（电力系统及其自动化专业论文）地区电网故障恢复操作票的实用化研究.pdf

华北电力大学硕士论文 摘要 利用计算机为调度员提供可直接执行的调度操作票，将电网故障的处理由调度员口 头下令变为计算机自动开票。针对现有的离线系统通用性差、维护困难、速度缓慢等问 题，开发了一个能在线运行的故障恢复操作票系统。 本文主要解决了以下问题： 1 、将原有的离线系统移植为满足在线运行要求的应用系统。实现了与系统平台、应 用软件的接口；设计了用于故障恢复操作的静态数据模型；开发了一个能从e m s 数据中自动提取静态数据的工具；加入了数据的容错处理。 2 、研究并提出了一种由故障恢复结果自动识别和自动扩展操作任务的新方法。总结 出了自动识别和自动扩展操作任务的规则，故障操作票的生成遵循调度规程。 3 、研究出一种对失电孤岛内部进行恢复处理操作的推理方法。提出了对失电孤岛的 处理原则，并提供了失电孤岛恢复送电的具体步骤。 4 、实现了典型二次操作任务的自动扩展。包括备自投拒动处理、线路保护的投退、 省调管理设备、切换主变消弧线圈操作等注意事项。 本文采用v c 结合o r a c l e 数据库开发了此系统，已经在兰州供电局投运。 关键词：操作票；故障恢复；自动识别；自动扩展；孤岛处理 a b s t l t a c i o p e r a t i o no r d e ri nt h er e s t o r a t i o nt h a tc a nb eu s e ds t r a i g h t w a yb yt h ed i s p a t c h e ri so f f e r e d ， s ot h ef a u l t sd i s p o s a li sc h a n g e df o r mt h ed i s p a t c h e r sv e r b a lo r d e rt ot h ec o m p u t e r sm a k i n g o u ta l li n v o i c e i no r d e rt or e s o l v et h eq u e s t i o n st h a tt h es y s t e mi ss l o wa n dn o tc u r r e n ta n di t s m a i n t e n a n c ei sd i f f i c u l t ，e x p l o i to p e r a t i o no r d e ri nt h er e s t o r a t i o no fr e g i o n a ln e t w o r kf a u l t r e s t o r a t i o ns y s t e mt h a ti sa no n - l i n es y s t e m t h ep a p e rs o l v e st h ef o l l o w i n gk e y p r o b l e m s ： l 、t h ei n t r i n s i co f f - l i n es y s t e mi st u r n e dt ot h eo n - l i n es y s t e ml i n kt h es c a d a r e a l t i m e d a t aa n ds o f t w a r e d e s i g nas t a t i cd a t am o d e lf o ro p e r a t i o nd i s c u r s i o n e x p l o i tat o o lt h a tc a n d i s t i l ls t a t i cd a t af r o me m sd a t a f a l s ed a t ac a r lb ec o r r e c t e d 2 、c o m eu pw i t ham e t h o dt h a tc a l la u t o m a t i c a l l yi d e n t i f ya n de x t e n do p e r a t i o no r d e r s u m u pt h er u l e so fa u t o m a t i c a l l yi d e n t i f y i n ga n de x t e n d i n go p e r a t i o ni nt e r mo f r e g u l a t i o n 3 、r e a l i z ee x t e n d i n gm a t e r i a lo p e r a t i o n so fi s l a n d sw i t h o u t e l e c t r i c a l b r i n gf o r w a r dt h e r u l ea n da p p r o a c ht oe x t e n dm a t e r i a lo p e r a t i o n so fi s l a n d s 4 、c o m p l e t et h ea u t o m a t i c a l l