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摘　要: 提出了一種水電站實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)，可在水電站實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、一次圖表顯示、曲線(xiàn)圖和棒圖生成、中文報(bào)表生成、事故綜合處理等功能，使電站達(dá)到無(wú)人監(jiān)控、少人值班的高自動(dòng)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(dòng)化水平和運(yùn)行的安全可靠性。?
　　關(guān)鍵詞: 實(shí)時(shí)監(jiān)控; 專(zhuān)家系統(tǒng); 軟件; 結(jié)構(gòu)?

Expert System for Hydropower Plants Realtime Monitoring?

　　Ab s tract: A supervisory control and data acquisition expert system for water power stations is discussed in this paper.The system can gather the real time data in the power 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 printers.The system can record the important information in the accident moment.It achieves 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(jì)算機(jī)監(jiān)控，在廠站端用微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)裝置RTU作為數(shù)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(hù)和控制動(dòng)作都需要手工完成，自動(dòng)化水平低。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高，傳統(tǒng)電站監(jiān)控系統(tǒng)已不能滿(mǎn)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(shí)需實(shí)現(xiàn)圖形、曲線(xiàn)、報(bào)表處理等能力。把工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）用于電力系統(tǒng)廠站端的實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)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(hù)需要的形式，實(shí)現(xiàn)電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控。此系統(tǒng)是基于專(zhuān)家系統(tǒng)的，稱(chēng)為電站實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)。系統(tǒng)提供一次接線(xiàn)圖實(shí)時(shí)刷新顯示，使值班人員對(duì)電器運(yùn)行狀況一目了然；實(shí)時(shí)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(lái)方便；歷史記錄存檔功能使廠站的生產(chǎn)運(yùn)行情況有案可查；豐富的曲線(xiàn)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(hù)進(jìn)行遙控和遙調(diào)。在電廠站端采用IPC實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)后，可達(dá)到無(wú)人監(jiān)控、少人值班的高自動(dòng)化水平，減輕了操作人員工作強(qiáng)度，提高了電廠站運(yùn)行的安全可靠性。?

2　實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　電站實(shí)時(shí)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)采用分層分布式開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為兩層，即廠站級(jí)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(xiàn)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　廠站級(jí)控制層由下列設(shè)備組成：?
　�。�1）主控計(jì)算機(jī)（專(zhuān)家處理機(jī)）兩套，以互為熱備用方式工作，完成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的管理。包括AGG/AVC計(jì)算和處理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、在線(xiàn)及離線(xiàn)計(jì)算、圖表曲線(xiàn)的生成、事故及故障信號(hào)的分析處理等。?
　　（2）操作員工作站設(shè)兩套，每套工作站帶兩個(gè)顯示器（雙屏），兩臺(tái)工作站互為熱備用方式，一臺(tái)用于監(jiān)控，一臺(tái)用于監(jiān)視。當(dāng)監(jiān)控工作站因故退出時(shí)，監(jiān)視工作站可自動(dòng)或手動(dòng)升為監(jiān)控站。?
　�。�3）工程師兼培訓(xùn)工作站用于修改定值、增加和修改畫(huà)面、系統(tǒng)維護(hù)、軟件開(kāi)發(fā)及遠(yuǎn)程診斷。還可以離線(xiàn)設(shè)置，仿真培訓(xùn)。?

（4）歷史數(shù)據(jù)兼打印報(bào)表計(jì)算機(jī)用于完成歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)、報(bào)表打印等。?
　�。�5）通訊處理機(jī)完成與網(wǎng)調(diào)、省調(diào)EMS系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，與廠內(nèi)其他系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、五防機(jī)等）進(jìn)行通訊。?
　�。�6）電話(huà)及語(yǔ)音報(bào)警計(jì)算機(jī)用于語(yǔ)音報(bào)警輸出、電話(huà)語(yǔ)音查詢(xún)、報(bào)警自動(dòng)傳呼等。?
　�。�7）其他設(shè)備包括GPS時(shí)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(jī)、打印機(jī)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(jī)組LCU，一套開(kāi)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(duì)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(jī)的命令和管理。同時(shí)單個(gè)LCU具有獨(dú)立的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視功能，配有鍵盤(pán)和監(jiān)視器。當(dāng)與上位機(jī)系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)，仍可進(jìn)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(jī)和PLC及遠(yuǎn)程I/O等設(shè)備組成。?
　　用作專(zhuān)家系統(tǒng)的主控機(jī)在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高層次的推理，其中包括診斷的反向推理，同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，并對(duì)面向圖形的知識(shí)獲取系統(tǒng)加以控制，專(zhuān)家系統(tǒng)通過(guò)多通道數(shù)據(jù)總線(xiàn)LCU和以太網(wǎng)傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，從而實(shí)現(xiàn)專(zhuān)家系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。?

