DROTS调度智能防误操作系统研究报告温州调度.docx

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DROTS调度智能防误操作系统研究报告温州调度

DR-OTS电网调度智能防误操作系统

研究报告

温州供电公司调通中心

常州东瑞电力软件有限公司

1研究背景

近年来，由于温州地区经济的快速发展，地区输变电网络变得越来越复杂，目前温州地调管辖的220kV变电站18座、220kV主变40台，110kV变电所92座、110kv主变166台。

如此众多的电网设备，虽然我们在管理上已做了不少工作，但调度员仍普遍认为这是一个危险点，如果开票、审核以及执行稍有疏忽，就有可能造成带电合接地闸刀（或挂接地线）或带接地闸刀（或接地线）送电等误调度事故。

现阶段，在各变电站，大多有防误操作系统来辅助值班员做好安全生产工作，防误系统在变电运行中发挥了举足轻重的作用。

形成鲜明对比的是，调度员拟订或执行操作票只能依赖自己的思维或记忆，缺乏一套可靠的逻辑程序来把关。

虽然安全调度必须坚持“以人为本”的原则，但我们同样应该重视辅助系统对促进安全调度的重要作用。

调度员迫切需要一套带有某种逻辑判断功能的操作票管理系统来为安全调度保驾护航。

调度运行是一项涉及面相当广泛的工作，需要大量的技术资料，并且要不断地根据系统变化情况及时更新有关资料，制订相应的危险点控制预案及事故处理方案。

目前，由于缺乏可靠、实用的辅助系统，调度员只能通过强记硬背等途径，凭经验和记忆来防止各类误调度事故的发生。

尤其是在电网出现大型事故时，由于受心理紧张、外部干扰和技术水平等多方面主客观因素的影响，调度员很容易出现思路混乱等情况，从而影响处理速度，甚至导致处理不当或者扩大事故。

如果能开发一套管理系统，尽可能多地将各种资料收集起来，供调度员参考和学习，对安全调度必将具有非常积极的作用。

温州电网调度操作防误管理系统（以下简称温州调度防误系统）的开发旨在解决上述诸多问题，一方面开发一套带有自动逻辑检查功能的调度操作票开票系统；另一方面，为调度员快速、正确地处理事故和防止误调度提供可靠的辅助手段。

2电网调度操作防误管理系统研究

2.1调度防误模拟操作子系统研究

防误模拟操作子系统是整个调度操作防误管理系统的基础，在接线图上模拟全部调度操作指令涉及电力系统操作仿真的大课题，如何准确地建立电网模型，并采用有效的电网计算分析技术获得满意的仿真结果，是该系统研究开发的关键。

2.1.1网络拓扑、调度员潮流

网络拓扑和调度员潮流是实际电力系统稳态分析和操作仿真必须采用的技术，也是国调中心颁发的调度自动化系统应用软件四个基本功能中的两个。

2.1.1.1网络建模

网络建模对整个网络分析来说显得非常重要，因为正确的网络模型（电网结构及元件参数等）是保证网络正确分析的基本条件。

电力系统模型一般采用层次结构描述，具体元件有：

母线、开关、闸刀、发电机、变压器、并联电容器（电抗器）、线路等。

网络建模力求简单、直观、方便。

本系统采用完全面向电力系统对象，图模库一体的建模方法，在绘图过程中就生成了各个元件的连接关系。

2.1.1.2网络拓扑

网络拓扑分析也称“网络结线分析”，主要作用是根据电网中开关、闸刀等设备的状态及各电气元件的连接关系生成电网分析用的母线和网络模型。

网络拓扑是温州调度防误系统应用的前提。

主要功能：

1）能处理任何接线方式，如单母线、双母线、双母线带旁路母线、3/2断路器结线等；

2）能自动划分系统，确定多岛分区和系统解列情况；

3）对每个活的电气岛指定参考（或称平衡）发电机；

4）能处理单端开断的支路（线路或变压器）；

5）能处理人工设置；

6）拓扑分析结果能在画面上直观明了的显示，即拓扑着色。

算法：

本系统采用深度、广度优先相结合的搜索法（也称老鼠钻迷宫法）。

2.1.1.3调度员潮流

调度员潮流（也叫调度工程师潮流）是电力系统应用软件最基本的应用之一，调度员潮流是电力系统运行分析和规划设计中最常用的工具，是采用潮流计算的方法求解实际电力系统稳态运行条件下的潮流分布。

