemens）、美国的通用电气公司（GE）、美国的塞儿公司（SEL）、欧洲的ABB公司等。但是由于起步较晚，这些公司的产品都还处于早期研发使用阶段，无论是在技术上还是在整体设计方面都与格瑞德的软件系统有较大差距。

2 系统主要智能模块

2.1 自动拉路控制

自动拉路控制是基于人工事先定义好的拉路顺序表，该顺序表依次按负荷的重要程度进行排列。它包含拉路出线的名称以及相应的操作开关。在实际应用时，调度运行人员首先选择拉路类型，然后输入拉路负荷量。系统将根据拉路序位表自动检测当前最新的量测负荷数据并自动生成切除负荷目标量所涉及到的拉路对象的最小集合。经调度人员确认后，系统自动将全部所要操作的开关输入到组合遥控操作序列中。系统自动经过再确认并进入并列遥控操作。

2.2 序列操作

序列操作是指为实现不间断电源控制和满足安全性要求对一组开关对象所进行的一系列操作控制。负荷转移是一个典型的序列操作实例。为了对被转移的负荷进行不停电操作，只有通过序列控制来实现。在序列操作实施过程中，核心问题是对操作开关对象序列校验和对操作后开关状态的实时监视和判断。

2.3 集中式备用电源自投

与传统的站内自投不同，集中式备用电源自投（备自投）是从全网的角度进行集中控制。这样将更好地实现全局性、灵活性和经济性。SDFL系统中所研究的备自投是针对T节点连接，并且由双电源向一个负荷供电的方式，其中一个电源投运，另一个电源备用。当由于区外原因造成失去电源，线路失电，而且没有保护动作，并具有备自投条件时，SDFL系统将自动提示调度运行人员断开失电电源，投入备用电源，从电网角度完成备自投的功能。

2.4 事故诊断

根据开关、保护、重合闸动作信号判断线路、母线和主变故障后的状态。将事故后繁杂的信号加以分析过滤以便于调度运行人员准确把握故障信息，尽快将系统和设备恢复到安全状态。

2.5 故障诊断结果和故障定位通报

为便于调度运行人员和检修人员直观的了解故障状况，及时查找和修复故障，故障诊断结果和定位信息借助Web service和Ajax等先进网络技术实时地展示于地理信息系统的卫星图片Google地图上。

故障信息展示和故障通报功能是通过Fault-Vista模块来实现的。FaultVista的设置需要将输电线路所有杆塔的经纬度数据存于数据库中。在实时运行过程中，FaultVista利用Ajax和 Web service技术实时查询故障数据库检测是否有故障发生，一旦检测到故障FaultVista将调用包括故障时间、故障距离、故障类型和故障杆塔号在内的故障信息并将所有信息在Google地图上标示出来。

系统开发采用了电网操作模型数据。它是一组基于面向对象技术建立的关于电网一次设备和监测信息的数据库，为实时运行模块提供了可靠的数据平台。这些数据包括电网一次设备及其拓扑连接信息，EMS遥测、遥信数据，EMS数据与一次设备的对应表，以及“序列操作”、“备自投”、“拉路控制”、“电力调度辅助决策”方案库等。其组成如图1所示。

图1 电网操作模型库

3 系统应用

自2012年8月起，系统开始在德州电网投入使用。根据德州电网的具体情况，预先设定各种特定决策方案，系统实时检测相关启动量。在满足启动条件的情况下，系统快速作出反自动提醒调度运行人员，为其提供实时决策参考或自动智能控制，提高操作的可靠性。

3.1 结构模型

以序列操作控制为例说明系统结构模型，智能调度辅助决策系统与德州地调PEN3000系统使用接口如图2所示。调度人员首先选择要执行的序列操作方案，按下方案执行按钮后，系统自动进行初始状态监测、负荷状态监测、过载情况监测。所有监测通过以后，系统自动将开关操作指令下达至EMS，最后自动进行接线方式确认和结果显示。

