專利名稱：基于智能識別設備狀態(tài)的拓撲防誤校核方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)調度自動化領域，尤其涉及電力系統(tǒng)拓撲防誤技術領域。
技術背景
電力系統(tǒng)的安全運行至關重要，對電氣設備的正確操作是電力系統(tǒng)安全運行的重要保障，因此需要采取一定的技術方法有效的防止誤操作。電力系統(tǒng)中主要防止以下五種誤操作(1)防止帶負荷分合隔離開關；(2)防止誤斷、誤合斷路器；(3)防止帶電裝設地線；(4)防止帶地線合閘；(5)防止誤入帶電隔離區(qū)間。簡稱“五防”。
目前，變電站的防誤系統(tǒng)主要有微機五防和拓撲五防。微機五防是通過維護人員定義設備之間的操作閉鎖關系實現(xiàn)。在電網越來越龐大的今天，電氣設備不僅數量大而且變動頻繁，微機五防的維護量增加巨大，維護日益困難。此外，微機五防只能實現(xiàn)本站設備之間的操作閉鎖，無法實現(xiàn)與對端站設備之間的操作閉鎖，且不能判斷操作后對變電站及系統(tǒng)的影響。拓撲五防是結合數據采集與實時監(jiān)控系統(tǒng)SCADA，根據電網內電氣設備間的拓撲關系來自動實現(xiàn)設備操作的五防閉鎖。專利[拓撲五防裝置]中提到采用了通用五防規(guī)則的拓撲五防規(guī)則庫及拓撲分析得到的電氣島狀態(tài)，將兩者結合起來形成拓撲五防規(guī)則進行防誤校驗。實現(xiàn)了對本變電站設備進行操作閉鎖以及對全網設備的操作進行防誤判斷。 但是，這種方法通過對全網拓撲分析得到電氣島狀態(tài)，針對性不強且分析速度也受到局限； 主要是依據防誤規(guī)則庫，而規(guī)則庫的維護量大、效率較低且自適應性不強。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種靈活的智能識別與人工設置相結合的拓撲防誤校驗方法。利用一種面向對象的局部拓撲分析方法得到設備的運行狀態(tài)，通過對操作前后設備狀態(tài)的比較分析實現(xiàn)對設備操作的防誤閉鎖。這種方法通過結合SCADA監(jiān)控系統(tǒng)進行拓撲分析得到設備間隔內所有的斷路器、隔離開關、旁路刀閘、接地刀閘/地線的信息及實時開合狀態(tài)，然后通過邏輯分析得到設備的狀態(tài)。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，提出一種基于智能識別設備狀態(tài)的拓撲防誤校核方法， 所述方法在電網實時數據的基礎上，結合SCADA監(jiān)控系統(tǒng)，進行面向對象的局部拓撲分析得到設備間隔內所有的斷路器、隔離開關、旁路刀閘、接地刀閘/地線的信息及實時開合狀態(tài)，對此進行邏輯分析得到電氣設備的狀態(tài)，通過分析設備的狀態(tài)是否正常以及操作前后電力系統(tǒng)的變化對電網帶來的影響，推出校驗結果并給出提示，從而實現(xiàn)拓撲防誤校驗。
所述電氣設備的狀態(tài)分為運行、熱備用、冷備用、檢修四種狀態(tài)，如果設備狀態(tài)不是運行、熱備用、冷備用和檢修中的任一種，判斷設備的運行狀態(tài)是異常的；
所述“設備間隔”包含要操作的主設備及與其狀態(tài)相關的斷路器、隔離開關、地刀、 旁路刀閘。以母線、變壓器、線路、負荷為邊界搜索設備的所有節(jié)點，，得到關聯(lián)設備的集合， 形成設備間隔。
所述拓撲防誤校核方法具體步驟為
1)對設備進行拓撲分析，生成設備樹。
2)分析當前的設備狀態(tài)，從實時庫中取得拓撲分析得到的設備樹中各設備的實時狀態(tài)，利用四位二進制存儲，分別為斷路器、旁路刀閘、一般刀閘、地線；對于同一支路如果有相同的設備類型用“與”操作，對于不同支路用“或”操作，最后形成一個整數值；