它的作用是在给定（历史、当前或预想）的运行方式下，进行设定操作，改变运行方式，分析本系统的潮流分布。

主要功能：

1）能进行给定（历史、当前或预想）断面的潮流计算；

2）能模拟发电机出力、负荷功率和变压器分接头位置的调节，模拟各种开关、闸刀的变位操作，各种模拟操作能多重组合；

3）能够模拟发电机的启停和负荷、电容器、电抗器、变压器的投切；

4）能模拟系统的解列、并网、合环、解环；

5）可以计算网络解列后若干个独立网络的潮流；

6）能改变各种控制参数（收敛精度和迭代限次等）进行潮流计算。

7）运行方式的改变能在一次接线图上直接进行。

潮流算法：

牛顿一拉夫逊法，P-Q解耦法。

2.1.2基于网络拓扑、潮流计算的防误模拟操作系统

从前面分析可知，真正的电网操作仿真必须采用网络拓扑和潮流计算技术。

如果采用一般的接线分析和逻辑判断方法，也能实现调度误操作判别，其工作原理就与变电所的五防系统相类似，但是这种方式需要用户定义每个变电所的主接线方式和误操作判别逻辑，用户维护工作量很大，也无法实现用闸刀拉合空载线路或主变的报警。

考虑到自动化系统还不能达到百分之一百的准确性，温州调度防误系统结合系统不连接实时数据源，也不输入网络参数。

网络参数（线路和变压器阻抗）采用缺省参数由程序自动置入，参数中电阻自动置0，这就构成了一个无损耗的网络，平衡结点自动取平均额定电压，这样不用输入任何参数就实现了调度防误操作的功能。

根据操作前和操作后的两次潮流计算结果，再辅以相关安全操作规则判据，便可实现任何接线方式下的防误操作判断功能，譬如对于闸刀的误操作判别，我们采取了独特也是最直接的方法：

就是判它在分闸时两端是否等电位，若等电位则允许操作；如果是不等电位，再看其合闸时是否有电流流过（能够计算出电流值），若有则是带电流操作，是误操作，这种方式能够判别用闸刀拉合空载线路（有对地电容）的情况。

对于操作结果会造成变电所失电的情况也能够给出警告。

2.2调度智能操作票子系统研究

有了调度防误模拟操作子系统，调度员拟票、审核和执行前可以在系统上进行模拟，如果有误操作会立即警告提示，起到了防止误调度的作用。

但是，从调度操作票的流程中可以看出操作防误模拟只是替代了纯人工审核，并没有减轻调度的工作强度，客观上还增加了调度员的工作量。

如何才能既不增加调度工作量，又达到防误模拟的目的。

分析一下调度操作方式和操作指令的特点：

调度操作指令的98％是以操作票的形式下达的，其余是紧急情况下的口头命令，调度操作指令是按调度规程中规定的操作术语填写的。

如果能够智能辨识操作票中的操作指令，再在防误模拟系统中自动演示，就能达到上述目的。

要达到智能辨识操作票中操作指令的目标，首先要提供一个拟票环境，调度操作票由“拟票、审核、预令、其他值审核、监护、执行”这几个流程组成，而且这些流程是在只有调度员参与的相对封闭的环境下完成的，有了拟票就自然要有其它流程，由此构成了一个完整的操作票管理系统。