ys u p p l e m e n to fq u a d r a t i co p e r a t i o n ，i n c l u d i n gb z t , l i n e s a f e g u a r d ，p r o v i n c i a le q u i p m e n ta n da r cw i n d i n go f t h et r a n s f o r m e r 1 华北电力大学硕士论文 t h ep a p e ru s e sv cc o m b i n e dw i t l lo r a c l ed a t a b a s et od e v e l o pt h i ss y s t e m ，w h i c hh a s b e e ne m p l o y e di nl a n z h o up o w e rs y s t e m l e ix i n g ( p o w e rs y s t e ma n di t sa u t o m a t i o n ) d i r e c t e db yp r o f z h a n gd o n g y i n g k e y w o r d s ：o p e r a t i o no r d e r ；f a u l tr e s t o r a t i o n ；o p e r a t i o nm o d e l ；i s l a n dr e s t o r a t i o n i j 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文 ，是本人在华北电 力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。据本人所 知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 学位论文作者签名：墙三量日 期：_ 2 璺_ - l 坚 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文：同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：霉遂 日期：旦巫” 导师签名：j 选查! 茎 日 期： 兰兰! 生! j j 华北电力大学硕士论文 第一章绪论 1 1 电网故障恢复操作票的研究意义和必要陛 目前调度人员处理事故完全靠经验，直接1 ：3 头下令。如果能由计算机自动收集 故障信息，判断出故障设备，然后根据当前电网状态，自动生成最优恢复策略，最 后为调度员提供可直接执行的调度操作票，将大大减轻调度员负担，使调度自动化 水平由目前的分析型上升为智能型。 借鉴已有的正常调度操作票系统，本文开发了故障恢复操作票系统。该系统严 格遵循调度规程并吸取了调度员丰富的现场经验，能快速地开具准确的操作票，其 最终目标是避免调度员处理故障时人为的失误。因此，该课题是非常有前景、有挑 战性的。同时，该课题在提高电网的安全性和经济性方面都具有很高的研究价值。 首先，该系统能实时处理电网故障、为调度员提供了一份正确的故障恢复操作 票。这不仅为调度员处理故障提供了思路，同时也为调度员提供了具体操作步骤， 即故障恢复操作票初稿，调度员可以对其进行进一步的修改与完善，然后得出最终 付诸实施的操作票；从另外一个角度看，故障恢复操作系统的引入、初稿的生成， 都将会减轻调度员的精神压力，减少调度员的失误：以上两点都会有助于电网的安 全运行。 其次，该系统还能在研究态下生成事故预案。“安全第一，预防为主”是电 力企业在安全生产管理中一贯坚持的工作方针。通过几十年发生事故的经验教训甚 至是血的教训的总结，在采取防范对策基础上，根据电力生产的规律，提炼出保证 电力安全生产的一系列行之有效的组织措施和技术措施“1 。编制预案就是体现“预 防为主”最有力的技术保证措施之一。如果各相关单位有一个完善的事故预案，那 么就不会出现上述问题，这也充分说明编制预案对电网事故处理的必要性。让调度 员对电网各种事故预案进行演练，不断提高调度员在事故处理时的操作能力，更好 的保护电网安全、稳定运行。 最后，该系统能减少调度员处理故障的时间并提高处理的正确性。该系统采用 了人工智能技术和面向对象的编程思想，极大地提高了程序的运行速度，方便调度 员快速地处理电网事故。就简单事故而言，快速处理能尽快的给失电用户恢复供电； 就复杂事故而言，快速处理就不仅仅是能快速恢复供电了，更重要的是能有效地避 免事故的进一步扩大、能有效地减少电网的经济损失。快速、准确的处理电网故障， 不仅减少了电力企业和用户的经济损失，而且有很高的社会综合效益。另外，随着 电力市场化的进一步的深入，对电力系统的经济运行提出了更高的要求。所以，从 华北电力大学硕士论文 经济层面来看，采用该调度自动化系统后不仅节省了人力资本，同时也能有效地减 少事故造成的损失：这也为电力系统的经济运行创造了条件。 综上所述，从安全和经济两个角度来看，电网故障恢复操作票系统的开发都具 有很好的现实意义。同时，随着科技日新月异的发展，计算机监控也在电力系统中 得到普遍的应用，而且有大量成功的案例。