基于设备感知多参量判别一键顺控系统研究.pdf
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1、2023年3 月第2 6 卷第3 期Mar.2023,Vol.26,No.3电力大数据POWER SYSTEMS AND BIG DATA大数据专题Big Data Special Reports基于设备感知多参量判别一键顺控系统研究张浩,何东昊,王国权(河南合众电力技术有限公司,河南郑州4 5 0 0 0 6)摘要:当前智能变电站自动化设备众多,数据传输及风险管控极为复杂。本文利用物联网、大数据分析等新兴技术整合智能变电站运行实际数据,提出基于物理设备感知的多参量判别一键顺控系统。该系统结合物理设备感知层与顺控系统之间的信息传递,依据多参数判据结合网络结构拓扑及操作规则,对顺控系统任务选择、
2、防误逻辑进行细化。该系统结合继电保护接口传递的保护规则形成对实际运行设备的多元非同时感知及运行状态的确认,进一步提供顺控系统运行和操作可靠性,人为误操作风险大幅降低,提高了变电站的安全系数。本文的顺控系统对变电站自动化设备稳定运行和电网安全具有重大意义。关键词:一键顺控;多参数;继电保护;物理设备感知中图分类号:TM762文章编号:2 0 9 6-4 6 33(2 0 2 3)0 3-0 0 8 9-0 8文献标志码:BDO1:10.19317/ki.1008-083x.2023.03.011开放获取随着社会经济不断发展进步,在构建新型电力系统的大背景下国家电网提出了建设“三型两网”布局的新发
3、展格局 1-3,指出结合数字化转型不断打造和完善高效可靠的设备管控机制是当前一段时期发展的重中之重,同时也是国网公司建设大数据融合背景下的泛在电力物联网的现实需求 4-5 。在此背景下,基于减少现场人员操作强度和保障操作安全的一键顺控技术应运而生,其通过数字化手段将传统意义上需要人工进行的刀闸操作变成利用信息流与数字化手段自动完成,按照事先预置的操作指令实现一键式顺序控制 6-8 ,同时调度管理部门也可以通过相关软件程序调用操作票库中的信息,从管理体系上减轻一线人员工作强度,也为整个操作过程的安全可靠提供保障 9-10 。目前在实施过程中,一键顺控技术存在对于单步顺控操作指令是否执行到位的判断
4、不足,与之相关的顺控操作摄像头点位布置过于密集,操作票执行时间长,二次保护未接入相关顺控操作控制等问题 11-14 本文结合实际中出现的情况,提出一种融合多参数辨识感知的场景交互模式下的一键顺控可视化系统,将变电站感知层与测控层多维度数据交互及参数耦合,并将相关数据作为判断设备执行情况的主要判据,同时优化一键顺控系统内部防误逻辑,利用标准变电站数据传输协议设计通信接口,以满足在不增加辅控主机的情况下,实现辅控数据与智能感知数据间的信息交互,从而使其参与顺控过程判断,进而实现一键顺控系统的多参量判别。在此基础上,本文还针对顺控操作过程中出现的保护信息管理的问题进行了初步探讨,分析一键顺控全过程中
5、的压板投退及保护定值区切换等问题。1变电物联网建设及一键顺控改造现状为落实国网公司“坚强智能电网和泛在电力物联网”建设工作,国网设备部制定了按照四层泛在电力物联网总体架构,开展变电“两系统、一平台”建设 15-17,构建基于变电运维主设备监控系统、辅助设备监控系统和变电智能分析决策平台等信息化系统的“变电物联网”建设方案。国网就“两系统、一平台”建设工作制订了推进计划,同时要求结合变电站综自改造持续开展一键顺控改造,力争10-12 年实现变电站一键顺控全覆盖。1.1变电信息综合处理系统建设技术方案在地市公司及省检公司部署变电信息综合处理系统,主要由智能巡检、视频监控和数据集成等模块组成 18-
6、19 。系统实现对本单位范围内机器人、视频监控进行管理控制并集成,上报本单位范围的主辅设备数据及巡检结果数据。智能巡检模块:实现对变电站端的由机器人和视频摄像机组成的联合巡检系统远程进行巡检监控、任务管理以及检修区域、巡检点位管理。89电力大数据视频监控模块:实现对变电站短摄像机进行实时视频调阅、远程控制摄像机、录像检索和回放、接收显示通过智能分析技术识别的告警信息。数据集成模块:获取I/II区主辅设备监控系统监测数据以及IV区巡检结果数据、对数据进行预处理,并将数据上报至省公司相关业务系统。1.2车辅助设备全面监控系统建设技术方案在各地市供电公司和省检公司部署辅助设备集中监控系统平台,平台用