一般的调度操作指令可以分解出操作对象、操作前状态和操作后状态，如：

×××开关由正母运行改为冷备用、拉开×××开关等。

经过深入研究与实现，认为只有从拟票方式中才能找到解决办法。

温州调度防误系统拟票流程中的成票方式有智能成票和短语成票。

智能成票只要在接线图显示的设备上进行模拟操作，就能在操作票上生成对应的操作指令，这种方法方便直观，还可根据电网运行方式通过网络拓扑生成相关设备的操作指令，更加快捷全面。

短语成票既方便调度员拟票，又能够比较好地解决智能辨识操作指令这一难题，还能规范调度操作指令。

调度员拟票时，选择厂站、操作对象和操作状态，则构成的完整的操作短语。

由于厂站、电压等级、设备等都与防误模拟操作系统相关联，所以选择起来非常方便，也为智能辨识创造了条件。

拟票完成后，接下来是审核。

智能辨识是为了自动演示，有了自动演示使审核变得十分轻松，审核时就像放录像一样，只要按“前进”、“后退”、“自动”等按钮就能将全部操作指令在防误模拟操作系统中演示一遍，直观看到每一步操作结果，有误操作会立即报警并禁止操作。

审核以后是预令，系统提供了WEB浏览下发的功能，受令单位（集控站、发电厂、变电站等）使用自己的用户名和口令可以浏览下载相应的操作指令，减轻了调度员和受令单位的工作。

正令监护执行是温州调度防误系统的重点，我们设计了六重技术手段来达到防止误调度：

（1）操作票正令执行前，当值调度员需要进行复审。

复审时使用系统的模拟演示功能，将操作票的所有指令在模拟接线图上运行一次，系统会根据操作指令结合当前运行方式判断执行此操作票是否会有误调度的发生；

（2）当正令执行阶段，系统会自动对已执行完毕操作指令的后五步进行并序防误，并将结果以更改指令颜色的形式提示调度员，有效的防止因运行方式临时调整或跳步操作引起的误调度，同时为调度员提供可以并序操作的建议，供调度员参考，以提高操作效率；

（3）当操作调度员向监护调度员申请执行某步操作指令时，系统会再次自动判断该指令基于当前运行方式下操作时是否会发生误调度，判断为误调度指令时，系统会将原因通过语音和对话框的形式提示调度员；

（4）监护机收到操作请求后，系统会自动在监护机上判断该指令基于当前运行方式下操作时是否会发生误调度，判断为误调度指令时，系统会将原因通过语音和对话框的形式提示监护调度员；

（5）当监护调度员同意执行该指令后，系统会将监护机的防误结果和操作机的防误结果一起显示到操作机的防误结果窗口，操作调度员可以直接查看两个结果并作相应的比较；

（6）当调度员向现场运行人员发布正令时填写相应的“受令人”、“受令时间”时，判断为误调度的操作指令，填写内容时不能填入同时系统会弹出对话框要求调度员填写强制操作的理由，在最后时刻来提醒调度员不能操作该指令。