所以，从技术支持这一角度来看，利用 计算机系统进行操作票的生成和管理是切实可行：这为电力系统的安全、稳定运行 提供了让人信服的保障。 2 0 0 3 年8 月，甘肃电力公司决定与华北电力大学合作，利用智能技术、信息技 术和实时计算分析、协调调用决策技术等，研究和开发了“地区电网调度决策支持 系统”。由该系统协调调用各个分析软件，实时综合生成系统安全、经济优化运行 决策方案，辅助调度员进行生产运行指挥和事故处理。该系统实旅后，将使兰州地 区电网的安全性、稳定性、经济性再次上升到一个新的水平。这不仅对甘肃电网产 生巨大的经济效益，还将对推动中国电网运行技术的跨越升级具有深远的影响。“电 网故障分析决策系统”就是用于实现故障诊断、故障恢复、故障操作等功能、以 在线应用为目的的调度自动化系统。主要由电网故障诊断、电网故障恢复和电网故 障搡作票三部分组成。电两发生故障后，首先由电网故障诊断部分判断故障元件 然后由电网故障恢复部分给出故障隔离、孤岛处理和过载处理等恢复方案，最后由 电网故障操作票系统根据恢复方案。自动生成调度员可直接执行的调度操作票。 本文研究的电网故障恢复操作票系统以符合调度规程、格式化的操作票代替故 障恢复过程中的口头命令。 1 2 国内9 1 、研究现状综述 本文研究的电网故障恢复操作票系统，首先它属于调度操作票系统，尽管它不 同于正常调度操作票系统；其次，它是根据故障恢复系统提供的改复方案来开具操 作票的，它是故障恢复系统的延伸。因此下面先综述调度操作票和故障恢复处理的 研究现状，然后总结离线运行的故障恢复操作票系统的研究情况，本文就是在此基 础上研究开发在线运行的故障恢复操作票系统。 1 2 1 现有调度操作票系统分类 国外的操作票专家系统的操作任务仅限于4 种：停、送电操作，并列、单独运 行，所涉及的电气设备类型仅限于3 种：母线、线路、变压器，形成的操作票中不 涉及保护压板的投停，也未涉及安全自动装置的运行管理”“。 国内现有的常见操作票专家系统可分为6 类：基于产生式系统方式、查询开票方 式、子程序模块方式、图形校核开票方式、基于开关控制逻辑方式和面向对象方式。 华北电力大学硕士论文 1 1 基于产生式系统方式“” 该类系统的内核由数据库、知识库、推理机3 大部分组成，用产生式规则作为 知识的表示方式。数据库存放发电厂、变电站的主接线形式及所涉及的相关设备与 电气名称、事实语句以及推理过程中产生的中间结果；知识库存放电气操作知识规 则及1 个控制推理的元知识：推理机依据对知识规则的分类与管理，完成与目标任 务的匹配，在求解空间中搜索出一个满足目标解的途径。 “基于产生式系统方式”操作票专家系统中的操作规则采用产生式规则系统“i f 条件t h e n 结论”，这种表示方法比较接近人的思维方式，表达形式直观明了。此 类系统的进步在于对操作内容的生成推理进行了研究和探索，并具有程度不等的智 能性。此类系统的开发，意味着在电网设备操作中真正利用部分a i 技术。然而， 这类系统针对一个具体变电站开发，需将网络拓扑结构与设备运行状态及网络操作 知识用谓词逻辑表示，开发较难，开发周期长，这在一定程度上制约了系统的通用 性和用户可维护性。而且，图形功能较差，使得这类专家系统操作界面不太友好， 不具备赢观操作效果。 1 2 查询开票方式”“ 这类专家系统把现场的典型操作票以数据库的形式存放。开发出对数据库内容 进行管理的维护平台，能对操作任务进行分类存储、检索、输出。每个操作任务的 操作内容以整张票的方式用文本形式进行存储，操作人员通过选择分类检索方法， 就能调出相应的历史票并对其进行编辑、修改，从而生成相应的操作票内容。这在 早期开发的操作票专家系统和现在投运的m i s 系统中较为常见。 “查询开票方式”操作票专家系统利用数据库维护技术，对操作票内容进行维 护。其开票方式与现场的手工开票方式相似，都是开票时以“历史典型”票为基准， 进行开票，操作简单，运行人员容易掌握。数据库用户维护平台可以开发得很友好， 对于历史票面的编辑功能强大，使用方便。因而在现场使用较为广泛，目前仍有很 大的市场。另外，只要能够提供足够的典型票，开发人员能够在短时间内为一个变 电站或电厂开发出一套操作票系统，开发费用低、周期短。但是，系统没有推理过 程，无法识别所存储文本的操作内容是否正确，不具有智能性。由于各地的历史票 不可能相同，因而此类系统不具有通用性。 1 3 子程序、模块方式9 此类系统通过对应用对象进行仔细分析，采用编制一段程序的方法来实现各类 操作任务的生成。整个系统由多个子程序构成，每个子程序对应一个操作任务，根 据用户选择的任务不同，运行相应的程序段。有的系统也根据问题求解的需要，编 制了不同的模块来实现不同的推理机，如：变压器操作推理机、母线操作推理机、 开关操作推理机等。 “子程序、模块方式”操作票专家系统推理机跟踪电网运行状态的能力取决于 3 华北电力大学硕士论文 实际考虑问题的完善程度。考虑程度越完善，其跟踪性能就越好；反之，效果就差。 因为使用程序方法实现内容的生成，用户无法进行维护，不能适应现场变化的要求， 影响了现场的使用；移植到其它应用对象重复工作量很大，通用性较差。 