0 引言 電力系統的安全性、穩定性和經濟性一直是系統運行的主要目標。然而，由于電力系統的復雜性及其特有的運行條件的限制，如配電系統抗自然災害干擾性較差、操作頻繁、易于失誤等，都可能引發故障，進而破壞系統運行的各項指標。因此，如何消除故障隱患或避免事故擴大及事故后的恢復是運行人員的首要任務之一。 現代調度中心都配備了先進的計算機系統，這些現代化設備的引入無疑提高了系統運行的自動化程度，減輕了運行人員枯燥繁重的工作。但另一方面，由于各種原因而造成的大量信息的涌人，也給運行人員在緊急狀態下的信息識別增加了難度，尤其是在電力系統發生復雜故障時，如多重故障、越級故障等，將有大量的警報信息、故障信息涌人調度中心；加之聲、光等多媒體信息，加深了運行人員的緊張狀態，難于進行正確的識別，并因此可能由于判斷失誤而使故障擴大。 調度中心的計算機系統通常提供了警報及故障信息收集功能，并可將這些信息在終端上顯示出來。但在故障狀態下，這些未經過濾的信息無法準確地確定故障的位置，無法區分冗余或誤傳信息。事實上，由于電子系統的固有缺陷，信號的誤傳和丟失是經常發生的，如果僅僅依靠SCADA系統提供的信息，準確的判斷是很難形成的。所以，在線的故障信息濾波對于處理故障及故障后恢復乃至于事故分析過程都是相當重要的。 剔除無用信息、準確地定位故障路徑、向運行人員或高層軟件系統提供處理事故的依據，這一過程通常是由有經驗的運行人員人工識別的。但隨著計算機技術、人工智能技術的迅猛發展，這種基于經驗的處理模式元全可用基于規則的專家系統來實現。20世紀80年代后期，一些實現上述功能的系統已出現在國外電網中，并發揮了顯著的作用。 本文介紹一種基于規則的故障信息濾波系統，該系統以SCADA系統采集的開關和保護信息為數據基，濾除冗余的信息及各種誤傳信息，形成故障數據鏈，為準確定位故障點提供依據。本文主要介紹故障信息濾波的理論依據及其實現方法。 1 基本原理 電力系統警報和故障信息通常來自SCADA系統的數據采集功能，該系統將斷路器、隔離開關和保護狀態信號收集起來，實時傳送到電網控制中心，作為運行人員判斷故障的數據基礎。這些數據包的內容將有如下幾種可能：①警報或故障信號：能正確反映故障狀態的信息；②誤傳信號：無故障時，誤發故障信息；⑧重復傳送信號：由于某種原因多次傳送故障信息；④故障信息丟失：有故障，但未傳送某些故障相關信息。為實現準確的故障判斷，應對上述信號進行處理，濾除冗余，識別誤傳，并應能根據不完全的信息進行模糊的邏輯判斷。 電力系統具有明顯的分布特性，所以系統的網絡拓撲結構也有著較嚴格的邏輯關系，即系統元件間的連接遵循分級特征，并可能隨運行方式的變化而使拓撲結構發生變化。而運行方式的變化則為一有窮集合，其基本形式可以以斷路器、隔離開關的狀態來體現。例如系統內的元件間具有如下主要典型規律(電源規律)：①某開關是另一開關的上級；②某開關是另一開關的下級；③開關對應的隔離開關與某母線相連；④某線路(開關)具有雙向潮流特征。 上述規律決定了系統的連接屬性。若再配以如下邏輯規則——僅當下級保護動作，且下級開關未動作，同時上級開關保護、開關動作時，為越級故障信息；僅具有雙向性的線路可能出現雙向越級故障；時間相同信息可能為重復性誤發冗余信息；無上下級關系的動作信息可能為誤發信息；故障信息應遵循網絡拓撲連接規律(運行方式)——就提供了對故障路徑的識別基礎，當運行方式確定之后，可能的故障路徑就確定了，用計算機的特定方法，對未經處理的粗數據進行故障路徑的搜索，即可一次性實現故障數據的濾波，提供故障識別的數據鏈，為處理故障提供依據，這是本方法的基本思想。 2 系統的實現 2．1 基本原理 為實現準確的判斷，對原始數據的處理過程是必不可少的。故障信息濾波的主要功能是對數據進行前期的處理，或稱為預處理，圖1示出了該功能在整個系統中的地位。 由圖1可知，數據濾波的作用在于形成可供故障定位系統使用的故障數據鏈。該數據鏈上的數據僅為反映故障的信息，并可作為進一步處理的數據基礎。