这六重技术手段，环环相扣，在视觉、听觉上多次提醒调度员。

设置重重关口来防止两位同值调度员因注意力不集中而漏过防误的提醒，达到“声光结合、多次提醒、全程监护、不可发令、杜绝事故”的效果。

3温州电网调度操作防误管理系统结构

系统结构主要包括硬件结构、软件软件两个方面。

3.1硬件结构

系统硬件结构示意图

数据服务器：

用于存放系统的数据。

其它工作站通过数据源连接到服务器，得到和存储所需的数据信息。

调度员工作站：

由调度员使用，运行防误模拟操作和其它应用软件，完成操作模拟、操作票管理以及信息查询等功能。

工作站为单机双屏，分别显示模拟图和操作票能够更直观的相结合。

3.2软件结构

防误模拟操作子系统

智能操作票子系统

图模编辑系统

数据库（SQLServer、DB2等）

操作系统（WindowsNT/2000/XP）

系统软件结构示意图

如上图所示，系统主要由调度防误模拟操作子系统、智能操作票子系统和其它辅助子系统组成。

系统软件结构如下图：

系统主要软件结构组成图

4温州电网调度操作防误管理系统功能

4.1调度防误模拟操作子系统功能

在防误模拟操作系统的一次接线图上，包含了调度管辖的所有设备（一次和二次），对于不同类型的设备，可以进行不同的模拟操作。

调度员通过模拟操作能够知道每一步操作的结果，当操作违反安全操作规则、造成变电所、母线失电时，立即给出告警信息，为调度员操作增加一道安全保障。

模拟操作时，系统自动形成操作记录信息，显示在操作列表中，方便查看操作的内容。

（1）一次设备操作

模拟图上的所有设备系统自动识别当前状态，直接选择所需的状态，模拟图上设备状态自动作出相应的更改。

（2）继电保护和自动装置的操作

继电保护是调度操作的重要组成部分，也需要防误。

继电保护和自动装置的主要操作是投入或停用，其中高频保护等牵涉到三种运行方式（跳闸、信号、停用），系统针对不同的设备类型设置了典型保护，具体设备自动取对应的保护状态，实现模拟操作和状态防误功能。

（3）挂牌操作

一次设备变更为检修状态时，系统会自动在相应的设备上挂牌（检修、接地等）。

如果向挂牌设备送电，系统提示禁止操作。

此外，还可以挂保电牌、缺陷牌等。

（4）变电所或母线失电报警

如果操作造成变电所或母线失电，系统通过对话框和语音的形式告警，并在信息栏中列出，直至恢复送电。

（5）显示线路连接情况及定位

左键点击线路符号，该线路（包括全部T接线路）亮色显示，并在画面左侧窗口线路栏中树形显示该线路名和全部分支线连接的厂站名，选择某一支线，能够在系统图中自动定位并显示。

（6）设备参数查阅与修改

左键双击设备可查阅和修改设备参数，可根据用户需要记录设备参数，如本系统中的设备输入参数有：

开关：

厂站、电压等级、名称、编号、型号、操作机构、CT变比、备注；

闸刀：

厂站、电压等级、编号、备注；

主变：

厂站、电压等级、名称、型号、容量、备注；

线路：

电压等级、名称、架空线路型号、25度载流量、40度载流量、

电缆型号、25度载流量、40度载流量、电容电流、备注；

母线：

厂站、电压等级、名称、母线类型；

消弧线圈：

厂站、名称、档数、档位、备注；

压变、所用变：

厂站、名称、备注

其中上述设备的厂站和电压等级由系统自动导出，开关名称也可以选择由主设备名称自动导出，闸刀编号由开关编号自动导出。

（7）操作管理与信息记录

操作记录列表中显示每一步模拟操作的内容、操作时间、操作人员、操作结果，当前状态和操作记录保存并与其它工作站同步。

在操作记录查询中能够查到全部历史操作记录。

（8）图模编辑

当需要在系统中添加、修改变电所和设备时，只要在图模编辑系统一个界面即可完成全部绘图（自动导出拓扑关系）和参数、资料录入工作。

根据用户要求，可以绘制大图（所有调度管辖设备绘于一张图内），可复制/粘贴、无级缩放、移动、变电所定位、拓扑着色等。

（9）辅助功能

辅助功能具有动态提醒、事故（或异常）处理提示和、事故预案链接的功能。

动态提醒：

在电网接线模拟图中的一、二次设备上均可以设置相应注意事项、危险点分析及措施，当操作涉及此设备时，系统自动以对话框和语音形式给予提醒；

事故（或异常）处理提示：

移动鼠标到一次设备上，系统会自动调出预先设置的在正常运行状态下处理该事故（或异常）的原则及注意事项，为调度员的事故（或异常）处理提供比较详细的处理参考方案；

事故预案链接：

当系统发生大型事故或典型事故时，当处理事故时调度员可以调用相应的事故预案，使事故处理及时有效。

（10）事故处理

事故发生后，现场的状态将发生改变，如不及时更正模拟图将会对防误系统的防误造成不可预知的后果，所以在系统中创建了“事故处理”功能，可以根据变电运行现场的汇报在系统中填写相应的事故情况，系统则根据填写的内容作出相应的状态改变，使模拟图与运行状态保持一致。