3　實(shí)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)軟件流程?
　　系統(tǒng)的軟件分為三個(gè)部分：知識(shí)庫(kù)編輯，數(shù)據(jù)庫(kù)編輯，安全監(jiān)控（推理機(jī)）。知識(shí)庫(kù)是專(zhuān)家系統(tǒng)的重要組成部分，它以適當(dāng)形式表示專(zhuān)家（工程設(shè)計(jì)者）所擁有的關(guān)于電站安全運(yùn)行的電氣、機(jī)械等各方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，包括確定性知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。數(shù)據(jù)庫(kù)是存放專(zhuān)家系統(tǒng)當(dāng)前工作已知的一些情況，如有功/無(wú)功給定值、導(dǎo)葉開(kāi)度、發(fā)電機(jī)輸出電壓、電流等。推理機(jī)（安全監(jiān)控）實(shí)質(zhì)是計(jì)算機(jī)的一組程序，目的在于控制、協(xié)調(diào)整個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)工作，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)或信息，利用知識(shí)庫(kù)的知識(shí)，按一定的推理策略去處理、解決當(dāng)前的問(wèn)題。其中知識(shí)庫(kù)編輯、數(shù)據(jù)庫(kù)編輯為離線(xiàn)，安全監(jiān)控軟件為實(shí)時(shí)在線(xiàn)。安全監(jiān)控軟件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。在初始化之后，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)將在數(shù)據(jù)庫(kù)定義軟件中生成各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)、曲線(xiàn)、棒圖、報(bào)表及知識(shí)庫(kù)裝入，并在內(nèi)存中為其分配工作空間。實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)刷新顯示將圖形編輯軟件中定義的各種圖表顯示出來(lái)，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)值刷新動(dòng)態(tài)點(diǎn)。用戶(hù)亦可在一次圖面上用鼠標(biāo)選中點(diǎn)進(jìn)行手工修改刀閘狀態(tài)操作�；蜻x中遙控開(kāi)關(guān)、遙調(diào)變壓器分接頭遙控、遙調(diào)操作、開(kāi)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(xún)。?
　�。�2）棒圖顯示可規(guī)定上限和下限，正常時(shí)為綠色，越上限為紅色、越下限為黃色。?
　　（3）實(shí)時(shí)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(pán)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(xiàn)處理。?
　　遠(yuǎn)動(dòng)配置顯示功能：可顯示系統(tǒng)所聯(lián)接各臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)裝置（RTU）的YX、YC、PA原碼，以備維護(hù)數(shù)據(jù)采集裝置時(shí)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(cè)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(dāng)事故發(fā)生時(shí)記錄其前后各三點(diǎn)重要遙測(cè)量值）和操作記錄（包括遙控和遙調(diào)時(shí)間、成否、操作員記載）。每類(lèi)記錄均包括時(shí)間、相應(yīng)變化的中文說(shuō)明及該點(diǎn)狀態(tài)。所記錄的內(nèi)容均解幀程序模塊中實(shí)時(shí)生成。
　　文檔管理包括：報(bào)表處理及文本編輯。?
　　操作票打印功能：提供用戶(hù)打印100幅常用操作票的能力。為了確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(qǐng)求IRT，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行。?
　　實(shí)際上，專(zhuān)家系統(tǒng)的主要任務(wù)是應(yīng)用現(xiàn)有的或過(guò)去的知識(shí)進(jìn)行推理以解決問(wèn)題，即對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)和控制，達(dá)到廠站系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)存在很多不確定因素，要使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，監(jiān)控系統(tǒng)就必須能實(shí)時(shí)在線(xiàn)處理各種突發(fā)事件，使系統(tǒng)穩(wěn)定。如：當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)發(fā)生線(xiàn)路短路（特別是暫時(shí)故障），監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合閘來(lái)切除故障；火災(zāi)事故時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和自噴淋系統(tǒng)；當(dāng)機(jī)組軸電流過(guò)大時(shí)，二級(jí)報(bào)警且事故停機(jī)等。
　　以主變出口斷路器外線(xiàn)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(hào)數(shù)據(jù)并從以太網(wǎng)傳到主控機(jī)（專(zhuān)家系統(tǒng)處理機(jī)），主控機(jī)通過(guò)“分析”，作出實(shí)時(shí)“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(yīng)的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)輸電線(xiàn)路自動(dòng)重合閘，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表也將對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)作有相應(yīng)的動(dòng)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(jī)收到故障信息重新作出分析后，給出事故停機(jī)令，此時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)又通過(guò)改變一次圖并向LCU發(fā)出事故停機(jī)令來(lái)完成機(jī)組事故停機(jī)令，并在歷史數(shù)據(jù)功能中記錄下詳細(xì)的操作、異常情況和事件順序等，若系統(tǒng)有中斷請(qǐng)求，RTU將和遠(yuǎn)方發(fā)生通訊。這樣從故障發(fā)生到事故停機(jī)，整個(gè)監(jiān)控專(zhuān)家系統(tǒng)在無(wú)值班人員的任何干涉和操作下完成機(jī)組事故停機(jī)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4　結(jié)束語(yǔ)?
　　本文將實(shí)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)引入電站監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的無(wú)人監(jiān)控、少人值班，提高了電站的自動(dòng)化水平和安全可靠性，減輕了運(yùn)行人員的負(fù)擔(dān)。本系統(tǒng)已經(jīng)成功地運(yùn)用于溫州北溪水電站，運(yùn)行效果良好。??

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