水電站實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)

水電站實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)

摘要:提出了一種水電站實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)，可在水電站實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、一次圖表顯示、曲線圖和棒圖生成、中文報(bào)表生成、事故綜合處理等功能，使電站達(dá)到無(wú)人監(jiān)控、少人值班的高自動(dòng)化水平。使操作人員從傳統(tǒng)的、煩瑣的手工抄表中得到解脫。提高了電站的自動(dòng)化水平和運(yùn)行的安全可靠性。

關(guān)鍵詞:實(shí)時(shí)監(jiān)控;專(zhuān)家系統(tǒng);軟件;結(jié)構(gòu)

ExpertSystemforHydropowerPlantsRealtimeMonitoring

Abstract:Asupervisorycontrolanddataacquisitionexpertsystemforwaterpowerstationsisdiscussedinthissystemcangathertherealtimedatainthepowerstationsandsubstations,andmaketablesandgraphsfromthereportsandcurvesketchesareinChineseformarandcanbeprintedbyparallelprintersystemcanrecordtheimportantinformationintheaccidentachieveshighlevelautomationinpowerstationsmonitoring.

Keywords:realtimesupervisorycontrolanddataacquisition;expertsystem;software;structure

1引言

傳統(tǒng)水電站監(jiān)控系統(tǒng)一般采用儀表監(jiān)控和計(jì)算機(jī)監(jiān)控，在廠站端用微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置RTU作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，電廠站僅僅作為數(shù)據(jù)采集與傳輸單元向調(diào)度中心發(fā)布信息，大部分監(jiān)護(hù)和控制動(dòng)作都需要手工完成，自動(dòng)化水平低。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高，傳統(tǒng)電站監(jiān)控系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足要求。電廠站除數(shù)據(jù)采集與向調(diào)度中心發(fā)布信息外，同時(shí)需實(shí)現(xiàn)圖形、曲線、報(bào)表處理等能力。把工業(yè)計(jì)算機(jī)用于電力系統(tǒng)廠站端的實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)可以和RTU通訊，并將所得的數(shù)據(jù)信息加工處理成為用戶(hù)需要的形式，實(shí)現(xiàn)電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控。此系統(tǒng)是基于專(zhuān)家系統(tǒng)的，稱(chēng)為電站實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)。系統(tǒng)提供一次接線圖實(shí)時(shí)刷新顯示，使值班人員對(duì)電器運(yùn)行狀況一目了然；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表顯示與打印功能使傳統(tǒng)的、煩瑣的手工抄表得以取代；事件順序記錄和事故追憶功能為分析事故原因帶來(lái)方便；歷史記錄存檔功能使廠站的生產(chǎn)運(yùn)行情況有案可查；豐富的曲線功能為了解電氣參數(shù)的變化規(guī)律提供了客觀依據(jù)；系統(tǒng)支持用戶(hù)進(jìn)行遙控和遙調(diào)。在電廠站端采用IPC實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)后，可達(dá)到無(wú)人監(jiān)控、少人值班的高自動(dòng)化水平，減輕了操作人員工作強(qiáng)度，提高了電廠站運(yùn)行的安全可靠性。

2實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電站實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)采用分層分布式開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為兩層，即廠站級(jí)控制層和現(xiàn)地控制單元。兩層之間采用可靠的雙網(wǎng)冗余快速以太網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

廠站級(jí)控制層由下列設(shè)備組成：

主控計(jì)算機(jī)兩套，以互為熱備用方式工作，完成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的管理。包括AGG/AVC計(jì)算和處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、在線及離線計(jì)算、圖表曲線的生成、事故及故障信號(hào)的分析處理等。

操作員工作站設(shè)兩套，每套工作站帶兩個(gè)顯示器，兩臺(tái)工作站互為熱備用方式，一臺(tái)用于監(jiān)控，一臺(tái)用于監(jiān)視。當(dāng)監(jiān)控工作站因故退出時(shí)，監(jiān)視工作站可自動(dòng)或手動(dòng)升為監(jiān)控站。

