０引言
隨著中國新能源的快速發展以及以特高壓電網為骨干網架的大規模電網建設，電網運行特性發生了重大變化，客觀上要求轉變現有調度運行模式，提升調度業務創新能力，尤其需要加強調度事故處置的智能化水平，提高調度事故處置效率，以保障大電網的安全穩定運行。
近年來國內外學者和專家圍繞智能告警技術開展了深入研究和初步實踐，取得了顯著的成果。從現有研究成果來看，主要集中在兩個方面：一是運用專家系統、遺傳算法以及模糊集等人工智能分析算法，對調度端的告警信息進行分析處理，實現設備故障的在線診斷［１－１０］；另一方面是結合監控業務的特點，研 究告警信息分層分 類、推理分 析和綜合展示［１１－１３］。從實踐效果來看，上述研究成果對于改善調度自動化系統告警信息處理的智能化水平起到了重要作用，但離支撐大電網運行還存在一定的距離，主要體現在以下幾個方面。
１）隨著特高壓交直流互聯電網建設的推進，區域電網間運行特性發生顯著變化，單一設備故障引發大面積設備停電的風險不斷增加。近年來的美加大停電以及歐洲大停電的調查結果表明，各級調度機構間缺少信息共享是導致事故范圍擴大的重要因素。因此，需要研究廣域分布式智能告警技術，實現電網擾動的一點告警、多點響應，提升各級調度應對電網故障的協同處理能力。
２）電網在線故障診斷的實用化水平有待提升。目前在線故障診斷算法多是基于單一數據源，易受基礎數據質量影響，故障分析準確率不高，因此需要研究基于多源信息融合的在線綜合故障診斷，提升在線故障診斷的準確率和實用化水平。
３）以往調度中心內部各個生產系統獨立建設，包 括 能 量 管 理 系 統 （ＥＭＳ）、廣 域 測 量 系 統（ＷＡＭＳ）、在線安全穩定預警、繼電保護及故障信息管理系統（簡稱保信系統）以及雷電在線監測等數十套系統，告警信息分布在各個獨立系統中，缺乏有效的整合和分類，調度運行監控中需要同時對多個系統的告警信息進行監視，增加了告警處置的壓力，難以適應大電網一體化運行的業務要求。因此，需要從調度日常監控的業務角度出發，通過統一的告警服務接口，實現各個應用功能告警信息的整合、分析和分類展示，提升運行人員告警處置效率以及對電網運行狀態的整體感知能力。
為此國家電力調度控制中心（簡稱國調中心）在智能電網調度控制系統設計之初就對告警信息的智能化開展了深入研究，本文結合智能電網調度控制系統綜合智能告警功能的研發和應用，從其整體架構、關鍵技術、示范應用以及后續展望４個方面展開論述。
１整體架構
綜合智能告警以智能電網調度控制系統中的各類告警信息為要素，采用面向任務的驅動模式，建立調度日常監控告警處置的整體框架，如圖１所示。
在橫向上通過消息總線集成系統內部各個業務的告警信息，包括數據采集與監控（ＳＣＡＤＡ）、ＷＡＭＳ、保信系統、電力系統應用軟件（ＰＡＳ）以及動態安全評估（ＤＳＡ）等，實現對電網運行狀態的在線感知，在縱向上實現變電站、省調中心、調控分中心以及國調中心多級調度間告警信息的縱向貫通，為多級調度間告警信息的協同感知與處理提供技術支撐。
相對于以往調度自動化系統的告警處理，智能調度控制系統的綜合智能告警功能具有三大特點：
①在縱向上實現了變電站、省調中心、調控分中心以及國調中心多級調度機構間的廣域分布式智能告警；②在橫向上構建了基于穩態、動態以及暫態數據的綜合故障診斷；③利用統一的基礎平臺，實現各應用告警信息的匯集與整合，建立了面向調度運行模式的綜合告警。
２關鍵技術
２．１廣域分布式智能告警
