地區(qū)電網(wǎng)智能防誤一體化操作票系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

江賢康，任建文，崔 悅

(華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003)

地區(qū)電網(wǎng)智能防誤一體化操作票系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

江賢康，任建文，崔 悅

(華北電力大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003)

操作票制度是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理中一種防止誤操作的有效安全措施?；陔娏ο到y(tǒng)業(yè)務(wù)平臺從直接控制操作和管理監(jiān)督兩個方面進(jìn)行需求分析，提出了地區(qū)電網(wǎng)智能防誤操作票系統(tǒng)的設(shè)計，同時基于一體化的思想，來實現(xiàn)從地調(diào)到變電站操作票系統(tǒng)的一體化管理及操作。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與智能推理機(jī)制，實現(xiàn)了一體化的操作票系統(tǒng)。將本系統(tǒng)應(yīng)用于寧夏中衛(wèi)調(diào)度中心，實踐證明該操作票系統(tǒng)的智能性與有效性。

地區(qū)電網(wǎng);一體化;操作票;防誤操作

0 引言

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)，電網(wǎng)運(yùn)行操作日益復(fù)雜，電網(wǎng)故障的影響也愈來愈大，而用戶對供電可靠性和供電質(zhì)量的要求卻越來越嚴(yán)格，這就對電力系統(tǒng)運(yùn)行、操作人員和電力系統(tǒng)的自動化水平提出了更高要求。一旦出現(xiàn)錯誤操作，輕則引起非正常停電;重則造成人員傷亡和大型設(shè)備損壞的惡性事故。

操作票制度是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理中一種防止誤操作的有效安全措施。傳統(tǒng)的人工填票方式完全依靠運(yùn)行人員的運(yùn)行經(jīng)驗，對于比較復(fù)雜的系統(tǒng)確定某一操作任務(wù)相應(yīng)的操作序列往往要花費(fèi)很長時間。而且，為保證操作票的正確性，還需要反復(fù)核對［1］。所以，不論從技術(shù)角度和安全等因素出發(fā)，還是就提高電網(wǎng)的自動化管理水平而言，開發(fā)計算機(jī)自動生成操作票系統(tǒng)的意義都非常重大。

對電網(wǎng)設(shè)備的操作控制分析，一般可以分為兩層控制:一層是各級管轄調(diào)度范圍的電網(wǎng)設(shè)備操作及控制運(yùn)行方式改變的調(diào)度命令票;另一層是各廠站端依據(jù)調(diào)度命令票指令 (操作任務(wù))對本廠站端或控制區(qū)域廠站端設(shè)備進(jìn)行操作詳細(xì)步驟列出的廠站操作票。

本文將一體化思想［2，3］應(yīng)用到調(diào)度命令票和廠站倒閘操作票中，形成一體化的操作票系統(tǒng)，來實現(xiàn)從地調(diào)到變電站操作票系統(tǒng)的一體化管理及操作，極大地提高了電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行的效率和效益，使系統(tǒng)具有更高的智能性和通用性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及總體流程

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由以下幾個模塊組成:用戶登陸模塊、操作票生成模塊、操作票管理模塊及系統(tǒng)維護(hù)模塊［4］。整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 操作票系統(tǒng)業(yè)務(wù)整體功能框圖Fig．1 Overall framework of operation order automation system

1.1.1 用戶登陸模塊。該模塊是用戶進(jìn)入系統(tǒng)的入口，本系統(tǒng)采用友好的界面引導(dǎo)調(diào)度人員進(jìn)入系統(tǒng)的內(nèi)核進(jìn)行工作，通過權(quán)限管理維護(hù)模塊賦予每個調(diào)度人員相應(yīng)的權(quán)限，使調(diào)度員在權(quán)限內(nèi)完成操作任務(wù)。

