直流電源在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究

崔奇明，胡紹剛，梁凱，梁鞍，賈超

直流電源在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究

崔奇明，胡紹剛，梁凱，梁鞍，賈超

介紹了鞍山供電公司直流電源在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的升級(jí)，包括其基本結(jié)構(gòu)、應(yīng)用功能及直流屏、絕緣、蓄電池模塊等運(yùn)行狀態(tài)信息的采集與展現(xiàn)。在保證整體性能不改變的前提下，用特定的工業(yè)級(jí)通訊模塊及電源代替原系統(tǒng)的采集設(shè)備，大幅度節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)維成本。提出了在系統(tǒng)中采用專家系統(tǒng)技術(shù)或機(jī)制做輔助分析的思路,并探討了對(duì)直流電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估的工具和方法。初步應(yīng)用表明了系統(tǒng)對(duì)狀態(tài)檢修等支持的有效性。

直流電源；在線監(jiān)測(cè)；狀態(tài)檢修；專家系統(tǒng)

0 引言

直流電源設(shè)備是變電站非常重要的二次設(shè)備，其性能、質(zhì)量直接關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備安全[1]。過(guò)去，變電站直流電源設(shè)備的運(yùn)行管理工作主要依賴于變電站運(yùn)行維護(hù)人員的現(xiàn)場(chǎng)巡視，缺乏設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與管理功能。運(yùn)行維護(hù)人員不能及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障或呈劣化特征時(shí)難以及時(shí)采取相應(yīng)的措施、難以對(duì)其實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修。目前，國(guó)內(nèi)在直流電源設(shè)備方面有許多論述或規(guī)范[2-4],對(duì)直流電源設(shè)備的研制較為成熟，但配套的在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)并不多見(jiàn)，應(yīng)用有待深化。為此通過(guò)對(duì)公司原直流電源設(shè)備在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用研究及通過(guò)類仿真模式還原現(xiàn)場(chǎng)的工作狀態(tài)，探討專家系統(tǒng)等技術(shù)在直流電源在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)原直流電源設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的升級(jí)、加強(qiáng)直流電源設(shè)備的日常維護(hù)和遠(yuǎn)程監(jiān)管、為其狀態(tài)檢修提供更好的支撐平臺(tái)。

1 基本架構(gòu)

直流設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)在物理上采用分布式部署，通過(guò)采集服務(wù)器將各變電站直流電源設(shè)備如直流屏/絕緣監(jiān)測(cè)/蓄電池模塊等的各種信息集中配置/采集與統(tǒng)一管理，利用公司現(xiàn)有內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)及RS485/RS232→RJ45通訊模塊轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)管理機(jī)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集，并對(duì)直流設(shè)備實(shí)現(xiàn)全程監(jiān)視。系統(tǒng)使用WEB發(fā)布的形式，為相關(guān)人員提供數(shù)據(jù)的展現(xiàn)、分析等功能。

系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集及業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用兩大模塊。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集主要為整個(gè)直流電源設(shè)備在線監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要負(fù)責(zé)與終端采集設(shè)備進(jìn)行通信，如采集直流屏、蓄電池組、絕緣監(jiān)測(cè)、充電模塊的信息等，系統(tǒng)的變電站內(nèi)架構(gòu)示意圖如圖1所示：

圖1 變電站內(nèi)系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用主要依托所采集的數(shù)據(jù)，顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)指標(biāo)情況，如預(yù)警信息提示、報(bào)警業(yè)務(wù)處理流程及歷史數(shù)據(jù)查詢分析等，為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供信息支撐。

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息采集儀采用特定的工業(yè)級(jí)通訊模塊C2000 N2A1及電源作為嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理平臺(tái)。通過(guò)以太網(wǎng)及串口（RS485/422）采集模塊集中采集直流電源設(shè)備數(shù)據(jù)，再通過(guò)透明轉(zhuǎn)發(fā)模塊，對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行過(guò)濾后統(tǒng)一上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器上進(jìn)行協(xié)議解釋，實(shí)現(xiàn)變電站現(xiàn)場(chǎng)信息遠(yuǎn)程管理。圖1中的管理機(jī)可以是具有數(shù)據(jù)管理功能的設(shè)備或本身就是計(jì)算機(jī)。

2 基本功能

系統(tǒng)包括了角色設(shè)置、設(shè)備分類、功能模塊等。其中角色設(shè)置包括：系統(tǒng)管理員、機(jī)關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、變電站領(lǐng)導(dǎo)、變電站業(yè)務(wù)人員等。設(shè)備分類包括：直流屏、電池組、絕緣監(jiān)測(cè)等。

