城市电网监控应急系统的设计.docx

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1、针对城市电力网络停电事故中的问题，为提升电网防灾减灾、救灾的工作效率，最大限度地减少停电带来的损失，利用大数据系统、物联网技术与人工智能算法，设计了一套电网监控应急支持系统。系统对电网进行全方位监测，并从灾前故障预测、灾中最优决策、灾后系统更新3个方面，实现对电力故障预测、控制与应急救灾。系统可有效地减少电网隐患，降低故障发生次数，缩短供电恢复时间，有较好的应用价值。电力系统涉及发电、输电、变电、配电和用电多个环节，容易受到恶劣环境、自然灾害及人为破坏的影响从而发生停电事故.现今民众对电能的依赖程度越来越高，尤其在用电高峰期，若发生大面积电力中断，将造成难以估量的损失。因此，建立完善的电力网络

2、应急系统显得尤为重要。电力系统的应急管理涉及的部门较多、范围广泛、过程繁琐及灾害信息错综狂杂，需应急指挥中心与交通、气象等多个部门联合响应，共享信息.为r维护电网运行的稳定性，有效地减少大面积停电事故，降低停电事故所造成的经济财产损失，我国迫切需要建立完善的电力系统应急管理与技术体系。为减少电网发生停电事件，可从抗灾规划建设与防灾诚灾调度操作两方面若手.建设抗灾型电力系统可以从源头上增强电力网络的抗灾性能,减少停电事故:防灾减灾调度操作是指在电网发生事故时，通过不同的操作使故障造成的损失最小化。目前，不同学行已经从电力系统防灾、减灾和救灾方面做了大量的研究工作。目前电力系统应急工作多立足于故障

3、发生后的应急抢修，在日常监控与预测方面应用研究较少。为此，本文立足于电力系统基层用户的需求，深入探讨智能算法在故障预测与应急最优决策中的应用，结合大数据、物联网技术，实现对电网全面的监控。1电网监控应急系统功能设计电网监控应急系统是对电网进行日常监测与快速应急响应的工具，是集物联网、大数据、通信技术、地理信息系统、全球定位系统与智能算法等多种技术于体的系统平台，为电网防御自然灾害、减少系统故障的发生，并提供监控、分析、预测及决策等功能，降低停电事故带来的经济损失，减轻决策指挥人m的压力。系统分为电网运行监控模块、电网应急模块和系统自我优化模块三部分，具体功能分布如图I所示。电力设着竹附运行状名

4、就测气候口口更新电力前如%律估在电力图1电网监控应急系统功能布局电网运行监控模块负货电网日常运行的数据统计、状态监测与风险评估，系统实时更新电网负荷、气候、交通与各传感器的信息，依据汇总信息进行电网运行状态监测与风险评估.对可能老化的设备做出更换提示，对应急物资进行系统式的管理。电网应急模块负货事故发生后的应急处理。一方面汇总电网突发事故信息，如故障地点、损害程度，附近交通、应急人员与物资信息，快速有效地整合、分析、提取事故现场和相关资源信息，并向各部门发布灾害信息：另一方面作为应对突发事故的决策支持，根据现场故障信息与各部门人员配备信息，结合电网模型、电网负荷、交通及气候情况等，获得现场救援

5、最优决策。在救援过程中，依据应急预案落实情况和故障恢笈情况,实时调整决策结果，实现科学决策与高效处理.系统优化模块，负货事故恢豆后对整个应急过程进行总结与分析，将故障信息更新至故障数据库，在系统恢史时对出现的误差进行优化，补充应急物资。系统结构更杂,涉及硬件设备较多。不同模块之间的通信与数据库的读入/写出极大地影响系统运行速度.随者系统的运行，数据库也将逐渐扩大。因此，系统采用云数据库，通过传感器与联动部门采集到的运行数据，直接传输至云数据库。各模块均可对数据库进行读入/写出的操作，随着数据的增加，可逐步对云数据库进行犷容处理。系统通信图如图2所示。图2系统通信图每个子系统分为共享数据和内部数

