配網應急一體化看圖指揮系統設計應用

陳根奇，黃振華，王少春，孫偉剛，李 爽，余 劍

（國網浙江省電力有限公司紹興供電公司，浙江 紹興 312000）

0 引言

隨著配電網運行復雜化不斷提高以及社會用電逐步向廣度、深度發展，配電網故障率呈直線上升，造成配網調控工作量陡增及因停電引起用戶投訴的事件頻發。

近幾年，人工智能（artificial intelligence，AI）技術在國內外取得了重大突破，為解決配網調控領域故障處置問題提供了技術支撐。針對上述問題，某區配網調控中心采用基于AI智能技術開發配網應急一體化看圖指揮系統，該系統借助調控云平臺，匯集主網調度自動化系統、配網自動化系統等系統數據，并將這些數據組織成結構化、圖形化展示的形式，供配網故障搶修指揮員快速處置故障需要的信息，實現故障信息模塊化、可視化，從而幫助配網故障搶修指揮員提升故障處置效率。

文獻[1]和文獻[2]對配網接地故障和短路故障的定位研究為本文設計故障研判邏輯功能提供了新思路。文獻[3-5]關于智能調控平臺的改造方法及技術，對本文配網應急一體化看圖指揮系統的設計具有重要參考價值。文獻[6] 基于SDFL系統設計并實現了故障短信實時通報系統，系統具有短信發送、聯系人管理和日志管理等功能，本文設計的系統主要開發故障研判模塊、圖形可視化、短信推送等應用。

1 配網應急一體化看圖指揮系統總方案

配網應急一體化看圖指揮系統設計時按照安全性、通用性、易用性的原則，基于目前使用的調控云平臺，同步采集配電網故障處置中的重要信息，如配電網設備的智能開關、故障指示器、D5000系統、保修工單相關信息，從而實現配電網故障研判信息的全面收集并可視化展示等功能，繼而實現配電網故障看圖指揮的輔助決策。

1.1 配網應急一體化看圖指揮系統數據架構

配網應急一體化看圖指揮系統基于調控云設計，利用調控云的存儲、計算、網絡資源進行應用部署，通過調控云模型、運行、實時以及大數據、人工智能平臺為應用提供數據和交互支撐。調控云平臺如圖1所示，配電網設備的臺賬信息、拓撲圖、氣象服務等接入調控云平臺，配網故障搶修指揮員可快速獲取配網的拓撲關系圖、設備模型、遙測、遙信、設備掛牌、智能設備的告警、氣象預警等信息[7]。

圖1 配網應急一體化看圖指揮系統數據架構

配網應急一體化看圖指揮系統共分為5層：感知層、數據層、數據關聯層、故障研判層、展示層，如圖2所示。系統在調控云平臺建設，將DTU、智能開關、故障指示器等設備的實時數據接入平臺，并同時整合調控云平臺、配電自動化系統、D5000系統、OPEN5200系統、內網接口的相關數據，提供到故障研判層進行故障研判、故障定位、圖形可視化、短信推送等，從而為展示層的故障信息、態勢管控服務[8]。

配網應急一體化看圖指揮系統利用調控云整合各類電網信息資源的功能，可以挖掘Ⅲ區、Ⅳ區系統中各項電網數據（如智能開關、故障指示器、頻繁停電用戶、敏感用戶等相關信息），實現電網智能化感知，故障自主決策的功能。配電網故障發生后，通過感知層獲取智能開關的遙信、遙測變化及故障指示器的告警動作信息，并將各類子系統的數據整合關聯進行智能研判，定位故障點、劃分故障區域并對拓撲圖著色，最后通過智能交互方式呈現給配網故障搶修指揮員，確認后通過觸發短信推送引擎將故障事件的相關信息發送至工作人員手機，以可視化的手段指導工作人員故障處置，同時獲知敏感用戶和頻繁停電用戶，及時告知相關用戶停電原因。