功能模塊包括如下；

（1）直流屏、蓄電池組、絕緣監(jiān)測(cè)信息的增加、刪除、修改、查詢。絕緣監(jiān)測(cè)信息查詢?nèi)鐖D2所示：

圖2 絕緣監(jiān)測(cè)信息查詢

電池組信息查詢?nèi)鐖D3所示：

圖3 蓄電池組信息查詢

直流屏信息查詢?nèi)鐖D4所示：

圖4 直流屏信息查詢

直流屏儀表模擬如圖5所示：

圖 5直流屏儀表模擬顯示圖

（2）查詢包括：直流屏、蓄電池組、絕緣監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)預(yù)警信息查詢、實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)查詢、歷史預(yù)警信息查詢、歷史預(yù)警曲線展現(xiàn)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表（按年、月、周）等；

（3）變電站信息（IP地址，通訊協(xié)議， 規(guī)約）的增加、刪除、修改、查詢。預(yù)警信息誤報(bào)手動(dòng)消缺，嚴(yán)重預(yù)警信息流程處理（通知業(yè)務(wù)人員、填寫處理記錄、存檔備案），報(bào)警信息手機(jī)短信提醒，內(nèi)阻測(cè)試、靜態(tài)放電、充放電記錄查詢分析等如圖6所示：

圖 6 選擇分析對(duì)象

3 系統(tǒng)平臺(tái)特點(diǎn)

原信息采集及轉(zhuǎn)換模塊采用EII-B設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中需要進(jìn)行多次通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換；設(shè)備端口較多（在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中一般不需要如此多的接口）且價(jià)格昂貴（每臺(tái)約20000元），如幾十或上百個(gè)變電站使用此設(shè)備則將造成極大的成本浪費(fèi)。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況的研究與實(shí)驗(yàn)，在設(shè)備選型上我們做了很大的改進(jìn)，即選擇特定的工業(yè)級(jí)通訊模塊C2000 N2A1及電源模塊接入已有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，在節(jié)省重新布線等投資的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了信息采集設(shè)備的遠(yuǎn)程通訊和管理。C2000 N2A1是一種穩(wěn)定可靠的高性能工業(yè)級(jí)串口設(shè)備聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，它提供RS485/422到TCP/IP網(wǎng)絡(luò)和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)到RS485/422的數(shù)據(jù)透明傳輸。此通訊模塊可以是單一接口或多接口，單接口+電源價(jià)格每臺(tái)約在3000元左右，在保證整體性能不改變的前提下，在成本上較以往有了較大的改善。

系統(tǒng)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，其穩(wěn)定性及安全性更加可靠。Web查詢采用主流的MVC模式，當(dāng)功能及要求發(fā)生變更時(shí)，以最小的變動(dòng)，更快的時(shí)效來(lái)滿足客戶。在保持原系統(tǒng)數(shù)據(jù)及圖表展現(xiàn)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)系統(tǒng)采用組態(tài)的模式進(jìn)行展現(xiàn)，對(duì)于直流屏/絕緣監(jiān)測(cè)/蓄電池組等還原現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的立體展示，這更加注重人性化，所見(jiàn)即所得。如將直流屏中顯示的實(shí)時(shí)電源相關(guān)信息采集到系統(tǒng)中，并展現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上，即通過(guò)類仿真模式還原了直流屏工作現(xiàn)場(chǎng)的信息，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維檢修人員直觀的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

4 基于專家系統(tǒng)分析的應(yīng)用研究

通過(guò)對(duì)多個(gè)變電站直流電源設(shè)備的預(yù)警（或故障）信息的采集、積累與整理分類而給出直流電源設(shè)備預(yù)警（或故障）基本分析模型或判定范圍如表1所示：

表1 部分預(yù)警信息表

以此為狀態(tài)檢修提供輔助參考。其基本分析可由運(yùn)維人員直接人工做出判斷，也可依此實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)做出輔助分析并給出建議。

4.1 研制聯(lián)機(jī)或嵌入式專家系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)報(bào)警與分析。

