直流電源在線監測管理系統的應用研究

崔奇明，胡紹剛，梁凱，梁鞍，賈超

直流電源在線監測管理系統的應用研究

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測管理系統的升級，包括其基本結構、應用功能及直流屏、絕緣、蓄電池模塊等運行狀態信息的采集與展現。在保證整體性能不改變的前提下，用特定的工業級通訊模塊及電源代替原系統的采集設備，大幅度節約系統建設及運維成本。提出了在系統中采用專家系統技術或機制做輔助分析的思路,并探討了對直流電源設備運行狀態進行評估的工具和方法。初步應用表明了系統對狀態檢修等支持的有效性。

直流電源；在線監測；狀態檢修；專家系統

0 引言

直流電源設備是變電站非常重要的二次設備，其性能、質量直接關系到電網的穩定運行和設備安全[1]。過去，變電站直流電源設備的運行管理工作主要依賴于變電站運行維護人員的現場巡視，缺乏設備的在線監測與管理功能。運行維護人員不能及時了解設備的運行狀態，當出現設備故障或呈劣化特征時難以及時采取相應的措施、難以對其實現狀態檢修。目前，國內在直流電源設備方面有許多論述或規范[2-4],對直流電源設備的研制較為成熟，但配套的在線監測與管理系統并不多見，應用有待深化。為此通過對公司原直流電源設備在線監測管理系統進行應用研究及通過類仿真模式還原現場的工作狀態，探討專家系統等技術在直流電源在線監測管理系統中的應用，從而實現原直流電源設備在線監測與管理系統的升級、加強直流電源設備的日常維護和遠程監管、為其狀態檢修提供更好的支撐平臺。

1 基本架構

直流設備在線監測與管理系統在物理上采用分布式部署，通過采集服務器將各變電站直流電源設備如直流屏/絕緣監測/蓄電池模塊等的各種信息集中配置/采集與統一管理，利用公司現有內部網絡及RS485/RS232→RJ45通訊模塊轉換設備對管理機的數據實現實時采集，并對直流設備實現全程監視。系統使用WEB發布的形式，為相關人員提供數據的展現、分析等功能。

系統包括現場數據實時采集及業務系統應用兩大模塊。現場數據實時采集主要為整個直流電源設備在線監測與管理系統提供基礎數據，主要負責與終端采集設備進行通信，如采集直流屏、蓄電池組、絕緣監測、充電模塊的信息等，系統的變電站內架構示意圖如圖1所示：

圖1 變電站內系統架構示意圖

業務系統應用主要依托所采集的數據，顯示現場設備數據指標情況，如預警信息提示、報警業務處理流程及歷史數據查詢分析等，為實現狀態檢修提供信息支撐。

設備運行狀態信息采集儀采用特定的工業級通訊模塊C2000 N2A1及電源作為嵌入式系統數據采集處理平臺。通過以太網及串口（RS485/422）采集模塊集中采集直流電源設備數據，再通過透明轉發模塊，對網絡數據信息進行過濾后統一上傳到遠程服務器上進行協議解釋，實現變電站現場信息遠程管理。圖1中的管理機可以是具有數據管理功能的設備或本身就是計算機。

2 基本功能

系統包括了角色設置、設備分類、功能模塊等。其中角色設置包括：系統管理員、機關領導、變電站領導、變電站業務人員等。設備分類包括：直流屏、電池組、絕緣監測等。

功能模塊包括如下；

（1）直流屏、蓄電池組、絕緣監測信息的增加、刪除、修改、查詢。絕緣監測信息查詢如圖2所示：

圖2 絕緣監測信息查詢

電池組信息查詢如圖3所示：

圖3 蓄電池組信息查詢

直流屏信息查詢如圖4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、絕緣監測的實時預警信息查詢、實時運行狀態查詢、歷史預警信息查詢、歷史預警曲線展現、統計報表（按年、月、周）等；

（3）變電站信息（IP地址，通訊協議， 規約）的增加、刪除、修改、查詢。預警信息誤報手動消缺，嚴重預警信息流程處理（通知業務人員、填寫處理記錄、存檔備案），報警信息手機短信提醒，內阻測試、靜態放電、充放電記錄查詢分析等如圖6所示：

圖 6 選擇分析對象

3 系統平臺特點

原信息采集及轉換模塊采用EII-B設備進行轉換，該設備在數據傳輸過程中需要進行多次通訊協議轉換；設備端口較多（在現場實際應用中一般不需要如此多的接口）且價格昂貴（每臺約20000元），如幾十或上百個變電站使用此設備則將造成極大的成本浪費。通過對現場情況的研究與實驗，在設備選型上我們做了很大的改進，即選擇特定的工業級通訊模塊C2000 N2A1及電源模塊接入已有的網絡設施，在節省重新布線等投資的同時實現了信息采集設備的遠程通訊和管理。C2000 N2A1是一種穩定可靠的高性能工業級串口設備聯網服務器，它提供RS485/422到TCP/IP網絡和TCP/IP網絡到RS485/422的數據透明傳輸。此通訊模塊可以是單一接口或多接口，單接口+電源價格每臺約在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。

系統采用Oracle數據庫，其穩定性及安全性更加可靠。Web查詢采用主流的MVC模式，當功能及要求發生變更時，以最小的變動，更快的時效來滿足客戶。在保持原系統數據及圖表展現的基礎上，現系統采用組態的模式進行展現，對于直流屏/絕緣監測/蓄電池組等還原現場數據的立體展示，這更加注重人性化，所見即所得。如將直流屏中顯示的實時電源相關信息采集到系統中，并展現在計算機屏幕上，即通過類仿真模式還原了直流屏工作現場的信息，實現了運維檢修人員直觀的遠程監測。