3)判斷當前的設備狀態(tài)是否正常，如果正常則繼續(xù)往下執(zhí)行，如果不正常，則給出提示，系統(tǒng)退出；
4)在當前設備狀態(tài)正常的情況下，重復步驟2，將帶操作設備的實時狀態(tài)更改為操作后的狀態(tài)進行綜合分析，得出設備操作后的狀態(tài)，則防誤校驗通過，允許操作，防誤程序退出；如果不正常則執(zhí)行下一步；
5)分析操作前后的設備狀態(tài)，分析異常原因并給出提示。
在步驟1中，對設備進行拓撲分析的具體步驟如下
1. 1)根據設備列表查找所有節(jié)點，遍歷所有節(jié)點，如果節(jié)點在節(jié)點列表中不存在則插入到節(jié)點列表中，如果存在直接進入下一步；
1. 2)針對各節(jié)點查找相連的設備，遇到母線、線路、變壓器時結束搜索；
1. 3)根據設備類型分別在對應設備列表中查找是否存在此設備，遍歷所有設備， 如果不存在則將此設備插入到設備列表中，如果已經存在則直接轉入步驟1.1。
本發(fā)明具有以下有益效果
本發(fā)明的方法不依賴人工定義，自適應電氣設備和電網拓撲結構的變化，保證了防誤校驗的實時性和正確性，也解決了因為電網的日益復雜和電力設備的變動頻繁而造成的人工定義設備之間操作邏輯的防誤方式維護量巨大的問題。
此外，利用本方法可以對操作前后電網狀況進行分析，解決了微機五防只能實現(xiàn)本站設備之間操作閉鎖的缺點。
除了系統(tǒng)的智能分析校驗之外，本發(fā)明也提供了人工配置校驗規(guī)則的方法，可以用于有特殊需要的設備的防誤校驗。兩者相結合既保證了普通設備的通用防誤校驗，又保證了對有特殊要求的設備系統(tǒng)無法實現(xiàn)自動五防邏輯判斷時用戶可以自主編輯設備的操作規(guī)則，有效的增加了系統(tǒng)的靈活性與適應性。
本發(fā)明的面向對象的局部拓撲的方法具有廣泛的應用。將電網一次設備劃分為一些相關設備的集合進行分析，將包含大量設備的復雜電網進行了一部分簡化，提高了對電網進行拓撲分析的速度。同時，對于間隔的分析可以統(tǒng)一應用到防誤校驗系統(tǒng)、操作票系統(tǒng)等模塊中。
本發(fā)明實現(xiàn)了設備狀態(tài)智能識別功能。根據間隔內設備狀態(tài)的邏輯判斷識別出設備的狀態(tài)，實時監(jiān)控設備間隔的運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)了錯誤的狀態(tài)，系統(tǒng)會發(fā)出報警提示， 促使用戶及時發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤，保證了電網的安全運行。通過比較設備操作前后的電網變化進行校驗，保證了校驗操作的準確性。


圖1功能結構示意圖
圖2本發(fā)明拓撲分析邏輯圖
圖3本發(fā)明拓撲分析流程圖
圖4本發(fā)明拓撲防誤流程圖
圖5本發(fā)明具體實例開關間隔接線圖具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
本發(fā)明是基于對設備運行狀態(tài)的智能識別而進行拓撲防誤校驗。基本思想是在電網實時數據的基礎上，通過面向對象的局部拓撲分析得到設備操作前后的狀態(tài)，分析設備的狀態(tài)是否正常，即《電力系統(tǒng)調度規(guī)程》中規(guī)定的，電氣設備的狀態(tài)分為運行、熱備用、冷備用、檢修四種狀態(tài)。如果設備狀態(tài)不是運行、熱備用、冷備用和檢修中的任一種，那么設備的運行狀態(tài)是異常的，操作將無法執(zhí)行。通過分析設備操作前后電力系統(tǒng)的變化，得出設備操作對電網帶來的影響，從而推出校驗結果并給出提示。這樣有效的防止了誤操作，并且能夠適應電力系統(tǒng)各種運行方式的變化。系統(tǒng)的功能模塊如圖1所示。