7、于收集变电站内告警信息,再将收集的数据推送变电综合信息处理系统。在运维班、地市供电公司和省检公司部署辅助设备监控工作站,辅助设备监控工作站通过辅助设备监控客户端展示告警信息和远程控制 2 0 1。在变电站部署辅助设备监控主机、辅助网关机。变电站已有的在线监测、安全防范、消防、环境监测、照明控制等子系统经规约转换装置接入辅助设备监控主机和辅助网关机。在变电站部署视频站端监控主机,部署视频监视站端系统,通过IV区网通道与变电信息综合处理系统相连。1.3一键顺控改造技术方案一次设备改造:按照国网变电站一键顺控改造技术规范要求,一次设备主要从两方面开展改造:一是在刀闸上加装姿态位置传感器,实现刀闸位置
8、“双确认”二是在线路(主变)间隔线路侧(主变侧)加装新型带电显示装置,实现智能验电。二次设备改造:按照国网变电站一键顺控改造技术规范要求,二次设备改造主要是在变电站部署一键顺控主机、独立智能防误主机,独立智能防误主机与监控系统内置防误逻辑实现双套防误校核。一键顺控主机兼有监控主机全部功能,可代替原监控主机通过原测控装置采集遥信、遥测信息,实现站端远程一键顺控 2 1。2基于物理设备感知多参量判别的一键顺控系统总体架构基于物理设备感知多参量判别的一键顺控系统从物理设备架构,可分为三个层次 2 2 ,即全链路感知层、站控层、网络传输层,总体架构如图1所示。第2 6 卷调控主站正友向腐顺控主机防课主
9、机结控MMG网全储路银知层舞格线视频监控巡检机器视频摄像分析摄像人机图1一键顺控系统总体架构图Fig.1Overall architecture of one-key sequencecontrol system全链路感知层(感知层)主要由视频监控系统、消防系统、环境设备系统、动环系统及安全防范系统组成,主要针对变电站内的环境、安全防护及视频数据进行采集、处理、分析、传递,并将此作为分析一键顺控被执行设备相关状态的辅助判断参考依据。站控层(MMS网络层)根据变电站网络结构及管理数据安全等级可以区分为I区及II区网络,各区之间设置防火墙实现数据隔离,实现变电站全站数据在不同设备之间的采集、传递、
10、分析等功能。对于一键顺控功能的逻辑判断主要利用设置在I区的顺控主机或具有顺控功能的综合监控主机完成,辅助逻辑判断主要通过设置在II区的综合应用主机完成。网络传输层(调度主站端)在通常情况下主要指的是变电站内部站控数据传输网络,又根据变电站级别及网络安全设置的要求分为主站传输与主站调用传输,两者之间通过正反向隔离装置实现物理网络分隔 2 3-2 4 1。调度主站端实现对所辖区域变电站相关顺序控制功能的直接远程控制。辅助控制系统主要用于实现对所管辖范围内的辅助信息数据的采集、转发和控制。基于物理设备感知多参量判别的一键顺控操作系统总体架构图如下所示。正反向隔离装面商装蓝光鲜或网热线NVR远动装藏/
11、数据网关光线VR测量IED485线水漫系统门禁系统温混度系机统照明系统空调系统安防系统消防系统光维控MED安防D清防485线光线.90第3期张浩,等:基于设备感知多参量判别一键顺控系统研究用户发起顺控指令顺控系统执行顺控操作设备信息返较(同时接受遥信、遥测和感知信息)判据结果是香一致N暂停顺控操作,井调用智辅系统实现设备关联显示跳出人工选择对话框,运行人员根据监控画面或现场人工处理异常情况N是香操作完成Y结束图2 系统总体架构图Fig.2Overall system architecturediagram(1)控制指令下发:运行操作人员采用身份认证加口令识别的方式通过验证后利用顺控主机操作票库
12、内预置的操作票内容完成相关操作,发起顺控操作指令。(2)顺控操作执行:顺控主机按照内在五防逻辑进行单步校验和顺序执行,实现对设备遥控操作。(3)设备信息传递:根据顺控操作票的执行操作顺序控制步骤,单步操作需经内置防误逻辑校验;将现场反馈回来的遥测、遥信信号与辅助控制信号进行综合分析;通过不同采集设备得到的多维度信息进行综合分析,以判断设备是否执行到位。(4)现场姿态确认:如果上述不同维度的控制程序给出的判断结果是一致的,则可以认定现场设备姿态调整到位,可进行下一步操作;如果两方面给出的信息不一致,则进行异常状态分析。(5)异常状态分析:一旦系统接收到异常分析请求,则立即终止执行,同时向监控主机
