直流电源在线监测管理系统的应用研究

崔奇明，胡绍刚，梁凯，梁鞍，贾超

直流电源在线监测管理系统的应用研究

崔奇明，胡绍刚，梁凯，梁鞍，贾超

介绍了鞍山供电公司直流电源在线监测管理系统的升级，包括其基本结构、应用功能及直流屏、绝缘、蓄电池模块等运行状态信息的采集与展现。在保证整体性能不改变的前提下，用特定的工业级通讯模块及电源代替原系统的采集设备，大幅度节约系统建设及运维成本。提出了在系统中采用专家系统技术或机制做辅助分析的思路,并探讨了对直流电源设备运行状态进行评估的工具和方法。初步应用表明了系统对状态检修等支持的有效性。

直流电源；在线监测；状态检修；专家系统

0 引言

直流电源设备是变电站非常重要的二次设备，其性能、质量直接关系到电网的稳定运行和设备安全[1]。过去，变电站直流电源设备的运行管理工作主要依赖于变电站运行维护人员的现场巡视，缺乏设备的在线监测与管理功能。运行维护人员不能及时了解设备的运行状态，当出现设备故障或呈劣化特征时难以及时采取相应的措施、难以对其实现状态检修。目前，国内在直流电源设备方面有许多论述或规范[2-4],对直流电源设备的研制较为成熟，但配套的在线监测与管理系统并不多见，应用有待深化。为此通过对公司原直流电源设备在线监测管理系统进行应用研究及通过类仿真模式还原现场的工作状态，探讨专家系统等技术在直流电源在线监测管理系统中的应用，从而实现原直流电源设备在线监测与管理系统的升级、加强直流电源设备的日常维护和远程监管、为其状态检修提供更好的支撑平台。

1 基本架构

直流设备在线监测与管理系统在物理上采用分布式部署，通过采集服务器将各变电站直流电源设备如直流屏/绝缘监测/蓄电池模块等的各种信息集中配置/采集与统一管理，利用公司现有内部网络及RS485/RS232→RJ45通讯模块转换设备对管理机的数据实现实时采集，并对直流设备实现全程监视。系统使用WEB发布的形式，为相关人员提供数据的展现、分析等功能。

系统包括现场数据实时采集及业务系统应用两大模块。现场数据实时采集主要为整个直流电源设备在线监测与管理系统提供基础数据，主要负责与终端采集设备进行通信，如采集直流屏、蓄电池组、绝缘监测、充电模块的信息等，系统的变电站内架构示意图如图1所示：

图1 变电站内系统架构示意图

业务系统应用主要依托所采集的数据，显示现场设备数据指标情况，如预警信息提示、报警业务处理流程及历史数据查询分析等，为实现状态检修提供信息支撑。

设备运行状态信息采集仪采用特定的工业级通讯模块C2000 N2A1及电源作为嵌入式系统数据采集处理平台。通过以太网及串口（RS485/422）采集模块集中采集直流电源设备数据，再通过透明转发模块，对网络数据信息进行过滤后统一上传到远程服务器上进行协议解释，实现变电站现场信息远程管理。图1中的管理机可以是具有数据管理功能的设备或本身就是计算机。

2 基本功能

系统包括了角色设置、设备分类、功能模块等。其中角色设置包括：系统管理员、机关领导、变电站领导、变电站业务人员等。设备分类包括：直流屏、电池组、绝缘监测等。

功能模块包括如下；

（1）直流屏、蓄电池组、绝缘监测信息的增加、删除、修改、查询。绝缘监测信息查询如图2所示：

图2 绝缘监测信息查询

电池组信息查询如图3所示：

图3 蓄电池组信息查询

直流屏信息查询如图4所示：

图4 直流屏信息查询

直流屏仪表模拟如图5所示：

图 5直流屏仪表模拟显示图

（2）查询包括：直流屏、蓄电池组、绝缘监测的实时预警信息查询、实时运行状态查询、历史预警信息查询、历史预警曲线展现、统计报表（按年、月、周）等；

（3）变电站信息（IP地址，通讯协议， 规约）的增加、删除、修改、查询。预警信息误报手动消缺，严重预警信息流程处理（通知业务人员、填写处理记录、存档备案），报警信息手机短信提醒，内阻测试、静态放电、充放电记录查询分析等如图6所示：