面向對象的局部拓撲分析是根據“設備間隔”進行拓撲分析。“設備間隔”包含要操作的主設備及與其狀態(tài)相關的斷路器、隔離開關、地刀、旁路刀閘。通過搜索設備的所有節(jié)點，得到關聯(lián)設備的集合，形成設備間隔。搜索邊界一般為母線、變壓器、線路，對于特殊接線方式(如內橋式接線)特殊處理。圖2所示為拓撲分析的邏輯圖。
由拓撲分析可以得到設備間隔內各設備的信息，通過實時監(jiān)控數據可獲得各設備的分合狀態(tài)。進行綜合邏輯分析即可以得出各種設備的運行狀態(tài)。
電氣設備“四態(tài)”的定義如下
運行是指電氣設備的隔離開關及斷路器都在合閘狀態(tài)且?guī)в须妷骸?br> 熱備用是指電氣設備具備送電條件和起動條件，斷路器一經合間就轉變?yōu)檫\行狀態(tài)。
冷備用電氣設備除斷路器在斷開位置，隔離開關也在分閘位置。
檢修是指電氣設備的所有斷路器、隔離開關均斷開。
電氣設備的倒閘操作規(guī)律就是基于上述四個階段進行。各種電氣設備的“四態(tài)”規(guī)定如下
(1)斷路器
運行指有關刀閘及開關都在合上位置。
熱備用指僅開關斷開而有關刀閘仍在合上位置。
冷備用指開關及各側刀閘都在斷開位置。
檢修指開關在冷備用狀態(tài)，開關兩則地刀閉合或兩側掛接地線，不需要判斷線路的地刀是否合上。
(2)線路
運行與開關狀態(tài)一致。
熱備用與開關狀態(tài)一致。
冷備用在開關狀態(tài)的基礎上，如果旁刀斷開是冷備用；如果旁刀合上了則表示旁帶運行。
檢修在線路冷備用的基礎上合線路側刀閘。不需要判斷開關兩旁的地刀是否合
(3)母線
母線可以分為一般母線和旁路母線。針對其“四態(tài)”的規(guī)定分別描述如下。
1) 一般母線
運行指母線上所屬設備(線路、主變、旁聯(lián)、聯(lián)變等)任何一個開關在運行狀態(tài)。
熱備用所有開關分，至少有一個是熱備用(其它開關設備可以冷備用)，且Pt刀閘合，Pt端地刀分。
冷備用指母線上所屬設備的開關都在冷備用狀態(tài)。
檢修指母線上所屬的開關都在冷備用或檢修狀態(tài)，且可用刀閘斷開的避雷器及電壓互感器應在冷備用或檢修狀態(tài)，母線地刀閉合或母線上掛接地線。
2)旁路母線
運行有一旁路刀閘合，且該間隔開關運行。
熱備用所有旁刀分，且旁路開關在熱備用狀態(tài)。
冷備用在熱備用的基礎上，旁路開關冷備用。
檢修在冷備用基礎上，且可用刀閘斷開的避雷器及電壓互感器應在冷備用或檢修狀態(tài)，旁路母線地刀閉合或旁路母線上掛接地線。
(4)變壓器
運行指(主)變壓器任意一側的有關刀閘和開關都在合上位置。
內橋接線方式時，高壓側的判斷是否運行需要的知道開關的狀態(tài)或者是母聯(lián)在的狀態(tài)。如果開關閉合，則也是運行，如果母聯(lián)合也是運行。
熱備用指(主)變壓器各側開關斷開而刀閘仍在合上位置。
冷備用(主)變壓器各側開關和刀閘都在斷開位置，但不包括中性點接地刀閘。
檢修(主)變壓器在冷備用狀態(tài)，并按工作票要求布置好安全措施。
(5)手車開關
手車式配電裝置各種位置的定義為工作位置是指主回路隔離觸頭及二次插頭可靠接觸；試驗位置是指主回路隔離觸頭脫離接觸，但二次插頭在可靠接觸狀態(tài)；檢修位置是指主回路隔離觸頭和二次插頭均脫離接觸。
運行手車在工作位置，開關合上。
熱備用手車在工作位置，開關斷開。
冷備用手車在試驗位置，開關斷開。
檢修手車在檢修位置，開關斷開，按檢修工作票要求布置好安全措施，程序只要判斷手車開關推出了開關柜就可以。
(6)電壓互聯(lián)器(PT)
1)普通刀閘關聯(lián)的PT
