一种面向监控业务的信号辅助分析与决策方法及系统与流程

1.本发明属于电力调度应用技术领域，具体涉及一种面向监控业务的信号辅助分析与决策方法，还涉及一种面向监控业务的信号辅助分析与决策系统，用于辅助调控运行人员快速准确地定位、分析、处理各种故障和异常。


背景技术：

[0002]“调控一体化”运行管理模式的采用，使得整个电网调度正向着调度、监控、操作一体化、集约化、精益化的“大运行”目标模式转变，并使现有电网调度、设备运行监控功能实施整合，加快电网调度及运行监控职能融合，建立以电网调控中心为中枢的集约化电网运行管理模式。
[0003]
接入站的数量激增，需要掌握的设备种类、信号数量十分庞大，绝大多数监控员没有同时掌握如此多变电站设备情况的经验。
[0004]
调控中心监视的各种信号动作频繁，特别是在电网发生故障时，大量信号，令监控员眼花缭乱，无所适从，很容易遗漏重要信号，延误事故处理。变电站上传信号存在问题：二次信号命名不规范，警信息的误报和拒报，重复报警，报警信息之间缺少关联。
[0005]
目前监控员主要通过scada监控系统查看监控告警信号进行分析和处理，使用scada监控系统监视各变电站上传的监控信号，虽然监控系统对信号按事故、异常、告知等类型进行了分类，但仍要依赖监控员对大量跳出的监控告警信号进行梳理、分析。
[0006]
因此建立一种面向监控业务的信号辅助分析与决策系统，解决现有技术中监控员面对庞杂的监控信号不容易分析决策的问题，对实现调控中心的快速高效处理故障及异常有重要的积极意义。