13、发出协助指令,要求调阅视频信息进行分析判断,并通过人工方式进行确认,如果仍无法清楚判断则通过现场确认的方式完成,并将这一事件作为经验判断事件列人分析库不断完善。(6)全过程判断:利用操作票设定的结束标识指令作为整个程序执行完毕的判断指令,如果全部执行完毕则结束流程,否则返回步骤(2)。3基于物理设备感知多参量判别的一键顺控系统关键技术3.1基于物理设备感知多参量判别的一键顺控系统判据设计对于一键顺控技术及操作过程而言,现场被执行设备主要是断路器及隔离开关,主要分析的是两者的实际运行情况。在一般情况下,一旦断路器或者操作机构的运行形态发生变化时,相对应的辅助结点信息、线路间隔的PT/CT等参数、
14、控制柜前指示灯、机械装置动作情况等都相应会发生变化,因此可以通过这些辅助信息的更新变化来分析判断现场设备执行情况的状态。在上述辅助信息中,辅助触点位置、间隔电信号等均可以通过顺控主机数据库中直接获取,屏柜指示灯信号需通过物理感知层获取,现场设备状态需通过视频监控系统获取图像后分析判断。举例来说,线路间隔在断路器动作的全过程中,顺控主机通过信号接人收到现场设备状态变化信息,同时设备操作箱内分合闸指示、线路电气量都随之发生变化;同样,母线隔离开关在动作过程中,视频监控系统一旦接收到设备状态变化信号,现场监控摄像头就会根据后台主机要求捕捉现场设备状态,同时可以根据母线电压与线路保护电压之间的逻辑关系
15、进行电气参数的辨识。因此断路器及隔离开关在一键顺控操作中可以利用多维度进行对设备状态进行分析判断,以提高识别准确度。3.2基于物理设备感知多参量判别的一键顺控系统前端设备优化配置系统前端设备指的是变电站内用于分析设备实际运行工况的相关信息采集装置,在应用层面上主要是视频采集装置,包含视频分析摄像头及传感器等,根据应用场景及实际功能的不同又可分为运行式摄像机、高清云台摄像机、半球摄像机等,同时可结合巡检机器人等设备综合采样。结合现场安装实际及检修需要,建议优先选用高清云台摄像机。结合实际项目实施情况,对于高压组合电气可选择“高清云台摄像机加图像分析”的配置策略。3.3原感知层与一键顺控系统联动控
16、制具体联动控制流程如图3所示。91:三三电力大数据设备端后台监控端加载顺控队列,发起遥控发起遥控预置遥控预置结果发起遥控执行遥控执行结果成功则开始下一次遥控,失数则暂停并启动视频图3顺控系统与感知层联动流程图Fig.3Linkage flow chart of sequence controlsystem andperception layer(1)遥控指令下发:系统在进行模拟预演前,通过站控层网络发送GOOSE报文信息,通知相关执行机构开始进行操作准备,同时报文内还包含设备参数信息。(2)遥控内容确认:感知层网络一旦收到报文信息后即进行分析,按照规则预置设备起始状态,并通过一键顺控主机发送确
17、认信息。(3)遥控指令预设和动作:在顺控系统对于辅助控制系统发送的实时数据进行解析后,一旦对相关事项进行确认,需要针对操作指令所包含的所有信息进行操作位和权限的预先设置,在预设完成后才能进一步实现遥控操作。(4)遥控终止信息:待整个操作过程执行结束后,顺控系统通过设备感知层及站控层网络发送相关数据信息,通知现场执行机构终止整个操作过程。(5)遥控过程评估:设备感知层利用辅控数据判断设备状态,对于执行动作前后的相关状态和辅助控制信息进行对比,以评估整个执行过程的正确性。(6)遥控结果反馈:站控层网络将设备分析结果数据传送给主机,主机判断分析后反馈给站控层网络相应结果识别码,作为信息确认结果和记录
18、。(7)遥测成果确定:如果顺控主机与通信网络之间传输的是遥测成功的信息,并且现场执行状态与装置判断结果一致,则顺控主机根据模拟预演的结果按照顺序控制向下执行。如果顺控主机与通信网络之间传输的是遥测成功的信息,并且现场执行状态与装置判断结果不一致,或者辅控系统给顺控主机传送的信息是错误的或者无法判断,则顺控主机立即停止执行顺控指令,同时向全站广播并要求辅92第2 6 卷设备感知+边缘计算控系统调阅现场实时图像。准备遥控3.4顺控系统与感知层通信规约与接口设计目前,智能变电站的网络组网普遍采用的是已接收IEC61850规约,在此基础上设计一体化监控平台,不同厂家的不同设备均在此统一标准下进行通讯。
19、在顺控系统中,顺控主机与链路感知层之间也遵循IEC61850标准,可将感知层网络看作一种IED设遥控结束备接入后台,相关通信接口设计方案如表1所示。设备状态分析结果表1通信接口设计表失败启动视频Tab.1 Communication interface design table成功则准备下一次遥控监控系统准备遥控输出诊设备状态分析启动视频准备遥控预置结果输人输出设备状态分析结果设备状态分析结果3.5系统安全防护方案对于配置就地母线保护的系统,线路间隔配置测控装置,所有测控装置与线路间隔执行终端之间采用直连光纤布线,并通过环形网络形成手拉手布置,单个节点独立运行并组成可靠双备份网络 2 5 。根
