地區電網智能防誤一體化操作票系統的設計與實現

江賢康，任建文，崔 悅

(華北電力大學 電氣與電子工程學院，河北 保定 071003)

地區電網智能防誤一體化操作票系統的設計與實現

江賢康，任建文，崔 悅

(華北電力大學 電氣與電子工程學院，河北 保定 071003)

操作票制度是電力系統運行管理中一種防止誤操作的有效安全措施。基于電力系統業務平臺從直接控制操作和管理監督兩個方面進行需求分析，提出了地區電網智能防誤操作票系統的設計，同時基于一體化的思想，來實現從地調到變電站操作票系統的一體化管理及操作。在此基礎上，重點介紹了系統的結構設計與智能推理機制，實現了一體化的操作票系統。將本系統應用于寧夏中衛調度中心，實踐證明該操作票系統的智能性與有效性。

地區電網;一體化;操作票;防誤操作

0 引言

隨著智能電網的建設，電網運行操作日益復雜，電網故障的影響也愈來愈大，而用戶對供電可靠性和供電質量的要求卻越來越嚴格，這就對電力系統運行、操作人員和電力系統的自動化水平提出了更高要求。一旦出現錯誤操作，輕則引起非正常停電;重則造成人員傷亡和大型設備損壞的惡性事故。

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

對電網設備的操作控制分析，一般可以分為兩層控制:一層是各級管轄調度范圍的電網設備操作及控制運行方式改變的調度命令票;另一層是各廠站端依據調度命令票指令 (操作任務)對本廠站端或控制區域廠站端設備進行操作詳細步驟列出的廠站操作票。

本文將一體化思想［2，3］應用到調度命令票和廠站倒閘操作票中，形成一體化的操作票系統，來實現從地調到變電站操作票系統的一體化管理及操作，極大地提高了電網生產運行的效率和效益，使系統具有更高的智能性和通用性。

1 系統結構設計及總體流程

1.1 系統結構

本系統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維護模塊［4］。整體結構如圖1所示。

圖1 操作票系統業務整體功能框圖Fig．1 Overall framework of operation order automation system

1.1.1 用戶登陸模塊。該模塊是用戶進入系統的入口，本系統采用友好的界面引導調度人員進入系統的內核進行工作，通過權限管理維護模塊賦予每個調度人員相應的權限，使調度員在權限內完成操作任務。

1.1.2 操作票生成模塊。該模塊是操作票系統主體模塊。調度員基于已正確維護的圖形系統、操作任務及操作術語模塊，按著定義的流程，選擇操作任務啟動推理機進行推理，最終實現4種開票功能。同時實現系統的模擬預演功能和危險點分析及預控功能。

1.1.3 操作票管理模塊。該模塊是用來保存、修改、調用及查詢歷史操作票，是典型票開票、歷史票開票和模擬預演的基礎，同時實現操作票流程業務監視和查詢功能。

1.1.4 系統維護模塊。該模塊分為4個子維護模塊，即權限管理維護模塊、流程管理維護模塊、操作任務及操作術語維護模塊和圖形系統維護模塊。每個維護子模塊都設計了友好的人機交互界面，實現了系統的通用性及用戶可維護性。

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

(2)流程管理維護模塊基于工作管理技術完成自定義操作票業務流程。

(3)操作任務及操作術語維護模塊是實現操作票系統適應當地電網的操作術語習慣，確保推理機生成的操作序列能夠正確翻譯，符合當地電網操作票的管理規定。

(4)圖形系統維護模塊具體分為電網資源維護、繼電保護裝置靈活配置及實時狀態的刷新。圖形系統最主要的目的是完成電網的拓撲分析，繪制電網接線圖。實時電網結構拓撲是操作票推理、模擬預演、潮流計算的圖形基礎，原始電網拓撲結構是為了實現實時狀態的刷新。

1.2 總體流程設計

本軟件基于電力系統業務平臺利用工作流管理技術實現了自定義操作票業務流程，并按照定義的流程控制環節自動實現流程記錄的運轉功能，同時按照流程控制流程圖自動實現各流程業務監視和查詢功能。基于寧夏電網中衛地調設計的電網調度操作票業務流程如圖2所示。

該流程主要包括開票環節、本值模擬預演審核環節、他值模擬預演審核環節 (當出現一張票的操作需要跨值操作時)、預令環節 (預通知環節)、正令環節 (下令環節)、評審環節 (評價操作票環節)等環節。當調度員使用該系統時，根據自身角色被賦予的權限進行操作，并且按著箭頭的指示方向有選擇的向下一個業務流程提交。利用事件提醒功能通知各個環節是否有未完成工作，同時各個環節都可查看流程運轉記錄。

圖2 操作票業務流程圖Fig．2 Process of operation order system

在上述各流程環節中系統提供了3種防誤校驗功能:

(1)使用圖形開票環節時，每在圖形對象上選定操作任務項后，系統依據當前電網圖形對象的狀態進行全網拓撲分析及潮流計算，按照系統事先配置的防誤規則進行逐條校驗，若違背某一條防誤規則系統自動提示所造成的后果;

