智能电网调控一体的变电站故障诊断专家系统

来源 :数字化用户 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ke19881101
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  【摘 要】随着电网的发展,对电网的安全监控的要求越来越高,国内电网调度中心普遍采用能量管理系统(EMS)高级应用软件对电网进行安全分析和辅助决策,取得了良好的应用效果。但是海量的变电站信息量涌入各主站系统,同时无人值守综合自动化的改造,尤其是微机保护的应用,变电站的遥信信息相对以前则变化更为显著,监控和统计变得十分困难。故障诊断专家系统的建立,通过保护信号命名的自然语法与图形化的诊断规则平台,为海量遥信信号建立快速的故障分析模式,不仅可以给调度运行人员以警示作用,预防故障的产生还能够消除电网瓦解隐患,缩短事故处理时间,变电站故障综合分析专家系统能为电网调度运行人员处理设备异常和故障提供有利条件,对提高工作效率使电网安全经济的运行有着重要的意义和作用。
  【关键词】智能电网 变电站 故障诊断
  一、引言
  “调控一体化”是电网“大运行”的重要组成部分,调度/集中监控/变电站操作人员的技能水平直接关系电网安全,影响“调控一体化”工作能否顺利开展。而随着调控一体化建设的不断推进,海量的变电站信息量涌入各主站系统,同时无人值守综合自动化的改造,尤其是微机保护的应用,变电站的遥信信息相对以前则变化显著。设备的位置信号、各装置的保护信号、压板信息乃至直流信号一个的无人值守站接收的遥信量愈千。因此,对电力系统运行的监控要求也日益精确,异常信息也日益增加。
  根据上述情况,调控一体化下的调度人员和监控人员对电网的实时监控中,需要高度集中注意力,及时了解电网异常情况,掌握电网的运行状况。但是纵观十多年来全国电网典型事故分析,由于变电站信号量多,又有大量的异常信号,而其中又有很多信号是无关紧要的,电网发生事故时又会在很短的时间内产出大量的信号,不便于调度员的查看,以及对事故立即做出分析,并进行处理。因此,电网调度自动化系统在智能报警方面存在监控程度低、制止事故手段比较落后等问题。
  故障诊断专家系统,在电力系统中发生故障后,可以让运行人员方便的查找、排序、归类等操作,并提供灵活定制数据分类的工具,并设计和实现一套带有图形化配置功能的故障分析系统。
  故障诊断专家系统实现了保护设备的自动识别建模,解决了长期以来由于保护设备的厂家很多、命名不同意等问题造成的保护设备建模工作难的问题。设了计一种语法分析算法对保护设备命名进行统一归纳分类。
  故障诊断专家系统的建立,不仅可以给调度运行人员以警示作用,预防故障的产生还能够消除电网瓦解隐患,缩短事故处理时间,变电站故障综合分析专家系统能为电网调度运行人员处理设备异常和故障提供有利条件,对提高工作效率使电网安全经济的运行有着重要的意义和作用。
  二、国内外研究水平综述
  电力系统故障诊断一直是国内外热门的研究课题,具有重要的理论价值和实用价值。故障诊断的目的是确定故障元件,以便对故障进行处理、尽快恢复供电。目前,电力系统故障诊断主要方法有:专家系统法、人工神经网络法、模糊推理法等。
  (一)专家系统
  专家系统(Expert System)是广泛应用于故障诊断的一种方法。专家系统是建立在知识库基础上的计算机系统,它拥有某个特定领域内的专家知识和经验,能模拟专家思维,运行推理判断,并在其相应的领域内给出结论。专家系统的主要特征是它存在一个存放专业知识的知识库,并在此基础上进行推理。专家系统对知识的原始表示形式都是基于形式化的符号,因而所有原始表示知识都是显式、描述性的表示。专家系统具有较强的逻辑推理和字符处理能力,比较适合电力系统。
  (二)人工神经网络
  人工神经网络(Artificial Neutral Networks)是一种应用类似于大脑神经突触联接的结构进行信息处理的数学模型。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重,这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式,权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近,也可能是对一种逻辑策略的表达。