技术实现要素：

[0007]
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种面向监控业务的信号辅助分析与决策方法及系统，解决了现有技术中无法实现对调度实时故障进行辅助分析与决策的技术问题。
[0008]
第一方面，本发明提出了一种面向监控业务的信号辅助分析与决策方法，包括以下过程：
[0009]
获取一二次设备及二次信号的映射关系，构成原始数据关系链；
[0010]
采集故障前后一段时间间隔内的二次信号，将采集的二次信号形成故障数据证据链；
[0011]
根据故障数据证据链与原始数据关系链进行比对，获得初步故障诊断结果；
[0012]
通过电力系统仿真引擎触发与初步故障诊断结果相同的故障，获得对应的触发二次信号；
[0013]
将触发二次信号与故障数据证据链进行匹配，获得匹配度；
[0014]
根据匹配度判断初步故障诊断结果是否通过验证，将通过验证的初步故障诊断结
果作为最终故障诊断结果。
[0015]
结合第一方面，进一步的，所述获取一二次设备及二次信号的映射关系，包括：
[0016]
获取变电站内所有一二次设备及遥信信号数据，并根据从属关系对一二次设备进行整理和建模；
[0017]
对每个间隔内的二次信号与该间隔配置的一二次设备进行关联，形成映射关系。
[0018]
结合第一方面，进一步的，所述构成原始数据关系链，包括：
[0019]
根据电力系统继电保护理论整理一次设备典型故障类型及各典型故障时的二次信号；
[0020]
对二次信号中的变位信号、事故动作信号、异常告警信息进行编组，形成原始数据关系链。
[0021]
结合第一方面，进一步的，所述将采集的二次信号形成故障数据证据链，包括：
[0022]
对采集的二次信号进行分类，把变位信号和事故动作信号编成一组并按信号发生的时间进行排序，将其它异常告警信息编为一组，形成故障二次信号的故障数据证据链。
[0023]
结合第一方面，进一步的，所述将触发二次信号与故障数据证据链进行匹配，包括：
[0024]
将触发二次信号与故障数据证据链中的变位开关及事故动作信号的物理号进行匹配。
[0025]
第二方面，本发明提出了一种面向监控业务的信号辅助分析与决策系统，包括原始数据关系链建立模块、故障数据证据链建立模块、初步故障诊断模块、故障仿真触发模块、故障信号匹配模块和最终故障诊断模块，其中：
[0026]
原始数据关系链建立模块，用于获取一二次设备及二次信号的映射关系，构成原始数据关系链；
[0027]
故障数据证据链建立模块，用于采集故障前后一段时间间隔内的二次信号，将采集的二次信号形成故障数据证据链；
[0028]
初步故障诊断模块，用于根据故障数据证据链与原始数据关系链进行比对，获得初步故障诊断结果；
[0029]
故障仿真触发模块，用于通过电力系统仿真引擎触发与初步故障诊断结果相同的故障，获得对应的触发二次信号；
[0030]
故障信号匹配模块，用于将触发二次信号与故障数据证据链进行匹配，获得匹配度；
[0031]
最终故障诊断模块，用于根据匹配度判断初步故障诊断结果是否通过验证，将通过验证的初步故障诊断结果作为最终故障诊断结果。
[0032]
结合第二方面，进一步的，故障数据证据链建立模块中，所述将采集的二次信号形成故障数据证据链，包括：
[0033]
对采集的二次信号进行分类，把变位信号和事故动作信号编成一组并按信号发生的时间进行排序，将其它异常告警信息编为一组，形成故障二次信号的故障数据证据链。
[0034]
结合第二方面，进一步的，故障信号匹配模块中，所述将触发二次信号与故障数据证据链进行匹配，包括：
[0035]
将触发二次信号与故障数据证据链中的变位开关及事故动作信号的物理号进行
匹配。
[0036]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明方法及系统采集scada系统故障信息，通过专家系统对信息进行处理形成证据链，并将初步诊断结果发给电力系统仿真引擎，在仿真系统上模拟该故障，同时将仿真系统发出的故障信息传给专家系统进行最终诊断，并将分析结果通过人机界面呈现给监控员，同时通过主题窗、决策树的可视化手段向调控运行人员展示事故演变过程，对监控员快速准确的分析信号并定位故障类型起到很大的帮助，同时可以向监控员提供事故处理参考方案。
附图说明
[0037]
图1为本发明智能电网监控系统的结构框图；
[0038]
图2为设备及信号的关联关系的示意图；
[0039]
图3为一二次设备与二次信号的映射关系示意图；
[0040]
图4为设备及信号建模流程图；
[0041]
图5为典型故障及异常信息的原始数据关系链示意图；
[0042]
图6为本发明信号辅助分析与决策方法的流程示意图。
具体实施方式
[0043]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0044]
本发明的发明构思是：电力调控中心已经建设的scada监控系统能够实时采集正常及故障情况下遥测和遥信数据，电力系统仿真引擎是对scada监控系统的一比一仿真，能够模拟正常及故障情况下潮流与遥测遥信的变化。在此基础上，通过解析智能电网调度技术支持系统基础数据库导出的设备及信号数据，建立一二次设备、信号映射关系，构成专家系统原始数据关系链，从调度一区scada系统采集实时故障信息，包括遥测、一次设备遥信、二次监控信号、soe等实时信息，传入专家系统，然后通过原始数据关系链对采集的信息进行比对式溯源分析，初步判断故障及异常类型并传给电力系统仿真引擎，电力系统仿真引擎触发该故障，再将电力系统仿真引擎发出的故障信息传给专家系统，与从调度一区scada系统采集的实时故障信息进行比较，形成最终诊断结果，以帮助监控员快速准确对故障现象进行分析。
[0045]
专家系统与scada系统及电力系统仿真系统进行信息交互，共同构成监控信号辅助分析与决策系统。
[0046]
本发明的智能电网监控系统如图1所示，监控系统分为应用层、引擎层、模型层和平台层，基于此系统，本发明提出了一种面向监控业务的信号辅助分析与决策方法，参见图6所示，包括以下步骤：
[0047]
步骤1，获取一二次设备及二次信号的映射关系，构成专家系统原始数据关系链；
[0048]
具体包括以下过程：
[0049]
1)变电站设备及信号建模；
[0050]
智能电网调度技术支持系统基础平台为实现变电站设备及二次系统的遥信功能，建立了变电站二次信号量测量与设备及间隔的关联关系，参见图4所示，变电站设备及信号
建模，包括以下过程：
[0051]
从该平台数据库导出所有变电站一二次设备及遥信信号数据，形成一个cime格式文档，cime文件格式如下：
[0052]
【区域】
[0053]
区域名称区域id
[0054]
【厂站】
[0055]
厂站名称厂站id所属区域id