1.1.2 操作票生成模塊。該模塊是操作票系統(tǒng)主體模塊。調(diào)度員基于已正確維護(hù)的圖形系統(tǒng)、操作任務(wù)及操作術(shù)語模塊，按著定義的流程，選擇操作任務(wù)啟動推理機(jī)進(jìn)行推理，最終實現(xiàn)4種開票功能。同時實現(xiàn)系統(tǒng)的模擬預(yù)演功能和危險點(diǎn)分析及預(yù)控功能。

1.1.3 操作票管理模塊。該模塊是用來保存、修改、調(diào)用及查詢歷史操作票，是典型票開票、歷史票開票和模擬預(yù)演的基礎(chǔ)，同時實現(xiàn)操作票流程業(yè)務(wù)監(jiān)視和查詢功能。

1.1.4 系統(tǒng)維護(hù)模塊。該模塊分為4個子維護(hù)模塊，即權(quán)限管理維護(hù)模塊、流程管理維護(hù)模塊、操作任務(wù)及操作術(shù)語維護(hù)模塊和圖形系統(tǒng)維護(hù)模塊。每個維護(hù)子模塊都設(shè)計了友好的人機(jī)交互界面，實現(xiàn)了系統(tǒng)的通用性及用戶可維護(hù)性。

(1)權(quán)限管理維護(hù)模塊是實現(xiàn)角色、崗位、用戶一體化控制，做到不同用戶對應(yīng)的不同崗位使用模塊的權(quán)限可靈活配置。

(2)流程管理維護(hù)模塊基于工作管理技術(shù)完成自定義操作票業(yè)務(wù)流程。

(3)操作任務(wù)及操作術(shù)語維護(hù)模塊是實現(xiàn)操作票系統(tǒng)適應(yīng)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的操作術(shù)語習(xí)慣，確保推理機(jī)生成的操作序列能夠正確翻譯，符合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)操作票的管理規(guī)定。

(4)圖形系統(tǒng)維護(hù)模塊具體分為電網(wǎng)資源維護(hù)、繼電保護(hù)裝置靈活配置及實時狀態(tài)的刷新。圖形系統(tǒng)最主要的目的是完成電網(wǎng)的拓?fù)浞治?，繪制電網(wǎng)接線圖。實時電網(wǎng)結(jié)構(gòu)拓?fù)涫遣僮髌蓖评怼⒛M預(yù)演、潮流計算的圖形基礎(chǔ)，原始電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是為了實現(xiàn)實時狀態(tài)的刷新。

1.2 總體流程設(shè)計

本軟件基于電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺利用工作流管理技術(shù)實現(xiàn)了自定義操作票業(yè)務(wù)流程，并按照定義的流程控制環(huán)節(jié)自動實現(xiàn)流程記錄的運(yùn)轉(zhuǎn)功能，同時按照流程控制流程圖自動實現(xiàn)各流程業(yè)務(wù)監(jiān)視和查詢功能?；趯幭碾娋W(wǎng)中衛(wèi)地調(diào)設(shè)計的電網(wǎng)調(diào)度操作票業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

該流程主要包括開票環(huán)節(jié)、本值模擬預(yù)演審核環(huán)節(jié)、他值模擬預(yù)演審核環(huán)節(jié) (當(dāng)出現(xiàn)一張票的操作需要跨值操作時)、預(yù)令環(huán)節(jié) (預(yù)通知環(huán)節(jié))、正令環(huán)節(jié) (下令環(huán)節(jié))、評審環(huán)節(jié) (評價操作票環(huán)節(jié))等環(huán)節(jié)。當(dāng)調(diào)度員使用該系統(tǒng)時，根據(jù)自身角色被賦予的權(quán)限進(jìn)行操作，并且按著箭頭的指示方向有選擇的向下一個業(yè)務(wù)流程提交。利用事件提醒功能通知各個環(huán)節(jié)是否有未完成工作，同時各個環(huán)節(jié)都可查看流程運(yùn)轉(zhuǎn)記錄。

