一种基于事件记录的蓄能机组潜在状态分析系统

黄中杰

（南方电网调峰调频发电公司广州蓄能水电厂）

0 引言

目前，我国抽水蓄能电站建设进入了一个高速发展的时期。为保证电网及蓄能机组安全运行，需要对抽水蓄能机组潜在状态的特性进行深入分析，以更充分地掌控机组的相关信息，保障机组的日常运行维护及为抽水蓄能机组状态检修提供支持。

机组潜在状态，是指机组在某一段时间内不完全由其采集到的模拟量和开关量信息所反映出来的状态。一般情况下，机组的潜在状态与其日常运行的表面状态大致相符。但经过特定事件，如不规律运行、机组大小修、技改、新设备投运及特定的故障等事件后，机组可能表面上各项量化指标都正常，但潜在状态变得不稳定，故障风险加大。在这种情况下，考虑对抽水蓄能机组事件记录建立数据分析系统进行潜在状态分析，一方面可以对其一次、二次设备及辅助设备静态和动态特性进行方便、直观、迅速的研究，了解其运行情况；另一方面结合分析机组各设备故障情况。按不同权重计算机组潜在可靠性。

1 背景

目前国内外的电力系统监测和分析系统主要对抽水蓄能机组进行日志展示及查询，功能简单，不能适应目前抽水蓄能机组应用的现状。抽水蓄能机组的事件记录，包含了电厂及机组日常运行的详细信息，具有精确性和可靠性，是全面掌握机组状态信息的最重要来源。目前，电力系统监测和分析系统对事件记录的现状：

1）以电子记录形式保存在二次系统中，数据内容较多，每天最多超过一万条运行记录，但常规监测和分析系统只支持常规关键字搜索查找功能；

2）事件记录内容具有不确定性及风格不统一，基本不可能以人工方式对其进行分析，大量的数据信息没有得到二次开发利用；

3）由于事件记录有着十分大的数据量和信息量，若只提供基本的查询功能，很难把握涉及到的有用信息。

归根结底，常规监测分析系统只对日志进行简单筛选查询，并非一个基于知识处理的专家系统，无法对蓄能机组潜在状态进行分析。

2 功能设计

本系统能够对蓄能电厂机组事件记录（实际数据）进行统计分析，利用文本聚类及关键词智能匹配，以了解特定时间、特定故障及特定事件前后机组的潜在特征，以更好地掌控各机组的状态，保障机组日常运行维护及抽水蓄能机组状态检修，实现大电网背景下的抽水蓄能机组特性分析和稳定性研究。

本项目最终形成“用户界面——服务器后台程序——算法分析程序——数据库处理模块和特征数据库”架构的系统，具有关键词、故障、事件及匹配时间智能查询功能。部署有实际运行的硬件设备（服务器），允许多用户并行访问使用，并且能与日常运行的抽水蓄能机组监控系统上位机无缝连接，获取蓄能机组实时运行数据，更有效地对其潜在状态进行分析。

3 基于事件记录的蓄能机组潜在状态分析系统

3.1 系统架构

图1为基于事件记录的蓄能机组潜在状态分析系统的示意图，表明该系统平台的结构原理和各个部分之间的架构和流程传递关系。

3.2 静态结构特征

1）本系统包括事件记录数据库、数据库处理模块、算法模块、后台处理模块、服务器后台程序、用户界面、服务器系统和抽水蓄能机组监控系统上位机（含主计算机、数据库计算机、工程师站、操作员站和远动装置及其搭设网络）。

2）事件记录数据库为蓄能机组日常运行实际生成的日志数据，能够有效反映机组一次、二次和辅助设备的状态信息。数据范例如下（不限于此格式）：

Sent： ,P,,DP,2013-11-13 09：54：55 670,5MF002,SI,2,101,1.3.11.3.1.0,/201DA/M11/5MF

Y10/MFY10_AP001/XB21, 5MFY01 AP001 XB2 1, on, Gov. oil pump 1,2,1,,,

原始数据按顺序解析如下：

图1 系统架构图

3）数据库处理模块通过数据包固定规则截取字段信息，并将字段信息写入本地日志文件，便于后台处理模块调用。同时，与算法模块进行数据交互，将计算特征后的事件记录进行写数据库操作。

4）算法模块利用文本聚类方法，对事件记录中的机组状态进行计算和分析，得到各设备启停信息和故障信息特征数据，返送数据库处理模块。

5）后台处理模块对事件记录数据进行调用，对数据查询进行优化，并将指定数据库记录与服务器后台程序进行交互。

6）服务器后台程序为用户提供Web服务后台，客户端通过Web页面能够访问平台系统进行操作。

7）用户界面即用户访问和操作该平台系统的人机接口，提供用户输入查询和数据输出相关界面。

8）服务器系统为实际运行的硬件系统，用于部署蓄能机组潜在状态分析系统各模块。同时以网页（Web）形式进行发布，为客户端工作站或个人电脑提供用户界面访问服务。本系统运行多客户端用户（硬件设备连接）同时访问使用。