1.2 配網應急一體化看圖指揮系統應用架構

配電網應急一體化看圖指揮系統應用架構如圖3所示，系統基于調控云平臺整合接入與故障事件相關的各個子系統，實現多個子系統集合的一個平臺，并根據功能需求，采取不同策略開發接口，滿足不同實時性要求。系統對來自調度主站系統、配調自動化系統、智能設備的實時事項信號能夠同時滿足實時性、 順序性、完整性條件，保證故障研判結果正確性；系統可主動獲取個子系統的故障相關內容，并進行分類處理和可視化展示，使配網故障搶修指揮員在第一時間獲取故障全面信息[9]。

圖3 配網應急一體化看圖指揮系統應用架構

故障研判。配網故障分總線故障、分線故障、母線接地、母線停電等4類故障，當配電網發生故障時，系統在海量的告警信息中提取有效故障信息并智能判斷出故障點，劃分故障范圍，給出非故障區域的轉供電方案，同時統計停電時戶數，將以上故障信息短信推送給配網故障搶修指揮員，指導運行人員進行故障處置。

分色預警。配網線路設備種類繁多、網架復雜，視覺上觀察容易造成誤判，因此通過圖形著色可以有效提高研判正確率。著色在單線圖上完成，針對線路的帶電區域、失電區域、故障區域、告警開關、轉供開關、頻繁停電配電的涂色渲染。故障發生后，基于故障研判模塊信息，對當前故障線路進行渲染，故障點范圍標注為黃色部分，帶告警的開關標注為紅色部分，隔離開關與轉供開關則有標記說明，隔離后帶電部分為綠色，失電部分仍為灰色。

態勢管控。在迎峰度夏期間，臺風頻發，勢必造成事故增多，如何在短時間內對多事故信息進行管控，需要制定態勢管控模塊。一是自動生成配電網故障搶修預案。根據不同區域的配電網特點和歷史故障情況，制定相應的故障搶修預案，明確搶修流程和人員分工，提高故障搶修的效率和準確性。二是建立故障搶修評估機制。對每次故障搶修進行評估和總結，分析存在的問題和改進措施，不斷提高故障搶修的水平和效率。態勢管控模塊包含故障信息統計分析、時戶數統計分析、停電信息統計分析、復電信息統計分析、接地選線正確率分析、頻繁停電信息分析、短息推送等。

線損。通過當前設備信息，結合當前設備電流、電壓、有功、無功、臺賬信息，計算當前線路線損值。通過線損計算結果，與線路線損標準進行比對，偏差值按照設置的閾值，進行推送短信。

氣象預警。通過訪問調控云平臺已經接入的氣象數據，實時監測某區范圍內極端天氣情況，結合配網線路GIS地理圖，當監視程序發現極端天氣時，推送預警天氣信息及可能受影響線路設備。

故障搶修。通過故障信息推送，關聯地理位置信息，將故障點、地理位置信息通過短信形式進行推送。

輿情管控。針對敏感用戶根據其敏感程度進行分級并在系統中掛牌，當故障停電區域涉及敏感用戶時，系統能自動識別停電區域掛牌的敏感用戶，并在單線圖中進行高亮提醒配網故障搶修指揮員關注潛在輿情風險，根據提醒查看用戶相關情況，可進行一鍵式“輿情聯動”。

頻繁停電管控。故障時系統能自動識別達到頻繁停電標準的臺區，判斷依據為國家電網公司相關文件規定（60天內連續3次及以上或1年內停電5次及以上），一旦識別到相關停電臺區，在故障研判圖中自動著色，對配網故障搶修指揮長和相關故障處置人員進行提醒，并可展示歷史的停電信息，同時相關停電信息可自動推送至臺區經理，主動開展客戶服務和安撫工作。