图 6 选择分析对象

3 系统平台特点

原信息采集及转换模块采用EII-B设备进行转换，该设备在数据传输过程中需要进行多次通讯协议转换；设备端口较多（在现场实际应用中一般不需要如此多的接口）且价格昂贵（每台约20000元），如几十或上百个变电站使用此设备则将造成极大的成本浪费。通过对现场情况的研究与实验，在设备选型上我们做了很大的改进，即选择特定的工业级通讯模块C2000 N2A1及电源模块接入已有的网络设施，在节省重新布线等投资的同时实现了信息采集设备的远程通讯和管理。C2000 N2A1是一种稳定可靠的高性能工业级串口设备联网服务器，它提供RS485/422到TCP/IP网络和TCP/IP网络到RS485/422的数据透明传输。此通讯模块可以是单一接口或多接口，单接口+电源价格每台约在3000元左右，在保证整体性能不改变的前提下，在成本上较以往有了较大的改善。

系统采用Oracle数据库，其稳定性及安全性更加可靠。Web查询采用主流的MVC模式，当功能及要求发生变更时，以最小的变动，更快的时效来满足客户。在保持原系统数据及图表展现的基础上，现系统采用组态的模式进行展现，对于直流屏/绝缘监测/蓄电池组等还原现场数据的立体展示，这更加注重人性化，所见即所得。如将直流屏中显示的实时电源相关信息采集到系统中，并展现在计算机屏幕上，即通过类仿真模式还原了直流屏工作现场的信息，实现了运维检修人员直观的远程监测。

4 基于专家系统分析的应用研究

通过对多个变电站直流电源设备的预警（或故障）信息的采集、积累与整理分类而给出直流电源设备预警（或故障）基本分析模型或判定范围如表1所示：

表1 部分预警信息表

以此为状态检修提供辅助参考。其基本分析可由运维人员直接人工做出判断，也可依此实现专家系统或人工神经网络技术做出辅助分析并给出建议。

4.1 研制联机或嵌入式专家系统，用于实时或准实时报警与分析。

此种类型的应用可研究专家系统工具PRO/3 [5-6]来实现。PRO/3包含有由事实、逻辑规则（Prolog类型推理）等组成的知识模型。这些模型可用于进行事实集合上的统计和其它运算，也可以对带有置信度因子、概率和模糊集的非精确规则进行推理。可建立直流电源设备运行状态信息数据库及分析模型，将实现的专家系统联机或嵌入到直流电源在线监测管理系统中。通过PRO/3与状态信息数据库如MYSQL或SQL SERVER联接，利用PRO/3的产生式系统的特点而给出直流电源设备运行状态的评估。

4.2 研制离线专家系统用于常态分析及员工培训。

此种类型的应用可研究专家系统工具ESTA[7]来实现。ESTA适用于确定性推理，知识库由一些节、参量及规则组成，它能够搜索向前链接与/或向后链接的（文本符号）状态空间。

如对表1中监控对象控母电压可形成如下两个基本规则：

如果 控母电压大于242V 则可能发生设备损坏、造成保护装置拒动、误动,建议对电压进行调整、监控装置设置调整。

如果 控母电压小于200V 则可能发生保护装置不工作、保护拒动。建议对电压进行调整、监控装置设置调整。

利用ESTA可形成一个专家系统原型，在其中对上述所形成的规则实现如下：

Section start : '开始节 '

if itemofselect ='zlp' do zlp

if itemofselect ='xdc' do xdc

if itemofselect ='jy' do jy

……...

section zlp : '直流屏'

advice '直流屏'

if kmdy242 do kmdy242_process

if kmdy200 do kmdy200_process

……...

section xdc : '蓄电池'

advice '蓄电池'

……...

section jy : '绝缘'

advice '绝缘'

……...

Section kmdy242_process : '处理监测对象 '

advice '建议对电压进行调整、监控装置设置调整'

Section kmdy200_process : '处理监测对象 '

advice '建议对电压进行调整、监控装置设置调整'

parameter itemofselect : '选择监测对象'

type category

explanation ' '

options

zlp - '直流屏',

xdc - '蓄电池',

jy - '绝缘'.

question '请选监测对象'

picture ' '

parameter kmdy242 : ' '

type boolean

explanation ' '

rules

true if kmdy242_ask,

false if not kmdy242_ask,

true.

parameter kmdy242_ask : ' '

type boolean

explanation '如控母电压大于242V：

1）则可能发生设备损坏；

2）造成保护装置拒动；

3）误动。'

question '控母电压大于242V吗? '

parameter kmdy200 : ' '

type boolean

explanation ' '

rules

true if kmdy200_ask,

false if not kmdy200_ask,

true.