智能告警的數據根源在于子站側的原始告警信息，以往的智能告警多采用集中式分析架構，主站端需要采集子站大量的原始告警信息，增加了主子站間的數據通信壓力以及主站端的運維工作量，因此需要 研 究 變 電 站—調 控 中 心 分 布 式 智 能 告 警 架構［１４－１５］，實現設備故障的變電站側就地判別和告警直傳，優化主子站間告警傳輸內容，降低主子站間大量原始告警信息的傳輸。
此外，隨著特大電網一體化運行特性的增強，單一設備故障波及全網的風險不斷增加，因此需要研究設備故障告警信息的全網實時共享技術，實現電網擾動的一點告警、多點響應，以支撐多級調度間的故障快速協同處置能力。
２．１．１變電站—調控中心分布式智能告警
變電站—調控中心分布式智能告警由變電站側智能告警、變電站告警直傳以及主站側智能告警３個部分構成。
１）變電站側智能告警
變電站側設備故障告警的數據源包括開關變位、保護動作信號、相量測量單元（ＰＭＵ）數據以及故障錄波數據等４類信息，其告警處理的總體架構如圖２所示。
首先，根據開關變位和保護動作信號，采用啟發式搜索方法，通過網絡拓撲分析和專家告警規則庫，匹配出滿足告警規則的可疑故障元件集；在得到可疑故障元件集的基礎之上，進一步判斷故障設備在故障前是否帶電，若故障前設備不帶電，為區分設備調試告警信號和試送失敗這兩種情況引起的上述告警信息，利用ＰＭＵ數據或故障錄波數據的電氣量信息進行分析校驗，若故障前后發生電流突變，則為故障設備，否則為調試告警信息。此外，針對復雜故障，進一步采用類似保護裝置的故障分析方法（即軟保護故障分析），基于故障錄波的原始波形數據對故障設備進行定位。
在故障設備定位的基礎之上，利用故障錄波數據或保護子站系統的故障簡報，進行故障詳情分析，得到故障相別、故障測距以及短路電流。
２）變電站告警直傳
變電站智能告警是解決主子站間傳輸大量原始告警信息最為合理的技術解決方案，然而變電站智能告警尚處于初步研究階段，軟件功能的穩定性、可靠性及告警正確性都有待提升，目前只是在部分變電站開展試點，尚未進行大規模的推廣建設。
因此，現階段主子站間仍以傳輸大量原始告警信息為主，但是隨著調控一體化業務的開展，相對于調度業務，變電站集中監控需要采集大量的設備狀態告警信息（單個５００ｋＶ站的告警信號在幾十萬條左右，甚至更多），而目前主子站間數據傳輸采用ＩＥＣ６０８７０－５－１０１／ＩＥＣ６０８７０－５－１０４協議，主站側必須對告警信息進行建模，對點號進行配置，顯著增加了主子站間的數據通信壓力和運維工作量，已無法適應電網運行發展的要求。
為了解決上述問題，國調中心制定了Ｑ／ＧＤＷ１１０２１—２０１３《變電站調控數據交互規范》［１６］，其重要內容是實現變電站的告警直傳。所謂變電站告警直傳就是在現有變電站監控系統的基礎上，增加圖形網關機，將變電站原有告警信息轉化為標準化的告警條文，通過ＤＬ／Ｔ４７６—２０１２《電力系統實時數據通信應用層協議》直傳給調度主站端，調度主站端在接收到變電站告警直傳信息后，對標準化的告警條文進行解析處理，得到告警等級、時間、設備以及原因等信息，并在主站端的綜合智能告警功能中進行分類展示。
告警直傳定義參照ｓｙｓｌｏｇ的方式，告警條文按照“級別、時間、設備、事件、原因”的五段式標準進行描述，各段之間用空格分隔，具體格式為“〈告警級別〉〈空格〉告警時間〈空格〉設備名稱〈空格〉告警內容〈空格〉告警原因”，其每一項具體定義可參見《變電站調控數據交互規范》，本文不再詳述。
以華北電網沽太一線故障為例，變電站將原始告警信息按照告警直傳的格式，形成告警直傳條文，例如“〈１〉２０１３－１１－１６２３：２２：０５華北電網．沽源站／５００ｋＶ．沽太一線間隔．沽太一線／第一套保護動作ＢＣ相故障，ＲＣＳ９３１保護動作”，然后通過變電站的圖形網關機將該告警條文上送給調度主站端。
