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1、水電站實時監(jiān)控專家系統(tǒng) 摘　要: 提出了一種水電站實時監(jiān)控專家系統(tǒng)，可在水電站實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、一次圖表顯示、曲線 圖和棒圖生成、中文報表生成、事故綜合處理等功能，使電站達到無人監(jiān)控、少人值班的高 自動化水平。使操作人員從傳統(tǒng)的、煩瑣的手工抄表中得到解脫。提高了電站的自動化水平 和運行的安全可靠性。 　　關(guān)鍵詞: 實時監(jiān)控; 專家系統(tǒng); 軟件; 結(jié)構(gòu) Expert System for Hydropower Plants Realtime Monitori ng 　　Ab s tract: A supervisory c

2、ontrol and data acquisition expert system for water power station s is discussed in this paper.The system can gather the real time data in the pow er stations and substations,and make tables and graphs from the data.All reports 　and curve sketches are in Chinese formar and can be printed by parallel

3、 printer s.The system can record the important information in the accident moment.It achi eves high level automation in power stations monitoring. 　　Key words: real time supervisory control and data acquisition; expert system; software; structure 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RT U作為數(shù)

4、據(jù)采集設(shè)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

5、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(luò)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)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 　　廠站級控制層由下列設(shè)備組成： 　?。?）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

6、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。 　?。?）操作員工作站設(shè)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。 　?。?）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(shè)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。 　?。?）通訊處理機完成與網(wǎng)調(diào)、省調(diào)EMS系統(tǒng)

7、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。 　?。?）其他設(shè)備包括GPS時鐘系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(guān)站LCU，一套公用設(shè)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(luò)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

8、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(shè)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(shè)計者）所擁有的關(guān)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

9、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。安全監(jiān)控軟件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。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： 　?。?）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，

10、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?；蜻x中遙控開關(guān)、遙調(diào)變壓器分接頭遙控、遙調(diào)操作、開關(guān)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。 　?。?）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。 　?。?）電能量表包括每塊電度表的表盤值和電能量值列表顯示。 　　數(shù)據(jù)處理功能包括：功率總加顯示，電能量圖表和曲線處理。 　　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

11、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?！　∥臋n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

12、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?！　∫灾髯兂隹跀嗦菲魍饩€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”，

13、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

14、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。參考文獻 ［1］李士勇.模糊控制、神經(jīng)控制和智能控制理論［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1998［2］吳泉源.人工智能與專家系統(tǒng)［M］.長沙：國防科技大學出版社，1995［3］烏日圖.實時專家系統(tǒng)及其應用研究［J］.內(nèi)蒙古工業(yè)大學學報，1998，17(2)17-21［4］白樹忠，南新志.變電站綜合自動化實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].電力系統(tǒng)及其自動化學報，2002，14（3）：43-46.