parameter kmdy200_ask : ' '

type boolean

explanation '如控母电压小于200V：

1）则可能发生保护装置不工作；

2）保护拒动。'

question '控母电压小于200V吗? '

图6是选择分析对象提示，分析过程中的一个提问如图7所示：

图7 给出一个提问

分析后的建议如图8所示：

图8 给出建议

使用基于ESTA的专家系统可对直流电源设备中的相关运行信息作出解释以帮助新员工更快地提高技术水平。并且在对设备状态信息进行分析时，可对相关信息进行预处理，如分类、归并等。预处理后的信息可做为一个人工神经网络系统的训练或预测输入，这样可提高人工神经网络训练或预测的有效性。

5 总结

通过对公园变电站的现场实施，直流电源在线监测管理系统平台已经初步构建完成并进行应用。今后对各变电站的推广，只需通过增加各现场硬件平台及对直流电源设备的各种信息进行集中采集和统一管理即可。现场硬件平台采用透明转发技术，无需或很少需要现场编写程序和调试设备通讯，减少了维护人员在现场的大量工作，有效降低了系统的运行维护成本。采用特定的工业级通讯模块及电源作为嵌入式系统数据采集处理平台，当系统所涉及的变电站多到几十或上百时，其节约的设备投资非常明显。

对于直流屏/绝缘监测/蓄电池组等设备现场数据的立体展示，更加注重了人性化。系统利用现有的通讯网络能够更加及时准确的监测直流电源设备，使检修人员在足不出户的情况下就可通过该系统传来的信息对设备的状况作出正确的判断，并使得其设备的状态检修工作更有针对性。对基于专家系统技术或机制的直流电源在线监测与管理做了应用研究，给出了一些应用模式与思路，探讨了直流电源系统设备运行状态分析新的管理手段和方法。

进一步的工作包括积累数据、建立并完善告警预测模型，深化专家系统等技术在直流电源在线监测管理系统中的应用以加强对直流电源设备的状态检修与管理及培训相关专业技术人员等。

[1]任克英,王伟,孙伟红.直流在线监测系统在无人值班站的应用[J].电工技术,2011,(1):5,29．

[2]王洪,张广辉,梁志强,冉建国.电力直流电源系统的网络化管理及状态检修[J].电网技术,2010,34(2):185-189.

[3]国家电网公司.直流电源系统管理规范[M].北京:中国电力出版社,2006:1-111.

[4]徐海明,王全胜.变电站直流电源设备使用与维护[M].北京:中国电力出版社,2007:1-201．

[5]Jens Hintze Holm: Pro/3 - A Production System-type Expert System Shell [M].Visual Prolog Application & Language Conference 2006.

[6]Qiming Cui,Shaogang Hu et al: Improvement of the Expert System Shell Pro/3 Sentence Input Function and Exploration of Batch Computers Security Assessment [M].AMEE 2013.

[7]崔奇明.专家系统外壳ESTA的汉化研究及应用[J].微型电脑应用,2005,21(10):23-26．

Application Research of the DC Power Supply Online Monitoring Management System

Cui Qiming, Hu Shaogang, Liang Kai, Liang An, Jia Chao
(Anshan Power Supply Company, Anshan 114001, China)

The paper introduces the upgrade of DC power supply online monitoring system of Anshan power supply company, including its basic structure, application features and operating condition information acquisition and display of the DC panel, insulation and battery module. On the premise of guaranteeing the information acquisition overall performance invariable, instead of the original information acquisition equipment, using of the particular industrial communication module and power greatly saves the cost of system construction and operations. The thinking of using an expert system technology or mechanism is put forward to do the aided analysis in the system, and it discusses some tools and methods for assessing the operating condition of DC power supply equipment. The preliminary application shows that the effectiveness of the system’s support to the condition based maintenance.

DC Power Supply; Online Monitoring; Condition Based Maintenance; Expert System

TP311

A

2014.11.27）

1007-757X(2015)04-0048-04

崔奇明（1959-）男，国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司，高级工程师，工学硕士，研究方向：专家系统及数据库等，鞍山，114001

胡绍刚（1960-）男，国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司，高级工程师，学士，研究方向：电力系统及保护自动化等，鞍山，114001

梁 凯（1975-）男，国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司，高级工程师，工程硕士，研究方向：保护自动化等，鞍山，114001

梁 鞍（1964-）男，国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司，技师，研究方向：电力系统等，鞍山，114001

贾 超（1983-）男，国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司，保护自动化所员工，技术员，学士，电力系统等，鞍山，114001