主站式远程智能程序化操作系统

    1.概述

    随着变电站自动化技术水平不断提高，开关、刀闸等一次设备的电动控制技术日趋成熟，变电站程序化控制技术在部分变电站进行试点运用，日常的倒闸操作采用程序化控制替代人工单步操作，只要预先按照一定的规则编制好需要顺序执行的系列操作指令，再以顺控序列的方式下载到执行装置中，在变电站只需要执行一条程序化操作步骤，就可以完成以前需要多步操作才能完成的工作，大幅提高了工作效率。

    同时在当前调控一体的模式下，变电运行管理模式的集约化和无人值守变电站的普遍化，推动了变电倒闸操作的远方智能控制，因此为达到真正的减员增效，也需要在主站端实现远程的智能程序化操作，既要求提高操作的效率，也需要保证操作的安全。

   主站式远程智能程序化操作系统建立在实际电网模型和实时数据基础之上，对变电站的远方程序化操作进行协调控制，以技术条件为调度、集控的运行人员提供一个操作简单、易于维护、功能齐全的变电站远程智能操作工具，对变电站远程操作进行预先计算控制，最终形成合理安全的操作规则，再进行操作。

    2.解决方案

    2.1 软件结构

   如上图所示，本系统首先建立了免维护的通用性防误模型，它能自动适应各种接线方式和运行方式，适应全网跨站协同操作。此防误规则不仅包括五防中对操作地刀和刀闸定义的一般性规则，还包括如变压器反向充电、误拉保电设备等的分析。免维护的通用性防误基本不会有维护工作，从而使防误更加安全可靠,而且这些分析型防误适用于所有变电站。

   同时，系统建立了程序化操作解析模型，它按照设备的功能原子特性和操作任务进行定制，设备在不同的工况和接线方式下，其功能原子特性不一样，所以本系统将智能实时的分析其设备功能原子特性，根据建立的操作解析模型，形成具体的操作序列，并根据术语和语句规范，形成规范的操作序列描述，进行存档管理。并在形成的过程中，以通用性防误模型为核心，进行安全校核，确保形成的操作序列是完整安全的操作序列，提高工作效率的同时保障了操作的安全性。

    最后，本系统能根据各变电站的设备现状建立多种操作模式，包括：全自动程序化操作、半自动程序化操作和非程序化操作等模式。在实际应用中，操作模式应能根据实际情况进行灵活设置。

    2.2 硬件架构

    系统服务器：用于存放系统的数据，以及保证各个工作站同步。其它工作站通过网络连接到服务器，得到所需的信息。操作工作站：由监控人员使用，进行远方程序化控制，其具体的机器数目由其分组操作的数目决定。

    其具体的网络结构图如下：

    3.主要应用功能

    3.1 通用性综合防误分析

    通用性防误分析与常规的逻辑防误规则闭锁完全不同，它是基于网络拓扑分析实现的通用性、综合性防误。

    所谓通用性就是指，综合分析型防误实现不是针对每个站每个设备分别制定逻辑规则，而是通过抽象的模型和状态的分析判断，为电网中所有设备定义通用的五防要求；

   所谓综合性就是指，除了五防规定的五种情况外，还能约束很多危及电网安全的误操作，例如：误跨电压等级电磁环网、误使母线失压、误使变电站失压、误停保电设备、误解列、非同期合环、非同期并列等，这些误操作同样对电网、设备和人身安全有很大的危害。具体技术点如下：

   对EMS常规的网络拓扑分析进行扩展，拓扑分析是连接关系的分析，所连接的设备形成电气岛，由电气岛的综合性信息要素进行分析，这些拓展分析是电力系统防误最为基本的要素，便于扩展防误的判断，形成综合型分析。

防误分析能在控制的各个阶段都起到防误和提醒的作用。

分析型防误，避免了传统防误的大量规则描述的繁琐性和复杂性，使防误规则基本可免维护，适应各类运行方式和接线方式的变化。

基于全网的综合性防误分析，能同时解决变电站五防系统不能考虑跨厂站防误的弱点，从而使防误扩展到全网状态的分析，使防误分析更为全面可靠。

实时分析性防误，能利用实时数据进行防误分析，由于电网在操作票的拟制后和操作之间、以及各步骤操作过程存在着时间上的间隔，而其他非直接相关设备由于开关误动、保护误动、保护动作或不期望的运行方式调整，均有可能影响到当前的操作而成为误操作。实时性分析防误可及时的根据采集信息将以上所述情况纳入到分析过程中去，从而避免了这类非正常因素而产生的误操作。