圖2 操作票業(yè)務(wù)流程圖Fig．2 Process of operation order system

在上述各流程環(huán)節(jié)中系統(tǒng)提供了3種防誤校驗功能:

(1)使用圖形開票環(huán)節(jié)時，每在圖形對象上選定操作任務(wù)項后，系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)前電網(wǎng)圖形對象的狀態(tài)進(jìn)行全網(wǎng)拓?fù)浞治黾俺绷饔嬎?，按照系統(tǒng)事先配置的防誤規(guī)則進(jìn)行逐條校驗，若違背某一條防誤規(guī)則系統(tǒng)自動提示所造成的后果;

(2)在開票—正令任何環(huán)節(jié)，系統(tǒng)在圖形環(huán)境中提供了模擬預(yù)演控制功能，完成對已形成的操作票 (單張或多張)選擇加載到模擬預(yù)演控制器中，在預(yù)演的過程中，系統(tǒng)同樣進(jìn)行防誤規(guī)則逐條校驗;

(3)在正令環(huán)節(jié)，逐一進(jìn)行防誤校驗，對于違背防誤校驗規(guī)則的操作項，將校驗的結(jié)果填入正令分頁中的“防誤校驗結(jié)果”，供用戶查看。

2 倒閘操作票的推理機(jī)制

推理機(jī)是專家系統(tǒng)的核心部分。運(yùn)用知識庫中存放的知識，按照一定的推理策略，獲得求解問題的解答。推理過程是在問題求解空間中搜索一個滿足目標(biāo)狀態(tài)的途徑。操作票系統(tǒng)的基本推理方法有正向推理、逆向推理兩種［5］。

操作票專家系統(tǒng)中將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋷臁⒁?guī)則庫、術(shù)語轉(zhuǎn)換規(guī)則庫都做成外部數(shù)據(jù)庫的形式，推理機(jī)根據(jù)拓?fù)浞治龊瓦壿嬇袛嘟Y(jié)合上述數(shù)據(jù)庫信息生成具體的操作項，并根據(jù)術(shù)語轉(zhuǎn)換模塊將生成的操作項寫成規(guī)范的、符合現(xiàn)場習(xí)慣的操作術(shù)語。

2.1 推理的實現(xiàn)方法

推理是找出操作票涉及的電網(wǎng)設(shè)備從初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到目標(biāo)狀態(tài)的合理的、安全的方法和途徑。

在規(guī)則數(shù)據(jù)庫中，將設(shè)備的操作規(guī)則分成一次設(shè)備操作規(guī)則、二次設(shè)備操作規(guī)則兩個部分，因此相應(yīng)的推理也分成兩個層次:先推出一次設(shè)備的操作項，再把有規(guī)律的二次設(shè)備操作項 (包括檢查驗電等)插入到一次設(shè)備的操作序列中，形成整個操作票操作序列［6］。

2.2 一次設(shè)備的推理

由于采用邏輯表示一次設(shè)備操作規(guī)則，因而一次設(shè)備的推理轉(zhuǎn)化成基于邏輯控制的從初始狀態(tài) (當(dāng)前狀態(tài))到目標(biāo)狀態(tài)的狀態(tài)空間轉(zhuǎn)移。對于有子任務(wù)的情況，可以把每個子任務(wù)看作一個獨(dú)立的操作任務(wù)進(jìn)行推理，最后把各個子任務(wù)的推理結(jié)果按照子任務(wù)的順序排列起來就可以了。

一次設(shè)備的推理過程大致可以描述為:

(1)根據(jù)一次設(shè)備的任務(wù)目標(biāo)態(tài)Z1與當(dāng)前一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)Z0的比較，得到一次設(shè)備操作的設(shè)備空間ΔZ=Z1－Z0;

(2)按順序查找設(shè)備空間，并根據(jù)一次設(shè)備的操作規(guī)則進(jìn)行分析，然后產(chǎn)生相應(yīng)的符合防誤校驗的操作序列;