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

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

2 倒閘操作票的推理機制

推理機是專家系統的核心部分。運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狀態的途徑。操作票系統的基本推理方法有正向推理、逆向推理兩種［5］。

操作票專家系統中將網絡拓撲庫、規則庫、術語轉換規則庫都做成外部數據庫的形式，推理機根據拓撲分析和邏輯判斷結合上述數據庫信息生成具體的操作項，并根據術語轉換模塊將生成的操作項寫成規范的、符合現場習慣的操作術語。

2.1 推理的實現方法

推理是找出操作票涉及的電網設備從初始狀態轉移到目標狀態的合理的、安全的方法和途徑。

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

2.2 一次設備的推理

由于采用邏輯表示一次設備操作規則，因而一次設備的推理轉化成基于邏輯控制的從初始狀態 (當前狀態)到目標狀態的狀態空間轉移。對于有子任務的情況，可以把每個子任務看作一個獨立的操作任務進行推理，最后把各個子任務的推理結果按照子任務的順序排列起來就可以了。

一次設備的推理過程大致可以描述為:

(1)根據一次設備的任務目標態Z1與當前一次設備的運行狀態Z0的比較，得到一次設備操作的設備空間ΔZ=Z1－Z0;

(2)按順序查找設備空間，并根據一次設備的操作規則進行分析，然后產生相應的符合防誤校驗的操作序列;

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

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

本系統推理是在調度操作票的基礎上進行分析推理的。但系統很難僅通過讀取調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境下進行點圖操作。

系統在推理之前先進行拓撲分析確定當前各設備所處的狀態，具體設備根據其基本性質并結合整體接線方式確定系統中設備在操作前所處的環境。前面已分析過，電力系統一次設備的倒閘操作就是4種狀態之間的轉換。當點擊圖形操作基本任務時，系統提示當前狀態，如當前是運行狀態，則設備能進行的操作就只有熱備用、冷備用、檢修3個狀態可操作。確定操作任務后，系統提取相關的操作設備形成操作空間并通過拓撲分析得到目標態，然后根據一次設備的操作規則進行防誤校驗，從操作空間中提出應該操作的設備進行操作，直至達到目標態，推理出正確的操作票。最后對新生成的操作序列進行術語的轉換，形成適合現場應用的操作票。以主變由運行轉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

系統首先判斷運行中的可操作元件301斷路器、3011閘刀、3012閘刀的狀態，對操作設備進行防誤校驗，并隨機形成設備的操作序列，如(1)斷開3011閘刀;(2)斷開301斷路器;(3)斷開3012閘刀。根據順序進行五防校驗，第一步操作違反五防校驗中的防止帶負荷分、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，在原先的設備空間列表里刪除;再對原先的列表里每一步操作依次進行五防校驗，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行轉檢修的倒閘操作順序。

2.3 二次設備的推理

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

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

對二次可操作設備仍需分為兩種:有規律可循的二次操作和無規律可循的二次操作。有規律可循是指可以形成操作規則的規律。如:設備不允許無保護運行;倒閘操作將影響某些保護的工作條件、工作原理，可能引起誤動時應提前停用等。本文的二次設備自動推理部分是根據這些規則來進行的，而無規則可循的二次可操作設備不進行推理、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插入過了，避免重復操作形成冗余。操作票中二次設備推理流程如圖5所示。

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

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

3 操作票系統的實現

本文所設計的地區電調度集控智能防誤操作系統軟件是從直接控制操作和管理監督兩個方面進行需求分析，基于電力系統業務平臺來實現的［7，8］。系統采用的三層 C/S(client/server) 架構模式如圖6所示。

圖6 三層C/S結構圖Fig．6 Three-tier C/S structure

系統采用C/S結構主要由客戶應用程序Client、服務器管理程序Server和中間件Middleware三個部分組成。C/S架構模式是配對的點對點結構模式，特別適用于電力系統這種局域網安全性比較好的網絡。

基于Windows2000/Windows XP的開發環境進行電力系統業務平臺開發是一種方便靈活的方案。因此，本軟件的電力系統業務平臺選用基于Windows XP系統開發。包括以下開發環境和開發工具:(1)網絡操作系統Windows XP; (2)Web服務器管理程序IIS; (3)數據庫管理系統Oracle;(4)瀏覽器IE;(5)以Delphi等作為開發工具。

4 結語

本系統已成功應用于寧夏中衛地調，在實際運行過程中電力調度運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，各個流程環節中的全網校驗計算降低了誤操作的可能性，在電力系統調度操作或集控中心的防誤操作方面進行了有益實踐。

系統著眼點就是平臺化，所以此平臺不僅局限于操作票系統，還可以在此平臺基礎上開發如繼保整定、運行方式的等應用軟件。這是符合目前智能調度發展需求的。

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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分析、運行、控制，Email:jiangxiankang5303@yahoo．cn。

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