系统能利用设备各侧的验电器信息，一方面是使用带电信息进行了多重确认，同时解决了负荷侧和边界线路对侧信息未知的情况，使电网的描述范围形成一个可封闭的拓扑分析空间。        

    3.2 程序化序列智能生成

    目前站端的程序化操作序列构建起来相当复杂，每种设备各种状态之间的转化，均要形成固定的程序化序列，而对于设备特别是多间隔的设备，在不同的运行方式下状态之间的转化存在着差异，只能采取穷举的方式制定程序化票，遇到接线复杂的情况，几乎无法做到穷举，限制了程序化操作的应用。

    而EMS系统自身具有完整的网络拓扑建模，结合倒闸操作基本原则，本系统应能够自动生产单间隔的四态转换程序化序列，也能智能生成跨间隔跨厂站的组合程序化序列，比如T接线路转检修这样的跨间隔跨厂站的组合序列。这与常规的变电站程序化序列完全手工定义每步操作方式完全不同，不仅减少人工错误率、而且不必手动编写、维护，效率更高。

    3.3 程序化序列流程管理子系统

    3.3.1 程序化序列模拟

    基于电网接线图，按照已开出的程序化序列内容依次在主接线图或站内接线图进行演示。产生一个直观的模拟过程，程序化序列的模拟过程相当于拟写人员对程序化序列的直观审查过程。

    3.3.2 程序化序列审核

    程序化序列生成后，由另外的人员进行审核。程序化序列被审核人员认可后，即可进入“可执行”状态。当审核人员认为该程序化序列有问题时，将问题标注后，把该序列打回“拟写状态”，由拟写人员处理。程序化序列审核过程中，可以使用程序化序列模拟功能。

    3.3.3 程序化序列执行管理

    程序化序列执行：在执行登记界面中，自动列出所有已通过审查、待执行的程序化序列，选中后，可进行执行操作。

    程序化序列作废：在程序化序列流转审核过程中以及程序化序列的执行管理界面中，用户都可以选择具体程序化票进行作废，作废后的操作票保留在库中。

    程序化序列归档：在一张程序化序列执行全部完成，并得到监护操作人员的签名确认后，可将程序化序列进行归档。

    3.3.4 可定制的操作模式

  本系统能根据变电站的设备情况进行操作模式的定制，包括：

全自动程序化操作：系统自动形成程序化操作序列，并自动执行，只有当出现保护动作或者误操作时，才停止执行。

半自动程序化操作：在执行过程中，需要由人工确认才能进行下一步操作。

非程序化操作：一步步的执行操作。

  当然本系统还包括如交接班权限转移、人员权限管理等应用功能，此处不再一一赘叙。

    4.总结

    主站式远程智能程序化操作系统将对主站端的程序化操作进行智能约束分析，并对主站端的程序化操作任务进行智能解析，形成全面且安全的拆解步骤，为实际操作人员提供强有力的安全保障，使得远方程序化操作更加安全可靠快捷，为推广应用远方程序化操作提供了可能，真正达到了电力生产减员增效的效果。

    5.基于综自信号的故障诊断及辅助决策系统

    1.概述

    随着调控一体体系的推广，电网值班人员将面对更多的变电站，同时电网值班人员也将面向更多的一次、二次设备的信号，工作压力剧增，为保证电网安全可靠的运行，要求故障发生时值班人能及时发现故障、隔离故障并快速恢复送电。同时随着新型变电站自动化设备和装置的不断涌现，电网自动化技术的发展和变电站综合自动化的应用，为电网运行和值班人的科学化提供了基础。各种测控装置、保护装置和智能化装置分布配置，高速网络通信的应用，使一次、二次设备间的各种报警信号、状态信号、内部信号在主站系统中均得以体现，这些信号监视着电网设备的运行状况，为值班监视工作提供着丰富的信息，但这些信号仅仅是信号的罗列，而且信号类型繁多并夹杂着误报信号，使值班员难以判断信号发生所反映出的真正含义。特别是在故障发生时，大量的信号集中涌现，对运行人员准确判断电网故障带来极大的影响，使值班人员难以判别信号发生的真正原因。电网值班人面对电网的成千上万个信号，如果忽略了其中一个简单的信号可能会给整个电网带来潜在的危险。

    基于综自信号的故障诊断及辅助决策系统是在电网一次、二次关系建模技术基础之上，利用逻辑组态方式建立关联性关系模型和智能分析模块，可良好的解决信号繁多和关系复杂性问题，对信号进行逻辑化、条理化、有效化的分析，为电网监视值班员对信号发生意义的判断提供一个智能的分析工具，具有先进的技术创新和实际应用性。

