智能判断技术在变电站站用变电源系统的研究与应用

丘冠新，王志华

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东 珠海 519000）

变电站功率变换设备和公用供配电系统设备，总称为变电站站用电源，在低压侧主要有直流操作电源、通信电源、电源、蓄电池和UPS。这些可靠的电源主要是提供给变电站的二次设备。其中，组成变电站交流电源的装置有馈线控制、400 V交流电源屏和智能监测控制装置，这些电源是为了把交流电供给变电站的二次设备。构成的直流供电网络就是变电站直流电源系统，它分别是由配电装置、直流电源装置、控制和监测装置等构成，这些电源是为了确保变电站中的自动装置、断路器操作、信号、控制等工作正常。48 V直流输出和一组交流电输入是变电站通信电源，它主要是提供给变电站内的光传输、交换机等设备的电源。UPS电源是为了给变电站计算机等提供负荷用电，因为它能不间断地给负荷供交流电。

由于变电站的交直流电源及其重要，因此需要实时监测变电站电源。但是，在监测系统中，涉及的供应商也比较多，而且这些系统的功能因开发的实际等有差异，而且对功能使用对象也存在不同，导致系统之间不能把数据共享，也不能交换数据，进而不能形成独立的信息系统，不能有效利用彼此的数据信息，给企业整合共享信息带来很多困难。

从2005年开始，不断有厂家设计、制作一体化交直流电源，整合电源以后，为企业提供统一的监测平台，但也只是合并简单的数据，在实际使用过程中，会出现繁多的数据，感觉无从下手。在这种情况下，本文推出变电站站用电源在线智能判断技术，实现其功能效果：

1）可以智能分析变电站的各种电源数据，并且能够很快地知道电源的使用状态，以及出现的问题。

2）使变电站的电源用系统来分析各种数据，并且从电源的运行中能看出电源的隐患，使我们能尽早发现问题、解决问题，避免影响整体设备运行。

1 系统原理和关键技术

变电站站用电源发生故障，一般是由少数原件，或者是单一原件造成，故障的发生也是逐渐形成，有时是疏忽大意，微小的错误操作和设置，而且对错误的操作没有发出警告，导致无法挽回的后果[1-2]。

站用电源所采用的智能判断主要是在电源的检测过程中，发现故障征兆，然后分析处理这些故障征兆信息，得出事故的原因和产生故障的源头，进而让电源运维人员及时知道，做出进一步处理，实现早发现、早处理的操作（见图1）。

图1 专家系统的处理图Fig. 1 Processing of the expert system

站用变电源工作中的判断系统在线工作的原理如下：

1）把电源的数据采集回来，然后按照设计的格式存入数据库。

2）系统把数据库中的数据导入到专家系统，根据专家系统分析电源的工作数据情况，得出电源是否存在故障问题，或者有可能发生故障想象。

3）分析一些数据的异常因素，这些异常因素分析在专家系统内推理完成，得出最终结果。

4）在综合分析结果的基础上，给出相应的处理意见。

在线智能的项目判断关键技术是专家系统和异常信息的分析，获得异常信息以后，才能进一步进入专家系统得出结果[3-5]。

由于站用电源在运行过程中，所产生的信息量非常大，如果从中分析出异常信息，就需要把电源了解透彻，而且所应用的分析方法需要在完成过程中不断积累。

在此次项目中，除了用专家、电科院等的讨论以外，异常信息找出的方法主要通过以下标注和资料：

1）以前电网所有的缺陷数据。

2）以前电网处理事故的措施。

3）已经形成的电网运行规章制度，以及具体操作办法。

4）从产生的缺陷中分析其原因，讨论处理缺陷的办法。

变电站站用电源系统不是用简单的数学就可以描述，这个系统非常复杂，而且运行这项系统需要的技术也非常复杂，这项复杂技术被称为专家系统。

专家系统是一个计算机程序，主要是为了把该领域出现的问题，只有用专家级别的水平才能解决，因为该问题不能用数学模型来解决。因此，该系统需要具备类似人类的思维能力和专家一样的知识库，并且能推理出该领域的问题和故障，而且能解决实际发生的情况。