[0056]
【间隔】
[0057]
间隔名称间隔id所属厂站id
[0058]
【设备】
[0059]
设备名称设备id所属厂站id所属间隔id
[0060]
【遥信】
[0061]
遥信名称遥信id所属厂站id所属间隔id
[0062]
将该cime文档里的数据分类整理，根据遥信、设备、间隔、厂站、区域相互间的所属关系进行解析，形成树形结构，如图2所示，按区域、厂站、间隔、设备及信号依次排列下来，每个厂站一条树枝数据，一个厂站下分布多个间隔，一个间隔内部署多个一次设备。
[0063]
对各厂站的数据进行一二次设备建模：根据设备台账及监控信号分析一二次设备配置情况，对每个一次设备配置相应的二次设备，格式如下：
[0064]
厂站id一次设备名称一次设备id二次设备名称二次设备套数
[0065]
从而建立起一二次设备的映射关系。一次设备包括变压器、母线、线路、容抗器等，二次设备类型包括主变保护、母线保护、线路保护、断路器保护、容抗保护、测控、操作箱、自动装置等。
[0066]
对每个间隔内的二次信号与该间隔配置的一二次设备进行关联，形成映射关系，如图3所示。厂站下的一次设备配置两个二次设备，二次设备下对应多个二次设备信号。
[0067]
2)建立原始数据关系链
[0068]
上一步建立了一次设备、二次设备、二次信号的映射关系，根据电力系统继电保护理论总结变电站主变、母线、线路、断路器、容抗等一次设备典型故障类型，如表1所示，并分别整理各典型故障时的二次信号，并对二次信号中的变位信号、事故动作信号、异常告警信息进行编组，将变位信号与事故动作信号编成一组，将异常告警信息编为一组并对这些二次信号按照关联性进行分析，把强相关异常告警信息编组，比如断路器sf6气压低告警与控制回路断线、pt断线与装置异常是强相关二次信号，建成专家系统典型故障及异常信息的原始数据关系链。如图5所示。
[0069][0070]
步骤2，故障分析与诊断。
[0071]
包括以下步骤：
[0072]
1)信息采集
[0073]
专家系统采集一区scada系统扰动前后一段时间间隔内的二次信号，即故障情况下触发的二次信号。采集规则设定为一区scada系统发生事故跳闸时主动将前后一段时间间隔内的二次信号打包发给专家系统，具体时间间隔可人为设定。
[0074]
2)建立故障情况下二次信号的故障数据证据链
[0075]
专家系统对采集的二次信号进行分类，把变位信号和事故动作信号编成一组并按信号发生的时间进行排序，将其它异常告警信息编为一组，形成故障二次信号的故障数据证据链。
[0076]
3)信息诊断
[0077]
专家系统引擎根据2)步建立的故障数据证据链与步骤1建立的典型故障及异常信息的原始数据关系链进行比对，获得初步故障诊断结果。比如：若存在开关变位信息和保护动作信息则首先比对开关变位信号，若开关变位信号相同，则进一步比较故障数据证据链及原始数据关系链里的事故动作信号，若事故动作信号也相同，则对其动作行为进行评价，诊断故障设备及故障类型；若报警信息中没有断路器变位信息和保护动作信息，但存在设备异常告警信息，则能通过异常告警信息的比对，诊断异常类型。
[0078]
4)信息诊断结果验证
[0079]
电力系统仿真引擎接收到初步故障诊断结果后，触发与其相同的故障或异常，进而获得对应的触发二次信号。将电力系统仿真引擎的触发二次信号传给专家系统并与建立的故障数据证据链进行匹配并给出匹配度，匹配方式主要为：根据变位开关及事故动作信号的物理号进行匹配(一区scada系统里的每个开关及遥信有唯一的物理号，并且与电力仿真引擎里的完全一致)。
[0080]
如果匹配度大于预设的门槛值，比如90％，认为初步诊断结果通过验证，并认定为最终故障诊断结果；如果匹配度小于门槛值，则认为故障诊断失败，需由监控员对信号进行分析。
[0081]
步骤3，应用功能扩展。
[0082]
系统建立后可以通过主题窗、决策树的可视化手段向调控运行人员展示故障及异常演变过程，以及信息诊断的过程，并给予报警，对监控员快速准确的分析二次信号并诊断故障类型提供帮助。
[0083]
与现有技术相比，本方法采集scada系统故障信息，通过专家系统对信息进行处理形成证据链，并将初步诊断结果发给电力系统仿真引擎，在仿真系统上模拟该故障，同时将仿真系统发出的故障信息传给专家系统进行最终诊断，并将分析结果通过人机界面呈现给监控员，同时通过主题窗、决策树的可视化手段向调控运行人员展示事故演变过程，对监控员快速准确的分析信号并定位故障类型起到很大的帮助，同时可以向监控员提供事故处理参考方案。
[0084]
本发明还提供了一种面向监控业务的信号辅助分析与决策系统，包括原始数据关系链建立模块、故障数据证据链建立模块、初步故障诊断模块、故障仿真触发模块、故障信号匹配模块和最终故障诊断模块。
[0085]
原始数据关系链建立模块主要用于获取一二次设备及二次信号的映射关系，构成原始数据关系链，原始数据关系链为后续的故障判断提供判别基础。
[0086]
故障数据证据链建立模块主要用于采集故障前后一段时间间隔内的二次信号，将采集的二次信号形成故障数据证据链。具体的，对采集的二次信号进行分类，把变位信号和事故动作信号编成一组并按信号发生的时间进行排序，将其它异常告警信息编为一组，形成故障二次信号的故障数据证据链。
[0087]
初步故障诊断模块主要用于根据故障数据证据链与原始数据关系链进行比对，依次比较两者的变位信号、事故动作信号等，从原始数据关系链中查找出具体的故障类型和故障信息，作为初步故障诊断结果；
[0088]
故障仿真触发模块主要用于通过电力系统仿真引擎触发与初步故障诊断结果相同的故障，获得对应的触发二次信号。
[0089]
故障信号匹配模块主要用于确定初步诊断的故障是否能触发相同或相似的二次信号，将故障仿真触发模块的触发二次信号与故障数据证据链进行匹配，具体匹配触发二次信号与故障数据证据链的变位开关及事故动作信号的物理号，获得匹配度，相同的物理号越多，匹配度就越高。
[0090]
最终故障诊断模块用于根据匹配度判断初步故障诊断结果是否通过验证，将通过验证的初步故障诊断结果作为最终故障诊断结果，验证失败的需由监控员对信号进行分析。
[0091]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0092]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0093]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0094]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0095]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。