(3)將查找到的一次設(shè)備插入一次設(shè)備操作隊列，并將該設(shè)備從設(shè)備空間ΔS中移去，直至設(shè)備空間為空，否則重新推理;變電站推理機(jī)總體的推理流程圖如圖3所示。

圖3 一次設(shè)備的總體推理過程Fig．3 Overall reasoning process of primary equipment

本系統(tǒng)推理是在調(diào)度操作票的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析推理的。但系統(tǒng)很難僅通過讀取調(diào)度操作票操作序列就可以自動推理，故對于各操作項還需要人工在圖形環(huán)境下進(jìn)行點(diǎn)圖操作。

系統(tǒng)在推理之前先進(jìn)行拓?fù)浞治龃_定當(dāng)前各設(shè)備所處的狀態(tài)，具體設(shè)備根據(jù)其基本性質(zhì)并結(jié)合整體接線方式確定系統(tǒng)中設(shè)備在操作前所處的環(huán)境。前面已分析過，電力系統(tǒng)一次設(shè)備的倒閘操作就是4種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)點(diǎn)擊圖形操作基本任務(wù)時，系統(tǒng)提示當(dāng)前狀態(tài)，如當(dāng)前是運(yùn)行狀態(tài)，則設(shè)備能進(jìn)行的操作就只有熱備用、冷備用、檢修3個狀態(tài)可操作。確定操作任務(wù)后，系統(tǒng)提取相關(guān)的操作設(shè)備形成操作空間并通過拓?fù)浞治龅玫侥繕?biāo)態(tài)，然后根據(jù)一次設(shè)備的操作規(guī)則進(jìn)行防誤校驗，從操作空間中提出應(yīng)該操作的設(shè)備進(jìn)行操作，直至達(dá)到目標(biāo)態(tài)，推理出正確的操作票。最后對新生成的操作序列進(jìn)行術(shù)語的轉(zhuǎn)換，形成適合現(xiàn)場應(yīng)用的操作票。以主變由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修的倒閘操作為例，主變間隔如圖4所示。

圖4 單母線主變間隔Fig．4 Main transformer interval of single bus

系統(tǒng)首先判斷運(yùn)行中的可操作元件301斷路器、3011閘刀、3012閘刀的狀態(tài)，對操作設(shè)備進(jìn)行防誤校驗，并隨機(jī)形成設(shè)備的操作序列，如(1)斷開3011閘刀;(2)斷開301斷路器;(3)斷開3012閘刀。根據(jù)順序進(jìn)行五防校驗，第一步操作違反五防校驗中的防止帶負(fù)荷分、合刀閘;第二步操作通過防誤校驗，此時第二步在新的列表里排在第一步，在原先的設(shè)備空間列表里刪除;再對原先的列表里每一步操作依次進(jìn)行五防校驗，直到所有的操作都排在新的列表里，而此時新的列表中的操作就是主變運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修的倒閘操作順序。

2.3 二次設(shè)備的推理

本文將操作票中除一次設(shè)備外的其他設(shè)備的操作檢查項都?xì)w為二次操作中。因此，這里的二次操作主要包括檢查項、保護(hù)設(shè)備的操作。二次設(shè)備的自動插入主要分為兩類: (1)檢查項;(2)二次可操作設(shè)備。對于檢查項在一次或二次設(shè)備動作前后進(jìn)行檢查并插入到操作序列。二次可操作設(shè)備在其附屬的一次設(shè)備動作前后進(jìn)行搜索，并插入相應(yīng)序列。

