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水電站實時監(jiān)控專家系統(tǒng) 1、引言 傳統(tǒng)水電站監(jiān)控系統(tǒng)一般采用儀表監(jiān)控和計算機監(jiān)控，在廠站端用微機遠動裝置RTU作為數(shù)據(jù)采集設備，電廠站僅僅作為數(shù)據(jù)采集與傳輸單元向調(diào)度中心發(fā)布信息，大部分監(jiān)護和控制動作都需要手工完成，自動化水平低。隨著電力系統(tǒng)自動化水平的提高，傳統(tǒng)電站監(jiān)控系統(tǒng)已不能滿足要求。電廠站除數(shù)據(jù)采集與向調(diào)度中心發(fā)布信息外，同時需實現(xiàn)圖形、曲線、報表處理等能力。把工業(yè)計算機（IPC）用于電力系統(tǒng)廠站端的實時監(jiān)控專家系統(tǒng)可以和RTU通訊，并將所得的數(shù)據(jù)信息加工處理成為用戶需要的形式，實現(xiàn)電站的實時監(jiān)控。此系統(tǒng)是基于專家系統(tǒng)的，稱為電站實時監(jiān)控專家系統(tǒng)。系統(tǒng)提供一次接線圖實時刷新顯示，使值班人員對電器運行狀況一目了然；實時數(shù)據(jù)表顯示與打印功能使傳統(tǒng)的、煩瑣的手工抄表得以取代；事件順序記錄和事故追憶功能為分析事故原因帶來方便；歷史記錄存檔功能使廠站的生產(chǎn)運行情況有案可查；豐富的曲線功能為了解電氣參數(shù)的變化規(guī)律提供了客觀依據(jù)；系統(tǒng)支持用戶進行遙控和遙調(diào)。在電廠站端采用IPC實時監(jiān)控專家系統(tǒng)后，可達到無人監(jiān)控、少人值班的高自動化水平，減輕了操作人員工作強度，提高了電廠站運行的安全可靠性。 2、實時監(jiān)控專家系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 電站實時監(jiān)控專家系統(tǒng)采用分層分布式開放型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為兩層，即廠站級控制層和現(xiàn)地控制單元。兩層之間采用可靠的雙網(wǎng)冗余快速以太網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)。廠站級控制層由下列設備組成： （1）主控計算機（專家處理機）兩套，以互為熱備用方式工作，完成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的管理。包括AGG/AVC計算和處理、數(shù)據(jù)庫管理、在線及離線計算、圖表曲線的生成、事故及故障信號的分析處理等。 (2）操作員工作站設兩套，每套工作站帶兩個顯示器（雙屏），兩臺工作站互為熱備用方式，一臺用于監(jiān)控，一臺用于監(jiān)視。當監(jiān)控工作站因故退出時，監(jiān)視工作站可自動或手動升為監(jiān)控站。 （3）工程師兼培訓工作站用于修改定值、增加和修改畫面、系統(tǒng)維護、軟件開發(fā)及遠程診斷。還可以離線設置，仿真培訓。 （4）歷史數(shù)據(jù)兼打印報表計算機用于完成歷史數(shù)據(jù)查詢、報表打印等。 （5）通訊處理機完成與網(wǎng)調(diào)、省調(diào)EMS系統(tǒng)進行實時數(shù)據(jù)交換，與廠內(nèi)其他系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、五防機等）進行通訊。 （6）電話及語音報警計算機用于語音報警輸出、電話語音查詢、報警自動傳呼等。 （7）其他設備包括GPS時鐘系統(tǒng)、網(wǎng)絡設備、不間斷電源系統(tǒng)（UPS）、模擬屏、模擬屏控制機、打印機等。 現(xiàn)地層控制主要由12套現(xiàn)地控制單元（LCU）組成。其中9套機組LCU，一套開關站LCU，一套公用設備LCU和一套主變LCU。各LCU分別完成各自監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及處理，并向網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)，接受上位機的命令和管理。同時單個LCU具有獨立的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視功能，配有鍵盤和監(jiān)視器。當與上位機系統(tǒng)脫機時，仍可進行必要的控制調(diào)節(jié)和監(jiān)視?，F(xiàn)地控制單元（LCU）由工控機和PLC及遠程I/O等設備組成。 用作專家系統(tǒng)的主控機在系統(tǒng)中實現(xiàn)高層次的推理，其中包括診斷的反向推理，同時監(jiān)控系統(tǒng)的運行過程，并對面向圖形的知識獲取系統(tǒng)加以控制，專家系統(tǒng)通過多通道數(shù)據(jù)總線LCU和以太網(wǎng)傳送實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時處理，從而實現(xiàn)專家系統(tǒng)的實時控制。 