6、据。环境参数、传感器数据和系统运行数据均为共享数据。设备型号、物资存放情况等为内部数据。共享数据存储于云数据库中，内部数据存储于T系统控制电脑硬盘中。中央总控仃权限查看所有数据，2电网监控应急系统2.1电网运行监控模块影响电力系统安全稳定运行的因素繁多，为保障电网安全稳定的运行，建立自然环境变化下的电网成灾因子数据库。通过在线监测环境温度、湿度、雨量和风速等参数，结合以往故障发生时的环境信息，建立电网成灾因子库.利用数据采集与监视控制系统（supervisorycontro1.anddataacquisition.SCADA）对现场运行的设备进行监视与控制，在传统的对设备控制的基础上，加入人工

7、智能算法进行预测与故障诊断，对维护电网稳定的重要设备予以重点监控。电力变压器的运行状况直接关系到整个电网的运行。对变压器的在线故障诊断，不仅可以有效减少故障发生，还能在发生故障后，判断故障类型，缩短恢瓦时间。现如今，市面上常见的变压器仃油浸式变压器和干式变压器（在些特点的场景，只允许使用干式变压器）两种.油浸式变压器可以通过分析油中溶解气体（如一氧化碳CO,二氧化碳82、甲烷CH4和氢气H2等）实现故障诊断。首先使用内嵌式传感潺测量主要气体浓度，再使用特定算法对系统进行建模与计算。目前关于油浸式变压器故障诊断的方法较多，如：比值法、RogerS法和特征气体法等传统方法，以及支持向量机、神经网络

8、和深度学习等人工智能方法。而对于干式变压器，可通过采集变压罂的温度、运行电压、运行电流和局部放电等参数对变压器进行在线监测。高压断路器是电网中起保护和控制作用以维护电网稳定的设备.其合（分）闸线圈产生的电流波形包含了断路器运行状态的关键信息，如辅助触点状态、线圈卡滞等。系统先采集运行中的断路器的合（分）间电流信号，再通过去噪、建模和分析等一系列莫法，强得高压断路器的运行状态。将传感器采集到的数据、电网运行数据与天气信息相结合，建立电网灾害数据库模型。灾害数据库可以作为排查电网薄弱点的技术支持，在未引起系统故障之前排除潜在风险，为杜绝事故发生提供决策依据与手段。记录每天不同地点的用电负荷量.形成

9、每日用电负荷曲线，作为应急抢修决策时的数据支持.电网在线监测模型如图3所示。传感ZS数据环境金数运行状态建上电网运行模曳高风冷评估故障俺测故障诊断图3电网在线监测模型科学管理应急物资.通过射频识别技术对应急物资进行自动感知、识别，建立物资出入库台账，随时掌握应急物资的位置、数量和状态。利用全球定位系统与最优路径决策，实现在应急模式卜.对物资的最优化调配。记录每次故障发生.后的物资的使用情况、磨损程度。为减少故障发生后物资谢配所需时间,模拟不同故障点发生各类故解，优化物资存放数属、地点和配比等0I）电网运行模型建立电网运行模型的建立是系统运行的基础，建立完善的电网运行模型可以有效提高系统故障预测

10、的准确性。电网运行模型需建立在实际电力拓扑网络结构基础上，综合考虑天气变化、环境参数、负荷情况和服役时间等运行条件对系统的影响。由此可获得系统中电力设备与输电线的运行风险与可靠性。根据实际情况，建立电力拓扑网络。将不同节点对应的环境参数、传感器数据和运行状态进行记录保持。对每台变质罂与断路器进行在线监测，并根据有关建立输电线路偶然失效概率模型。由此可得到城市电力网络停电风嗓.2）薄弱点排查在电力系统运行时，电网的有功功率、无动功率、负荷特性和节点电压极限等因素是影响系统稳定的主要原因。当运行中的某节点负荷供需失衡时，便成为系统薄弱节点。节点电压的变化与功率裕度相关，可作为识别电网薄弱点的亚要指

11、标。电网薄弱点识别，可为工作人员提供排查依据，缩小排查范围，减轻工作负担。系统先采.以往电力事故中所有故障节点的电压值,将各Vf点的最低值组成集合n,最高值组成集合a皿。记浆系统所有增加等Ift负荷时，节点电压的变化值组成集合Q每两小时更新次当运行中的节点电压低值低Fin或高值高Fx时，立即进入薄弱点识别程序，由电网模型得到节点故障概率，根据有关文献计算系统的节点薄弱概率、电压降落期望和节点电压期望，并将之排序，由此得到系统薄弱点排杳的或要依据。3）高风险评估电力系统中的风险是指电力系统故障发生的可能性与发生故障的严重程度。一般采用故障发生的概率与危害严重性的乘积来计算。在电网监控系统中,某个

