基于模糊综合评判的智能变电站告警系统研究

张向东，许磊，王祥哲，魏佛送，陈大川，崔秀阳

（1.国网山东省电力公司济宁供电公司，山东济宁 272000；2.山东网聪信息科技有限公司，山东济南 250000）

建设以智能变电站为核心的智能电网，是我国电网未来发展的目标。与传统的变电站相比，智能变电站不仅具有电网运行数据采集、测量功能以及对一次设备保护、控制功能，同时通过对二次设备等全站进行统一建模的方式，可实现在线监测、自动调节、故障分析等高级功能[1]。

目前，对智能变电站系统化监测分析的研究逐渐增多，单一的增加采集数据已不能满足智能化的需求，对采集的数据进行智能分析，增强告警系统的可靠性，为现场运维人员提供简洁明了的告警信息，成为智能化变电站研究的一大热点。文献[2]将智能化的自适应故障解搜索算法引入智能变电站告警系统中，不仅可以适应不同的问题规模，还明显提高了故障分析的速度。文献[3]设计的检修分析系统中的专家系统可综合评价当前设备的运行状态，并提供合理的检修方案。文献[4]则提出了基于模型驱动模式的设计方案，在此基础上设计了分层分布式的智能告警高级应用总体架构，实践证明其具有良好的告警效果。随着智能算法的广泛应用，智能变电站的监控系统也得到了快速的发展，但目前告警系统仍存在着一系列的问题，不能够满足实际应用的需求，如：智能变电站的信息量巨大，在提供丰富信息的同时，会带来过多的冗余信息，增大现场人员的工作量，导致其可能忽略一些关键的故障信息，使故障不能得到及时的检修处理，严重时可能引起大的停电事故；基于专家系统诊断的知识库不完善，导致故障分析不准确，同样会带给现场工作人员一定的工作负担[1]。

针对智能变电站监控系统目前存在的问题，本文中设计了智能变电站高可视化分析平台，在此对其组成及应用进行简单介绍，重点分析其告警系统的实现方案：采用模糊综合评判的方法，对变电站内的故障异常信息进行严重程度划分，从而实现智能变电站的“智能化告警”。该告警系统的设计可以提高现场人员的工作效率，为智能变电站的可靠安全运行奠定基础。

1 智能变电站高可视化分析平台

智能变电站高可视化分析平台是通过对SCD（Science Citation Database）文件的解析进行图形高可视化处理，进而实现直观的全站高可视化分析。其主要构成如图1所示，该平台主界面由网络连接图和逻辑连接图构成，可进行可视化方式查看、分析全站/单个间隔内的IED（Explosive Devices）网络连接情况、虚通道、虚端子连接情况等，使得调测、分析过程更加简单快捷。其中网络连接图可对SCD文件内定义的各IED的网络连接状况、IED设备当前的告警数量和级别、IED设备的当前流量进行展示，同时可以对IED设备进行事件关联分析以及查看关联事件记录管理。逻辑连接图则可以对SCD文件内定义的各IED的逻辑连接状况、数据集乃至虚端子之间的逻辑连接、告警数量进行展示，同时可以对间隔和IED定位。整个平台可以通过图元的放大、缩小、还原以及拖拽、筛选等功能，进行简洁明了的信息展示。

智能变电站高可视化平台不仅能够对变电站全景数据进行实时记录、在线发现二次系统的配置错误、报文异常、IED装置及网络异常，及在全站数以万计庞杂的虚端子/虚通道中迅速确定出异常连接，同时可对获取的信息进行智能化分析，最终通过高可视化的方式对故障、异常信息进行准确定位和告警展示出来（见图2），提高了二次系统运行的可靠性，真正实现了智能变电站监控系统的智能化。

图1 智能变电站高可视化分析平台构成图Fig.1 The structure diagram of the intelligent substation high visualization analysis platform

图2 高可视化平台界面展示Fig.2 The exhibition of the intelligent substation high visualization analysis platform