4 基于專家系統分析的應用研究

通過對多個變電站直流電源設備的預警（或故障）信息的采集、積累與整理分類而給出直流電源設備預警（或故障）基本分析模型或判定范圍如表1所示：

表1 部分預警信息表

以此為狀態檢修提供輔助參考。其基本分析可由運維人員直接人工做出判斷，也可依此實現專家系統或人工神經網絡技術做出輔助分析并給出建議。

4.1 研制聯機或嵌入式專家系統，用于實時或準實時報警與分析。

此種類型的應用可研究專家系統工具PRO/3 [5-6]來實現。PRO/3包含有由事實、邏輯規則（Prolog類型推理）等組成的知識模型。這些模型可用于進行事實集合上的統計和其它運算，也可以對帶有置信度因子、概率和模糊集的非精確規則進行推理。可建立直流電源設備運行狀態信息數據庫及分析模型，將實現的專家系統聯機或嵌入到直流電源在線監測管理系統中。通過PRO/3與狀態信息數據庫如MYSQL或SQL SERVER聯接，利用PRO/3的產生式系統的特點而給出直流電源設備運行狀態的評估。

4.2 研制離線專家系統用于常態分析及員工培訓。

此種類型的應用可研究專家系統工具ESTA[7]來實現。ESTA適用于確定性推理，知識庫由一些節、參量及規則組成，它能夠搜索向前鏈接與/或向后鏈接的（文本符號）狀態空間。

如對表1中監控對象控母電壓可形成如下兩個基本規則：

如果 控母電壓大于242V 則可能發生設備損壞、造成保護裝置拒動、誤動,建議對電壓進行調整、監控裝置設置調整。

如果 控母電壓小于200V 則可能發生保護裝置不工作、保護拒動。建議對電壓進行調整、監控裝置設置調整。

利用ESTA可形成一個專家系統原型，在其中對上述所形成的規則實現如下：

Section start : '開始節 '

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 : '處理監測對象 '

advice '建議對電壓進行調整、監控裝置設置調整'

Section kmdy200_process : '處理監測對象 '

advice '建議對電壓進行調整、監控裝置設置調整'

parameter itemofselect : '選擇監測對象'

type category

explanation ' '

options

zlp - '直流屏',

xdc - '蓄電池',

jy - '絕緣'.

question '請選監測對象'

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）則可能發生設備損壞；

2）造成保護裝置拒動；

3）誤動。'

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）則可能發生保護裝置不工作；

2）保護拒動。'

question '控母電壓小于200V嗎? '

圖6是選擇分析對象提示，分析過程中的一個提問如圖7所示：

圖7 給出一個提問

分析后的建議如圖8所示：

圖8 給出建議

使用基于ESTA的專家系統可對直流電源設備中的相關運行信息作出解釋以幫助新員工更快地提高技術水平。并且在對設備狀態信息進行分析時，可對相關信息進行預處理，如分類、歸并等。預處理后的信息可做為一個人工神經網絡系統的訓練或預測輸入，這樣可提高人工神經網絡訓練或預測的有效性。

5 總結

通過對公園變電站的現場實施，直流電源在線監測管理系統平臺已經初步構建完成并進行應用。今后對各變電站的推廣，只需通過增加各現場硬件平臺及對直流電源設備的各種信息進行集中采集和統一管理即可。現場硬件平臺采用透明轉發技術，無需或很少需要現場編寫程序和調試設備通訊，減少了維護人員在現場的大量工作，有效降低了系統的運行維護成本。采用特定的工業級通訊模塊及電源作為嵌入式系統數據采集處理平臺，當系統所涉及的變電站多到幾十或上百時，其節約的設備投資非常明顯。

對于直流屏/絕緣監測/蓄電池組等設備現場數據的立體展示，更加注重了人性化。系統利用現有的通訊網絡能夠更加及時準確的監測直流電源設備，使檢修人員在足不出戶的情況下就可通過該系統傳來的信息對設備的狀況作出正確的判斷，并使得其設備的狀態檢修工作更有針對性。對基于專家系統技術或機制的直流電源在線監測與管理做了應用研究，給出了一些應用模式與思路，探討了直流電源系統設備運行狀態分析新的管理手段和方法。

進一步的工作包括積累數據、建立并完善告警預測模型，深化專家系統等技術在直流電源在線監測管理系統中的應用以加強對直流電源設備的狀態檢修與管理及培訓相關專業技術人員等。

[1]任克英,王偉,孫偉紅.直流在線監測系統在無人值班站的應用[J].電工技術,2011,(1):5,29．

[2]王洪,張廣輝,梁志強,冉建國.電力直流電源系統的網絡化管理及狀態檢修[J].電網技術,2010,34(2):185-189.

[3]國家電網公司.直流電源系統管理規范[M].北京:中國電力出版社,2006:1-111.

[4]徐海明,王全勝.變電站直流電源設備使用與維護[M].北京:中國電力出版社,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.專家系統外殼ESTA的漢化研究及應用[J].微型電腦應用,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，國網遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，高級工程師，工學碩士，研究方向：專家系統及數據庫等，鞍山，114001

胡紹剛（1960-）男，國網遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，高級工程師，學士，研究方向：電力系統及保護自動化等，鞍山，114001

梁 凱（1975-）男，國網遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，高級工程師，工程碩士，研究方向：保護自動化等，鞍山，114001

梁 鞍（1964-）男，國網遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，技師，研究方向：電力系統等，鞍山，114001

賈 超（1983-）男，國網遼寧省電力有限公司鞍山供電公司，保護自動化所員工，技術員，學士，電力系統等，鞍山，114001