任沖,牛拴保，柯賢波，王彬，王智偉，程林

(1.國家電網(wǎng)有限公司西北分部，西安 710048； 2.清華大學(xué) 電機工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京 100084)

0 引 言

近年來，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)逐漸增強，裝機容量快速增加。設(shè)備啟動方案的編寫和審核作為一類具有特殊性質(zhì)的工作，長期以來，啟動方案的編制都是完全依靠人工書寫的方式，工作量很大，缺少防誤措施，且無法充分利用調(diào)度自動化系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)[1-3]。通過人工編寫新設(shè)備投運方案要求參與編制的工作人員需具備豐富又扎實的專業(yè)知識，熟練掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)及方式、各廠站的基本結(jié)構(gòu)以及電力工程建設(shè)的各項有關(guān)規(guī)定等，對人員專業(yè)素養(yǎng)要求極高。所形成的方案編制準(zhǔn)則以及所構(gòu)建的知識體系是依靠編制人員長期摸索而形成的，若不能對其進(jìn)行完整記錄，則會隨著人員的流失而損失[4]。此外，對于每一個新編制的新設(shè)備投運方案需要經(jīng)過多方的審核會簽，如果不能對整個投運方案進(jìn)行直觀地模擬演示，則增加了審核人員的理解難度，無法全面考慮到可能存在的安全隱患，增加了投運的風(fēng)險[5]。因此，如何提升新設(shè)備投運方案的智能化、規(guī)范化水準(zhǔn)對于提升駕馭復(fù)雜電網(wǎng)的能力具有重要意義[6-7]。

國內(nèi)外研究學(xué)者對智能化設(shè)備管理方案展開了大量的研究工作。文獻(xiàn)[8]通過數(shù)學(xué)分析方法，基于享元模式思想、預(yù)定義及自定義算法、常用參量與實測參數(shù)校核方法提出了一種電力系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)校核方案，在實際應(yīng)用中顯著提升了設(shè)備參數(shù)的智能化管理水平；文獻(xiàn)[9]提出一種基于無線射頻識別電子標(biāo)簽技術(shù)的設(shè)備管理方法，以非接觸式信息讀取方式對電力設(shè)備進(jìn)行全壽命周期監(jiān)控，同時實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的自動記錄，有效提升了電力設(shè)備全壽命周期管理的智能化水平;文獻(xiàn)[10]應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對電力設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過物聯(lián)網(wǎng)掌握電力設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)了電氣設(shè)備的全壽命周期管理，為電力設(shè)備運行客戶提供全方位的技術(shù)服務(wù)；文獻(xiàn)[11] 在電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中加入了可視化技術(shù)，提出了具有數(shù)據(jù)圖形化、信息層次化、信息集成化、信息智能化功能的電力系統(tǒng)可視化系統(tǒng)展示方法，能夠更加簡潔、直觀地對目前系統(tǒng)的運行狀態(tài)進(jìn)行展示;文獻(xiàn)[12]提出了一種基于多智能體和專家系統(tǒng)的電網(wǎng)智能報警系統(tǒng)，采用決策樹理論和粗糙集理論對電網(wǎng)報警信息處理的準(zhǔn)則進(jìn)行學(xué)習(xí)挖掘，并以這些準(zhǔn)則為知識庫構(gòu)建報警信息處理專家系統(tǒng)，實驗結(jié)果證明該系統(tǒng)在報警處理時的高效快速性；文獻(xiàn)[13]提出了一種全面的基于多智能體技術(shù)的防誤策略，并基于模糊認(rèn)知圖的智能體推理模型研究出一種實時操作票生成專家系統(tǒng)，實際應(yīng)用效果證明了該系統(tǒng)在保證可靠性、可維護性及人機界面友好的前提下，還具有智能性、通用性等要求。

基于上述研究工作，考慮到新設(shè)備啟動方案編制涉及的元件范圍廣，約束條件多，操作過程復(fù)雜，因而需要充分利用現(xiàn)有電力系統(tǒng)智能操作平臺，對新設(shè)備啟動方案進(jìn)行風(fēng)險管控。為此，建立了基于D5000智能調(diào)度平臺的電網(wǎng)新設(shè)備啟動方案的智能編制系統(tǒng)，通過分析新設(shè)備投運的主要操作類型以及啟動方案的基本特性，進(jìn)而對新設(shè)備投運的編制、審核流程以及投運與校核功能進(jìn)行設(shè)計，并測試系統(tǒng)的功能效果。