1 4 图形校核开票方式“ 此类系统开发出一种逼真的图形化的用户界面，用户通过用鼠标点取图上相应 的电气元件来完成开票过程，每点取1 个元件即可自动生成1 条相应的操作指令。 在某一操作步骤，如果用户点取元件的顺序违反了操作安全规程，则系统会自 动报警，提示操作人员所犯的错误，而不生成这条错误的指令。 “图形校核开票方式”操作票专家系统具有极其友好的用户界面，其操作界面 模拟电力系统的一、二次接线图，图形功能强大，具备赢观、逼真的操作效果。它 有较好的校核功能，适合于现场培训调度人员，是一种应用广泛的模拟培训系统。 但是它不能自动推理出操作票内窑。由于电力系统中二次设备的操作有很强的习惯 性，使此类系统也很难做到通用。 1 5 基于开关控制逻辑方式“” 此类系统的开发者认为：操作票自动生成系统就是根据操作任务来实现将电气 设备由一种运行状态到另一种运行状态转换的计算机求解系统。状态转换需经过一 系列的倒闸操作完成。倒闸操作实质上是一个逻辑式顺序控制问题。每个元件的操 作必须遵循倒闸操作规则，而倒闸操作规则可用开关控制逻辑表示。 “基于开关控制逻辑方式”操作票专家系统操作规则，没有用传统的产生式规 则，而是用“开关控制逻辑”，为操作票专家系统在规则表示和推理机的实现方面 提供了一种新的思路，这是理论研究中的一大进步。文献【1 5 】对于推算操作票的原 理和方法所进行的探讨最为深入，对于“操作条件”、“反复操作”和“矛盾操作” 等问题的研究很有创新。但是大部分学者只是简单地用“出线停送电”这一操作任 务来举例说明，这样只涉及1 个断路器、2 个刀闸、3 个元件的2 3 = 8 种状态的转换， 如果考虑“母线检修”这一操作任务，假设该母线上具有5 条出线，那么，根据“开 关控制逻辑”理论，至少必须考虑2 “= 3 2 7 6 8 种状态，程序实现有一定的困难。而 且，对于带旁路母线的“出线开关检修”这种操作任务，还应该考虑“对旁母充电” 这一操作的反复性等问题，因而“开关控制逻辑”理论的程序实现性和可用性，仍 是一个有待探讨的问题。另外，此类操作票专家系统对于每一项操作任务，都需要 用户输入系统的初始状态和目标态。目标状态的输入既加重了现场操作人员的负 担，又缺乏智能性。 1 6 基于面向对象技术方式 此类系统由于运用面向对象技术的不同又可分为用于开发图形编辑界面、用于 专家系统的知识表示和用于知识推理3 种。 ( 】) 用于开发图形编辑界面“8 。此系统的做法是把系统一次接线图中的所有电 4 华北电力大学硕士论文 气组件分别抽象成各个类，为了作图的方便，从图形学的角度出发，在各个类中定 义了与作图有关的属性和成员函数“”3 ，这类操作票专家系统的图形编辑界面，为 用户提供了方便、灵活的显示和操作手段及统一的感观，进一步丰富和增强了画面 的管理和显示功能。但是此类应用并未用于操作票的推理过程，因此并没有解决操 作票系统的通用性问题。 ( 2 1 用于专家系统的知识表示”。这种专家系统的知识表示和推理机中也用到 了面向对象技术。它把变电站中所有的一次设备按类型分别抽象成各种类，如母线 抽象为b u s 类，开关抽象为b r e a k e r 类，再找出母线、开关等各个类的共同属性， 如所属变电站名称、电压等级、编号等，从而挞象出了这些类的基类，称为元件 e l e m e n t 类。由于开关的种类不同，又从开关类中派生出线路开关、旁路开关和变 压器开关3 个子类。变压器再派生为两卷变压器和三卷变压器等。 文献 2 2 1 叙述的是蒙西电网调度操作票系统专家系统的开发，其采用了面向对象 的程序设计技术，就属于本类型。 ( 3 ) 用于知识推理 文献2 3 1 介绍了一种用于知识推理的面向对象知识表示法，其基本思想与传统的 正反推理不同，既不采用数据驱动也不采用目标驱动，而采用消息驱动。认为变电 站设备由有限种类设备按一定联系组成，这些设备及其联系构成两大要素，即层次 性与相关性。例如，线路检修，先断开开关，再断开负荷侧刀闸，最后断开母线侧 刀闸，这就是层次性，是一个逐层推理的过程。而相关性就是不同对象的消息传递 的过程，例如，线路的操作是由开关、刀闸、保护、自动装置等一系列设备的操作 构成的。这两种方式是推理机的主要工作方式。 “基于面向对象技术方式”操作票专家系统应用了软件领域中的面向对象技术， 使得图形编辑界面的开发更为高效、灵活和简便。但对于操作票专家系统来说，更 主要的是进行操作票的自动生成推理，而现有的面向对象专家系统只是把所有电气 设备都抽象成类，这样的知识表示没有完全发挥出面向对象技术的优良特性，并不 完全适合推理的进行，开发出的系统维护性很差。 可见，不理想的通用性和用户可维护性是操作票专家系统至今仍未解决的问题。 如何提高系统的通用性和用户可维护性，如何解决二次设备操作各地习惯不一带来 的知识表示问题，是值得探讨的问题。就现有的各种知识表示方法，如：语义网络、 产生式规则、框架、面向对象技术和神经网络的知识表示来讲，面向对象的方法具 有很好的研究前景，比较适用于进行操作票专家系统的知识表示。这是因为面向对 象的方法以描述对象的数据结构为中心来构筑系统，这直接对应于人类认识和记录 客观事物的方式。它通过引入对象类的概念及消息传递，反映了人类认识事物从特 殊到一般的归纳抽象，而继承性则实现了从般到特殊的演绎过程。