配网应急一体化看图指挥系统设计应用

陈根奇，黄振华，王少春，孙伟刚，李 爽，余 剑

（国网浙江省电力有限公司绍兴供电公司，浙江 绍兴 312000）

0 引言

随着配电网运行复杂化不断提高以及社会用电逐步向广度、深度发展，配电网故障率呈直线上升，造成配网调控工作量陡增及因停电引起用户投诉的事件频发。

近几年，人工智能（artificial intelligence，AI）技术在国内外取得了重大突破，为解决配网调控领域故障处置问题提供了技术支撑。针对上述问题，某区配网调控中心采用基于AI智能技术开发配网应急一体化看图指挥系统，该系统借助调控云平台，汇集主网调度自动化系统、配网自动化系统等系统数据，并将这些数据组织成结构化、图形化展示的形式，供配网故障抢修指挥员快速处置故障需要的信息，实现故障信息模块化、可视化，从而帮助配网故障抢修指挥员提升故障处置效率。

文献[1]和文献[2]对配网接地故障和短路故障的定位研究为本文设计故障研判逻辑功能提供了新思路。文献[3-5]关于智能调控平台的改造方法及技术，对本文配网应急一体化看图指挥系统的设计具有重要参考价值。文献[6] 基于SDFL系统设计并实现了故障短信实时通报系统，系统具有短信发送、联系人管理和日志管理等功能，本文设计的系统主要开发故障研判模块、图形可视化、短信推送等应用。

1 配网应急一体化看图指挥系统总方案

配网应急一体化看图指挥系统设计时按照安全性、通用性、易用性的原则，基于目前使用的调控云平台，同步采集配电网故障处置中的重要信息，如配电网设备的智能开关、故障指示器、D5000系统、保修工单相关信息，从而实现配电网故障研判信息的全面收集并可视化展示等功能，继而实现配电网故障看图指挥的辅助决策。

1.1 配网应急一体化看图指挥系统数据架构

配网应急一体化看图指挥系统基于调控云设计，利用调控云的存储、计算、网络资源进行应用部署，通过调控云模型、运行、实时以及大数据、人工智能平台为应用提供数据和交互支撑。调控云平台如图1所示，配电网设备的台账信息、拓扑图、气象服务等接入调控云平台，配网故障抢修指挥员可快速获取配网的拓扑关系图、设备模型、遥测、遥信、设备挂牌、智能设备的告警、气象预警等信息[7]。

图1 配网应急一体化看图指挥系统数据架构

配网应急一体化看图指挥系统共分为5层：感知层、数据层、数据关联层、故障研判层、展示层，如图2所示。系统在调控云平台建设，将DTU、智能开关、故障指示器等设备的实时数据接入平台，并同时整合调控云平台、配电自动化系统、D5000系统、OPEN5200系统、内网接口的相关数据，提供到故障研判层进行故障研判、故障定位、图形可视化、短信推送等，从而为展示层的故障信息、态势管控服务[8]。

配网应急一体化看图指挥系统利用调控云整合各类电网信息资源的功能，可以挖掘Ⅲ区、Ⅳ区系统中各项电网数据（如智能开关、故障指示器、频繁停电用户、敏感用户等相关信息），实现电网智能化感知，故障自主决策的功能。配电网故障发生后，通过感知层获取智能开关的遥信、遥测变化及故障指示器的告警动作信息，并将各类子系统的数据整合关联进行智能研判，定位故障点、划分故障区域并对拓扑图着色，最后通过智能交互方式呈现给配网故障抢修指挥员，确认后通过触发短信推送引擎将故障事件的相关信息发送至工作人员手机，以可视化的手段指导工作人员故障处置，同时获知敏感用户和频繁停电用户，及时告知相关用户停电原因。

1.2 配网应急一体化看图指挥系统应用架构

配电网应急一体化看图指挥系统应用架构如图3所示，系统基于调控云平台整合接入与故障事件相关的各个子系统，实现多个子系统集合的一个平台，并根据功能需求，采取不同策略开发接口，满足不同实时性要求。系统对来自调度主站系统、配调自动化系统、智能设备的实时事项信号能够同时满足实时性、 顺序性、完整性条件，保证故障研判结果正确性；系统可主动获取个子系统的故障相关内容，并进行分类处理和可视化展示，使配网故障抢修指挥员在第一时间获取故障全面信息[9]。

图3 配网应急一体化看图指挥系统应用架构

故障研判。配网故障分总线故障、分线故障、母线接地、母线停电等4类故障，当配电网发生故障时，系统在海量的告警信息中提取有效故障信息并智能判断出故障点，划分故障范围，给出非故障区域的转供电方案，同时统计停电时户数，将以上故障信息短信推送给配网故障抢修指挥员，指导运行人员进行故障处置。

