調度指令自動解析與防誤系統銜接示范技術的應用與研究

張錫然，張保林，蘇適，楊宏偉，楊家全，俞鵬陽，高境

（云南電網有限責任公司電力科學研究院，云南 昆明 650217）

0 前言

變電站作為電網重要環節，承擔著電力的匯集與分配，對電網安全穩定運行起著重要作用，近年來，現場操作項與調度指令不一致的電氣誤操作事件頻發，數起誤操作事件均暴露出現場操作與調度指令銜接方面存在隱患問題，防誤操作校核技術措施還存在較大提升空間。

以某電網公司為例，DCCS 調度發令系統隸屬于調度中心管轄，而防誤閉鎖管理系統則隸屬生產技術部管轄，兩套系統互不相連且無星系交互，目前由于管轄職責界面不同導致該業務鏈條在實際生產中一直依賴現場運行人員進行業務銜接，由于人為因素導致調令分解缺項漏項，進而在防誤閉鎖模擬校驗過程中導致重要開關、刀閘遺漏，因此通過技術手段設計一套調令解析與防誤閉鎖裝置強關聯系統具有一定的意義和必要性。

本文將重點講述試點變電站調度指令解析功能設計思路和試點成效，預期目標實現通過站端防誤閉鎖系統對調度指令進行解讀、校核、關聯、閉鎖，建立調度網絡發令系統與五防系統強關聯，實現現場操作票與調度指令自動比對校驗，從源頭管控現場因操作與調度指令內容不一致帶來的電氣誤操作風險。

1 架構與策略

在傳統變電站防誤系統中加入調令語義識別模塊，將調度數據網接入到防誤服務器中，采用基于104 的擴展協議，接收主站轉發的調度指令。基于變電站防誤系統現有的圖模數據、操作票數據、信息點表等數據，建立語義識別庫，實現調度指令在變電站能夠被信息化的分析推算出具體的操作對象、初始態和目標態，根據調度令的分析結果，確定操作對象以及要進行操作類型和操作參數；根據操作對象拓撲特征和操作類型，分析確定適應的專家庫[3]。調用推理引擎，依據知識庫中操作定義，結合設備狀態、拓撲信息將調度指令分解成操作序列。

1.1 系統架構

調度發令系統按照管轄范圍的不同，分為主網調度網絡指揮交互系統（DCCS 系統）和配網網絡發令系統。其中DCCS 系統為省地一體部署（中調、地調采用同一套系統），兩套網絡發令系統各供電局地調均需要部署前置服務器。

調度指令解析功能建設的總體構架和硬件構架設計如圖1 所示?？傮w構架依據調度原則分為安全Ⅰ區、安全Ⅱ區。調度網絡指揮交互系統、區域集中五防服務器和變電站防誤子站，相互之間通過調度數據網進行通訊。該構架下，根據電網調度主要流程規范，設計與上下層交互信息格式、通信協議接口等，能夠與電力調度管理模式相適應，從而實現系統的各項功能。

圖1 調令系統與五防系統接口構架圖

該項目還在各巡維中心部署了調令解析工作站，巡維中心可直觀查看所轄范圍內變電站調令解析執行情況。具體部署方式如圖1 所示，在巡維中心安全Ⅰ區，安裝部署兩臺區域集中五防服務器（互為主備），借助現有的調度數據網與調令系統建立連接，調令電子流通過防誤服務器的轉發功能同時流轉至站端五防系統及巡維中心工作站，變電站調令執行、反饋情況通過調度數據網回傳至巡維中心工作站，將整個業務流形成閉環管理模式[6]。

1.2 網絡安防策略

調令解析系統建設借助現有通道及網絡通訊設備，實現信息交互。安全Ⅰ區的防誤服務器與安全Ⅱ區的調令系統需部署一套防火墻進行信息交互；安全Ⅰ區的防誤服務器與安全Ⅰ區的變電站防誤系統、巡維中心工作站需部署一套縱向加密裝置進行信息交互，滿足網絡安全要求。此外，在系統部署實施后還需要進行網絡安全等級保護測評，并同步完成網絡安全專業漏洞掃描后才能與調度數據網互聯。

2 流程與功能設計

2.1 流程設計

調令解析的整體數據流轉及業務模式如圖2所示，結合試點單位已部署過集控五防主站的特色優勢，按照技術先進、可靠原則，進一步優化完善試點技術路線，形成具有地域特色的試點建設方案。