為實現這一目標，下述功能模塊是必須的。 a．數據接收模塊：實現與SCADA數據采集功能模塊的連接，接收來自SCADA的原始故障數據。 b．數據庫管理模塊：為實現正確的故障信息濾波，電力系統的當前狀態信息是必不可少的，它將記錄目前系統的運行方式，是形成故障數據鏈的數據基礎。 c．數據鏈生成模塊：根據所接收的實時數據，參照實時數據庫的狀態信息，按時間順序產生數據鏈，實現數據濾波。 d．故障數據鏈發送模塊：實現與高層軟件系統，如故障定位系統的接口。 其中，模塊b、模塊c是實現數據濾波的主要功能模塊。 2．2 實現方法 a．數據接收模塊 接收來自SCADA系統的原始故障數據，電力系統實時網絡通常采用WINSOCK通信方式、TCP／IP協議，以打包發送的方式傳遞，該模塊也應采用相同方式。本系統使用非阻塞socket、多線程程序設計方法，以避免發生數據包的丟失。為記錄電力系統運行的實時狀態，數據包分為故障數據包和狀態數據包兩種，分別實現故障數據的采集和動態狀態數據庫的刷新。 該模塊將實現本系統與調度自動化SCADA系統的接口，故障及正常狀態數據可取自遠動系統，本模塊的通信線程將處于實時監聽狀態，實時接收可能到來的故障信息及定時發來的狀態信息，詳見文獻[1]。 b．數據庫管理模塊 為實現電力系統運行狀態的實時記錄，本系統內必須建立實時更新的狀態數據庫，該數據庫將動態實時刷新，是數據濾波的數據基。同時，數據庫內還必須記錄網絡拓撲連接狀態及元件的特性，如是否具有雙向性等。本系統的數據庫包括：斷路器狀態庫、隔離開關狀態庫、保護狀態庫。表1為數據庫的數據結構簡述。 隔離開關庫有著基本相同的數據結構，保護狀態庫稍有不同，本文不詳細介紹。由表1可知，數據庫記錄了網絡連接的實時拓撲狀態，按電源方向分類，如人線鏈指本開關的下級開關，出線鏈則是與本開關連接的上級開關，雙向性是指該元件具有雙向電源，潮流的方向可能變化。這些數據是濾波的重要依據，各庫均應以一定的掃描周期進行動態刷新，以保證數據處理的可靠性。 c．數據鏈生成模塊 故障數據鏈的生成過程即是故障信息濾波過程?；谂cSCADA系統的通信協議，故障數據包的內容將包括：元件類型、元件號、動作狀態、動作時間等。當復雜故障情況，如多故障、多重故障、越級故障等時，將可能接收多個數據包。故障信息濾波過程如圖2所示。電力系統元件狀態動態數據庫是進行濾波的重要數據基；此外，動作時間是進行判斷的另一重要依據，時間分辨率為毫秒級，時間相同則可能為重復發送數據，相關聯元件的動作時間超出容許范圍，則可能是誤發數據等，與實時數據庫所記錄的元件間關系相對照，加以已定義的規則進行判斷，就可實現數據的濾波，并最終按時間序列生成相互鏈接的故障數據鏈。該數據鏈已基本剔除了不良數據，對可能丟失的數據進行了標記，形成了隱含的可能的基本故障路徑，供故障診斷系統使用。數據鏈的原理結構如圖3所示。 d．故障數據鏈發送模塊 故障數據鏈應以可靠的方式傳送給診斷系統，本系統采用的方式是多線程共享內存方法，以多緩沖區方法解決多個故障數據鏈共存情況，并使用同步和互斥技術來解決可能出現的線程之間對共用數據區的訪問沖突。 2．3 開發平臺及程序設計方法 系統開發平臺為Windows NT，程序設計語言為VC++，數據通信采用WINSOCKAPICZ~。為提高系統的實時性，防止數據包丟失，使用了多進程、多線程技術，實現了進程、線程間的并發執行，提高了整個系統的效率和穩定性。動態數據庫系統使用ODBC技術。整個軟件包層次分明，結構緊湊，用戶界面友好，有效地保證了系統的可靠性和效率。 3 結語 本文提出的信息濾波方法，可有效過濾不良數據，為運行人員的數據分析、高層軟件的數據使用等提供了良好的前提條件。該方法已應用于盤錦地區電網調度中心的警報處理與故障定位專家系統，實際應用證明，使用這種方法濾波的精度高，實時性強，完全可滿足電力系統對信息識別的要求。該方法也可以用于大電網的調度自動化系統或樞紐一次變電所。 信息來源于：東方自動化