工程師兼培訓(xùn)工作站用于修改定值、增加和修改畫(huà)面、系統(tǒng)維護(hù)、軟件開(kāi)發(fā)及遠(yuǎn)程診斷。還可以離線設(shè)置，仿真培訓(xùn)。

歷史數(shù)據(jù)兼打印報(bào)表計(jì)算機(jī)用于完成歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、報(bào)表打印等。

通訊處理機(jī)完成與網(wǎng)調(diào)、省調(diào)EMS系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，與廠內(nèi)其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊。

電話及語(yǔ)音報(bào)警計(jì)算機(jī)用于語(yǔ)音報(bào)警輸出、電話語(yǔ)音查詢(xún)、報(bào)警自動(dòng)傳呼等。

其他設(shè)備包括GPS時(shí)鐘系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、不間斷電源系統(tǒng)、模擬屏、模擬屏控制機(jī)、打印機(jī)等。

現(xiàn)地層控制主要由12套現(xiàn)地控制單元組成。其中9套機(jī)組LCU，一套開(kāi)關(guān)站LCU，一套公用設(shè)備LCU和一套主變LCU。各LCU分別完成各自監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)采集及處理，并向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，接受上位機(jī)的命令和管理。同時(shí)單個(gè)LCU具有獨(dú)立的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視功能，配有鍵盤(pán)和監(jiān)視器。當(dāng)與上位機(jī)系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)，仍可進(jìn)行必要的控制調(diào)節(jié)和監(jiān)視?，F(xiàn)地控制單元由工控機(jī)和PLC及遠(yuǎn)程I/O等設(shè)備組成。

用作專(zhuān)家系統(tǒng)的主控機(jī)在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高層次的推理，其中包括診斷的反向推理，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，并對(duì)面向圖形的知識(shí)獲取系統(tǒng)加以控制，專(zhuān)家系統(tǒng)通過(guò)多通道數(shù)據(jù)總線LCU和以太網(wǎng)傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，從而實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

3實(shí)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)軟件流程

系統(tǒng)的軟件分為三個(gè)部分：知識(shí)庫(kù)編輯，數(shù)據(jù)庫(kù)編輯，安全監(jiān)控。知識(shí)庫(kù)是專(zhuān)家系統(tǒng)的重要組成部分，它以適當(dāng)形式表示專(zhuān)家所擁有的關(guān)于電站安全運(yùn)行的電氣、機(jī)械等各方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，包括確定性知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。數(shù)據(jù)庫(kù)是存放專(zhuān)家系統(tǒng)當(dāng)前工作已知的一些情況，如有功/無(wú)功給定值、導(dǎo)葉開(kāi)度、發(fā)電機(jī)輸出電壓、電流等。推理機(jī)實(shí)質(zhì)是計(jì)算機(jī)的一組程序，目的在于控制、協(xié)調(diào)整個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)工作，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)或信息，利用知識(shí)庫(kù)的知識(shí)，按一定的推理策略去處理、解決當(dāng)前的問(wèn)題。其中知識(shí)庫(kù)編輯、數(shù)據(jù)庫(kù)編輯為離線，安全監(jiān)控軟件為實(shí)時(shí)在線。安全監(jiān)控軟件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。在初始化之后，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)將在數(shù)據(jù)庫(kù)定義軟件中生成各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)、曲線、棒圖、報(bào)表及知識(shí)庫(kù)裝入，并在內(nèi)存中為其分配工作空間。實(shí)時(shí)監(jiān)控的主要功能有廠站圖表處理、文檔處理及操作票打印等功能。廠站圖表功能包括：

一次圖實(shí)時(shí)刷新顯示將圖形編輯軟件中定義的各種圖表顯示出來(lái)，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值刷新動(dòng)態(tài)點(diǎn)。用戶(hù)亦可在一次圖面上用鼠標(biāo)選中點(diǎn)進(jìn)行手工修改刀閘狀態(tài)操作。或選中遙控開(kāi)關(guān)、遙調(diào)變壓器分接頭遙控、遙調(diào)操作、開(kāi)關(guān)合分、變壓器分接頭升降。系統(tǒng)將每次操作情況均存入“操作記錄”中，備日后查詢(xún)。