1 新設(shè)備投運的相關(guān)特性分析

1.1 投運操作類型

如圖1所示，為新設(shè)備投運的基本操作。按照操作規(guī)程對新設(shè)備的投運操作類型進(jìn)行分類，主要分為常規(guī)操作和特殊操作。常規(guī)操作通常指的是，開關(guān)、刀閘等設(shè)備的正常拉合操作[14]；特殊操作的覆蓋面比較廣，指的是無法遵循“五防”原則執(zhí)行的操作，需根據(jù)實際情況進(jìn)行判定，主要包括：充電、定相、核相、保護相量檢查、繼電保護操作等。

圖1 新設(shè)備投運的基本操作Fig.1 Basic operation of new equipment operation

對于常見特殊操作進(jìn)行說明：充電是對即將投運的電網(wǎng)新設(shè)備進(jìn)行3～5次的充電安全性實驗，其中，開關(guān)、刀閘等設(shè)備需進(jìn)行3次沖擊合閘試驗，變壓器需進(jìn)行5次沖擊合閘試驗[15]。由于對新設(shè)備進(jìn)行充電時需要對相關(guān)斷路器、隔離開關(guān)進(jìn)行分合閘操作，因此，要配備相關(guān)的設(shè)備保護及后備保護，確保新投運設(shè)備及已投運設(shè)備的安全性。新投運設(shè)備的定核相是確保新設(shè)備在投入電網(wǎng)運行前，啟動區(qū)域內(nèi)一次及二次設(shè)備的相位一致，如：對新建廠站需進(jìn)行定相操作，對原有廠站下進(jìn)行核相操作。保護相量檢查是對新投運的設(shè)備或是需要對二次接線進(jìn)行修改的繼電保護設(shè)備接負(fù)荷做保護向量的檢測，如果所接負(fù)荷沒有達(dá)到檢測的預(yù)期，則對系統(tǒng)的運行方式做出一定的調(diào)整，增大啟動區(qū)域中的負(fù)荷大小[16]。繼保安全性措施是為了保證在新設(shè)備投運過程中整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，基于電網(wǎng)實時運行狀態(tài)配置相應(yīng)的繼保措施，通過修改保護的運行方式或是保護定值，以確保投運能夠順利進(jìn)行。

1.2 啟動方案特性

基于長期以來的新設(shè)備啟動經(jīng)驗，可知啟動方案的基本特性如下：

(1)按照操作流程依次執(zhí)行：在新設(shè)備投入電網(wǎng)的過程中，大量的一、二次設(shè)備均需進(jìn)行相應(yīng)的操作來配合新設(shè)備投運，因此，每一個操作環(huán)節(jié)都必須要按照操作流程依次執(zhí)行，確保新投運設(shè)備的安全性和可靠性;

(2)投運方案的復(fù)雜性和投運任務(wù)的多樣性：新設(shè)備啟動方案需要綜合考慮多方面的影響因素，充分了解投運可能涉及的各方面信息，主要包括：投運前的準(zhǔn)備工作、確認(rèn)設(shè)備的啟動范圍、明確設(shè)備調(diào)度權(quán)限、操作的動態(tài)修改和更新功能的完善等。對于需要編寫新設(shè)備啟動方案的電氣設(shè)備來說，主要包括：廠站、母線、變壓器、線路、開關(guān)以及刀閘等[17];

(3)投運方案簽發(fā)的流轉(zhuǎn)性：首先，由調(diào)控中心對新設(shè)備的啟動方案進(jìn)行編制，要求所編寫的新設(shè)備啟動方案具有較強的邏輯性和可讀性；接著，將所編制的啟動方案送至調(diào)度、計劃、保護部門進(jìn)行審核，若審核通過，則確立為作為最終版的啟動方案來指導(dǎo)新設(shè)備投運；若審核不通過，則對啟動方案進(jìn)行重新編寫。

2 新設(shè)備啟動方案智能編制系統(tǒng)的建立

2.1 系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)

圖2為電網(wǎng)新設(shè)備啟動方案智能編制系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)圖。基于D5000平臺，建立電網(wǎng)新設(shè)備啟動方案智能編制系統(tǒng)，系統(tǒng)通過D5000平臺獲取電網(wǎng)運行方式及狀態(tài)、各電氣參量的實時數(shù)據(jù)等信息，將生成的啟動方案通過瀏覽器的形式傳輸至相關(guān)的方式部門和審核部門，并以D5000圖模同步解析的方式對啟動方案的動態(tài)情況進(jìn)行展示。