分色预警。配网线路设备种类繁多、网架复杂，视觉上观察容易造成误判，因此通过图形着色可以有效提高研判正确率。着色在单线图上完成，针对线路的带电区域、失电区域、故障区域、告警开关、转供开关、频繁停电配电的涂色渲染。故障发生后，基于故障研判模块信息，对当前故障线路进行渲染，故障点范围标注为黄色部分，带告警的开关标注为红色部分，隔离开关与转供开关则有标记说明，隔离后带电部分为绿色，失电部分仍为灰色。

态势管控。在迎峰度夏期间，台风频发，势必造成事故增多，如何在短时间内对多事故信息进行管控，需要制定态势管控模块。一是自动生成配电网故障抢修预案。根据不同区域的配电网特点和历史故障情况，制定相应的故障抢修预案，明确抢修流程和人员分工，提高故障抢修的效率和准确性。二是建立故障抢修评估机制。对每次故障抢修进行评估和总结，分析存在的问题和改进措施，不断提高故障抢修的水平和效率。态势管控模块包含故障信息统计分析、时户数统计分析、停电信息统计分析、复电信息统计分析、接地选线正确率分析、频繁停电信息分析、短息推送等。

线损。通过当前设备信息，结合当前设备电流、电压、有功、无功、台账信息，计算当前线路线损值。通过线损计算结果，与线路线损标准进行比对，偏差值按照设置的阈值，进行推送短信。

气象预警。通过访问调控云平台已经接入的气象数据，实时监测某区范围内极端天气情况，结合配网线路GIS地理图，当监视程序发现极端天气时，推送预警天气信息及可能受影响线路设备。

故障抢修。通过故障信息推送，关联地理位置信息，将故障点、地理位置信息通过短信形式进行推送。

舆情管控。针对敏感用户根据其敏感程度进行分级并在系统中挂牌，当故障停电区域涉及敏感用户时，系统能自动识别停电区域挂牌的敏感用户，并在单线图中进行高亮提醒配网故障抢修指挥员关注潜在舆情风险，根据提醒查看用户相关情况，可进行一键式“舆情联动”。

频繁停电管控。故障时系统能自动识别达到频繁停电标准的台区，判断依据为国家电网公司相关文件规定（60天内连续3次及以上或1年内停电5次及以上），一旦识别到相关停电台区，在故障研判图中自动着色，对配网故障抢修指挥长和相关故障处置人员进行提醒，并可展示历史的停电信息，同时相关停电信息可自动推送至台区经理，主动开展客户服务和安抚工作。

1.3 系统网络安全架构

系统的运行环境依赖于省公司III区的调控云云平台、配电自动化主站系统、供电服务指挥系统、D5000系统、OPEN5200系统。系统硬件要包括2台应用服务器、2台关系数据库服务器、1台业务缓存服务器、1台知识图谱服务器、1台接口代理服务器以及1台交互汇集服务器。2台关系数据库采用磁盘阵列运行模式；应用服务器采用主备的方式运行，主服务器异常时可无缝切换至备用服务器；业务缓存服务器用以缓存系统运行过程中产生的热数据，提升系统性能；知识图谱服务器用以提供知识数据的存储和查询；交互汇集服务器实现多平台数据的同步、汇集。系统网络安全架构如图4所示。

图4 系统网络安全架构

2 配网应急一体化看图指挥系统核心功能

2.1 配网线路故障研判逻辑功能

故障研判模块是配网应急一体化看图指挥系统核心构件，故障研判模块基于调度主站系统、配电自动化系统（OPEN5200）和Ⅳ区系统获取配网线路实时运行方式和故障指示器、智能开关等自动化信息，设定故障处置规则，研判出故障范围和转供电路径[10-12]。研判总体方案由5个部分组成：数据采集、拓扑关系建模、故障范围分析、图形渲染、消息推送，如图5所示，该流程中，对配电网所有节点基础设备进行数据采集及汇总，并根据设备类型及拓扑关系进行建模，并在图数据库[13-14]中进行存储，形成可视化链路；通过结合准实时电网运行数据，采用拓扑搜索算法，根据告警信息及报文信息，计算当前线路停电区域和规划转供电路径；最后通过图形节点渲染，将故障范围在单线图上展示。

图5 故障研判模块总体架构

通过采用Dijkstra算法结合数据库模型确定最小故障范围，Dijkstra算法是用来解决单源最短路径[15]的算法，配电网线路中存在多个开关，故障范围划定须采集多个开关之间的电流值，通过首个开关有过流告警及末端开关无过流告警从而寻找出最小的范围区域。

2.2 配网故障范围及转供通道可视化展示

配网线路设备种类繁多、网架复杂，视觉上观察容易造成误判，因此通过图形着色[16-18]可以有效提高研判正确率，方法是故障发生后，将研判结果在配网拓扑图上标以颜色。

3 消息推送

由于系统不具备语音提醒功能，因此通过手机短信[19]推送消息方式提醒配网故障抢修指挥员。故障短信实时发送功能能够在电网发生故障后及时自动通知相关人员， 减少故障信息传递中间环节，缩短传达时间，加快故障抢修，及时消除故障，确保电网安全稳定运行。