告警直傳的好處顯而易見，由于告警直傳的信息是字符串編碼，且采用標準化的命名方式，主站側不需要對告警信息進行額外的建模和維護工作，直接對告警條文進行解析，即可得到告警內容，實現了告警信息的源端維護、遠程共享。
同樣，對于具備智能告警功能的變電站，其分析結果也可以按照變電站告警直傳的標準化格式進行組織，并上傳給調度主站端。
３）主站側智能告警
主站側智能告警功能在接收到變電站告警直傳或變電站智能告警信息后，根據標準化的告警條文格式，對告警條文內容進行解析處理，得到告警等級、時間、設備、事件以及原因，并將上述告警信息作為主站端智能告警功能的告警數據源之一，同時結合主站端其他告警信息進行綜合分析，得到故障簡報，其詳細分析過程見２．２節。
然而在實際應用過程中，個別變電站存在告警分級不準確，一次設備名稱與主站不一致等問題，為了主站端智能告警功能可以充分利用變電站的告警直傳信息，對告警條文的半結構化文本信息進行了大量分析探索，并研究實現了一整套告警信息過濾、一次設備模糊匹配以及信號類型判斷的規則和方法，且在實際運行中得到了有效驗證。變電站告警直傳文本解析、處理流程如下。
步驟１：按規范對告警直傳信息中的“級別”“時間”“設備”“事件”“原因”各段內容進行提取。
步驟２：根據事先設置的規則對告警信息進行過濾，只保留故障診斷所需的事故總信號和保護動作信號。
步驟３：一次設備解析，為提高定位效率和定位速度，采用廠站定位、設備類型判斷、設備名稱模糊匹配相結合的原則，首先按“設備”段內容所含關鍵字確定告警所屬廠站和設備類型，然后讀取該廠站所有該類型的設備，對主站的設備名稱和告警信息中的設備名稱進行模糊比配處理，定位一次設備。
步驟４：信號類型判斷，通過“事件”段內容，獲取動作的保護類型信息。
步驟５：與其他告警源應用的告警信息進行綜合，按設置的規則進行處理。
以國調收到的實際告警信息“〈１〉２０１２－１２－２１０３：３８：３５．４７１國調．寶雞換流站／５００ｋＶ．極１．閉鎖／極．閉鎖 動作”為例，按以上步驟進行分析處理，過程如下：
①提取各段內容，告警條文結構符合規范，初步解析通過；②過濾處理，該告警等級為１，且不包含復歸等關鍵字信息，解析通過；③設備定位，該告警信息來自國調．寶雞換流站，并且包含“極”，判斷為換流器設備，讀取寶雞換流站所有換流器設備，名稱分別為“國調．寶雞換流站／３３０ｋＶ．極Ⅰ換流器”和 “國調．寶雞換流站／３３０ｋＶ．極Ⅱ換流器”，告警信息中設備描述包含阿拉伯數字１，與羅馬數字Ⅰ具有對應關系，所以定位到“國調．寶雞換流站／３３０ｋＶ．極Ⅰ換流器”；④信號類型判斷，根據“閉鎖”“動作”關鍵字，判斷為直流閉鎖信號；⑤結合穩態數據及其他各應用告警信息進行綜合分析，決定是否推出告警。
２．１．２多級調控中心間故障告警實時推送
為了解決多級調度間故障信息實時感知的問題，綜合智能告警功能首次提出并實現了多級調度間故障信息的實時共享，其總體架構如圖３所示。
以調控分中心為例，當發生設備故障后，調控分中心側的綜合智能告警功能通過基礎平臺的服務總線，向國調中心推送故障簡報（包括故障時間、故障設備、故障相別、重合情況以及故障測距等），國調中心在收到故障簡報推送信息后，發送故障簡報確認信息，以實現故障簡報的可靠傳輸，同時國調中心的綜合智能告警功能對告警信息進行解析處理及推圖告警。此外，調控分中心根據該設備所屬監控權，將該設備故障簡報類似地推送給對應的省調中心。
因此，一旦省調中心、調控分中心或國調中心三者中的任何一個系統診斷出電網故障后，均可以快速推送給其他系統并進行告警，實現了電網故障信息的全網共享，有利于輔助多級調控中心間及時開展故障應對協同處置，避免故障范圍的進一步擴大。