圖2 系統(tǒng)的總體框架結(jié)構(gòu)Fig.2 Overall framework of the system

2.2 系統(tǒng)模型的建立

多智能體系統(tǒng)具備分散控制、應(yīng)急、并行處理等功能，通過建立通信、協(xié)調(diào)機制將多個智能體有效組合起來，有效減少了軟硬件的消耗，提升了工程實踐中各類問題的處理速率，因而在工程領(lǐng)域受到廣泛地應(yīng)用[18]?；诙嘀悄艿碾娋W(wǎng)新設(shè)備啟動方案智能編制模型，其主要包括人機交互智能體、數(shù)據(jù)采集智能體、拓?fù)浞治鲋悄荏w、模擬投運智能體、安全校對智能體、方案編排智能體以及動態(tài)演示智能體幾個重要的智能體模塊。

人機交互智能體作為電網(wǎng)新設(shè)備啟動方案編制系統(tǒng)的重要部件，能夠滿足用戶與系統(tǒng)進(jìn)行交互通信的功能，使得用戶能夠在滿足系統(tǒng)規(guī)則約束的前提下，能夠自由操作。數(shù)據(jù)采集智能體通過實時采集電網(wǎng)的網(wǎng)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電壓/電流參量等數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)實時傳輸至系統(tǒng)后臺，并保存至斷面數(shù)據(jù)庫中，確保新設(shè)備投運狀態(tài)的實時性。數(shù)據(jù)采集智能體對新設(shè)備啟動范圍內(nèi)的各電氣參量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸并存儲后，通過拓?fù)浞治鲋悄荏w基于廣度與深度優(yōu)先的混合搜索策略對這些數(shù)據(jù)做拓?fù)浞治?。拓?fù)浞治鲋饕ㄕ緝?nèi)拓?fù)浞治?，如：開關(guān)、刀閘、母線、線路等，以及站間拓?fù)浞治?，如：線路與變壓器拓?fù)涔?jié)點的分析。模擬投運智能體在實現(xiàn)上述三種智能體的基本功能之后，在遵循新設(shè)備投運相關(guān)章程的前提下，操作人員通過模擬平臺上，模擬實現(xiàn)各開關(guān)和刀閘的開合以及繼保設(shè)備的投退等操作。模擬投運智能體對設(shè)備投運相關(guān)操作的整個執(zhí)行流程進(jìn)行記錄，生成相應(yīng)的操作流程清單；安全校對智能體根據(jù)安全校對數(shù)據(jù)庫的規(guī)則，對新設(shè)備投運模擬過程的每一個操作步驟進(jìn)行校對。若校對合格，則將該操作步驟寫入新設(shè)備投運方案中；若校對不合格，則對該操作步驟的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行修正后重新進(jìn)行校對。方案編排智能體在安全校對智能體完成對新設(shè)備投運操作步驟的校對工作后，方案編排智能體將這些操作步驟與工程基本信息、新設(shè)備基本參量、啟動區(qū)域、啟動時間等內(nèi)容一同進(jìn)行編排，形成完整的新設(shè)備投運方案，并存儲至數(shù)據(jù)庫中。動態(tài)演示智能體將方案編排智能體形成的完整的新設(shè)備投運方案以音頻或是視頻等方式對用戶進(jìn)行展示，能夠更加直觀清晰地了解每個操作步驟的詳細(xì)內(nèi)容，有利于用戶對整個流程的了解與掌握，也便于發(fā)現(xiàn)問題。

3 系統(tǒng)軟件功能的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 編制與審核流程功能實現(xiàn)

新設(shè)備啟動方案智能編制系統(tǒng)以D5000平臺為基礎(chǔ)，采用B/S模式在Visual Studio平臺上運用VC#語言進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。如圖3所示，為系統(tǒng)的B/S模式結(jié)構(gòu)圖，其主要包括客戶機、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三大部分。B/S應(yīng)用程序支持廣域網(wǎng)內(nèi)各不同地域的不同用戶通過瀏覽器訪問相關(guān)數(shù)據(jù)，同時通過管理服務(wù)器來實現(xiàn)系統(tǒng)的日常運維，有效地減少了運維成本[19]。

圖3 B/S模式結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of B/S mode

如圖4所示，為調(diào)控部門進(jìn)行新設(shè)備啟動方案編制操作的流程圖。工作人員通過瀏覽器的訪問、操作權(quán)限驗證后，對啟動方案進(jìn)行編寫，最后將啟動方案通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸至有關(guān)部門進(jìn)行審核。