棒圖顯示可規(guī)定上限和下限，正常時(shí)為綠色，越上限為紅色、越下限為黃色。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表功能可取代傳統(tǒng)電廠站端的模擬表屏，既降低成本，又安全可靠。

電能量表包括每塊電度表的表盤(pán)值和電能量值列表顯示。

數(shù)據(jù)處理功能包括：功率總加顯示，電能量圖表和曲線處理。

遠(yuǎn)動(dòng)配置顯示功能：可顯示系統(tǒng)所聯(lián)接各臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的YX、YC、PA原碼，以備維護(hù)數(shù)據(jù)采集裝置時(shí)參考。

歷史記錄處理功能包括：異常情況記錄，事件順序記錄，事故追憶記錄和操作記錄。每類(lèi)記錄均包括時(shí)間、相應(yīng)變化的中文說(shuō)明及該點(diǎn)狀態(tài)。所記錄的內(nèi)容均解幀程序模塊中實(shí)時(shí)生成。

文檔管理包括：報(bào)表處理及文本編輯。

操作票打印功能：提供用戶(hù)打印100幅常用操作票的能力。為了確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性不受影響，所有打印操作均采用中斷打印，即占用IPC的中斷請(qǐng)求IRT，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行。

實(shí)際上，專(zhuān)家系統(tǒng)的主要任務(wù)是應(yīng)用現(xiàn)有的或過(guò)去的知識(shí)進(jìn)行推理以解決問(wèn)題，即對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)和控制，達(dá)到廠站系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)存在很多不確定因素，要使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，監(jiān)控系統(tǒng)就必須能實(shí)時(shí)在線處理各種突發(fā)事件，使系統(tǒng)穩(wěn)定。如：當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)發(fā)生線路短路，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘來(lái)切除故障；火災(zāi)事故時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和自噴淋系統(tǒng)；當(dāng)機(jī)組軸電流過(guò)大時(shí)，二級(jí)報(bào)警且事故停機(jī)等。

以主變出口斷路器外線路發(fā)生單相接地為例。LCU采集到短路信號(hào)數(shù)據(jù)并從以太網(wǎng)傳到主控機(jī)，主控機(jī)通過(guò)“分析”，作出實(shí)時(shí)“命令”，改變廠站圖表一次圖中刀閘的狀態(tài)且向LCU發(fā)出相應(yīng)的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)輸電線路自動(dòng)重合閘，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表也將對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)作有相應(yīng)的動(dòng)作，歷史事件中操作記錄、異常情況功能將記錄下所發(fā)生的異常情況和操作。若系統(tǒng)永久性故障短路系統(tǒng)重合閘后故障不能切除，主控機(jī)收到故障信息重新作出分析后，給出事故停機(jī)令，此時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)又通過(guò)改變一次圖并向LCU發(fā)出事故停機(jī)令來(lái)完成機(jī)組事故停機(jī)令，并在歷史數(shù)據(jù)功能中記錄下詳細(xì)的操作、異常情況和事件順序等，若系統(tǒng)有中斷請(qǐng)求，RTU將和遠(yuǎn)方發(fā)生通訊。這樣從故障發(fā)生到事故停機(jī)，整個(gè)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)在無(wú)值班人員的任何干涉和操作下完成機(jī)組事故停機(jī)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4結(jié)束語(yǔ)

本文將實(shí)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)引入電站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的無(wú)人監(jiān)控、少人值班，提高了電站的自動(dòng)化水平和安全可靠性，減輕了運(yùn)行人員的負(fù)擔(dān)。本系統(tǒng)已經(jīng)成功地運(yùn)用于溫州北溪水電站，運(yùn)行效果良好。

參考文獻(xiàn)

［1］李士勇.模