  (三)模糊理论
  模糊理论(Fuzzy Theory)是指用到了模糊集合的基本概念或连续隶属度函数的理论。它可分类为模糊数学,模糊系统,不确定性和信息,模糊决策这五个分支,它并不是完全独立的,它们之间有紧密的联系。例如,模糊控制就会用到模糊数学和模糊逻辑中的概念。从实际应用的观点来看,模糊理论的应用大部分集中在模糊系统上,尤其集中在模糊控制上。也有一些模糊专家系统应用于医疗诊断和决策支持。由于模糊理论从理论和实践的角度看仍然是新生事物,所以我们期望,随着模糊领域的成熟,将会出现更多可靠的实际应用。调控一体的故障诊断专家系统
  三、业务功能
  (一)保护设备的建模一直以来就有很大问题,主要是虽然基本设备命名可能相同,但是细节上和遥信信息的描述上会有很大的差异。所以在对保护设备的建模存在很多难点,基于上述原因,采用了多种方法综合建模。利用基于自然语言算法的语法分析模块,对不同厂家的保护设备命名进行统一归类。从而使保护设备建模成为可能;采用IEC61850标准,对保护设备进行建模。以便以后提供扩展功能。
  (二)由用户对保护设备的告警进行分类展示,以便用户清晰的区分各种类型的告警,从而采取相应的应变措施;可以由用户对告警的严重程度进行设置,以便用户根据严重程度安排工作。
  (三)图形化配置方式的故障判别规范平台,简化用户操作,使更多的专业人员可以参与到项目中来;通过对配置的模板化管理,使得相同类型的设备故障判别规范可以互相复制,减少了配置的时间。   (四)故障分析功能,通过实时数据库,对短时间内的大量的故障信息及时存储;通过高效的故障分析算法,迅速分析故障情况;提供故障回溯功能,用户在空闲的时间,能够调出故障发生时的数据,进行综合分析故障原因。
  (五)全自动统计报表功能,记录保护装置和安全自动装置的动作情况,统计保护装置的正确动作率、运行率、误动率等;通过报表和数据组态工具,用户可以根据自己的要求定制不同格式统计分析报表,为不同的调度决策部门提供多种格式的数据。
  四、核心技术支持
  (一)IEC61970-CIM标准的支持
  在本项目中,需要完成电力系统模型的CIM/XML的导入导出。要实现从EMS系统中自动导出符合IEC61970标准的CIM模型,CIM模型中应当包括电网网络结构、元件参数和量测映射关系等。采用IEC 61970标准,对EMS源数据进行导入导出,采用全模型导出、部分模型导出和增量模型导出等导出方式,实现对CIM标准的支持。
  (二)保护设备建模
  利用基于自然语言算法的语法分析模块,对不同厂家的保护设备命名进行统一归类。从而使保护设备建模成为可能;采用IEC61850标准,对保护设备进行建模。以便以后提供扩展功能。
  (三)实时监控
  可以由用户对保护设备的告警进行分类展示,以便用户清晰的区分各种类型的告警,从而采取相应的应变措施;可以由用户对告警的严重程度进行设置,以便用户根据严重程度安排工作。
  (四)故障判别规范设置
  采用图形化配置方式对故障判别规范设置,简化用户操作,使更多的专业人员可以参与到项目中来;通过对配置的模板化管理,使得相同类型的设备故障判别规范可以互相复制,减少了配置的时间。
  (五)故障分析
  通过实时数据库,对短时间内的大量的故障信息及时存储;通过高效的分析算法,迅速分析故障情况;提供回溯功能,用户在空闲的时间,能够调出故障发生时的数据,进行综合分析故障原因。
  (六)统计报表
  记录保护装置和安全自动装置的动作情况,统计保护装置的正确动作率、运行率、误动率等;通过报表和数据组态工具,用户可以根据自己的要求定制不同格式统计分析报表,为不同的调度决策部门提供多种格式的数据。
  五、理论研究步骤
  (一)变电站通用认知模型的概念