對于檢查項，不能在所有動作發(fā)生前后都進(jìn)行檢查，這樣會造成很大的冗余。故檢查項的自動插入依據(jù)如下:拉合斷路器后檢查其分合狀態(tài);拉合隔離開關(guān)前檢查斷路器在拉開狀態(tài);將小車斷路器從運(yùn)行位置拉出或推入運(yùn)行位置前檢查其在分開狀態(tài);斷路器操作合環(huán)后、變壓器等設(shè)備并 (解)列后 (前)檢查負(fù)荷分配;母線充電后檢查母線電壓;恢復(fù)供電合閘前檢查待恢復(fù)供電范圍內(nèi)接地線、短路線已拆除;允許作為驗電依據(jù)的固定帶電顯示器檢查其顯示情況。

對二次可操作設(shè)備仍需分為兩種:有規(guī)律可循的二次操作和無規(guī)律可循的二次操作。有規(guī)律可循是指可以形成操作規(guī)則的規(guī)律。如:設(shè)備不允許無保護(hù)運(yùn)行;倒閘操作將影響某些保護(hù)的工作條件、工作原理，可能引起誤動時應(yīng)提前停用等。本文的二次設(shè)備自動推理部分是根據(jù)這些規(guī)則來進(jìn)行的，而無規(guī)則可循的二次可操作設(shè)備不進(jìn)行推理、不自動生成，由手動添加。在推理的最后要驗證此插入項是否在之前已經(jīng)插入過了，避免重復(fù)操作形成冗余。操作票中二次設(shè)備推理流程如圖5所示。

圖5 操作票中二次設(shè)備推理流程圖Fig．5 Reasoning process of secondary equipment

圖5是操作票二次設(shè)備自動推理的流程圖，由于并非所有二次操作項都有規(guī)律可循，所以在開票結(jié)束后，運(yùn)行開票人員必須檢查票面，確認(rèn)所有操作項都已經(jīng)在操作票中，如果沒有則手動插入即可。

3 操作票系統(tǒng)的實現(xiàn)

本文所設(shè)計的地區(qū)電調(diào)度集控智能防誤操作系統(tǒng)軟件是從直接控制操作和管理監(jiān)督兩個方面進(jìn)行需求分析，基于電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺來實現(xiàn)的［7，8］。系統(tǒng)采用的三層 C/S(client/server) 架構(gòu)模式如圖6所示。

圖6 三層C/S結(jié)構(gòu)圖Fig．6 Three-tier C/S structure

系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)主要由客戶應(yīng)用程序Client、服務(wù)器管理程序Server和中間件Middleware三個部分組成。C/S架構(gòu)模式是配對的點(diǎn)對點(diǎn)結(jié)構(gòu)模式，特別適用于電力系統(tǒng)這種局域網(wǎng)安全性比較好的網(wǎng)絡(luò)。

基于Windows2000/Windows XP的開發(fā)環(huán)境進(jìn)行電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺開發(fā)是一種方便靈活的方案。因此，本軟件的電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺選用基于Windows XP系統(tǒng)開發(fā)。包括以下開發(fā)環(huán)境和開發(fā)工具:(1)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)Windows XP; (2)Web服務(wù)器管理程序IIS; (3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Oracle;(4)瀏覽器IE;(5)以Delphi等作為開發(fā)工具。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)已成功應(yīng)用于寧夏中衛(wèi)地調(diào)，在實際運(yùn)行過程中電力調(diào)度運(yùn)行人員不僅在擬票和流程控制方面大大提高了工作效率，也使操作流程更為規(guī)范化，極大地減少了由于人為因素而造成的誤操作和不良操作，同時，各個流程環(huán)節(jié)中的全網(wǎng)校驗計算降低了誤操作的可能性，在電力系統(tǒng)調(diào)度操作或集控中心的防誤操作方面進(jìn)行了有益實踐。

系統(tǒng)著眼點(diǎn)就是平臺化，所以此平臺不僅局限于操作票系統(tǒng)，還可以在此平臺基礎(chǔ)上開發(fā)如繼保整定、運(yùn)行方式的等應(yīng)用軟件。這是符合目前智能調(diào)度發(fā)展需求的。