9）抽水蓄能机组监控系统上位机，包括主计算机、数据库计算机、工程师站、操作员站和远动装置及其搭设网络。监控系统上位机发送实时事件记录数据至数据库处理模块，生成原始的事件记录，确保本系统的实用性、实时性和可靠性。

3.3 动态结构特征

本系统具备设备状态查询、机组状态分析和故障、事件匹配三大功能。

设备状态查询功能即图2所展示界面功能。用户通过该功能可利用事件记录关键词对设备启停状态进行智能查询。该界面相关信息如下。

图2 “设备状态查询”功能界面

起止时间：用户选取的开始和结束时间，默认为当前访问时间的最近1h。

设备事件记录描述：用户输入的事件记录关键词，该字段不能为空值。

RTU编号：蓄能机组监控系统下位机编号，对应不同机组，开关站，公用系统，上下库及模拟屏设备。

查询按钮：完成查询条件后，点击可生成查询结果。

设备动作次数：查询结果，根据事件记录关键词查询设备在特定起止时间的动作次数。

设备图：查询结果，展示该设备模拟图。

当前状态：查询结果，展示该设备当前处于启动或停止状态。

状态评估：查询结果，根据特定算法计算特定起止时间内该设备的可靠性得分。

动作时间及持续时间列表：查询结果，展示特定起止时间内该设备每次启停时刻及持续周期。

该功能操作步骤如下：

1）用户通过Web浏览器，访问蓄能机组潜在状态分析系统。

2）点击“设备状态查询”按钮，进入功能界面。

3）选择起止时间或不操作（默认时间段）。

4）选择RTU编号或不操作（默认全选）。

5）输入事件记录关键词，点击查询，得到相关数据。

机组状态分析功能即图3所展示界面功能。用户通过该功能可查询各台机组（范例数量为4）的状态和潜在可靠性，有效时间为查询当天。该界面相关信息如下。

图3 “机组状态分析”功能界面

机组编号（1,…, n）：标明数据所属的机组。

设备编号（1,…, n）：归类后的设备类别，分为发电机，水轮机，调速器，监控系统，主变，辅助设备，轴承油，球阀，尾闸，热工系统大类。

设备状态列表（1,…, n）：展示该大类设备存在故障，若超过10条则只显示最近10条。

可靠性（1,…, n）：根据特定算法计算特定时间内机组的可靠性得分。

该功能操作步骤如下：

1）用户通过Web浏览器，访问蓄能机组潜在状态分析系统。

2）点击“机组状态分析”按钮，进入功能界面。

3）查看机组相关数据。

3.4 故障、事件匹配功能

故障、事件匹配功能即图4所展示界面功能。用户通过该功能可利用事件记录关键词对该描述前后时间段的故障、事件进行智能查询。该界面相关信息如下。

图4 “故障、事件匹配”功能界面

起止时间：用户选取的开始和结束时间，默认为当前访问时间的最近1h。

设备事件记录描述：用户输入的事件记录关键词，该字段不能为空值。

前后延伸时间：用户输入的时间量，为整数，以小时为单位，不超过24h，默认为0。假设用户输入n h，即该时间指示将起止时间段内设备运行第一条往前n小时和最后一条日志往后n h作为故障和事件查询的起止时间。

RTU编号：蓄能机组监控系统下位机编号，对应不同机组，开关站，公用系统，上下库及模拟屏设备。

事件记录列表：查询结果，根据事件记录关键词查询设备在特定起止时间的所有设备（对应当前RTU）事件记录。

故障列表：查询结果，根据事件记录关键词查询设备在特定起止时间的所有设备（对应当前 RTU）故障信息日志。

该功能操作步骤如下：

1）用户通过Web浏览器，访问蓄能机组潜在状态分析系统。

2）点击“故障、时间匹配”按钮，进入功能界面。

3）选择起止时间或不操作（默认时间段）。

4）选择RTU编号或不操作（默认全选）。

5）输入前后延伸时间或不操作（默认为0）。

6）输入事件记录关键词，点击查询，得到相关数据。

4 结束语

本系统有效利用蓄能机组实际事件记录数据，对特定时间、特定故障及特定事件前后机组的潜在特征进行统计分析。优点为：①最大限度利用大数据事件记录，整合电子信息资源，形成专家系统，方便运维人员对设备维护工作的开展；②利用关键词分析，形成相关的上下文及机组潜在状态信息（与时间相关），提供基于特定时间、特定故障或特定事件多种分析结果，具有创新性；③更好地认知已有的设备故障模式，强化对已有设备运行经验及故障情况的了解，消除可能存在的设备缺陷，降低设备运行风险；④技术成果可在一定程度上配合预防性检修和状态检修的开展，并可在其他抽水蓄能电站推广。

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