此種類型的應(yīng)用可研究專家系統(tǒng)工具PRO/3 [5-6]來(lái)實(shí)現(xiàn)。PRO/3包含有由事實(shí)、邏輯規(guī)則（Prolog類型推理）等組成的知識(shí)模型。這些模型可用于進(jìn)行事實(shí)集合上的統(tǒng)計(jì)和其它運(yùn)算，也可以對(duì)帶有置信度因子、概率和模糊集的非精確規(guī)則進(jìn)行推理。可建立直流電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù)及分析模型，將實(shí)現(xiàn)的專家系統(tǒng)聯(lián)機(jī)或嵌入到直流電源在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中。通過(guò)PRO/3與狀態(tài)信息數(shù)據(jù)庫(kù)如MYSQL或SQL SERVER聯(lián)接，利用PRO/3的產(chǎn)生式系統(tǒng)的特點(diǎn)而給出直流電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估。

4.2 研制離線專家系統(tǒng)用于常態(tài)分析及員工培訓(xùn)。

此種類型的應(yīng)用可研究專家系統(tǒng)工具ESTA[7]來(lái)實(shí)現(xiàn)。ESTA適用于確定性推理，知識(shí)庫(kù)由一些節(jié)、參量及規(guī)則組成，它能夠搜索向前鏈接與/或向后鏈接的（文本符號(hào)）狀態(tài)空間。

如對(duì)表1中監(jiān)控對(duì)象控母電壓可形成如下兩個(gè)基本規(guī)則：

如果 控母電壓大于242V 則可能發(fā)生設(shè)備損壞、造成保護(hù)裝置拒動(dòng)、誤動(dòng),建議對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整、監(jiān)控裝置設(shè)置調(diào)整。

如果 控母電壓小于200V 則可能發(fā)生保護(hù)裝置不工作、保護(hù)拒動(dòng)。建議對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整、監(jiān)控裝置設(shè)置調(diào)整。

利用ESTA可形成一個(gè)專家系統(tǒng)原型，在其中對(duì)上述所形成的規(guī)則實(shí)現(xiàn)如下：

Section start : '開(kāi)始節(jié) '

if itemofselect ='zlp' do zlp

if itemofselect ='xdc' do xdc

if itemofselect ='jy' do jy

……...

section zlp : '直流屏'

advice '直流屏'

if kmdy242 do kmdy242_process

if kmdy200 do kmdy200_process

……...

section xdc : '蓄電池'

advice '蓄電池'

……...

section jy : '絕緣'

advice '絕緣'

……...

Section kmdy242_process : '處理監(jiān)測(cè)對(duì)象 '

advice '建議對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整、監(jiān)控裝置設(shè)置調(diào)整'

Section kmdy200_process : '處理監(jiān)測(cè)對(duì)象 '

advice '建議對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整、監(jiān)控裝置設(shè)置調(diào)整'

parameter itemofselect : '選擇監(jiān)測(cè)對(duì)象'

type category

explanation ' '

options

zlp - '直流屏',

xdc - '蓄電池',

jy - '絕緣'.

question '請(qǐng)選監(jiān)測(cè)對(duì)象'

picture ' '

parameter kmdy242 : ' '

type boolean

explanation ' '

rules

true if kmdy242_ask,

false if not kmdy242_ask,

true.

parameter kmdy242_ask : ' '

type boolean

explanation '如控母電壓大于242V：

1）則可能發(fā)生設(shè)備損壞；

2）造成保護(hù)裝置拒動(dòng)；

3）誤動(dòng)。'

question '控母電壓大于242V嗎? '

parameter kmdy200 : ' '

type boolean

explanation ' '

rules

true if kmdy200_ask,

false if not kmdy200_ask,

true.

parameter kmdy200_ask : ' '

type boolean

explanation '如控母電壓小于200V：

1）則可能發(fā)生保護(hù)裝置不工作；

2）保護(hù)拒動(dòng)。'

question '控母電壓小于200V嗎? '

圖6是選擇分析對(duì)象提示，分析過(guò)程中的一個(gè)提問(wèn)如圖7所示：

圖7 給出一個(gè)提問(wèn)

分析后的建議如圖8所示：

圖8 給出建議

使用基于ESTA的專家系統(tǒng)可對(duì)直流電源設(shè)備中的相關(guān)運(yùn)行信息作出解釋以幫助新員工更快地提高技術(shù)水平。并且在對(duì)設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行分析時(shí)，可對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行預(yù)處理，如分類、歸并等。預(yù)處理后的信息可做為一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的訓(xùn)練或預(yù)測(cè)輸入，這樣可提高人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練或預(yù)測(cè)的有效性。

5 總結(jié)

