浅述水电站实时监控专家系统

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1、杨 会 浅述水电站实时监控专家系统 2005 年第 4期28浅述水电站实时监控专家系统杨 会 张智勇摘要: 提出了一种水电站实时监控专家系统，可在水电站实现实时数据采集、一次图表显示、曲线图和棒图生成、中文报表生成、事故综合处理等功能，使电站达到无人监控、少人值班的高自动化水平。使操作人员从传统的、烦琐的手工抄表中解脱出来，提高了电站的自动化水平和运行的安全可靠性。 关键词: 实时监控； 专家系统； 软件； 结构1引言 传统水电站监控系统一般采用仪表监控和计算机监控，在厂站端用微机远动装置 RTU 作为数据采集设备，电厂站仅仅作为数据采集与传输单元向调度中心发布信息，大部分监护和控制动作都需要

2、手工完成，自动化水平低。随着电力系统自动化水平的提高，传统电站监控系统已不能满足要求，电厂站除数据采集与向调度中心发布信息外，同时需具备图形、曲线、报表处理等功能。把工业计算机（IPC）用于电力系统厂站端的实时监控专家系统可以和 RTU 通讯，并将所得的数据信息加工处理成为用户需要的形式，实现电站的实时监控。此系统是基于专家系统的，称为电站实时监控专家系统。系统提供一次接线图实时刷新显示，使值班人员对电器运行状况一目了然；实时数据表显示与打印功能取代了传统的、烦琐的手工抄表；事件顺序记录和事故追忆功能为分析事故原因带来方便；历史记录存档功能使厂站的生产运行情况有案可查；丰富的曲线功能为了解电气

3、参数的变化规律提供了客观依据；系统支持用户进行遥控和遥调。在电厂站端采用IPC 实时监控专家系统后，可达到无人监控、少人值班的高自动化水平，减轻了操作人员工作强度，提高了电厂站运行的安全可靠性。2实时监控专家系统结构 电站实时监控专家系统采用分层分布式开放型网络结构。系统分为两层，即厂站级控制层和现地控制单元。两层之间采用可靠的双网冗余快速以太网总线结构。系统结构如图 1 所示。 厂站级控制层由下列设备组成：2.1 主控计算机（专家处理机）两套，以互为热备用方式工作，完成计算机监控系统的管理。包括AGG/AVC计算和处理、数据库管理、在线及离线计算、图表曲线的生成、事故及故障信号的分析处理等。

4、 2.2 操作员工作站设两套，每套工作站带两个显示器（双屏），两台工作站互为热备用方式，一台用于监控，一台用于监视。当监控工作站因故退出时，可自动或手动升为监控站。2.3 工程师兼培训工作站用于修改定值、增加和修改画面、系统维护、软件开发及远程诊断。还可以离线设置，仿真培训。总第 101 期 科技与管理 2005 年 12月292.4 历史数据兼打印报表计算机用于完成历史数据查询、报表打印等。 图 1 系统结构图2.5 通讯处理机完成与网调、省调 EMS 系统进行实时数据交换，与厂内其他系统（MIS 系统、水情测报系统、五防机等）进行通讯。 2.6 电话及语音报警计算机用于语音报警输出、电话语

5、音查询、报警自动传呼等。 2.7 其他设备包括 GPS 时钟系统、网络设备、不间断电源系统（UPS） 、模拟屏、模拟屏控制机、打印机等。 现地层控制主要由 12 套现地控制单元（LCU）组成。其中 9 套机组LCU，一套开关站LCU，一套公用设备LCU和一套主变LCU。各LCU分别完成各自监控对象的数据采集及处理，并向网络传送数据，接受上位机的命令和管理。同时单个LCU具有独立的控制、调节和监视功能，配有键盘和监视器。当与上位机系统脱机时，仍可进行必要的控制调节和监视。现地控制单元（LCU）由工控机和PLC及远程I/O等设备组成。 用作专家系统的主控机在系统中实现高层次的推理，其中包括诊断的反

6、向推理，同时监控系统的运行过程，并对面向图形的知识获取系统加以控制，专家系统通过多通道数据总线LCU和以太网传送实时数据，实现数据的实时处理，从而实现专家系统的实时控制。3 实时专家系统软件流程 系统的软件分为三个部分：知识库编辑、数据库编辑、安全监控（推理机）。知识库是专家 系统的重要组成部分，它以适当形式表示专家（工程设计者）所拥有的关于电站安全运行的电气、机械等各方面的专业知识，包括确定性知识和经验知识。数据库是存放专家系统当前工作已知的一些情况，如有功/无功给定值、导叶开度、发电机输出电压、电流等。推理机（安全监控）实质是计算机的一组程序，目的在于控制、协调整个专家系统工作，根据机组运