圖2 調度受令系統與五防系統操作自動銜接流程

圖3 調令與操作票比對不通過界面

2.2 調令分配、轉發

調度員通過調度發令系統下發調度指令，變電站值班人員接收調度指令，防誤服務器根據變電站ID 主動請求調度指令，調度發令系統接收到請求后將調度指令發送給防誤服務器，防誤服務器根據站點將調度指令發送至相應的變電站防誤系統及巡維中心工作站。

2.3 調令解析

調度系統下發的調度令是純文本格式，防誤系統無法直接識別調度令內容，因此需要對調度指令進行解析。

調令解析模塊根據典型操作票建立詞庫，區分不同類型的詞組進行分類，通過詞庫將調令拆分成詞組，從分詞結果中提取關鍵詞確定指令類型和操作類型，為后續生成匹配操作票推理提供特征數據[8]。

調令解析主要分為如下步驟：

a．根據典型操作票建立詞庫，并且需要區分不同類型的詞組進行分類。如：

變電站={

變

XX 變

}

設備={

X 變

開關={

[0-9]{0,}開關

}

母線={

[0-9]{0,}母線

[0-9]{0,}[ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅫ]段母線

}

充電機

}

狀態={

運行

檢修

熱備={熱備

熱備用

}

冷備={冷備

冷備用

}

}

b．調令分詞，通過詞庫將調令文本拆分成詞組。

如：220 kV XX 變220 kV A 線295 開關，220 kV B Ⅰ回296 開關由接220 kV Ⅰ段母線倒至220 kV Ⅱ段母線運行。對于上述調令短語，分解如表1 所示。

表1 調令分詞

c．指令歸類：調用腳本從分詞結果中提取關鍵詞確定指令類型，如識別改為、改等關鍵詞區分任務令和綜合令。

d．操作歸類：調用腳本從分詞結果中提取關鍵詞確定操作類型，如合閘、倒母、冷備轉熱備、熱備轉運行、運行轉檢修等。

e．提取參數：腳本根據操作類型提取該類型操作所需要的參數，如操作的目標對象、操作初始態、操作的目標態等。

2.4 調令分解

通過調令解析后，可由文本狀態的調度令獲取操作對象、操作類型等操作任務信息[9]。此時，防誤系統需要將該操作任務分解為更加具體的操作步驟，分解時涉及操作票規則定義、對象引用、規則實例化、語句生成和提取操作序列等。

a．規則定義

在遵循基本語法的前提下，約定操作票規則定義如下：

規則名={

特征={

}

語句={

}

}

規則名：唯一標識，可被引用的規則名為：規則名(參數)

特征：用于指明操作票的目的，如操作類型、設備類型、電壓等級等，解析調令時需要根據特征匹配到此規則。

語句：描述操作票的操作序列，一般需要對一系列操作步驟進行概括，采用設備拓撲關系進行語句描述。

b．對象引用

操作票規則中可以引用操作對象、關聯對象、子規則和腳本函數：

操作對象：主要是指由調令解析后得到的操作目標設備，通過[設備]進行引用；

關聯對象：通過相對的電網一次設備拓撲關系進行引用，二次設備屬性通過一次設備引用，如[[設備].兩側刀閘]，[[設備].接地刀閘.操作電源空開]；

子規則：引用已存在的規則。如[開關由運行轉冷備用([設備])]；

腳本函數：引用已存在的腳本函數。如[[設備]. EGJ_邊開關_開關母線主變()]；

規則中引用的對象屬性通過腳本解析并提取，未指明引用的具體屬性時，默認引用對象全稱。

c．規則實例化

規則實例化是指根據具體的操作對象，調用相應腳本、提取相關對象屬性，生成設備操作票語法樹的過程。

提取對象屬性由腳本進行，對于不存在的屬性實例化結果為空。

規則實例化由內向外逐層向下進行，例如：

[[設備].負荷側刀閘, [設備].母線側合位刀閘] {

合上[$$.操作電源空開]

斷開[$$]

查[$$]三相確已斷開

斷開[$$.操作電源空開]