圖4 啟動方案的編制流程Fig.4 Compilation flow chart of start-up scheme

圖5為新設(shè)備啟動方案審核流程圖。審核人員通過瀏覽器登陸，并通過權(quán)限驗證后，能夠以視頻或是音頻的方式對收到的啟動方案進(jìn)行閱覽。若無任何問題，則生成最終的投運方案并打??；若存在需要修改的地方，可直接通過互聯(lián)網(wǎng)將方案退回，并待修正后進(jìn)行重新審核。該審核流程充分運用網(wǎng)絡(luò)的便捷性，提升了工作速率。

圖5 啟動方案的審核流程Fig.5 Approval flow chart of startup scheme

3.2 智能編制系統(tǒng)設(shè)備投運與校核功能實現(xiàn)

由于需投運新設(shè)備的種類屬性各異，所涉及操作的邏輯、時間以及目的也各不相同，增加了投運操作的復(fù)雜性。為此，采用分層控制方案對新設(shè)備投運與校核功能進(jìn)行研究。

基于在實際工程中遇到的新設(shè)備投運經(jīng)驗，將新設(shè)備投運應(yīng)遵循的邏輯規(guī)則分為宏觀性規(guī)則和微觀性規(guī)則兩種[20]。對于宏觀性規(guī)則，是站在全局的角度上對各項操作步驟的順序進(jìn)行大體地規(guī)劃；而微觀性規(guī)則，則從較細(xì)致的層面，對具體設(shè)備的具體操作進(jìn)行詳細(xì)的說明，如：設(shè)備投運前的準(zhǔn)備工作、充電、定相與核相、繼保設(shè)備的投入等。其中，對于微觀性規(guī)則，如本文1.1小節(jié)所述，根據(jù)投運設(shè)備操作類型的不同進(jìn)行分類，又細(xì)分為常規(guī)操作和特殊操作。由此來看，宏觀性規(guī)則下涵蓋了不同的微觀性規(guī)則，對于不同的操作規(guī)則都是有一定的適用范圍約束的，需根據(jù)電網(wǎng)實際運行工況進(jìn)行設(shè)定。以宏觀性規(guī)則為基準(zhǔn)確定新設(shè)備投運方案的主要操作步驟，對微觀性規(guī)則展開詳細(xì)說明：

(1)投運前的方式準(zhǔn)備。

在將新設(shè)備投入電網(wǎng)運行前，需要先進(jìn)行投運前的方式準(zhǔn)備，包括將母線由運行狀態(tài)轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài)、關(guān)聯(lián)繼電保護設(shè)備的投退、保護定值的修改等。不管新投運設(shè)備的類型是什么，只要與母線接線方式有關(guān)，都需要將其中一條母線倒空，以保證其處于熱備用狀態(tài)，便于執(zhí)行試驗或是充電等操作。這樣能夠降低由于突發(fā)故障造成對電網(wǎng)的沖擊。對于改變母線運行方式以及其他常規(guī)倒閘操作，根據(jù)“五防”規(guī)則來進(jìn)行相應(yīng)操作即可；若是待充電的新設(shè)備，則選擇基于“解五防”規(guī)則進(jìn)行操作。

(2)修改臨時保護定值。

在新設(shè)備投運過程中會出現(xiàn)特殊的操作工況，如在新設(shè)備充電時要避免保護誤動，若不對相應(yīng)的保護進(jìn)行更改，則無法完成后續(xù)工作。修改臨時保護定值，一方面能夠為投運啟動區(qū)域內(nèi)的關(guān)聯(lián)設(shè)備提供后備保護，將故障的發(fā)生概率和區(qū)域限制在最?。涣硪环矫婺軌虼_保一些特殊投運操作的順利執(zhí)行。由于不同的操作內(nèi)容所需要設(shè)定的臨時保護定值各異，因此，臨時保護定值的修改要根據(jù)具體操作內(nèi)容來制定不同的準(zhǔn)則，是基于“拓展五防”規(guī)則展開的。

(3)新投運設(shè)備的充電。

對于即將投運的電網(wǎng)新設(shè)備需做三到五次的充電安全性實驗，在充電過程中，既有需要遵守“五防”規(guī)則的工況，又存在需要遵守“拓展五防”規(guī)則的工況。其中，“拓展五防”規(guī)則包括了新設(shè)備充電時要有后備臨時保護，如：新設(shè)備的發(fā)電側(cè)三個開關(guān)的范圍內(nèi)需要有后備臨時保護。此外，還需要確保不會發(fā)生保護誤動，如：從對側(cè)線路對本側(cè)新設(shè)備進(jìn)行充電過程中，要確保本側(cè)母線保護已裝有該新設(shè)備的電流互感器。