2 高可视化平台的告警系统

2.1 告警系统的作用

智能变电站是对站内实施全景数据的实时监测和记录，因此采集到的信息同传统变电站相比明显增多，一旦变电站发生故障，获取的告警信息也随之增加，若不对其进行处理，可能会导致现场运维人员无法对故障及时判别处理，甚至会伴随着严重事故的发生。针对该问题，智能变电站采用智能化的告警系统，对采集的站内信息进行合理的筛选处理，采用智能算法对故障信息进行快速判别，对保护动作进行分析，为现场运维人员提供准确的故障评价结果，从而提高智能变电站的安全可靠运行。

2.2 告警系统的构成

告警系统通常分为信息采集、信息筛选、故障分析、故障展示等部分。其中信息采集是通过智能变电站数据采集系统，获取变电站网络状况、一二次设备运行状况、以及其联动关系等重要信息；对信息间时间间隔较大的信息、非故障类的信息以及非保护动作的信息进行筛选，从而降低信息的冗余度；采用专家系统[10]、人工神经网络[2]等智能算法，根据现有的故障数据库，进行非监督式的学习，进而实现对筛选后的信息进行故障分析诊断；最后将分析的结果通过文件、报表、图示等方式展现出来，现场运维人员可根据故障分析结果及时地进行故障检修处理[2]。常见告警系统的流程如图3所示。

图3 告警系统工作流程Fig.3 The work progress of the warning system

3 基于模糊综合评判的告警系统

在智能变电站高可视化分析平台中，告警系统引入了模糊综合评判的方法。模糊综合评判理论[5]是对受多种因素影响的事物作出全面评价的有效的决策手段，可充分描述具有模糊变化规律的物理现象[6-7]。

3.1 模糊综合评判的数学模型

模糊综合评判决策是一种基于模糊数学理论，综合多种影响因素，可对事物进行全面综合且有效的评价[8]。

3.2 模糊综合评判在告警系统中的应用

1）建立因素集：U={u1,u2,…,un}，分别表示故障告警事件、异常告警事件、GOOSE告警事件、SMV告警事件、开关刀闸状态等。

2）建立评判集：V={v1,v2,…,vm}，将告警事件的级别划分为一级告警、二级告警、三级告警以及正常。

3）建立模糊评判矩阵Rf：由于对告警事件严重程度的划分是模糊的，因此其告警事件并不是隶属于某个等级，可能隶属于2个甚至多个情况。隶属度函数的种类较多，本文采用三角形和梯形组合的函数[9]，建立各告警事件对应不同告警级别的隶属函数，如图4所示。

图4 告警级别隶属度函数Fig.4 The membership functions of the warning level

各告警级别隶属度计算如下：

①正常：

③二级告警：

④一级告警：

最终确定模糊判断矩阵R：

4）综合评判：对于权重A=(a1,a2,…,an)，取maxmin合成算法，即模型M=(∧,∨)计算，可得综合评判C=A°R∈δ(V)，即对告警事件进行评判，最终评判结果可能是正常、一级告警、二级告警或三级告警。

表1 告警状态及相应的运维检修策略Table 1 Alarm status and the corresponding operational maintenance strategy

将模糊综合评判应用于告警系统中，见表1，对告警事件进行严重程度划分，并通过的红、黄、蓝种颜色分别表示告警级别的一级、二级、三级告警，现场运维人员可根据告警指示灯显示的情况采取检修措施，同时告警系统中提供具体的告警事件供检修人员分析，如图5所示。

图5 高可视化平台的告警指示灯展示Fig.5 The exhibition of the warning indicator light for the high visualization platform

4 结论

1）智能变电站高可视化分析平台由网络连接图和逻辑连接图构成，可进行可视化方式查看、分析全站的IED、虚通道、虚端子连接情况等，在对变电站全景数据进行实时记录的同时，可对获取的信息进行智能化分析，最终通过高可视化的方式对故障、异常信息进行准确定位和告警展示出来，提高了二次系统运行的可靠性。

2）告警系统是高可视化分析平台的重要组成部分，该系统能实现对故障信息的快速判别，对保护动合理分析，为现场运维人员提供准确的故障评价结果。

3）基于模糊综合评判的告警系统，可根据告警事件的级别进行划分，通过简洁明了的方式为现场运维人员提供可靠的告警信息，提高了运维人员工作效率，真正实现了告警系统的智能化。

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