然而，在抽象 阃题域的类时，不能象现有的系统那样，简单地把所有涉及到的电气设备都抽象成 e 华北电力大学硕士论文 类，而应本着“一切服务于操作票推理”这一思想去抽象类，从开列操作票的过程 中去考察涉及到哪些组件以及所涉及到的组件的操作共性，从而抽象出“设备类体 系”；然后，再考察变电站各种一次主接线方式下不同操作任务的共性，抽象出适 用于操作票推理的“操作任务类体系”。在知识获取阶段，系统开发人员针对类层 次结构中的每一个类，逐一与运行人员协商，这样得到的知识库才能较好地用于操 作票的推理，设计出的专家系统才具有代码短、易维护、易修改和易扩充的优点， 从而更好地解决系统通用性和可维护性的问题。 综上所述，现有操作票专家系统有如下不足： ( 1 ) 系统的通用性差 以往很多开票系统一次规则往往都是建立在特定的接线形式上，对应于每个接 线形式对应于一个模板。例如对于某变电站某电压等级定义为双母的接线形式，如 果接线形式因为变电站的改造而发生变化，则原有的规则将不再匹配，也就不能开 具出正确的操作票来。另外，好多操作票系统的运行方式也是固定在数据库里，所 以对于没有规定的一些异常的运行方式，系统将不能找到合适的规则匹配。 ( 2 ) 系统可维护性差 一般的开票系统都是建立在现有的网络结构上，当电网投入新设备时，必须对 数据库进行大规模的改动，这些都很不利于现场人员的维护。这样的工作量使巨大 的，对运行人员来说是巨大的工作量。 不管是将主接线模板做到程序里还是做到数据库里，在电网系统突然增加了新 的特殊接线形式时，整个操作票系统的维护对现场运行人员来说将是一个工作量巨 大的事情。 ( 3 ) 系统的易维护性差 一些开票系统虽然做到了知识库与推理机的分离，即用户可以添加新的操作任 务和规则，但是这些系统或者知识的表示方法非常抽象f 如用开关控制逻辑表示操作 规则) ，或者需要由用户填入的信息非常繁杂( 如对操作任务的维护上，有的系统需 要把典型操作票全部输入系统，有的针对每一个任务都要把它需要操作的设备及其 执行完的状态一一输入) ，而我国现场运行人员的文化水平一般又不高，导致现场人 员对这样的系统产生本能的抵触。 ( 4 ) 没有考虑设备异常情况下如何开票 现有的系统只能开出正常运行条件下的操作票，而变电站设备出现异常的情况 时有发生，这时运行人员需要进行倒闸操作来改变这些设备的运行状态，为检修、 调整试验及消除设备缺陷做准备，此类操作同样需要先开出操作票再执行。这样， 现有开票系统功能上的不完善也使运行人员远离这些系统。 ( 5 ) 规则校验的束缚 对操作规则的校验一般仅限于一次设备，而且只对“五防”规则进行校验。虽 6 华北电力大学硕士论文 然遵守“五防”规则是倒闸操作时最重要的原则，但是违反其它规则时同样可能造 成严重的后果。 1 2 2 现有故障恢复系统 由于国外的电网自动化水平比较高，其对正常操作票的研究没有国内活跃，但 对故障恢复操作的研究却比较多，但是其一般只牵涉到一次设备的操作“3 1 。 而对于国内已经开发的故障恢复系统，其结果并没有具体到故障恢复操作票， 给出的只是开关、刀闸操作序列。文献 2 4 1 所叙述的便是一个以福州地区1 1 0 k v 配 电网为实例的地区配电网事故恢复决策专家系统，该系统最终给出的恢复供电路径 是： 闭合以下开关：一 开关1 一 开关2 断开以下开关：一 开关3 一 开关4 这种故障恢复系统具有如下两个缺点： ( 1 ) 可读性差 开关、刀闸操作序列只是一次设备的操作，并不符合调度的下令习惯，需要调 度员将它转化为调度操作命令。 ( 2 ) 逻辑性差 这些开关、刀闸操作序列之间的逻辑顺序是按照恢复路径的顺序给出的，不符 合调度安全操作的规范，需要按照调度规程进行相应的调整。 本文开发的故障恢复操作票系统就能很好的解决故障恢复系统的以上两点不 足。由于故障恢复操作票系统需要利用故障恢复系统的结果，所以故障恢复操作票 系统的进一步的发展需要更加成熟的故障恢复系统。 1 2 3 离线运行的故障恢复操作票系统 文献【2 5 】一文研究的故障恢复操作票系统为离线系统，该离线系统在以下几个方 面做得很成功，为其移植到在线提供了方便。 l 、确立了故障恢复操作票的内容和格式。 ( 1 ) 比较了故障恢复恢复操作票与正常调度操作票的区别。只有深刻的认识故 障恢复操作票与正常调度操作票的区别，才能从根本上理解和把握故障恢复操作票 这一新概念。 ( 2 ) 明确了故障恢复操作票中的内容。故障恢复操作票中除了正常操作票中的 一次操作任务，还包括二次操作任务。 ( 3 ) 确立了故障恢复操作票的格式。操作令包括综合令和逐项令；操作任务中 还提供了注意事项。 华北电力大学硕士论文 2 、研究并开发了基于网络拓扑的误操作分析方法。 该分析方法通过判断开关刀闸的等电位和所在予系统的带电情况，从防误操作 的本质上，分析是否满足操作条件。所以，该方法方便、通用。 3 、完成了系统的软件设计。 完成了故障恢复操作票的软件设计，包括结构设计、功能设计、数据库设计和 程序编写，以及与其他e m s 软件的接口设计。 4 、进行了典型案例的测试工作。 