根据定义，专家系统的功能主要有（见图2）：

图2 专家系统的结构功能Fig. 2 Structure and function of the expert system

1）大量的存储数据和相关解决数据。

2）具备推理和解决问题的初始数据，同时还有各种推理中涉及的信息。

3）当输入当前的数据，可以用已经具备的知识来推理，并能把当前出现的问题解决，使整个系统控制协调。

4）能够解释系统自身行为，也能够解释问题的推理和得出的结论。

5）具备获取知识的空间，以及能升级、扩展知识库，完善系统维护。

6）设置相关的用户接口，方便使用，能够积极有效的把用户的需求传达，能理解用户处理信息。

专家系统中的核心内容就是知识库，在处理和判断变电站站用电源的异常程中，系统需要具备大量专业知识，涉及的知识有变电站电气设备构造和设备原理，对设备运行要求要熟悉，如果一旦出现异常能够分析其原因和做出相应处理，而且能够对异常信息采取一定措施[6-9]。用产生式表示出的这些专业知识，同时作为判断规则存储到专家系统数据库，这也叫产生式规则计组成（见图3）。

图3 产生式系统组成图Fig. 3 Composition of the production system

2 获取异常信息的方法

异常信息通过变电站站用电源过程中，判断系统获取信息的主要方法如下。

2.1 定值比对站用电源

经过比对站用电源的配置，可以分析电源运行设置的定值，同时用运行规范与之比较，进而确定设置的站用电源值是否正确。

《变电站电源系统IEC 61850工程应用数据模型》是广东电网所颁布，然后结合、直流电源、交流电源、通信电源和UPS电源的国家标准，以及南网、广东电网的标准，最终确定所设置的站用电源，这也是站用电源定值设置正确性的判断标准。

2.2 比对站用电源定值裕量和检测值

比对的内容是站用电源检测的实际数据与典型设计和定值，经过比对检测值与定值裕量，进而可以看出电源的参数相差标准定值多少，同时获得电源所产生的数据“健康”状况[10-14]。

2.3 比对操作中是否规范

把电源的规范操作作为实际操作变电站站用电源的标准，对检测到不规范操作时，比对实际操作过程给予预警和存储。

2.4 智能管理关键元件

主要管理的关键元器件是针对充电模块ATS、硅链、UPS电池模块等电源设备进行管理，主要智能管理有：

1）管理更换年限。

2）管理年限。

3）管理动作次数。

4）管理故障。

2.5 分析对比系统间的数据管理

比对系统之间的数据分析，主要针对各电源之间的数据进行分析，为了能提前收到站用各个电源的异常，并能及时预警。

其中的工作原理为：站用电源的各个部分有相关的数据采集，这些数据的变化趋势和数据都是互相关联。根据彼此的联系来分析是否异常，获取站用电源的系统故障和出现故障的原因。

2.6 全程进行跟踪蓄电池充电过程

整个站用电源中的关键部分就是蓄电池，它必须按照蓄电池的标注进行充电，因此必须要通过全程跟踪来管理蓄电池，检测过程中比对设定的参数，看充电顺序是否按照要求进行，同时检测是否是按照标准进行充电，进而发现蓄电池的异常情况。