    2.解决方案

     本系统建立在实际的电网拓扑模型和实时数据基础之上，利用综自设备信号进行分析和故障识别，并在故障识别的基础之上进行智能的辅助决策分析。它充分利用EMS的实时数据，结合系统自身的一次、二次模型，通过逻辑推理和模式识别算法，当信号发生时触发分析模块，进行智能的故障识别和辅助决策，并得出处理故障的方案。其系统逻辑图如下：

其主要的几个部分如下：

    1) 信号发生采集模块：它将获取EMS的实时数据，其中包括一次、二次设备的状态信号以及事项；

    2) 信号分析知识模型：将电网中的一次、二次设备的具体信号抽象成信号原子，再将信号原子通过图形化的方式构建成知识表达式，进一步通过集成块的设计思想构建成知识模型。

    3) 信号分析服务模块：是本系统的核心，它将实时信号、变电站拓扑模型、信号分析知识模型进行有机的结合，得出分析的结果，并友好的反馈给用户。

    3. 技术特点

    3.1 基于集成电路设计思想的建模技术

      由于信号类型繁多而且关系错综复杂，所以怎样建立其采集信号和预期结果之间的逻辑关系是信号分析的关键问题。为解决此问题，本系统中首先将具体信号抽象成信号原子，再根据集成电路的设计思想，设计各类信号智能分析软集成块，通过各类软集成块的组合，利用程序驱动软集成块，获得分析结果。

      例如：开关拒动，存在着各种原因和形式，开关拒动也会给电网运行安全带来巨大的隐患，特别是保护不能跳开关，存在着巨大隐患，但其原因很多，其智能分析软集成块如下图：

     通过信号原子的抽象，将使得构建信号分析知识模型时大大简化，同时使用集成块的设计思想构建的知识模型，将使得知识模型的构建更加清晰，简单易懂，便于日后维护。

    3.2 信号的屏蔽与过滤

     本系统能自定义屏蔽和过滤器，通过屏蔽和过滤器系统可避免大量无用信号淹没关键性信号，通过屏蔽器，寻找出假信号发生的因果关系，从而寻找出假信号发生的源头，使信号的提示和分析更为直观和明确。其逻辑关系如下图：

     在进行信号的屏蔽和过滤的过程中，将主要滤除掉多余的抖动信号，屏蔽掉伴随的信号，为信号的进一步分析和决策提供更真实的信号源。也使得变电站值班人员不用再面向大量的实时信号，减轻了工作的压力。

     抖动信号：同一个信号在短时间内出现多次（2次及以上）的叫抖动信号

     伴随信号：一个信号的发生将伴随产生其它的一些信号，这些信号叫伴随信号。

    3.3 故障的快速定位

     本系统在电网内设备出现故障时，在对实时信号进行过滤和屏蔽处理后，利用监视信号驱动知识模型软集成块，快速分析决策故障性质，定位故障设备，在一次接线图上的故障设备挂故障牌进行标识，并进行基于TTS（文本转化为语音）技术的智能语音报警。

    3.4 基于广域搜索算法的供电路径的搜索

     当变电站内的设备发生故障时，有可能导致一些其它的设备停电，本系统将以电网拓扑模型为基础，以停电设备为研究对象，使用广域搜索算法进行供电路径的搜索，最后将供电路径匹配到具体的变电站设备上，明确的提供给变电站值班人员，给予变电站值班人员在出现故障时的强有力的决策分析支持。

    3.5 潜在危险分析

     有些报警信号虽然不会引起事故，但会对电网带来潜在的危险，这些信号称为潜在危险信号。本系统将对这些潜在危险进行分析，并分析出其危险类型，在具体的设备上挂危险牌进行标识，并进行基于TTS（文本转化为语音）技术的智能语音报警。

    3.6 缺陷扫描

     系统将周期性的对全网所有的一次、二次设备状态进行扫描，对于可能给电网运行带来危险的设备状态进行提醒，比如一些常闭型的软压板，但是未投入，将在电网发生故障时，开关无法正常跳开，从而扩大了停电的范围。

    3.7 培训

     本系统中分为实时模块和培训模块，在培训模块可读取历史的教案，从教案的分析中培训值班人员，使值班人员更能熟悉电网和各种信号事项的分析机理。

    4.总结

    基于综自信号的故障诊断及辅助决策系统在实时信号的基础之上，当电网发生故障时，根据一次、二次设备所反映的信号信息，快速分析判断故障性质和定位故障设备，为调度或集控值班人员提供实时的智能判别工具，缩短故障发生后隔离、快速恢复供电时间；同时，基于信号的潜在危险性判别，能及早发现潜在的危险，避免故障发生时由于二次设备病态而产生故障范围扩大，具有良好的安全效益。