運行pt刀閘閉合，pt帶電壓。
熱備用電壓互感器無此運行狀態(tài)。
冷備用pt刀閘斷開。
檢修在冷備用基礎上，地刀閉合或地線掛接。
幻手車刀閘的PT6
運行手車刀閘合。
冷備用手車刀閘分
檢修手車及PT推出在柜外。因為PT在刀閘上面。
(7)電容器
運行與關聯(lián)的開關一樣。
熱備用與關聯(lián)的開關一樣
冷備用與關聯(lián)的開關一樣。
檢修本體檢修時，開關冷備用(或檢修)基礎、電容器地刀合。
根據以上描述可以得出各種設備不同狀態(tài)時設備間隔內所有設備的開合狀態(tài)的邏輯關系，由此分析出設備的狀態(tài)。
本發(fā)明提出的防誤校驗系統(tǒng)是基于對設備狀態(tài)的智能識別基礎上，比較分析操作前后的設備狀態(tài)差別及對變電站和電網的影響而進行的。包括對設備進行局部拓撲得到設備間隔內各設備信息及狀態(tài)、綜合分析設備間隔內各設備的狀態(tài)而得到設備的狀態(tài)、分析操作前后的設備狀態(tài)進行防誤校驗三個主要模塊。根據圖3所示的拓撲流程圖和圖4所示的防誤校驗流程圖，將本發(fā)明的具體實現(xiàn)步驟表述如下。
根據圖3所示的拓撲流程圖，對設備進行拓撲分析的具體步驟如下
步驟1 根據設備查找所有節(jié)點，節(jié)點個數為N ；
步驟2 遍歷節(jié)點，如果其中的某節(jié)點在節(jié)點列表中不存在則插入到節(jié)點列表中并進入下一步，如果已經存在于節(jié)點列表中則遍歷下一節(jié)點，當所有節(jié)點都已遍歷則結束；
步驟3 針對這一節(jié)點查找相連的設備，設備個數為M ；
步驟4:遍歷設備，如果其中的某設備是母線、線路、變壓器、負荷則返回繼續(xù)遍歷下一設備，否則根據設備類型分別在對應設備列表中查找是否存在此設備，如果不存在則將此設備插入到設備列表中并進入下一步，如果已經存在則遍歷下一個設備，如果所有設備都遍歷結束則轉入步驟2 ；
步驟5 針對這一設備查找對端節(jié)點，重復步驟2 ；
根據圖4所示的防誤校驗流程圖，對設備進行防誤校驗的步驟如下
步驟1 根據圖3所述步驟對設備進行拓撲分析，生成設備樹。
步驟2 根據設備樹中各設備的開合狀態(tài)信息分析得出主設備當前的狀態(tài)，分析方法如下從實時庫中取得拓撲分析得到的設備樹中各設備的實時狀態(tài)，利用四位二進制存儲，分別為斷路器、旁路刀閘、一般刀閘、接地刀閘/地線；對于同一支路相同的設備類型用“與”操作，對于不同支路用“或”操作，形成一個整數值。
步驟3 根據電氣設備四種狀態(tài)的定義進行邏輯分析，判斷當前的設備狀態(tài)是否正常，如果正常則繼續(xù)執(zhí)行下一步，如果不正常則拋出設備狀體異常的提示，系統(tǒng)退出。
步驟4:將待操作設備的狀態(tài)更改為將要進行的操作后的狀態(tài)進行分析，重復步驟2得出主設備操作后的狀態(tài)。如果此時狀態(tài)正常，則防誤校驗通過允許此操作，防誤程序退出；如果不正常則執(zhí)行下一步；
步驟5 搜索設備狀態(tài)列表，取得滿足此操作后狀態(tài)的所有正確設備狀態(tài)列表，并得出可能動作的設備位；
步驟6 分析可能動作的設備的各種狀態(tài)組合得出待操作設備的動作條件；
步驟7 將所有動作條件合并，對比設備操作前的初始狀態(tài)分析異常原因并給出提示。
將不同設備的各種錯誤操作進行分析總結，得出下表。
表1操作前后狀態(tài)變化與五防分析表
權利要求
1.一種基于智能識別設備狀態(tài)的拓撲防誤校核方法，其特征在于，所述方法在電網實時數據的基礎上，結合SCADA監(jiān)控系統(tǒng)，進行面向對象的局部拓撲分析得到設備間隔內所有的斷路器、隔離開關、旁路刀閘、接地刀閘/地線的信息及實時開合狀態(tài)，對此進行邏輯分析得到電氣設備的狀態(tài)，通過分析設備狀態(tài)是否正常以及操作前后電力系統(tǒng)的變化對電網帶來的影響，推出校驗結果并給出提示，從而實現(xiàn)拓撲防誤校驗。