通過(guò)對(duì)公園變電站的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，直流電源在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)平臺(tái)已經(jīng)初步構(gòu)建完成并進(jìn)行應(yīng)用。今后對(duì)各變電站的推廣，只需通過(guò)增加各現(xiàn)場(chǎng)硬件平臺(tái)及對(duì)直流電源設(shè)備的各種信息進(jìn)行集中采集和統(tǒng)一管理即可。現(xiàn)場(chǎng)硬件平臺(tái)采用透明轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，無(wú)需或很少需要現(xiàn)場(chǎng)編寫程序和調(diào)試設(shè)備通訊，減少了維護(hù)人員在現(xiàn)場(chǎng)的大量工作，有效降低了系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本。采用特定的工業(yè)級(jí)通訊模塊及電源作為嵌入式系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理平臺(tái)，當(dāng)系統(tǒng)所涉及的變電站多到幾十或上百時(shí)，其節(jié)約的設(shè)備投資非常明顯。

對(duì)于直流屏/絕緣監(jiān)測(cè)/蓄電池組等設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的立體展示，更加注重了人性化。系統(tǒng)利用現(xiàn)有的通訊網(wǎng)絡(luò)能夠更加及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)直流電源設(shè)備，使檢修人員在足不出戶的情況下就可通過(guò)該系統(tǒng)傳來(lái)的信息對(duì)設(shè)備的狀況作出正確的判斷，并使得其設(shè)備的狀態(tài)檢修工作更有針對(duì)性。對(duì)基于專家系統(tǒng)技術(shù)或機(jī)制的直流電源在線監(jiān)測(cè)與管理做了應(yīng)用研究，給出了一些應(yīng)用模式與思路，探討了直流電源系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析新的管理手段和方法。

進(jìn)一步的工作包括積累數(shù)據(jù)、建立并完善告警預(yù)測(cè)模型，深化專家系統(tǒng)等技術(shù)在直流電源在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用以加強(qiáng)對(duì)直流電源設(shè)備的狀態(tài)檢修與管理及培訓(xùn)相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員等。

[1]任克英,王偉,孫偉紅.直流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在無(wú)人值班站的應(yīng)用[J].電工技術(shù),2011,(1):5,29．

[2]王洪,張廣輝,梁志強(qiáng),冉建國(guó).電力直流電源系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化管理及狀態(tài)檢修[J].電網(wǎng)技術(shù),2010,34(2):185-189.

[3]國(guó)家電網(wǎng)公司.直流電源系統(tǒng)管理規(guī)范[M].北京:中國(guó)電力出版社,2006:1-111.

[4]徐海明,王全勝.變電站直流電源設(shè)備使用與維護(hù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007:1-201．

[5]Jens Hintze Holm: Pro/3 - A Production System-type Expert System Shell [M].Visual Prolog Application & Language Conference 2006.

[6]Qiming Cui,Shaogang Hu et al: Improvement of the Expert System Shell Pro/3 Sentence Input Function and Exploration of Batch Computers Security Assessment [M].AMEE 2013.

[7]崔奇明.專家系統(tǒng)外殼ESTA的漢化研究及應(yīng)用[J].微型電腦應(yīng)用,2005,21(10):23-26．

Application Research of the DC Power Supply Online Monitoring Management System

Cui Qiming, Hu Shaogang, Liang Kai, Liang An, Jia Chao
(Anshan Power Supply Company, Anshan 114001, China)

The paper introduces the upgrade of DC power supply online monitoring system of Anshan power supply company, including its basic structure, application features and operating condition information acquisition and display of the DC panel, insulation and battery module. On the premise of guaranteeing the information acquisition overall performance invariable, instead of the original information acquisition equipment, using of the particular industrial communication module and power greatly saves the cost of system construction and operations. The thinking of using an expert system technology or mechanism is put forward to do the aided analysis in the system, and it discusses some tools and methods for assessing the operating condition of DC power supply equipment. The preliminary application shows that the effectiveness of the system’s support to the condition based maintenance.

DC Power Supply; Online Monitoring; Condition Based Maintenance; Expert System

TP311

A

2014.11.27）

1007-757X(2015)04-0048-04

崔奇明（1959-）男，國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，研究方向：專家系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)等，鞍山，114001

胡紹剛（1960-）男，國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向：電力系統(tǒng)及保護(hù)自動(dòng)化等，鞍山，114001

梁 凱（1975-）男，國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，高級(jí)工程師，工程碩士，研究方向：保護(hù)自動(dòng)化等，鞍山，114001

梁 鞍（1964-）男，國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，技師，研究方向：電力系統(tǒng)等，鞍山，114001

賈 超（1983-）男，國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，保護(hù)自動(dòng)化所員工，技術(shù)員，學(xué)士，電力系統(tǒng)等，鞍山，114001