3、實時專家系統(tǒng)軟件流程 系統(tǒng)的軟件分為三個部分：知識庫編輯，數(shù)據(jù)庫編輯，安全監(jiān)控（推理機）。知識庫是專家系統(tǒng)的重要組成部分，它以適當形式表示專家（工程設計者）所擁有的關于電站安全運行的電氣、機械等各方面的專業(yè)知識，包括確定性知識和經(jīng)驗知識。數(shù)據(jù)庫是存放專家系統(tǒng)當前工作已知的一些情況，如有功/無功給定值、導葉開度、發(fā)電機輸出電壓、電流等。推理機（安全監(jiān)控）實質(zhì)是計算機的一組程序，目的在于控制、協(xié)調(diào)整個專家系統(tǒng)工作，根據(jù)機組運行的當前輸入數(shù)據(jù)或信息，利用知識庫的知識，按一定的推理策略去處理、解決當前的問題。其中知識庫編輯、數(shù)據(jù)庫編輯為離線，安全監(jiān)控軟件為實時在線。在初始化之后，實時監(jiān)控系統(tǒng)將在數(shù)據(jù)庫定義軟件中生成各類數(shù)據(jù)庫、曲線、棒圖、報表及知識庫裝入，并在內(nèi)存中為其分配工作空間。實時監(jiān)控的主要功能有廠站圖表處理、文檔處理及操作票打印等功能。廠站圖表功能包括： （1）一次圖實時刷新顯示將圖形編輯軟件中定義的各種圖表顯示出來，并根據(jù)實時數(shù)據(jù)值刷新動態(tài)點。用戶亦可在一次圖面上用鼠標選中點進行手工修改刀閘狀態(tài)操作。或選中遙控開關、遙調(diào)變壓器分接頭遙控、遙調(diào)操作、開關合分、變壓器分接頭升降。系統(tǒng)將每次操作情況均存入“操作記錄”中，備日后查詢。 （2）棒圖顯示可規(guī)定上限和下限，正常時為綠色，越上限為紅色、越下限為黃色。 （3）實時數(shù)據(jù)表功能可取代傳統(tǒng)電廠站端的模擬表屏，既降低成本，又安全可靠。 （4）電能量表包括每塊電度表的表盤值和電能量值列表顯示。 遠動配置顯示功能：可顯示系統(tǒng)所聯(lián)接各臺遠動裝置（RTU）的Yx、YC、PA原碼，以備維護數(shù)據(jù)采集裝置時參考。 歷史記錄處理功能包括：異常情況記錄（遙信變位和遙測越限），事件順序記錄（連續(xù)變位的狀態(tài)量順序記錄），事故追憶記錄（當事故發(fā)生時記錄其前后各三點重要遙測量值）和操作記錄（包括遙控和遙調(diào)時間、成否、操作員記載）。每類記錄均包括時間、相應變化的中文說明及該點狀態(tài)。所記錄的內(nèi)容均解幀程序模塊中實時生成。 文檔管理包括：報表處理及文本編輯。 操作票打印功能：提供用戶打印100幅常用操作票的能力。為了確保系統(tǒng)的實時性不受影響，所有打印操作均采用中斷打印，即占用IPC的中斷請求IRT，在中斷服務程序中進行。 實際上，專家系統(tǒng)的主要任務是應用現(xiàn)有的或過去的知識進行推理以解決問題，即對系統(tǒng)進行實時監(jiān)護和控制，達到廠站系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的目的。當機組運行時，系統(tǒng)存在很多不確定因素，要使系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，監(jiān)控系統(tǒng)就必須能實時在線處理各種突發(fā)事件，使系統(tǒng)穩(wěn)定。如：當系統(tǒng)穩(wěn)定運行時發(fā)生線路短路（特別是暫時故障），監(jiān)控系統(tǒng)會使系統(tǒng)實現(xiàn)自動重合閘來切除故障；火災事故時，監(jiān)控系統(tǒng)會啟動火災報警系統(tǒng)和自噴淋系統(tǒng)；當機組軸電流過大時，二級報警且事故停機等。 以主變出口斷路器外線路發(fā)生單相接地（永久性故障短路）為例。LCU采集到短路信號數(shù)據(jù)并從以太網(wǎng)傳到主控機（專家系統(tǒng)處理機），主控機通過“分析”，作出實時“命令”，改變廠站圖表一次圖中刀閘的狀態(tài)且向LCU發(fā)出相應的命令來實現(xiàn)輸電線路自動重合閘，實時數(shù)據(jù)表也將對系統(tǒng)的動作有相應的動作，歷史事件中操作記錄、異常情況功能將記錄下所發(fā)生的異常情況和操作。若系統(tǒng)永久性故障短路系統(tǒng)重合閘后故障不能切除，主控機收到故障信息重新作出分析后，給出事故停機令，此時專家系統(tǒng)又通過改變一次圖并向LCU發(fā)出事故停機令來完成機組事故停機令，并在歷史數(shù)據(jù)功能中記錄下詳細的操作、異常情況和事件順序等，若系統(tǒng)有中斷請求，RTU將和遠方發(fā)生通訊。這樣從故障發(fā)生到事故停機，整個監(jiān)控專家系統(tǒng)在無值班人員的任何干涉和操作下完成機組事故停機，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時監(jiān)控。 4、結(jié)束語 本文將實時專家系統(tǒng)引入電站監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了機組的無人監(jiān)控、少人值班，提高了電站的自動化水平和安全可靠性，減輕了運行人員的負擔。本系統(tǒng)已經(jīng)成功地運用于溫州北溪水電站，運行效果良好。 [1] 第 5 頁 共 5 頁