２．２基于多源信息融合的綜合故障診斷
電網設備故障時的告警信息共分為３類：穩態數據（包括開關變位、事故總信號、保護動作信號等）、動態數據（ＰＭＵ裝置實時采集的同步相量數據）以及暫態數據（故障錄波），不同類型的數據對于故障分析的實時性和分析結果具有不同的特性［１７］。
穩態數據實時性強、布點全，但分析結果只能涵蓋故障時間、故障設備、重合情況；ＰＭＵ數據實時性強，布點不全，分析結果在穩態數據的基礎上可以進一步得到故障相別；暫態數據實時性較差，穩定性也有待提升，且現階段不具備全部接入的條件，但分析結果在ＰＭＵ數據的基礎之上可以進一步得到故障測距、短路電流等信息。
因此，需要綜合利用各類告警信息，一方面通過不同的數據特性完善故障診斷的結果，提高故障診斷的實時性和分析結果的全面性，另一方面通過多源信息之間的冗余性，有效解決由于單一錯誤告警信息引起的誤告警問題［１８－２０］。
綜合智能告警功能建立了基于多源信息融合的故障診斷架構，如圖４所示，左邊為告警信息數據源，右邊為在線故障診斷數據流程。告警信息來源包括原始告警信息和分析結果信息兩大類，其中原始告警信息包括來自穩態監控功能的開關變位、事故總信號、變電站告警直傳以及來自二次設備在線監視功能的保護動作信號；分析結果信息包括來自在線擾動識別功能的設備短路故障、機組跳閘、直流波動和閉鎖，以及來自二次設備在線監視功能的保護和錄波簡報。在線故障診斷數據流程分為３個部分，即多源信息校驗、故障在線分析以及故障信息整合。多源信息校驗對不同來源的告警信息進行分析校驗，實現錯誤告警信息的在線辨識；故障在線分析在多源信息校驗的基礎之上，綜合各類告警信息實現故障設備的在線診斷；故障信息整合在故障分析的基礎上，將不同來源的告警信息和分析結果進行整合，形成完整的故障事件報告。通過故障信息的整合，最終形成故障簡報，指導調度進行故障處置。
上述故障診斷架構的好處是任一來源的告警信息，只要滿足告警規則，即可實現快速告警，保證了故障告警的實時性和可靠性，另一方面通過對不同來源告警信息和分析結果的整合，故障診斷的結果更加豐富，提升了對調度事故處置業務的支撐能力。
２．２．１多源信息校驗
以往在線故障診斷算法在設計之初對基礎數據質量問題估計不足，缺乏針對錯誤告警信息的有效校驗手段，在投入實際運行后整體誤報率偏高，影響其實用化水平。因此研究實用化的告警信息校驗技術，是電網在線故障診斷算法設計的關鍵，也是提升其實用化水平的重要手段。
綜合智能告警功能針對基礎數據質量的問題，重點從原始告警信息以及各應用分析結果告警信息兩個方面開展研究，對告警信息的正確性進行辨識，以降低錯誤故障告警率。
１）原始告警信息的正確性辨識
利用開關變位、事故總信號、保護動作信號以及變電站告警直傳等信息在設備故障情況下的內在關聯關系，結合調度運行經驗，建立基于專家知識的信息辨識規則，實現對告警信息的正確性辨識。以事故類告警信號正確性辨識為例，線路故障情況下告警信息包括廠站事故總信號、間隔事故總信號、第一套保護動作信號、第一套保護出口跳閘信號、第二套保護動作信號、第二套保護出口跳閘信號等，考慮到線路首末端，至少應有１２個事故類告警信號。因此，當調度主站端收到事故類告警信號時，自動根據上述告警信息規則，對告警信息進行校驗，若事故類告警信號和上述信號模式匹配度偏離很大，則該告警信息可能為錯誤告警信息。例如設備檢修拉停情況下事故總信號誤發，而保護動作信號不動作，通過上述規則，即可識別錯誤的事故總信號。