但是，该离线系统如果要被移植到在线运行，则该离线还如下不足的地方仍需 改进： l 、该离线系统的总体设计不满足在线运行的要求，需要进一步完善。包括功能 设计、结构设计、接口设计、数据库设计等。 2 、该离线系统的运行速度不满足在线运行的要求，需要研究一种适合操作推理 的电网知识表示。这种适合操作推理的电网知识表示将极大的提高系统的运行速 度，满足在线运行的要求。 3 、该离线系统采用的恢复序列模型不符合现场要求，需要总结出操作任务自动 识别、自动扩展的规则与方法。 4 、现场对失电孤岛的处理和二次操作有新的要求，需要增加相应的处理功能。 5 、该离线系统没有在线测试过，也没进行过复杂故障的测试，系统的稳定性是 个问题。 总之，只有明确了在线运行对离线系统的要求，才能很好的确定本文的工作。 1 3 在线运行的条件 能用于在线的电网故障操作票系统必须满足以下要求： ( 1 ) 要在故障恢复方案的基础上自动形成相应的故障恢复操作票。 这需要设计与电网故障恢复部分输出的恢复方案进行接口，并且自动分析恢复 方案，自动形成操作任务，自动生成操作票。而以前研究的调度和变电站操作票都 是针对正常运行情况，并需要人为指定操作任务。 ( 2 ) 给出的操作票符合调度运行规程和操作习惯。 目前现场没有书厦化的故障操作票的样式，都是调度口令。文献【1 】探讨了故障 恢复操作票的命令形式和格式。在与现场人员交流中，他们肯定了故障操作票由综 合令和逐项令组成这种形式，但对这种书面化的格式感觉较繁琐。另外在对大面积 的失电区域送电的具体操作方面，在恢复方案中没有体现，需要故障操作票部分对 其自动识别、自动扩展。 ( 3 ) 电网结构变化时，不需做大量特殊的数据维护，使用简单方便。 华北电力大学硕士论文 这就要求它必须与现有e m s 高层应用软件共用相同格式和内容的静态数据和实 时数据。目前已投入使用的调度和变电站操作票系统，大多不能与现有的自动化系 统共享数据，并且需要用户维护庞大的、操作票专用的知识库，在网架结构发生变 化时，要傲大量的数据维护，也不适用于在线运行。 f 4 ) 运行速度快。 如果完全基于e m s 的静态数据进行操作票的推理和搜索，运行速度会很慢。如 何有效地提高系统的运行速度将是决定在线应用是否成功的关键。 ( 5 ) 系统要具有一定的容错能力。 由于电鼹s c2 k d a 实对数据的上传是有可能滞居的，有的甚至是错鸽。在e m s 中，状态估计一般1 分钟运行一次，有时即使经过状态估计也不能将错误就正。 另外，在满足在线运行的条件后，要能很好的在研究态下测试事故预案，被程 序测试的事故预案要满足： ( 1 1 事故预案紧密结合电网实际编制 编制的预寨必须紧密结合电网运行的实际，才能在电网事故紧急情况下给事故 处理者提供指导，真正起到应急作用，同时也才能真正的检测程序的正确性。 f 2 ) 事故预案要程序化、规范化 事故预案的程序化、规范化是电网事故处理快速准确的重要基础。对预案的程 序化、规范化，就是要形成事故处理作业指导书，从而规范在发生事故时调度和运 行人员的事故处理行为。调度人员在获得准确的事故信息后，按照事故的类型及安 全自动装置、保护动作情况和开关跳闸后的停电范围等信息，有针对性的启动预先 编制好的相应的规范预案，是快速、准确进行事故处理并恢复供电的基础。为使调 度员和运行人员有充分的思想准备，调度人员下令操作正确无误，变电站运行人员 执行指令迅速准确，如正常操作一样有条不紊的进行，达到电力调度无差错的目的， 预案也起到十分重要的作用。同时，这也使程序的编写简单化了。 ( 3 ) 按照预案开展反事故演习，事故预案要经得起反事故演习的考验。 按照预案积极开展反事故演习是提高电网事故处理能力行之有效的措施。预案 是总结以往的事故经验而对以后发生类似事故采取防范对策的技术措施之一，它是 建立在人对事故性质的认识程度和已经掌握的电网结构存在问题的基础上的，有一 定的针对性和指导性；但是，电网的实际运行比较复杂，可能还有一些事故隐患和 问题我们不能洞察到；另外，预案也不能包容所辖电网内的所有事故处理，从而 在启动某个预案进行事故处理时也可能会出现其它意想不到的情况。只有通过反事 故演习，才能充分暴露出电网中存在的问题和隐患，事故处理预案的实战性、可操 作性才能进一步得以检验。实践证明，在预案指导下积极开展反事故演习活动，大 大促进了调度和运行人员相互之间的协调、配合，事故处理的迅捷性和准确性将大 大提高；同时通过演习后的深度汇谈，及时总结经验，对掘关人员的事教处理能 9 华北电力大学硕士论文 力的提高也是行之有效的。 1 4 本文的主要工作 本文针对兰州地区电网实际情况，并结合调度规程，开发出一个能实际在线运 行的地区电网故障恢复操作票系统。本文完成的主要工作有： 1 、将原有的离线系统移植为满足在线运行要求的应用系统。 ( 1 ) 开发了与在线数据的接口。从d f s 0 0 2 系统平台获取s c a d a 实时数据。 ( 2 ) 设计并实现了与故障诊断和故障恢复在线应用系统的接口。 ( 3 ) 为了提高在线推理速度，设计了用于故障恢复操作的静态数据模型。 ( 4 ) 为了方便在线数据维护，开发了一个能从e m s 数据中自动提取静态数据的 工具。 