(4)新設(shè)備投運的定核相。

新設(shè)備投運的定核相工作主要是基于“拓展五防”規(guī)則對母線以及線路互感器展開的，如：對各個不同的電源進(jìn)行核相操作校對時，需要有明顯的斷開點進(jìn)行直觀地判斷。

(5)保護向量的檢測。

對于新投運的設(shè)備或是需要對二次接線進(jìn)行修改的繼電保護設(shè)備等，都需要接負(fù)荷做保護向量的檢測。如果所接負(fù)荷沒有達(dá)到檢測的預(yù)期，則對系統(tǒng)的運行方式做出一定的調(diào)整，增大啟動區(qū)域中的負(fù)荷大小。

(6)恢復(fù)后備保護初始設(shè)置。

在投運結(jié)束前，基于“拓展五防”規(guī)則對臨時后備保護進(jìn)行還原，將其還原為原設(shè)定值。

(7)恢復(fù)系統(tǒng)原運行方式。

如前所述，當(dāng)新設(shè)備投運啟動范圍內(nèi)需要對關(guān)聯(lián)母線進(jìn)行操作的，需要確保新投運電氣設(shè)備和原有電力系統(tǒng)的安全運行，因而要對其中一條母線進(jìn)行倒空操作。由于母線倒空操作屬于常見的倒閘操作，基于“五防”準(zhǔn)則執(zhí)行即可。當(dāng)新設(shè)備投運過程結(jié)束后，要及時恢復(fù)電力系統(tǒng)原有的運行方式，即需要將被倒空的母線恢復(fù)至正常運行狀態(tài)。。

綜上所述，對于新設(shè)備投運過程中需遵循的“五防”規(guī)則和“解五防”規(guī)則屬于常規(guī)操作規(guī)則，可直接應(yīng)用，而對于“拓展五防”規(guī)則，則需要根據(jù)不斷變化的電網(wǎng)拓?fù)洹⒃O(shè)備類型、設(shè)備屬性等參量對規(guī)則庫進(jìn)行不斷地更新。

4 系統(tǒng)功能的測試

(1)確認(rèn)操作區(qū)域。

用戶應(yīng)用電網(wǎng)新設(shè)備啟動方案智能編制系統(tǒng)進(jìn)行新設(shè)備啟動方案的編制前，需要確認(rèn)待投運的設(shè)備以及對應(yīng)的電網(wǎng)啟動范圍，找到需要操作的廠站。圖6為廠站的詳細(xì)接線圖。

圖6 電氣廠站接線圖Fig.6 Wiring diagram of electric power plant

(2)執(zhí)行操作并校驗。

如圖7所示，為元件的可操作選項示意圖。選擇所需要操作的元件，單擊鼠標(biāo)右鍵選擇相應(yīng)的操作類型，如：開關(guān)正常拉開，開關(guān)正常閉合等，對元件進(jìn)行操作。系統(tǒng)基于相應(yīng)的操作、校對準(zhǔn)則對操作指令的合法性進(jìn)行判斷，若指令符合操作要求，則執(zhí)行相應(yīng)操作，并給出操作結(jié)果提示；若指令不符合操作要求通過，則給出相應(yīng)的警告信息。

圖7 元件的可操作選項Fig.7 Operational options for components

(3)生成新設(shè)備啟動方案。

系統(tǒng)對所有符合操作規(guī)范要求的操作指令進(jìn)行順序記錄，形成新設(shè)備啟動方案的主線，然后通過投運預(yù)案要求設(shè)定相應(yīng)的投運時間以及電網(wǎng)啟動范圍，形成最終的設(shè)備啟動操作方案，如圖8所示。

圖8 完整的新設(shè)備啟動方案Fig.8 Complete start-up plan of new equipment

5 結(jié)束語

文章對電網(wǎng)新設(shè)備啟動方案的智能編制系統(tǒng)進(jìn)行研究，基于D5000電網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺獲取所需數(shù)據(jù)，采用B/S系統(tǒng)模式，構(gòu)建了電網(wǎng)新設(shè)備啟動方案的智能編制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對新設(shè)備投運方案的編制、審核以及投運與校核功能的設(shè)計。系統(tǒng)功能測試效果充分證明了本文研究成果對提升新設(shè)備投運風(fēng)險管控的效力，以及保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要作用。