7、行的当前输入数据或信息，利用知识库的知识，按一定的推理策略去处理、解决当前的问题。其中知识库编辑、数据库编辑为离线，安全监控软件为实时在线。安全监控软件的结构如图 2 所示。在初始化数 据 总 线以太网专 家操作人员操作员工作站通讯处理机电话及语音报警计算机主控机（专家处理机）打印报表计算机工程师培训站现地控制单元 LCU实时过程杨 会 浅述水电站实时监控专家系统 2005 年第 4期30厂 站 图 表 数 据 处 理 历 史 事 件之后，实时监控系统将在数据库定义软件中生成各类数据库、曲线、棒图、报表及知识库装入，并在内存中为其分配工作空间。实时监控的主要功能有厂站图表处理、文档处理及操作票

8、打印等功能。厂站图表功能包括： 图 2 实时专家系统软件流程图（1）一次图实时刷新显示将图形编辑软件中定义的各种图表显示出来，并根据实时数据值刷新动态点。用户亦可在一次图面上用鼠标选中点进行手工修改刀闸状态操作。或选中遥控开关、遥调变压器分接头遥控、遥调操作、开关合分、变压器分接头升降。系统将每次操作情况均存入“操作记录”中，备日后查询。 （2）棒图显示可规定上限和下限，正常时为绿色，越上限为红色、越下限为黄色。 （3）实时数据表功能可取代传统电厂站端的模拟表屏，既降低成本，又安全可靠。 （4）电能量表包括每块电度表的表盘值和电能量值列表显示。 数据处理功能包括：功率总加显示、电能量图表和曲线

9、处理。 远动配置显示功能：可显示系统所联接各台远动装置（RTU）的YX、YC、PA原码， 以备维护数据采集装置时参考。历史记录处理功能包括：异常情况记录（遥信变位和遥测越限）、事件顺序记录（连续变位的状态量顺序记录）、事故追忆记录（当事故发生时记录其前后各三点重要遥测量值）和操作记录（包括遥控和遥调时间、成否、操作员记载）。每类记录均包括时间、相应变化的中文说明及该点状态，所记录的内容均解帧程序模块中实时生成。文档管理包括：报表处理及文本编辑。 操作票打印功能：提供用户打印 100 幅常用操作票的能力。为了确保系统的实时性不受影响，所有打印操作均采用中断打印，即占用IPC的中断请求IRT，在中

10、断服务程序中进行。 实时数据表初始化 中断请求 中断请求知识库装入 数据库装入 打印处理推理机人机界面一次图 棒 图功率总加 操作记录 异常情况 文档管理 操作票打印RTU 通信处理电能量表 电量总加 曲线处理 事件顺序 远动RTU总第 101 期 科技与管理 2005 年 12月31实际上，专家系统的主要任务是应用现有的或过去的知识进行推理以解决问题，即对系统进行实时监护和控制，达到厂站系统安全稳定运行的目的。当机组运行时，系统存在很多不确定因素，要使系统运行稳定可靠，监控系统就必须能实时在线处理各种突发事件，使系统稳定。如：当系统稳定运行时发生线路短路（特别是暂时故障），监控系统会使系统实

11、现自动重合闸来切除故障；火灾事故时，监控系统会启动火灾报警系统和自喷淋系统；当机组轴电流过大时，二级报警且事故停机等。以主变出口断路器外线路发生单相接地（永久性故障短路）为例。LCU采集到短路信号数据并从以太网传到主控机（专家系统处理机），主控机通过“分析”，作出实时“命令” ，改变厂站图表一次图中刀闸的状态且向LCU发出相应的命令来实现输电线路自动重合闸，实时数据表也将对系统的动作有相应的动作，历史事件中操作记录、异常情况功能将记录下所发生的异常情况和操作。若系统永久性故障短路系统重合闸后故障不能切除，主控机收到故障信息重新作出分析后，给出事故停机令，此时专家系统又通过改变一次图并向LCU发

12、出事故停机令来完成机组事故停机令，并在历史数据功能中记录下详细的操作、异常情况和事件顺序等，若系统有中断请求，RTU将和远方发生通讯。这样从故障发生到事故停机，整个监控专家系统在无值班人员的任何干涉和操作下完成机组事故停机，实现了系统的实时监控。 4结束语本文将实时专家系统引入电站监控系统，实现了机组的无人监控、少人值班，提高了电站的自动化水平和安全可靠性，减轻了运行人员的负担，运行效果良好。参考文献：1 李士勇.模糊控制、神经控制和智能控制理论M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.19982 吴泉源.人工智能与专家系统M.长沙：国防科技大学出版社.19953 乌日图.实时专家系统及其应用研究J.内蒙古工业大学学报.1998.17(2)：17-214 白树忠 南新志.变电站综合自动化实时数据库管理系统的研究与开发J.电力系统及其自动化学报.2002.14（3）：43-46收稿日期：2005-10-21作者简介: 杨 会(1975 -)，男，贵州省思南人，助理工程师，从事水电站运行工作。张智勇(1973 -)，男，贵州省桐梓人，技术员，从事水电站运行工作。