  对电网的研究表明,很多设备对象在功能属性和操作属性方面存在类似性。这种类似性在电网的各个层次均有表现,例如全系统中某些变电站的接线方式和操作方式相同,一个变电站内某些间隔中的所包含的设备相同等等。这种类似性已经被人类专家所认知,并将操作对象划分为不同的类,一类操作对象包含若干具有相似属性的实际对象。在认知过程中,这种通过对相似性的抽象和概括,将研究对象分类的方法本质上就是概念的建立。本文将通过这种方式建立的概念定义为操作对象原子。
  操作对象原子:对电网操作对象的本质属性的描述。一个操作对象原子代表一类具有相似属性的实际操作对象。它的建立主要遵循两个因素:
  1.对象在变电站中的功能相似性。
  2.对象在变电站中操作方式相似性。
  根据电网中所包括的操作对象的类型,在电网操作认知模型中,共有如下六类操作对象原子:
  (1)厂站原子:根据电网中电厂和变电站的相似性而建立,一个厂站原子代表一类功能或操作方式相似的厂站。
  (2)厂站间隔原子:根据厂站内电气接线间隔的相似性而建立,一个厂站间隔原子代表一类在某些厂站中功能或操作方式相似的间隔。
  (3)线路原子:根据电网中输电线路的相似性而建立,一个线路原子代表一类功能或操作相似的输电线。
  (4)线路间隔原子:根据线路所连接的电气接线间隔的相似性而建立,一个线路间隔原子代表一类在某些线路中功能或操作方式相似的间隔。
  (5)一次设备原子:根据电气间隔中的实际一次设备(如开关、刀闸和接地线等)的功能和操作相似性而划分。
  (6)二次设备原子:根据电气间隔中的实际二次设备(包括继电保护和自动装置)的功能和操作相似性而划分。
  操作对象原子的类型只有六类,而每类中操作对象原子的数目没有限制,可以根据需要来建立。建立和扩展操作对象原子的过程体现了概念建立的过程,集中体现了专家系统的适应性。同时操作对象原子具有层次性和继承性。
  3.原子的层次性
  由于电网设备的连接具有层次性,不同类别的操作对象之间具有包含的层次关系,所以不同类别的操作对象原子也是具有层次性的。这种层次性可以用图1来表示。
  图1 操作对象原子的层次性
  Fig.1 Hierarchy of object atoms
  这种层次性同时反映了电网的结构,即线路所连接的电气间隔、厂站内所包含的电气间隔以及间隔内包含的一次设备和二次设备。
  4.原子的继承性
  操作对象原子的提出反映了各个层次的电网操作对象的本质属性,一个操作对象原子代表了一类属性相类似的对象。研究表明,相同类别的某些操作对象原子代表的属性具有一定的共性,同时又各自具有特性。这种共性和特性可以用原子之间的继承性来描述。
  (二)变电站通用认知模型的建立
  在对变电站的实际设备的认知过程中,首先,应对各类操作对象,充分研究其功能属性和操作属性,在同类操作对象中寻找共性,明确特性;其次,对同类操作对象的相似性进行抽象和概括,建立相应的操作对象原子;最后,对实际的设备对象,例如线路、厂站、一次设备和二次设备,指定其所属的原子。对于线路连接的电气间隔,既要指定其所属的线路间隔原子,也要指定其所属的厂站间隔原子。电网操作认知模型的建立过程如图2所示。
  一般情况下,抽象概括操作对象属性的并建立操作对象原子并不是一次就可以完成的,而是随着对电网研究的不断深入,逐步完成的,这个过程和人类的螺旋式上升的认知过程相似,图3中的虚线就是这个过程的反映。变电站设备操作通用认知模型中的原子表达了根据属性进行分类的概念,这种分类是动态的、可自由扩展的,不是先验的。原子本身也是认知模型中的对象,它是认知电网的结果。用户可以根据需要自由地建立原子。由于这种模型反映了认知过程中概念的提取和建立,因此更接近于人类专家的认知方式,因而具有很好的适应性和智能性。
  图2
  (三)基于通用认知模型的信号动作引擎规则库
  在上述变电站通用认知模型基础上,可以建立集中监控变电站的信号的动作引擎规则如下:
  1.动作引擎:一个设备的状态受到其它一个或同时多个设备的影响,其它设备不同状态的组合而引起这个设备的状态变化。
  2.动作引擎规则:描述了对某个二次设备状态产生影响的其它设备的集合。规则用产生式表达,它的条件是当其它设备状态发生变化后,引起规则主体设备的状态发生改变,结论是具体的状态,为0或1等。其形式为如式(1)所示的四元组。