2 、研究并实现一种由故障恢复结果自动识别和自动扩展操作任务的新方法，使 生成的故障操作票符合调度规程要求。 ( 1 ) 总结出一套自动识别和自动扩展操作任务的规则。 ( 2 ) 研究并实现了一种对失电孤岛内部进行恢复处理操作的推理方法。 ( 3 ) 研究并实现了典型二次操作任务的自动扩展。包括各自投拒动处理、线路 保护的投退、省调管理设备、切换主变消弧线圈操作等注意事项。 3 、进行了大量的案例测试，使程序具有较高的稳定性。 在5 个多月的现场调试过程中，该系统在兰州供电局调度中心试运行3 个多月。 其问，测试了大量的事故预案，无论是简单事故还是复杂事故；测试了各种类型的 故障，常见的有线路故障、母线故障、主变故障，不常见的有n 1 方式下、n 2 方 式下的电网故障。 华北电力大学硕士论文 第二章故障恢复操作票系统的总体设计 2 1 系统的主要功能 电网故障操作票系统是在s c a d a 系统的支持下，根据故障恢复处理的结果，自 动生成故障处理状态下的调度操作票。本系统具有以下功能： ( 1 ) 可提供给用户格式化的、基于操作术语描述的操作票。 ( 2 ) 可以由故障恢复程序启动，或手动启动。由故障恢复启动时可分为实时态 和研究态。实时态时自动检测主服务器，从s c a d a 取数据：研究态时从所建的系统 某研究态的断面取数据。 ( 3 ) 能处理不同接线形式下一次设备的操作序列。 ( 4 ) 调整系统运行方式。 ( 5 ) 负荷孤岛和故障设备的电气隔离操作。 ( 6 ) 负荷孤岛的恢复供电操作和故障设备的物理隔离操作。 ( 7 ) 各自投拒动的处理操作。 ( 8 ) 提示相关一、二次操作的注意事项。 ( 9 ) 具有与其它应用的接口。 - 与s c a d a 系统接口，取得开关、刀闸状态。 - 与电网故障诊断软件接口，取电网故障诊断结果。 - 与电网故障恢复软件接口，取电网故障恢复处理方案。 故障恢复操作票系统是在线软件，其稳定性必须靠实时运行来检验。电网中故 障虽然时有发生，但大多是简单故障，因此得到检验的只有简单故障，而复杂故障 得不到检验。本程序可新建研究态进行模拟故障，解决了复杂故障难以检验这一难 题。但是，又有了一个新问题，那就是否两者完全等同。 实时态时自动检测主服务器，从s c a d a 取数据，并读取实时上传的开关与保 护的动作信息；研究态时从所建的系统某研究态的断面取数据，并读取人为模拟的 开关与保护的动作信息：这是两者的唯一区别。所以，在研究态下测试的结果与在 实时态下的运行结果有同样的可信度。 2 2 系统的组成结构 电网故障恢复操作票系统的组成结构如图2 1 ，从该图中可以看出，本系统的实 现要从以下3 个层面上解决。第一层，与已有的d f 8 0 0 2 平台和正在开发的故障诊 断、故障恢复的接口，可以称之为链接层；第二层，用于操作推理的电网知识表示 和知识维护，可以称之为数据层；第三层，实现操作任务的自动识别、自动扩展， - 1 1 - 华北电力大学硕士论文 可以称之为软件层。关键点在第一层和第二层，难点在第三层。 图2 1 系统组成结构 图2 1 中各程序模块相应的功能为： - 网络拓扑 网络拓扑模块主要是对系统进行接线分析，形成节点和子系统，标明了各设备 的带电情况。当拒动各自投处理完后，应进行次接线分析，重新形成节点和子系 统。当故障处理中的一次操作完成后，要进行接线分析，然后判断动作备自投是否 应该退出。 一 拒动备自投处理 如果故障后存在拒动的备自投，程序会提供详细的操作步骤来处理它。该模块 的优先级很高，因为处理完拒动b z t 后，电网的失电区域会减少，会影响后面失电 孤岛的处理。 - 孤岛负荷进行电气隔离 故障恢复前断开停电区域中的所有负荷( 包括对故障设备进行电气隔离) ，给 出电气隔离孤岛中失电负荷的顺序。孤岛之间按深度优先搜索，同一孤岛内按广度 优先。 - 对故障设备进行电气隔离 如果内桥接线中的主变故障，且确定为主变内部故障。则需要将主变高压侧刀 华北电力大学硕士论文 - 一 闸拉开，进一步隔离故障。这样处理可为本站的孤岛提供另一个供电路径，从而得 到最为合理的恢复策略。 - 分解恢复序列 按恢复模型将开关组分为：刀阍操作；线路开关操作；母联开关操作；主变开 关操作：负荷开关操作。按模型分类后，同一模型的开关操作有自己的固定而特有 的推理逻辑。 孤岛恢复供电的操作 对停电区域恢复送电的操作，应遵守从电源侧向负荷侧的送电原则。孤岛之间 按深度优先搜索，同一孤岛内按广度优先。 调整运行方式 隔离完故障设备，给失电孤岛恢复供电后，为了提高电网的稳定，需要适当地 调整运行方式，例如母线故障后，倒母线充电等等。 - 物理隔离故障 当失电区域恢复送电结束后需要将故障设备所连的刀闸拉开，对故障设备进行 物理隔离，以便完成故障设备的后续检修工作。 - 任务术语转化 将开关序列转化成规范的、基于操作术语表示的操作令。操作令中既包括逐项 令，又包括综合令。 注意事项 需要在操作票中提示调度员注意的事项有以下内容： 1 ) 拒动的备自投即使符合投入条件，也要退出。 2 1 正确动作的各自投如果还符合投入条件，仍投运，否则退出。 3 ) 分析所有故障设备涉及厂站中各自投的投入条件，如果不符合条件则退出。 