［1］曹志煌，甘勝良．湖南省電力公司電氣誤操作現(xiàn)狀及防范措施 ［J］．湖南電力，2002，22(2):45－47，61．

Cao Zhihuang，Gan Shengliang．Actuality and method for Anti-misoperation in power company of Hunan Province．Hunan Electric Power，2002，22(2):45 －47，61．

［2］Nagata T，Nakayama H，Utatani M，et al．A multi-agent approach to power system normal state operations，IEEE PES Summer Meeting Proceeding， USA， 2002:1582～1586．

［3］穆國強(qiáng)，魏賓，劉?，?，等．綜合性電網(wǎng)調(diào)度/集控操作防誤系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) ［J］．電力系統(tǒng)自動化，2007，31(23):42－45，73．

Mu Guoqiang，Wei Bin，Liu Hai，et al．Design and implementation of anti-misoperation system for power grid dispatch or integrated control center［J］．Automation of Electric Power Systems，2007，31(23):42 －45，73．

［4］周明，林靜懷，楊桂鐘，等．新型智能電網(wǎng)調(diào)度操作票自動生成與管理系統(tǒng) ［J］．電力系統(tǒng)自動化，2004，28(11):71－74．

Zhou Ming，Lin Jinghuai，Yang Guizhong，et al．Newtype intelligent dispatching operation order system ［J］．Automation of Electric Power Systems，2004，28(11):71－74．

［5］劉運(yùn)皓．推算操作票的原理和方法 ［J］．電力系統(tǒng)自動化，1996，20(7):19－23．

Liu Yunhao．Calculation of the operating sequence in switching operation by use of computer［J］．Automation of Electric Power Systems．1996，20(7):19 －23．

［6］楊繼濤，胡明，楊以涵，等．電網(wǎng)調(diào)度操作票專家系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā) ［J］．繼電器，2004，32(15):45－ 47，58．

Yang Jitao，Hu Ming，Yang Yihan，et al．Design and development of dispatching sheet expert system for power network ［J］． RELAY，2004，32 (15):45－47，58．

［7］徐俊杰，趙京虎，饒明軍，等．基于SCADA系統(tǒng)的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度操作票的設(shè)計 ［J］．電力系統(tǒng)自動化，2010，38(13):104－107，112．

Xu Junjie，Zhao Jinghu，Rao Mingjun，et al．Design of dispatching operation order system based on SACAD system for regional power networks［J］．Automation of E-lectric Power Systems， 2010， 38 (13):104 －107，112．

［8］郭創(chuàng)新，朱傳柏，曹一家，等．基于多智能體的全面防誤策略及智能操作票生成系統(tǒng) ［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2006，30(4):50－54．

Guo Chuangxin，Zhu Chuanbai，Cao Yijia，et al．An overall anti-maloperation strategy based on multi-agen system and implementation of intelligent switching order generation system ［J］．Power System Technology，2006，30(4):50－54．

Design and Implementation of Intelligent Anti-misoperation Integrated Operation Order System for Regional Power Grid

Jiang Xiankang，Ren Jianwen，Cui Yue
(School of Electrical and Electronic Engineering，North China Electric Power University，Baoding 071003，China)

The operation order system is an effective security measure to prevent misoperation in electric power system．According to the power system business platform and analyzed two aspects of demand from directly controlled over operations and management，an intelligent anti-misoperation operation order system is designed，while the idea of integrative is applied and the integrative management and control of the operation order system is developed．On the basis of this idea，the design of system structure and the intelligent reasoning mechanisms is highlighted，the integrative operation order system is realized．The system has been used in power dispatching centre of Zhongwei in Ningxia Province，practice has proved that operation order system is intelligent and effective．

regional power grid;integrative;operation order system;anti-misoperation

TM73

A

2010－11－15。

江賢康 (1987－)，男，碩士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)分析、運(yùn)行、控制，Email:jiangxiankang5303@yahoo．cn。

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