1.3 系統網絡安全架構

系統的運行環境依賴于省公司III區的調控云云平臺、配電自動化主站系統、供電服務指揮系統、D5000系統、OPEN5200系統。系統硬件要包括2臺應用服務器、2臺關系數據庫服務器、1臺業務緩存服務器、1臺知識圖譜服務器、1臺接口代理服務器以及1臺交互匯集服務器。2臺關系數據庫采用磁盤陣列運行模式；應用服務器采用主備的方式運行，主服務器異常時可無縫切換至備用服務器；業務緩存服務器用以緩存系統運行過程中產生的熱數據，提升系統性能；知識圖譜服務器用以提供知識數據的存儲和查詢；交互匯集服務器實現多平臺數據的同步、匯集。系統網絡安全架構如圖4所示。

圖4 系統網絡安全架構

2 配網應急一體化看圖指揮系統核心功能

2.1 配網線路故障研判邏輯功能

故障研判模塊是配網應急一體化看圖指揮系統核心構件，故障研判模塊基于調度主站系統、配電自動化系統（OPEN5200）和Ⅳ區系統獲取配網線路實時運行方式和故障指示器、智能開關等自動化信息，設定故障處置規則，研判出故障范圍和轉供電路徑[10-12]。研判總體方案由5個部分組成：數據采集、拓撲關系建模、故障范圍分析、圖形渲染、消息推送，如圖5所示，該流程中，對配電網所有節點基礎設備進行數據采集及匯總，并根據設備類型及拓撲關系進行建模，并在圖數據庫[13-14]中進行存儲，形成可視化鏈路；通過結合準實時電網運行數據，采用拓撲搜索算法，根據告警信息及報文信息，計算當前線路停電區域和規劃轉供電路徑；最后通過圖形節點渲染，將故障范圍在單線圖上展示。

圖5 故障研判模塊總體架構

通過采用Dijkstra算法結合數據庫模型確定最小故障范圍，Dijkstra算法是用來解決單源最短路徑[15]的算法，配電網線路中存在多個開關，故障范圍劃定須采集多個開關之間的電流值，通過首個開關有過流告警及末端開關無過流告警從而尋找出最小的范圍區域。

2.2 配網故障范圍及轉供通道可視化展示

配網線路設備種類繁多、網架復雜，視覺上觀察容易造成誤判，因此通過圖形著色[16-18]可以有效提高研判正確率，方法是故障發生后，將研判結果在配網拓撲圖上標以顏色。

3 消息推送

由于系統不具備語音提醒功能，因此通過手機短信[19]推送消息方式提醒配網故障搶修指揮員。故障短信實時發送功能能夠在電網發生故障后及時自動通知相關人員， 減少故障信息傳遞中間環節，縮短傳達時間，加快故障搶修，及時消除故障，確保電網安全穩定運行。

某區內網已開通短信功能，可編輯發送200個字符，通過內網短信接口，將設置好的短信內容發送至內網，再通過內網的短信功能發送消息至配網故障搶修指揮人員手機。

故障發生時，產生大量信息，提取重要故障信息推送給現場人員是快速處置故障的關鍵，根據以往處置故障的經驗，配網應急一體化看圖指揮系統中設置推送短信內容，分為跳閘故障、接地故障、異常故障3類信息，針對此3類故障分別提取重要的故障信息。

3.1 跳閘故障信息

10 kV配網線路故障跳閘事件中，須推送給各部門工作人員的內容分為：故障內容、跳閘情況、是否FA線路、跳閘前線路電流、是否保供電線路、是否帶重要用戶、線路臺賬、資產性質、所屬班組等。