此外，針對全廠站／多個廠站數據跳變、調試情況下事故類信號誤發等典型場景也采取了類似的方法，結合調度運行經驗，建立告警信息正確性辨識模型，運用啟發式搜索、模式識別等方法，實現告警信息的在線辨識，并在實際生產中進行了驗證，能夠對絕大部分錯誤告警信息進行有效辨識。
２）多應用間分析結果的正確性校驗
在線擾動識別、二次設備在線監視兩個功能在故障分析過程中也是基于單一數據源，因此當出現數據異常時，上述兩個功能有可能得到錯誤的分析結果，為了避免上述問題，建立了不同應用分析結果間的正確性校驗規則。其校驗的總原則是利用其他功能的分析結果或原始告警信息進行相互校驗，以降低錯誤告警率。
以在線擾動識別發出的短路故障信息為例，首先根據告警信息得到故障時間、故障設備，然后對故障時間范圍內故障設備的其他告警信息進行整合，包括故障設備的開關變位、間隔事故總信號、保護動作信號以及故障簡報等，最后根據專家知識庫的校驗規則，結合上述告警信息，判斷是否滿足其中的正確性校驗規則，若滿足則告警信息正確，否則告警信息錯誤。同樣，對保護故障簡報、錄波故障簡報建立了相應的正確性校驗規則，并在實際運行中得到有效驗證。
２．２．２故障在線分析
故障在線分析是在告警信息分析校驗的基礎之上，在線快速診斷故障設備。故障分析包括兩部分：①對于開關變位、事故總信號、保護動作信號以及變電站告警直傳等原始告警信息，采用專家知識庫和啟發式搜索相結合的分析算法，實現對電網故障的在線診斷；②對于分析結果類的信息，如在線擾動識別的分析結果、二次設備的故障簡報等，直接形成故障事件。
針對原始告警信息的故障分析流程為：首先，根據實時接收到的開關變位、保護動作信號以及變電站告警直傳信息，采用基于啟發式的網絡拓撲搜索方法，得到可疑故障元件集；然后，遍歷可疑故障元件集，將每個可疑故障元件的告警信號進行整合，根據專家知識庫中每類設備的多個告警規則進行在線匹配，若滿足其中任一告警規則，則該設備為故障元件，否則，對下一個可疑故障元件進行處理，直至可疑故障元件集中的所有設備均遍歷完成。
２．２．３故障信息整合
故障信息整合功能在故障分析的基礎上，以故障時間、故障設備為索引建立故障事件，然后根據不同告警信息在分析結果上的優先級（如表１所示，其中數值小的表示優先級高），將同一故障事件不同來源的分析結果進行整合，完善和補充故障簡報內容，形成完整的故障事件報告，指導調度進行故障處置。
２．３面向調度運行模式的分類告警
２．３．１告警分類
為了解 決 以 往 調 度 中 心 各 個 系 統 （ＥＭＳ和ＷＡＭＳ及保信系統等）獨自建設，告警信息分散、零亂的問題，需要從調度日常監控的業務特點出發，將多個系統或功能的告警信息進行整合，建立面向調度運行模式的綜合告警。
智能調度控制系統為各個應用功能提供了統一的基礎平臺，從而為告警信息的整合處理提供了技術支撐手段，面向調度運行模式的綜合告警總體架構如圖５所示，其中ＡＧＣ表示自動發電控制，ＡＶＣ表示自動電壓控制。各應用功能通過基礎平臺的消息總線服務，采用統一的告警接口將告警內容發送給綜合智能告警功能，綜合智能告警功能在接收到各個功能的告警信息后，按照調度實時監控、預防控制以及故障處置３個維度對告警信息進行整合，形成實時監視分析、預想故障分析以及故障告警分析３類告警。其中實時監視分析類告警主要包括一次設備的潮流、電壓越限，二次設備的裝置投退、通信或裝置狀態異常，以及系統級的斷面、頻率越限。預想故障主要包括靜態安全的Ｎ－１校驗、系統穩定裕度以及外部氣象環境的風險預警。故障告警主要包括設備短路故障、機組跳閘、直流閉鎖以及低頻振蕩等。
這樣劃分的好處是告警信息的集成度更高，運行人員只需關注告警內容，而不用區分告警的來源，提高了告警處置的效率。
２．３．２通用告警信息服務