2.根據權利要求1所述的拓撲防誤校核方法，其特征在于，所述電氣設備的狀態(tài)分為運行、熱備用、冷備用、檢修四種狀態(tài)，如果設備狀態(tài)不是運行、熱備用、冷備用和檢修中的任一種，判斷設備的運行狀態(tài)是異常的；所述“設備間隔”包含要操作的主設備及與其狀態(tài)相關的斷路器、隔離開關、地刀、旁路刀閘；以母線、變壓器、線路、負荷為邊界搜索設備的所有節(jié)點，得到關聯(lián)設備的集合，形成設備間隔。
3.根據權利要求1或2所述的拓撲防誤校核方法，其特征在于，所述拓撲防誤校核方法具體步驟為1)對設備進行拓撲分析，生成設備樹；2)分析當前的設備狀態(tài)，從實時庫中取得拓撲分析得到的設備樹中各設備的實時狀態(tài)，利用四位二進制存儲，分別為斷路器、旁路刀閘、一般刀閘、地線；對于同一支路如果有相同的設備類型用“與”操作，對于不同支路用“或”操作，最后形成一個整數值；3)判斷當前的設備狀態(tài)是否正常，如果正常則繼續(xù)往下執(zhí)行，如果不正常，則給出提示，系統(tǒng)退出；4)在當前設備狀態(tài)正常的情況下，重復步驟2，將帶操作設備的實時狀態(tài)更改為操作后的狀態(tài)進行綜合分析，得出設備操作后的狀態(tài)，則防誤校驗通過，允許操作，防誤程序退出； 如果不正常則執(zhí)行下一步；5)分析操作前后的設備狀態(tài)，分析異常原因并給出提示。
4.根據權利要求3所述的拓撲防誤校核方法，其特征在于，步驟1中，對設備進行拓撲分析的具體步驟如下.1. 1)根據設備列表查找所有節(jié)點，遍歷所有節(jié)點，如果節(jié)點在節(jié)點列表中不存在則插入到節(jié)點列表中，如果存在直接進入下一步；.1. 2)針對各節(jié)點查找相連的設備，遇到母線、線路、變壓器時結束搜索；.1. 3)根據設備類型分別在對應設備列表中查找是否存在此設備，遍歷所有設備，如果不存在則將此設備插入到設備列表中，如果已經存在則直接轉入步驟.1.1。
全文摘要
本發(fā)明基于智能識別設備狀態(tài)的拓撲防誤校核方法，所述方法在電網實時數據的基礎上，結合SCADA監(jiān)控系統(tǒng)，進行面向對象的局部拓撲分析得到設備間隔內所有的斷路器、隔離開關、旁路刀閘、接地刀閘/地線的信息及實時開合狀態(tài)，然后通過邏輯分析得到電氣設備的狀態(tài)，分析設備的狀態(tài)是否正常通過分析設備操作前后電力系統(tǒng)的變化，得出設備操作對電網帶來的影響，從而推出校驗結果并給出提示實現(xiàn)拓撲防誤校驗。本發(fā)明實現(xiàn)了設備狀態(tài)智能識別功能，實時監(jiān)控設備間隔的運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)了錯誤的狀態(tài)，系統(tǒng)會發(fā)出報警提示，促使用戶及時發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤，保證了電網的安全運行。通過比較設備操作前后的電網變化進行校驗，保證了校驗操作的準確性。
文檔編號H02J13/00GK102508059SQ201110316878
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權日2011年10月18日
發(fā)明者余建明, 盛爽, 趙林, 金芬蘭 申請人:北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司