某区内网已开通短信功能，可编辑发送200个字符，通过内网短信接口，将设置好的短信内容发送至内网，再通过内网的短信功能发送消息至配网故障抢修指挥人员手机。

故障发生时，产生大量信息，提取重要故障信息推送给现场人员是快速处置故障的关键，根据以往处置故障的经验，配网应急一体化看图指挥系统中设置推送短信内容，分为跳闸故障、接地故障、异常故障3类信息，针对此3类故障分别提取重要的故障信息。

3.1 跳闸故障信息

10 kV配网线路故障跳闸事件中，须推送给各部门工作人员的内容分为：故障内容、跳闸情况、是否FA线路、跳闸前线路电流、是否保供电线路、是否带重要用户、线路台账、资产性质、所属班组等。

3.2 接地故障信息

10 kV配网线路接地故障须推送给各本部门工作人员的内容分为：异常信息、三相电压、接地选线结果、是否保供电线路、是否带重要用户、所属班组等。

3.3 异常故障

配网线路故障除了跳闸、接地2类主要的故障，还有一类异常信息，如保测装置异常、10 kV线路频繁接地等。

4 案例分析

4.1 配网应急一体化指挥看图系统事故案例应用分析

2023年7月2日，配调监控中心监测到某区某变电站倪口R002线保护动作，开关跳闸。

在故障发生后，配网故障抢修指挥员手机第一时间接收到故障短信，配网故障抢修指挥员打开配网应急一体化看图指挥系统。

配网故障抢修指挥员第一时间将短消息内容发送至直属抢修群（手机微信建立直属抢修群，各生产班组人员均在抢修群中），从而将事故告知生产人员，快速获知事故突发事件。

在配网应急一体化看图指挥系统界面，显示了跳闸线路的简略信息，配网故障抢修指挥员双击该条信息，可进入子界面获取线路跳闸的故障信息，在子界面显示了故障范围、故障内容、5200告警信号、Ⅳ主站告警信号等内容。在左下角的故障研判图按钮，设置了二级菜单，单击进入，可获取线路的拓扑图，拓扑图通过着色方式呈现。

在配网应急一体化看图指挥系统二级子界面的左上方另设了故障范围、停电范围、敏感用户、频繁停电用户、发送图片等功能，点击故障范围按钮，图上仅显示黄色区域；点击停电范围按钮仅显示为红色区域；点击敏感用户和频繁停电用户按钮仅显示灰色；点击发送图片按钮，可将图片发送至直属抢修群。配网故障抢修指挥员在直属抢修中指导设备班组人员前往故障区域，同时通过遥控开关的方式恢复非故障区域供电。对于停电范围内存在敏感用户、频繁停电用户，自动挂牌标色并及时告知用户停电原因，做好舆情管控。

4.2 故障处置结果

通过手机短信提醒，并推送至直属抢修群，在配网应急一体化指挥看图系统的着色图，获知某变电站倪口R002线跳闸，重合闸停用，整条线路停电，线路非保供电线路，无重要用户，故障范围在倪口2号环网站口官连线R618线支路上，配网故障抢修指挥员遥控拉开倪口2号环网站口官连线R618线开关，并将倪家变倪口R002线遥控合闸，恢复非故障区域供电，待设备组班到达现场后故障处置。同时，根据可视化图中显示的频繁停电用户、敏感用户，及时告知用户停电原因，避免用户投诉，达到舆情管控的目的。

5 结束语

配网应急一体化看图指挥系统通过整合调控云及各类智能系统的有效信息，实现智能故障研判以及事件图形化，可以辅助配网故障抢修指挥员以查看图片的方式指导工作人员快速处理配电网故障，提高工作效率。目前人工智能在配网应用方面还处在初级阶段，类似AI智能操作及语音操作还未获得成效，在未来智能化深度发展过程中，应用智能技术或许会有更好的表现。

系统优点：

配网故障抢修指挥员无须对故障信号进行研判，通过图片直观获知故障区域以及恢复非故障供电方式，摒弃大量脑力劳动。

采用分色预警的方法，可以解决视觉疲劳引起的误判。

将涉及故障事件的各种信息整合到一条信息中，通过短信推送的方式告知工作人员，相比以往的电话告知工作人员方式，在正确率和时效性上有了质的改变。

根据可视化图显示的频繁停电用户、敏感用户，及时告知用户停电情况，减少用户投诉。

系统缺点：

故障研判结果生成的图片和短信消息在调控云系统中，涉及电网保密协议，须通过公用手机二次触发才能将图片和短信消息发送至工作人员手机（外网），因此对通信稳定性有高要求。

系统建设初期，考虑经费问题，没有设计语音提醒功能。目前仅通过手机接收短信方式提醒配网故障抢修指挥员故障事件。