考慮到智能電網調度控制系統的建設是一個長期持續發展的過程，后續將會有更多的應用功能集成到智能電網調度控制系統中，因此綜合智能告警功能在設計之初便進行了仔細分析和詳細設計，制定了通用告警信息交互規范。
在信息交互方式上，綜合智能告警利用智能電網調度控制系統消息總線、事件轉發以及服務總線等通用交互方式，以實現Ⅰ／Ⅱ／Ⅲ區各應用功能與綜合智能告警的信息交互。
在信息交互內容上，制定了標準化的交互內容，針對不同的告警類型對告警交互內容進行抽象和封裝，以便于后續擴展。以設備越限為例，交互內容包括告警時間、告警設備、越限值、設備限值、越限類型以及告警來源等。
在告警信息展示方面，支持按照告警類型、工作站節點以及用戶責任區對告警信息進行個性化配置，以滿足不同用戶的需求。
３示范應用
綜合智能告警作為智能電網調度控制系統的一項核心功能，在２０１０年由國家電網公司華北分部負責試點建設和示范應用，目前已完成國家電網公司系統內所有省級及以上調控中心的推廣建設。以華北電網２０１１年１１月１６日的沽太一線故障跳閘為例，對綜合智能告警功能進行簡要介紹。
綜合智能告警功能在線診斷出的設備故障簡報見附錄Ａ圖Ａ１，包括故障設備、故障時間、故障相、重合情況、故障測距以及短路電流等故障關鍵信息，故障判斷路徑顯示上述信息來自穩態監控、ＷＡＭＳ、故障錄波、省調中心以及變電站等多個來源的告警信息。
此外，在多級調度間故障告警實時推送方面，已實現３３０ｋＶ及以上電壓等級設備故障在省調中心—調控分中心—國調中心三級調控中心間的聯動告警，故障告警準確率達到９５％以上，為調度快速感知電網運行狀態、及時開展故障協同處置提供了重要的技術支撐。
４未來展望
綜合智能告警作為智能電網調度控制系統的核心功能之一，已成為調度日常監控和故障處置的重要技術支撐工具。智能化是一個不斷漸進，循序創新的過程，針對調度運行監控的業務要求，后續需要在現有功能的基礎上，對故障恢復以及未來運行趨勢風險預警等方面開展研究，以支撐大電網的安全運行。
４．１基于專家知識庫的故障處置輔助決策
目前，綜合智能告警功能主要側重于設備故障定位，對于故障后的電網運行狀態調整、恢復供電等故障處置方面的支撐能力較弱。
調度運行經驗往往是決定故障處置效率的關鍵因素，對調度故障處理經驗、離線事故預案以及設備操作危險點等非結構化信息進行收集、整合以及對象化建模，形成調度故障處置專家知識庫，在實際發生故障情況下通過和專家知識庫的在線匹配［２１－２２］，給出調度事故處置的輔助建議，可有效提升故障處置效率。
此外，針對簡單故障，在各類告警信息一致性的基礎上，可結合調度運行經驗庫，自動給出試送的操作步驟，并在人工確認及流轉審核后，下發至監控系統，完成開關的遠方操作，實現簡單故障的自愈控制。
４．２電網未來運行態勢風險預警
超前控制是預防電網發生大停電事故的重要手段之一，目前綜合智能告警功能主要是基于當前運行狀態給出告警信息，對于未來一段時間范圍內電網運行潛在風險點缺乏必要的預警手段，難以支撐調度應對未來電網運行風險的超前控制。
為此需要結合短期／超短期負荷預測數據、發電計劃、檢修計劃以及外部氣象環境等綜合信息，研究電網未來運行態勢的在線快速推演技術［２３］，并在此基礎之上評估未來一段時間范圍內的潛在風險點，給出風險預警信息。同時，結合考慮多種安全約束的優化調度功能，給出消除潛在運行風險的超前控制策略，進一步結合ＡＧＣ／ＡＶＣ進行閉環控制，從而實現對 電網未來運行 態勢 的 風 險 預 警 和 超 前控制。
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