2.7 用曲线的形式进行分析关键的设备和参数

在一定时间范围内，需要跟踪电源中的关键设备，以及容易出现故障的设备，对关键参数变化趋势进行分析，同时进行横向比较参数，使电源设备的异常情况被发现[15-16]。

3 推理技术

站用电源用人工智能推理技术制成的在线判断警系统。推理机对已知信息，或者异常情况进行分析，然后根据知识库规则进行反复匹配，最后得出新的结论，获得解释问题的结果。

本文中采取的推理在线只能判断的项目有两种，分别如下。

3.1 单独事件的推理

当出现异常情况以后，可以把每个的异常信息进行推理，反应异常信息的结果，同时发出预警信息。

3.2 多起事件相关联的推理

这种推理是针对多起事件进行综合推理，而且这一事件是在同一时间相关联的故障问题。

站用电源出现异常事件进行定值比时，大多都是单独事件的推理。

属于单独的事件推理的还有电源的检测值与定值裕量，相关这个项目的软件，在运行过程中进行综合评价健康指标。

多起事件相关联的推理在数据对比过程中也很多，需要用具备专业知识构建形成的专家系统，综合推理出异常结果。

以下是举例各个事件：

1）充电的装置和模块所输出的电压不相等。

2）充电装置输出和蓄电池组所输出的电压不相等。

3）充电输出和直流合母的电压不相等。

4）充电模块和充电装置的输出电流相同。

5）充电装置电流是由直流母线负载电流和蓄电池电流组成。

如果已经有以下事件发生：

1）充电的装置和模块所输出的电压不相等。

2）充电装置输出和蓄电池组所输出的电压不相等。

3）充电输出和直流合母的电压不相等。

但是4）和5）没有触发电流事件，也就可以肯定：

①充电模块和充电装置的输出电流相同。②充电装置电流是由直流母线负载电流和蓄电池电流组成。

最后系统的结果判断为：①检测过程中发现电压异常。②而且充电装置的电压检测装置发出预警建议。③如果事件已经发生。

1）充电的装置和模块所输出的电压不相等；已经发生事件。

2）充电装置输出和蓄电池组所输出的电压不相等；已经发生事件。

3）充电输出和直流合母的电压不相等；已经发生事件。

4）充电模块和充电装置的输出电流相同；已经发生事件。

5）充电装置电流是由直流母线负载电流和蓄电池电流组成。已经发生事件。

系统进行预警提示：蓄电池出现异常连接。提出的处理意见：请检查设备连接。

4 软件的应用介绍与案例模拟

通过以上理论，在具体实际应用中分析情况，对事件进行预分析，预估在线智能判断系统结果。

案例一：珠海供电局的某新站，1号站用电源电量变低，被断开，2号站用电源不能投入到使用中，主要是因为进线设置为手动开关，不能投入使用，站用电源出现缺乏交流电。如果安装了站用电源在线判断系统，系统就会出现预警，提示“进线开关定值设置异常”，就可自动处理。

案例二：在珠海供电局某中心站，因为过高的交流电压，频繁的损害直流模块。

通过站用电源在线判断系统可以及时预警，并会提示：“交流电压异常变化，防止损害设备”，可以做到提前处理。

案例三：2006年，珠海供电局某某220 kV站就出现以下情况：在7：50分时，调度出现中调、地调在转发过程中中断，现场检查以后，当切换站用电源时，中断了UPS交流输入，电池输出回路上UPS的主机蓄电池的开关是OFF位置，直流电源不能给提供，造成工作停止，数据处理屏产生掉电情况，通讯同时中断。然后把开关恢复到ON，设备可以正常运行。

站用电源在线判断系统可以做出预警提示：“UPS直流输入开关异常”，使事故发生前预知，提前提示隐患。

案例四：珠海电网系统某企业110 kV站，检测的电池出现损坏，出现过大值的电流检测值，限制直流系统时，造成直流电池严重缺电，产生直流设备异常运行，严重影响该企业的站正常运行。

5 结语

随着电网的不断发展，在所有变电站的运行管理过程中，出现很多新的问题，应用信息化和智能化手段是电网发展的必然。

文中用专家系统在线判断变电站站用电源的方法，重点对电源的异常信息在线智能判断和获取信息进行阐述，以及对系统运行的推理机制进行分析，根据实际情况进行研究，编制了相关的应用软件，经过实践测试，有明显的效果，而且具有很高的实用性和可行性。

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