}

d．語句生成

規則實例化后，遍歷所有葉子節點，獲取葉節點路徑+ 葉節點值，得到操作語句。假設生成的節點如下：

合上 ={

220 kV A 線 ={

281 刀閘

282 刀閘

280 開關

}

220 kV B 線 = {

381 刀閘

382 刀閘

380 開關

}

}

則遍歷葉子節點得到如下語句：

合上220 kV A 線281 刀閘

合上220 kV A 線282 刀閘

合上220 kV A 線280 開關

合上220 kV B 線381 刀閘

合上220 kV B 線382 刀閘

合上220 kV B 線380 開關

e．提取操作序列

生成操作票語句序列后，對最終的操作票語句進行再次解析，得到具體設備的倒閘操作序列。如合上220 kV XX 線295 開關，得到：

“devs”: [

{

“dev”: “XX 變295”,

“status1”: 0,

“status2”: 1

}

]

2.5 操作序列對比

變電站運行值班人員根據調令分解的操作任務在站端防誤系統開具操作票并進行五防模擬預演，站端防誤系統將調令分解的操作序列與站端防誤系統模擬預演操作序列進行比對。

在操作序列比對前，系統先對調令分解的操作序列進行分類，結果如表2 所示。根現場運行規程此處將現場操作序列比對歸為四類，應用與不同的操作場景。按序操作主要用于單間隔內主變、斷路器、隔離開關的順序化操作流程；無需操作主要用于母線上多間隔的操作；無序可選主要用于雙母雙分段、3/2 接線的帶母聯操作；無序任選主要用于檢修時接地刀閘和接地線的掛接和選用。

表2 操作序列

系統將按照上述規則將操作序列進行分類和存儲，當執行序列比對時，按照比對的策略，對操作對象、操作類型、操作順序等進行比對，即可得出比對結果。操作序列分類表達方式如下所示：

*<按序操作>

將[設備.開關.在合位.編號.格式化]斷路器由運行轉熱備用{

*<標題：$$>

[設備.開關.在合位. 運行轉熱備]

*

}

*<無序操作>

將[設備.開關.在合位.編號.格式化]斷路器由熱備用轉冷備用{

*<標題：$$>

[設備.開關. 熱備轉冷備]

*

}

*<無序可選>

將[ 線路帶所變間隔刀閘. 編號. 格式化]隔離開關{

*<標題：$$>

[線路帶所變間隔刀閘.斷開]

*

}

*

將[設備.描述]冷備用轉檢修{

*<標題:$$>

[設備.接地開關.合上]

[設備.地線.掛上]

*

}

2.6 傳票閉鎖與操作票審核

在操作票執行出口（操作票打印、傳輸五防電腦鑰匙）處增加調令關聯閉鎖功能，對于校驗不通過的操作票閉鎖電腦鑰匙傳輸。對于校驗通過的操作票，在五防系統中增加“操作人-監護人-值班負責人”三級審核流程，審核過程采用指紋生物識別手段，避免操作票審核走過場、流于形式。

2.7 操作存檔與追溯

站端五防系統將調度指令解析、分解及執行情況上送至集中五防服務器，便于集中統計、查詢，實現操作過程的可追溯。

存檔信息包含：調度指令、接令時間、受令單位、受令人、調令分解記錄、操作人、監護人、值班負責人、任務生成時間、模擬操作票、調度指令與操作票比對結果、操作票類型、操作票編號、操作票執行結果等。

2.8 特殊情形處理

當DCCS/配網網絡發令系統與防誤系統通訊中斷或僅有電話下令時，站端無法獲得調度指令電子流且必須立即進行倒閘操作時，運行人員可以點擊比對界面中“動態驗證碼”按鈕，系統自動隨機生成一個特征碼。運行人員將特征碼告知給上級管理人員，上級管理員使用解密工具，根據被告知的特征碼計算出動態驗證碼，并將該動態驗證碼告知操作人。操作人將動態驗證碼回填系統后，即可單次解除該操作票的比對傳票閉鎖約束。

3 示范成效分析

在試點建設過程中選取了4 個不同電壓等級的變電站驗證了在不同接線方式，不同設備復雜程度下調令解析的實證應用情況。

與現有的獨立離線式五防系統對比（如圖4所示），應用調度網絡發令系統與五防系統強關聯技術，可實現現場操作內容與調度指令自動比對校驗，進一步從源頭管控了由于人為因素導致電氣誤操作事件發生的風險。