4 ) 当某条线路的电流流向发生变化后，根据状态估计中的潮流流向给出线路 保护的动作情况。 5 ) 给出要向省调借用的开关序列。 6 ) 切换主变时，给出相应消弧线圈的倒闸操作步骤。 2 3 系统的接口设计 故障恢复操作票系统与数据平台、故障诊断系统、故障恢复系统三部分的接口 分别是： 1 ) 与s c a d a 系统接口，取得开关、刀闸状态； 2 ) 与电网故障诊断软件接口，取电网故障诊断结果： 3 ) 与电网故障恢复软件接口，取电网故障恢复处理方案。 华北电力大学硕士论文 2 3 1 与s c a d a 系统接口 1 、s c a d a 系统数据平台简介 s c a d a 系统数据平台是决策支持系统的数据基础，也是所有高级应用的支撑平 台，它不但包括s c a d a 的全部数据，而且还采集电网的故障信息，其主要功能如下： 一数据采集和处理。 与e m s 通讯，获取由e m s 采集的所有数据信息； 采集和平变、桃树村、龚家湾、北开关和华林变等能满足故障信息采集要求的 变电站故障信息( 主要包括继电保护装置的数据信息和故障录波器的数据信息) 。 。拓扑着色。 拓扑着色是根据开关、刀闸的实时状态确定系统中各种电气设备的带电、停电、 接地等状态并用不同的颜色在系统单线图和厂站图上表示出来。 。实时数据及历史数据库。 所有实时数据和相关参数应存储在全局性的实时数据库( r t d b ) 中。r t d b 中的 数据应包括从s c a d a 采集的实时数据、从故障信息系统获得的实时和非实时数据、 基于r t d b 数据点的计算数据、及非遥测点的人工输入数据等。变电站自动化系统 参数或输出至现场设备的参数也应存储在r t d b 中。 历史数据管理定期采集实时数据库和应用数据库的数据，进行统计、累计、积 分等综合数据处理；对实时数据库和应用数据库中的每一个点可选定存储周期实现 历史数据记录，历史数据库存储具有定时存储数据和在异常状态下存储历史数据的 功能；提供访问历史数据库的接口并可随时检索和使用；保存的数据可用报表和画 面显示。 2 、实现了与双服务器( 双数据源) 的数据接口，以提高系统运行的稳定性。 o d b c 数据源管理在配置用户数据源时配置了两个：e m s 平台数据库1 和e m s 平 台数据库2 。当连接其中任一数据库失败后，系统会督动连接另一数据库，保证数 据的准确获取。 3 、故障操作票系统在实时态和研究态下的数据需求 无论是实时态还是研究态，它们都需要读取的数据有： 。e m s 数据。不仅包括厂站参数表、线路参数表、变压器参数表、母线参数表 等反映电网结构的参数表。还包括母线估计数据表、发电枧估计数据表等反 映电网运行状态的数据表。 。故障诊断、故障恢复数据。包括故障设备表、跳闸开关表、备自投分析动作 结果表、各自投分析拒动结果表等反映故障信息的数据表。 操作票数据。包括编号表、操作术语表、受令单位表、状态术语编号表、省 调管理设备表等操作票程序需要的参数表。 华北电力大学硕士论文 实时态与研究态两者读取的“开关刀闸状态表”、“线路估计数据表”是不同的。 “开关刀闸状态表”( 状态估计结果) ，它反映了当前电网中的开关、刀闸的状态。 在读取“开关刀闸状态表”时，实时态读取的是电网实时态下开关刀闸状态的状态 估计结果，研究态读取的是电网研究态断面下开关刀隔状态的状态估计结果，“线 路估计数据表”，它反映了线路始端、线路末端的有功功率，即反映了线路的潮流 流向。在读取“线路估计数据表”时，实时态读取的是电网实时态下线路在故障前 的状态，研究态读取的是电网研究态断面中线路在故障后的状态。只要电网开关刀 闸变位，这两个表故障前与故障后的状态都是被数据平台自动存储的。 2 3 2 与电网故障诊断软件接口 故障诊断程序提供了故障设备、故障类型以及b z t 动作情况分析。这些信息在 下面三个表中得到体现，即故障设备表、各自投分析动作结果表、各自投分析拒动 结果表。 表2 - 1 故障设备表 l 域名注释 l 故障设备编号 故障设备的编号，而不是名称 l 故障设备类型 分为：主变、母线、线路、电容器等 表2 - 1 在故障恢复操作票部分的作用就是为避免操作与故障设备直接相连的电 气设备，以及在变压器消弧线圈接地刀闸的倒闸操作时区分变压器的状态( 故障还 是热备用) 提供依据。 表2 - 2 各自投分析动作结果表 域名注释 l 各自投装置i d 正常动作的b z t 表2 2 提供的是正常动作b z t 的i d 号，在同b z t 表中的i d 号对照后就可得到 该b z t 的相关属性，进而可以判断该b z t 的投退情况。 表2 - 3 备自投分析动作结果表 l 域名 注释 f 各自投装置i d 拒动的b z t 华北电力大学硕士论文 表2 - 3 提供的是拒动b z t 的i d 号，其有相应的特殊处理，在后面有专门的论述。 2 3 3 与电网故障恢复软件接口 系统的接口设计与电网故障恢复软件的接口是三个接口中最重要、最复杂的一 个，故障操作票系统就是根据故障恢复提供的恢复方案来生成操作票的。恢复方案 须包括故障设备的处理、运行方式的调整、孤岛的恢复路径、拒动备自投的处理等 信息。 这些信息主要是通过恢复信息表、孤岛恢复表这两个