12、节点有个负荷,根据日负荷曲线得到负荷产生的经济效益值为O=MM1.根据电网运行模型,得到负荷发生故障的概率集合为p=4,4,1.Hj,可将W点停电风险定义为E=C沙a（I）/=I式中,C为表征节点重要程度的价值系数，由应急管理中保障供电需要程度决定，如举办大型活动、IE要比赛的现场，可酌情增大系数.由此可得到城市电力网络停电风险值。根据城市实际情况，设立风险阈值，旦超过风险阀值，则列为停电高风险地区，立即组织人员排查。4）故障侦测常见的油浸式变压器易发生低温过热、中温过热、高温过热、高能放电、低能放电和局部放电六类典型故障。在变压器运行出现隐忠时，油中溶解气体含量将会发生定的变化。对变质器故障

13、预测，能及时地发现变压得异常，然少停电事故的发生。变压器故障预测的方法众多，这里不再赘述。5）故障诊断当变压器发生故障时，对故障类型的诊断可大大减少检修时间。通过检测油中溶解气体含量，即可实现变压器在线故障诊断.故障诊断与故障预测方法一致.系统运行流程如图4所示。图4系统在战监测流程图2.2 电网应急模块电网应急模块是在电网发生故障之后应急指挥的辅助平台。当今电网设饴繁多，结构复杂，在发生故障之后，根据不同故障类型需要涉及不同的抢修人员与抢修物资，还需与联动部门格切配合，在情形豆杂、时间紧张的情况下，仅使人为经验难以做出合理的应急策略。尤其在发牛.大面枳怀电时，人员紧张，形式严峻，各故障点的快

14、发顺序对应急救援的结果影响巨大。因此科学制定抢修修笈策略显得尤为重要.为电网系统的拓扑结构进行建模，根据每日的负荷数据，得到各个节点的负荷曲线。对负荷曲线积分运一算得到负荷的时变模型。发生.故障后，先确定发生故障的拓扑节点，建立故障网络模型，依据当前道路情况,获得相邻节点之间的乍程距离与车程所需时间0抢修H标分为恢复时间最快与经济损失最低两种。恢豆时间最快是在发生故障之后，使用路径最短的原则实施抢修，以期尽快完成抢修，节省时间成本：经济损失最低是优先恢复失电荷等级较高、负荷较大的设备，以期降低经济损失。若选择恢史时间最短原则，则在故障网络模型上采用二进制粒子群算法，获得连接所有节点的时间最短路

15、径。若选择经济损失岐低原则，则结合每个节点的负荷情况，计算连接所有节点的负荷段低路径。两种抢修原则可根据实际情况进行选择。故障发生之后，从电网运行监控模块获取故隔节点的运行数据，根据建立的电力设备模型，对设备故障做出预判。一方面使抢修人员到达现场后迅速了解设备情况，对故障恢更做出预判，加快故障恢亚时间：另一方面便于指挥人员了解故障严重程度，作为指挥人员的决策支持。利用信息交互平台，指挥此次应急预案实施所需的人员调度、车辆调度和应急物资调度.由于道路交通、受灾规模和外部条件均在动态变化之中，因此抢修恢复的最佳决策也应该根据环境的变化做出相应的调整与修改，使之获得全局最优的应急决策。系统应急流程图

16、如图5所示。与此同时，电网应急平台也是电力企业信息发布与信息沟通的平台.发生故障之后，将有关停电区域、线路、预计恢豆供电时间与恢宾供电顺序等信息，通过网络与短信的形式发送给相关部门与用户。同时，在应急救援工程中，应及时将救援现场情况与进展汇报给陕动部门，实现与陕动部门的信息互通。图5系统应急流程图2.3 系统优化模块应急突发事件在正常条件卜均是小概率事件，在数据库中，海量的是运行正常的数据。因此在发生故障后，故障时的传感器数据、电网运行数据可以优化系统模型，使模型的预测结果更加准确。而在恢复故碌过程中遇到的异常情况可用于优化应急决策模型，如电网拓扑节点之间的车程时间异常，导致路径最短决策卜所经历的时间并非最短。在这一过程中，应