图2 序列操作功能模块结构模型

3.2 系统操作界面

3.2.1 自动拉路控制

以德州电网事故拉路为例，调度人员首先输入所要切除的负荷总量，系统将自动根据拉路序位表检测实时负荷并选出最接近所要切除负荷总量的拉路集合。经调度人员确认后系统将自动执行拉路操作，调度人员还可以根据实际要求对系统所选择的拉路集合进行修改补充。

3.2.2 序列操作控制

主要功能为根据数据库中序列操作方案，实现变压器运行方式的转换，满足不间断停电操作等顺序操作要求，任一步骤失败则自动终止序列操作并告警。系统从EMS中获取相关的开关、刀闸、手车位置，负荷状态以及主变数据，经过初始状态监测、负荷状态监测和过载情况监测后，如果符合条件，则执行序列操作，把操作信息返回EMS，执行完毕后再进行接线方式确认，完成操作。序列操作执行部分的结果如图3所示。

3.2.3 集中式主站备用电源自投

以“天衢站失电、苗庄站投入”为例。 这里220 kV天衢站为供电电源，220kV苗庄站为备用电源，110 kV北郊站为负荷。正常情况下2号苗北线自天衢站供电北郊站2号主变，苗庄站2号苗北线开关热备用。

图3 序列操作控制界面

SDFL系统检测到天衢站2号苗北线PT失压，苗庄站2号苗北线PT失压，且天衢站主保护及后备保护未启动，系统断开天衢站 2号苗北线113开关切断供电电源后，闭合苗庄站 2号苗北线2419开关，使得备用电源自动投运，对北郊站2号主变实现正常供电。

操作后的运行方式：220 kV天衢站2号苗北线113开关在分位；德州苗庄220 kV线路2号苗北线2419 开关在合位，2419－2、－3 刀闸同时在合位或－1、－3刀闸同时在合位；220 kV北郊站2号苗北线1216及－1、－3刀闸同时在合位。

3.2.4 故障诊断结果和故障定位通报

系统自动检测开关信号，一旦发现线路保护跳闸信号将自动启动故障诊断和故障定位计算模块。故障信息和故障杆塔在地图上的展示见图4和图5所示。

3.3 应用效果

序列操作自动实现了开关操作并自动检验相关设备负荷和开关、刀闸状态保证操作安全；自动拉路控制自动搜索出符合调度员要求的拉路组合实现了整个过程的准确、快速、自动；主站集中式备用电源自投实现了变电站之间的备用电源自投；事故决策和故障实时定位帮助电网调度运行人员快速、准确判断事故信息迅速作出决策反应，并结合电网地理信息系统将故障位置自动标识于线路杆塔之上，直观明了、便于快速查找和修复故障。

图4 故障信息展示

图5 故障杆塔展示

4 结语

SDFL系统的开发和应用是对德州电网现有的调度控制中心功能的重大扩展，将有效提高德州地调运行人员驾驭现代化大电网的能力。为保障电网的安全、优质、经济和稳定运行，提供了强大的技术支撑，具有十分广阔的应用前景。此外SDFL系统使用新型故障定位算法及故障定位实时展示于Google地图的新技术，提高了110 kV及以上电压等级输电线路故障定位精确度，有效缩短故障查找时间，是调度、输电运检人员快速处理事故的有利保障。

［1］姚建国，严胜，杨胜春，等.中国特色智能调度的实践与展望［J］.电力系统自动化，2009，33（17）：16－20.

［2］赵亮.电力调度事故处理辅助模拟软件开发可行性研究［J］.冶金动力，2002（6）：1－3.

［3］范新桥，朱永利，尹金良.图形化输电线路故障定位系统的研制［J］.电力系统保护与控制，2012（10）：127－132.

［4］K.Zimmerman，D.Costello. Impedance －based fault location experience，2005 TexasA＆M AnnualRelayConferencefor Protective Relay Engineers，College Station，TX，April 5－7，2005.

［5］John Vasco，Liancheng Wang.An Automated Fault Location System as a Decision Support Tool for System Operators，Western Protective RelayConference，Spokane，Washington，October21－23，2008.