  在建立信号的动作引擎规则时,可以面向二设备原子来建立,也可以面向实际的二次设备来建立,其规则条件中引用对象既可以是一次或二次设备原子,也可以是一次或二次实际设备。而面向二次设备原子建立的规则是通用的规则,是对变电站信号的认知结果,其可以适用于类似的多座变电站或设备。
  六、结论
  故障诊断专家系统将提供图形化故障判别配置工具和模板配置功能;提供基于自然语法处理技术的保护自动建模功能;提供自主开发的宏编译器,支持C/S、B/S架构的综合发布和计算;提供自主研发图数组态工具和报表体系(包含:Excel实用化报表工具);提供实时数据告警监视平台;提供故障回溯功能;提供高效的故障分析运算功能。给调度运行人员以警示作用,预防故障的产生还能够消除电网瓦解隐患,缩短事故处理时间,变电站故障综合分析专家系统能为电网调度运行人员处理设备异常和故障提供保障。
其他文献
根据转炉炼钢系统中钢包车运行的特点,论述了钢包车变频控制系统的组成及设计,详细阐述了钢包车准确停车时,对车的制动要求和利用最佳蠕滑率进行制动转矩调节的原理,给出了最
【摘 要】科学技术的发展,电力工业作为国家基础能源单位对于智能化低压电控配电系统提出了更高的要求。特别是现场总线技术,使得低压电控配电系统显示出更强的性能,促进了智能化低压电控配电系统的发展。本论文针对智能化低压电控配电系统的现场总线进行探究。  【关键词】智能化 低压电控配电系统 现场总线  处于信息技术时代,微电子技术、计算机技术以及智能化网络技术被高度综合化利用,促进了知识经济呈现出迅猛发展
设计了一种量程为180 kPa的新型岛膜结构MEMS压阻式压力传感器,通过ANSYS仿真软件,得出了在岛宽为500μm、岛厚为40μm、梁宽为200μm、敏感薄膜厚为15μm的情况下,该结构具
提出一种以PIC单片机为控制核心的三相异步电动机软起动控制器,阐述了该控制器的工作原理、回路结构图和软件程序结构.在有效降低电动机起动电流的前提下,该控制器还具有软停
为定义能操作任何类型的类和函数,C++提供了“模板”工具,它允许把类型作为类和函数的参数.
针对大多数软件组件验证其安全性是非常重要的,本文对验证软件本身安全性进行了简单介绍。分析了软件隔离在操作系统内核的虚拟内存保护机制内和不接受不受信仸输入的加密身份验证,分析了静态分析与功能正确性验证的功能规范说明的程序建模及数据抽象。提出了功能规范端到端、模块化、编译程序来进行功能正确性验证的保护机制,探索了模块安全与功能正确保护机制验证的方法。得出了内核、加密和编译器可以通过编译功能进行正确性验
【摘 要】烟气中汞污染物排放引起全球的高度重视,本文介绍了我国汞的排放及其汞的危害,并指出现今燃煤烟气汞污染治理的缺陷,提出了一种可同步实现烟气金属汞污染物排放的控制技术——LJD新型节水循环流化床烟气脱硫除尘一体化工艺,有助于我国燃煤烟气污染问题的加快解决。  【关键词】LJD工艺 汞 协同净化  一、前言  汞及其衍生物有机汞,因具有持久性、易迁移性、高度的生物富集性和高生物毒性等特性,作为一
蛋白质组学是目前生物医学研究的热点领域之一,已经广泛应用于疾病的发病机制、诊断、治疗等方面的研究[1-4].双向电泳是蛋白质组学研究中最常用的技术方法.兔股骨头坚硬而且基质成分复杂[5],我们通过对几种制备方法进行比较,以确定更适合于骨组织样本蛋白质提取的方法。
简述了目前一些贵金属纳米颗粒催化刻蚀Si表面微纳结构的研究工作,并叙述了催化刻蚀反应的主要过程。在系统介绍催化刻蚀化学反应机理的基础上,对催化刻蚀的阴极、阳极反应进
目的构建沉默信息调节因子1(sirt1)过表达慢病毒载体,观察其在体外培养的视网膜神经节细胞(RGC)中的表达。方法构建大鼠sirt1 cDNA的过表达慢病毒载体,采用PCR鉴定其是否构建成功。同时将其与GenBank上sirt1 cDNA标准序列进行对比分析。将鉴定后的慢病毒重组表达质粒pLV5-sirt1与包装质粒共转染293T细胞,制备携带sirt1的慢病毒pLV5-sirt1。体外培养Sp