20、据转发容量的要求,端口采用千兆光口或光电口。这种方式最大的特点在于实现数据节点双备份,单一节点通过不同双端口收发数据实现数据双余,具体架构图如图4 所示。间隔间隔间隔间隔图4基于HSR技术组网母线保护分布式拓扑结构图Fig.4 Distributed topological structure diagram of busprotection based on HSR technology由于数据报文采用余配置,当环网中某个子机的环网端口由于光效率不够、光纤衰耗太高的问题出现数据链路中断,但对于双余备份的组网结构而言,仅中断一个端口并不影响数据正常传输,对应的线路保护也正常工作。感知层准备遥控
21、命令输入设备状态分析命令启动视频命令准备遥控预置结果主监控主机交换机MIS间隔合闸,对应的I母母线刀闸1G处于合闸位,II母母线刀闸2 G处于分闸位,开关母线侧接地刀闸1GD、第3期4顺序控制保护信息管理设计目前已有的其他一键顺控系统仅能够完成对开关、刀闸等一次设备的管理,本文研究的系统不仅能对一次设备操作,还能够完成保护管理功能 2 6 。在系统运行时,当需要对功能软压板进行动作时,可参照遥控操作对相关状态信息进行确认,并将此作为一键顺控系统运行的组成部分。基于提高整体操作安全性和可靠性的目的,在对硬压板投退完成后保护装置利用站控层网络发送GOOSE报文,向后台上送当前压板状态信息。IEC6
22、1850协议中保护定值主要分为编制区定值与执行区定值两类,其中编制区定值、执行区定值依次使用编制区定值区号和执行区定值区号进行管理 2 7-2 8 。定值读取是利用IEC61850的读取功能来完成的,在读取编制定值区时就必须先针对定值区的定值进行更改,之后才能使用正确的命令将编制区定值装人执行区定值中。一键顺控系统对一次设备状态进行评估和操作,还可以直接对保护信息进行管理,从实用角度上极大降低了现场一线人员的工作强度,下一步则可重点研究主站端相关信息的控制、传递和操作。5具体顺序控制实例分析本文针对某2 2 0 kV线路间隔举例,简要分析本文提出的融合一、二次设备状态信息的多参数判别一键顺控执
23、行状态与执行步骤,相关接线如图5所示。220kV1M2M1G3GD图5 线路间隔接线示意图Fig.5Schematic diagram of line lnterval wiring(1)在正常情况下,线路运行在I母时开关QF张浩,等:基于设备感知多参量判别一键顺控系统研究信量1G.2G辅助位置信号护电压机+图像分析高清云台摄像1GD辅助位置信号无线路保高清云台摄像QF辅助位置信号护电流机+图像分析高清云台摄像3GD辅助位置信号无(3)根据动作指令生成操作步骤,如表3所示。表3线路间隔运行转检修顺序控制操作票Tab.3Operation ticket for switching line ma
24、intenancesequence control during line interval operation操作次序12342G1GDQF线路快速接地刀闸3GD也同时处于分闸位。一旦线路处于停电检修状态时,线路开关QF分闸,对应的I母母线刀闸1G、2 G 处于分闸位,II母母线刀闸处于分闸位,开关母线侧接地刀闸1GD、线路快速接地刀闸3GD处于合闸位。(2)顺控系统根据遥信、遥控和感知层的图像解析技术分析判断各设备的工作状态,判据结果如表2所示。表2 线路间隔顺控判据表Tab.2(Criteria forline interval sequence control设备名称控参量线路保高清云
25、台摄像机+图像分析机+图像分析顺控控制操作内容拉开开关QF拉开母线刀闸1G合上母线侧接地刀闸1GD合上母线侧接地刀闸3GD(4)该操作票形成后,由操作者在后台上对上述过程进行仿真预演,并与后台管理系统中存储的操作规则进行对比,校核无误即可确定完成顺控动作。(5)根据操作票进行顺控操作。(6)根据在遥信、遥控和感知层中高清摄像机的反校装置,是否控制到位。(7)结合感知层视频信息确认动作完整性及准确性。(8)结束返回。测量93电力大数据FAN Qi,ZHANG Jianjun,QU Xu,et al.Neural network based5结论on the transformation sequ
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