事故处理时，单步发令一般不需开票，调度员发令时需在模拟图上点选相应的的状态，做到手口一致，系统记录事故处理的整个过程的同时模拟图将作出相应的改变。

这样也有利于防止调度员处理事故时应紧张而产生的口误的情况。

4.2智能操作票子系统功能

智能操作票子系统通过“拟票－预审－预令－复审－正令－执行后检查”流程，实现了全过程的人机联合把关，确保执行的正确性、安全性。

已拟好的操作票先由拟票人通过已设定的逻辑判断规则与电网接线模拟系统进行自动演示校核，若有错误则出现“画面提示框”及音响报警，若正确则提交给审核人进行审核。

审核人如认为有必要再进行修改，则可将已拟好的操作票退还给拟票人。

审核完毕后进行预发，预发可通过WEB、OA或生产管理系统等实施。

智能操作票子系统还包括了操作票统计和个人操作统计，并具备了模糊查询操作票功能。

操作票在操作前操作人、监护人必须通过不同电脑登陆该系统。

操作人登陆操作界面、监护人登陆操作监护界面，操作人操作一张操作票时，同时该操作票在监护端打开。

通过将两台电脑的IP地址分别对应执行、监护计算机，保证了两台电脑不能为操作人（或监护人）同时登陆，操作人与监护人也不能同时在一台电脑上登陆。

正令执行时自动弹出执行操作界面，每操作一步指令前都必须得到监护人的同意，若监护人不同意，操作人无法在操作界面上进行正令人名字、正令时间、受令人名字等的填写。

如果执行人需要并在得到监护人的同意下则允许在正令执行过程中改某条指令或增加新的操作指令。

电网接线模拟图在正令操作前为初始状态，每一条指令操作完毕在操作票的“模拟更改”栏里打勾后，接线模拟图自动变更，接着系统自动对下面五条操作指令进行是否可操作判断，并将可操作与不可操作指令用不同颜色显示，鼠标移到操作指令栏时会显示该操作的结果提示或不可操作的原因，这多条指令提前判断功能有助于调度员根据具体情况调整操作顺序，提高工作效率。

在正令执行过程中，可以同时执行多张操作票，当系统出现该指令不可操作的提示后，如果监护人认为可以继续进行操作，则可通过强制性功能进行次条操作。

5结论与特色

（1）系统已在温州地调投入使用，得到了调度员的肯定。

经双方严格测试，已达到了技术协议的全部要求，实现了上面所述的全部功能，起到了防止调度误操作、减轻调度工作强度、规范调度操作指令的预期作用，必将产生良好的经济效益和社会效益。

（2）真正采用网络拓扑、潮流计算和操作仿真技术实现智能辨识调度操作命令、自动演示、误操作报警功能。

（3）系统具有调度操作票全流程管理和操作防误功能，是自成一体的完整系统，实现了无纸化调度，更可以作为SCADA系统的灾难备份。

（4）在该系统的基础上，还能够扩展许多功能。

一套包含调度全部管辖设备、具有操作仿真功能、由调度自己维护的系统是一个十分宝贵的资源，应该尽可能发挥其作用。

我们查阅了大量的关于调度操作仿真、调度操作票管理以及调度自动化等方面的研究文献，并分析了原有系统和国内外研究成果的应用情况。

我国乃至国际上对这方面的研究大量地针对大中型电网的调度员培训仿真系统（DTS），也有针对调度操作票流程的管理系统，真正实现调度操作票全过程的计算机管理和自动防误模拟相结合并投入实际使用的系统尚未见诸报道。

所以，我们的工作具有创新意义。