3.2 接地故障信息

10 kV配網線路接地故障須推送給各本部門工作人員的內容分為：異常信息、三相電壓、接地選線結果、是否保供電線路、是否帶重要用戶、所屬班組等。

3.3 異常故障

配網線路故障除了跳閘、接地2類主要的故障，還有一類異常信息，如保測裝置異常、10 kV線路頻繁接地等。

4 案例分析

4.1 配網應急一體化指揮看圖系統事故案例應用分析

2023年7月2日，配調監控中心監測到某區某變電站倪口R002線保護動作，開關跳閘。

在故障發生后，配網故障搶修指揮員手機第一時間接收到故障短信，配網故障搶修指揮員打開配網應急一體化看圖指揮系統。

配網故障搶修指揮員第一時間將短消息內容發送至直屬搶修群（手機微信建立直屬搶修群，各生產班組人員均在搶修群中），從而將事故告知生產人員，快速獲知事故突發事件。

在配網應急一體化看圖指揮系統界面，顯示了跳閘線路的簡略信息，配網故障搶修指揮員雙擊該條信息，可進入子界面獲取線路跳閘的故障信息，在子界面顯示了故障范圍、故障內容、5200告警信號、Ⅳ主站告警信號等內容。在左下角的故障研判圖按鈕，設置了二級菜單，單擊進入，可獲取線路的拓撲圖，拓撲圖通過著色方式呈現。

在配網應急一體化看圖指揮系統二級子界面的左上方另設了故障范圍、停電范圍、敏感用戶、頻繁停電用戶、發送圖片等功能，點擊故障范圍按鈕，圖上僅顯示黃色區域；點擊停電范圍按鈕僅顯示為紅色區域；點擊敏感用戶和頻繁停電用戶按鈕僅顯示灰色；點擊發送圖片按鈕，可將圖片發送至直屬搶修群。配網故障搶修指揮員在直屬搶修中指導設備班組人員前往故障區域，同時通過遙控開關的方式恢復非故障區域供電。對于停電范圍內存在敏感用戶、頻繁停電用戶，自動掛牌標色并及時告知用戶停電原因，做好輿情管控。

4.2 故障處置結果

通過手機短信提醒，并推送至直屬搶修群，在配網應急一體化指揮看圖系統的著色圖，獲知某變電站倪口R002線跳閘，重合閘停用，整條線路停電，線路非保供電線路，無重要用戶，故障范圍在倪口2號環網站口官連線R618線支路上，配網故障搶修指揮員遙控拉開倪口2號環網站口官連線R618線開關，并將倪家變倪口R002線遙控合閘，恢復非故障區域供電，待設備組班到達現場后故障處置。同時，根據可視化圖中顯示的頻繁停電用戶、敏感用戶，及時告知用戶停電原因，避免用戶投訴，達到輿情管控的目的。

5 結束語

配網應急一體化看圖指揮系統通過整合調控云及各類智能系統的有效信息，實現智能故障研判以及事件圖形化，可以輔助配網故障搶修指揮員以查看圖片的方式指導工作人員快速處理配電網故障，提高工作效率。目前人工智能在配網應用方面還處在初級階段，類似AI智能操作及語音操作還未獲得成效，在未來智能化深度發展過程中，應用智能技術或許會有更好的表現。

系統優點：

配網故障搶修指揮員無須對故障信號進行研判，通過圖片直觀獲知故障區域以及恢復非故障供電方式，摒棄大量腦力勞動。

采用分色預警的方法，可以解決視覺疲勞引起的誤判。

將涉及故障事件的各種信息整合到一條信息中，通過短信推送的方式告知工作人員，相比以往的電話告知工作人員方式，在正確率和時效性上有了質的改變。

根據可視化圖顯示的頻繁停電用戶、敏感用戶，及時告知用戶停電情況，減少用戶投訴。

系統缺點：

故障研判結果生成的圖片和短信消息在調控云系統中，涉及電網保密協議，須通過公用手機二次觸發才能將圖片和短信消息發送至工作人員手機（外網），因此對通信穩定性有高要求。

系統建設初期，考慮經費問題，沒有設計語音提醒功能。目前僅通過手機接收短信方式提醒配網故障搶修指揮員故障事件。