圖4 新老模式下業務流程比對

圖4 調令與操作票比對通過界面

3.1 調令解析系統防誤邏輯驗證成效

試點變電站共計5 種接線方式17 類設備（主變、母線、3/2 中斷路器、2/3 邊斷路器、小車母聯斷路器、主變斷路器、線路、線路斷路器、手車斷路器、站用變、PT、線路高抗、電容器組、電抗器組、小車隔離開關、接地開關、接地變、消弧線圈）。

系統驗證過程中全量驗證了變電站內12 種狀態轉換，518 項調令解析邏輯，其中正確478項，錯誤40 項，正確率92.28%，具體結果如表3 所示。

表3 調令解析通過率統計

注：變壓器2 類（主變、站用變）、母線3類（3/2、雙母雙分、單母）、斷路器4 類（主變斷路器、母聯斷路器、母分斷路器、線路斷路器）、電容器、電抗器2 類（高抗、低抗）。

3.2 典型場景測試成效

模擬現場倒閘操作，接到調度指令：將220 kV A 變電站220 kV Ⅰ母由運行轉冷備用;

1）指令分解：

a．將220 kV 3 號主變220 kV 側203 斷路器、220 kV 甲Ⅰ回261 斷路器、220 kV 乙Ⅰ回264斷路器由220 kV Ⅰ母倒至220 kV Ⅱ母運行。

b．斷開220 kV Ⅰ段母線電壓互感器二次空氣開關、拉開220 kV Ⅰ段母線電壓互感器2901 隔離開關。

c．斷開母聯212 斷路器、檢查220 kV Ⅰ母、Ⅱ母電壓正常，將母聯212 由熱備用轉冷備用。

2）系統模擬

模擬現場倒閘操作（如圖5 所示），假設操作人員只完成220 kV 甲Ⅰ回261 斷路器、220 kV 乙Ⅰ回264 斷路器由220 kV Ⅰ母倒至220 kV Ⅱ母運行，遺漏220 kV 3 號主變220 kV 側203 斷路器，具體流程如下。

圖5 模擬誤操作事件場景

a．調度下令，防誤系統完成調令解析并生成操作序列（如圖6 所示）。

圖6 調令解析生成操作序列

圖7 操作序列比對

圖8 操作序列比對不通過系統提示告警

b．現場操作人員五防系統完成開票并通過五防預演，與調度令解析生成的操作序列比對，此時如果遺漏220 kV 3 號主變220 kV 側203斷路器，且要斷開220 kV 母聯212 斷路器，五防系統將提示不滿足操作條件，系統將會顯示“成票比對結果為-比對通過（部分）”，該項操作不能執行，同時系統提示錯誤，至此系統成功防止漏倒間隔的誤操作事件。

4 示范推廣建議

調令解析系統新技術具有明確的特點及優勢，其推廣應用可根據具體項目實際及場景需求，結合云南昭通4 個變電站試點技術成效提出相關應用建議。

調令解析系統性能穩定，建設投入成本低，由于云南各省區已經部署過集中式五防服務器，僅需要購置網絡安全隔離、加密裝置、接口調試費用即可實現調令解析系統前端裝置建設。

語義識別庫兼容性強。語義識別庫作為調令解析系統的核心功能，該模塊可以直接植入到變電站現有五防電腦中，并且該模塊對不同廠家的五防系統運行環境沒有限制。調令解析系統滿足巡、維、操、監、控五位一體的巡維中心建設思路，調令解析系統的部署可將“調度-巡維中心-現場操作”全流程閉環管控，提升巡維中心對變電站運行設備的狀態掌控能力和控制能力。

調令解析功能模塊暫不健全。根據4 個試點變電站的測試結果，仍有7%的操作任務無法解析，主要原因是現階段使用的五防系統仍為離線式五防，當間隔內一次設備運行方式改變后，五防系統無法第一時間識別到設備的實時狀態，從而當出現多間隔、跨站點操作時，調令解析系統無法一次分解全部逐項命令，需要按間隔、站點依次分解執行，導致工作效率低。建議在后續的研究中采用拓撲防誤方式取代現有的邏輯防誤方式。圖4 調令與操作票比對通過界面。

5 結束語

防止電氣誤操作技術一直是電網變電專業的核心課題，調度指令自動解析系統與五防系統銜接技術是該鄰域內的一次突破性嘗試，將人為連接的兩個業務面通過技術手段自動銜接，通過實證測試、現場應用，形成了實用化的應用系統。本文對試點變電站的技術路線、成效應用進行了分析總結，為后續試點建設調令解析系統提供了一定的技術支撐。