|
|
设
备
管
理
网
s
b
g
l
.
j
d
z
j
.
c
o
m
|
 |
网络模式的电网故障仿真培训系统 |
|
|
| 网络模式的电网故障仿真培训系统 |
|
作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-26 14:21:00  |
|
摘 要：介绍了用于电网故障诊断和处理的仿真培训专家系统。该系统从模拟各种类型故障的报警信息出发，训练调度员根据报警信息快速判断和处理故障的能力。该系统既可以人工设置故障案例，也可由系统自动随机地产生故障案例。该系统在软件体系结构方面引入客户-服务器模式，在图形化的基础上实现学员台-教员台的教学功能。
关键词：电力网；专家系统；仿真培训；故障诊断；网络模式；客户-服务器模式
随着电网规模的扩大，调度工作日趋繁重。当电网发生故障时，要求调度员迅速做出正确判断，并给出相应的处理措施，及时恢复系统的正常运行。这就要求调度员具有足够的理论知识和丰富的实践经验。然而，由于现代电网运行水平的提高，调度员处理大事故的机会很少，很难积累起丰富的实践经验，对年轻的调度员更是如此。为了帮助调度员提高判断和处理故障的速度和准确性，开发联机辅助故障诊断和处理专家系统是一个非常有效的方法。调度员可在专家系统的帮助下，尽快诊断和处理故障，并且在实践中逐步积累经验，提高判断和处理故障的能力。然而，在实际电网中，由于远动信息的不完备，使得联机系统的运行受到限制，不能发挥应有的功能，甚至根本不能实现联机运行。目前，国内多数电网调度中心，远动信息中的遥信量一般仅有开关状态信息，并且还不完全，没有或只有很少量的保护动作和刀闸状态信息，这使得在发生开关或保护拒动，故障跳闸范围扩大时，不能准确地判断故障元件。同时，电网接线方式发生变化时，不能自动跟踪适应，需要人为干预修改。这都给联机故障诊断和处理专家系统的运行带来一定的困难。
鉴于上述原因，开发一个脱机的故障诊断和事故处理模拟培训专家系统，通过脱机模拟各种类型的故障，训练提高调度员根据报警信息快速判断故障和处理故障的能力，使调度员尽快地拥有丰富的事故处理经验，是一个有明显实用价值的课题。
采用纯软件的方法实现电网事故处理监视及操作界面的仿真，以适应系统的发展；采用计算机多媒体技术实现电网事故处理的培训；在电网仿真基础上，设计智能化培训软件，使系统具有了自动培训学员的能力，达到更好的培训效果，采用网络技术，使培训仿真系统能同时面向多个学员，进行不同任务的培训，提高培训效率；简单、灵活的系统硬件结构，既降低成本也便于扩充。
1 研究现状和存在的问题
目前，国内对电网仿真培训的研究主要侧重于调度员的日常操作，大多是在稳态运行模拟方面具有功能完善的操作培训，而在故障处理培训方面效果欠佳。为了满足实时性要求，暂态过程的仿真只能采用“事故再现”和“事故预想”的方法，因而不能随意地仿真电网的事故；此外，事故处理的答案完全由教员根据经验得出，缺乏智能性，很难得到最佳的处理措施。华北电力大学以前开发的电网事故处理培训系统，重点研究了电网事故智能处理技术及电网事故处理仿真培训方法，研制和开发了基于智能处理技术的电网事故处理仿真培训系统。但在如何完善仿真培训的功能，将计算机领域的新技术与智能化电网事故处理仿真培训系统相结合，扩展系统的功能，开发更方便实用的智能化调度员培训模拟系统方面尚需进一步深入研究。本文重点在于引入客户-服务器模式，在图形化的基础上实现学员台-教员台的教学功能，分配系统各模块的物理存储及运行方式。
2 网络模式的引入及客户与服务器间的通信方式
以前开发的电网事故处理培训系统使用Prolog语言和FORTRAN语言进行编程，是在DOS操作系统下开发的，只能单机运行，不能实现教员台-学员台的教学模式。因此有必要引入客户-服务器模式，实现教员台-学员台的教学功能。
传统的基于数据库的客户-服务器模式系统互操作性差、移植难等缺陷很明显，这些缺陷将影响到系统性能和系统的二次开发。若在传统的二层客户-服务器之间增加一层中间件能有效解决这一问题。中间件的内涵十分丰富，从微软的ADO，ODBC和Borland的IDAPI到面向消息、网络通信、数据库访问、远程过程调用(RPC)、对象请求代理(ORG)等，都属于中间件的范畴。中间件在前端客户和后端服务器之间起桥梁作用，客户不再直接操纵服务器，而是通过中间件与服务器进行交流。
培训系统的数据划分为系统的应用数据和实时数据。系统应用数据在建立时以数据库文件形式存在磁盘上，在仿真培训系统初始化时加载到内存，使各应用程序在运行时能快速查询所需的数据。
培训系统的数据也可分作3类：基本数据；特征数据；响应数据。
基本数据就是系统应用数据；特征数据指在图形界面数据中那些反映仿真系统当前的基本状态、资源和培训功能的数据；响应数据指在图形界面数据中可通过对基本数据和特征数据的处理而生成的数据。例如图形窗口名称就是特征数据，调用图形窗口名称可生成图形背景画面，因此图形背景画面就是图形窗口名称的响应数据。特征数据相对于响应数据的量是很小的。
本文提出的基于网络的仿真培训系统，需要在教员台和多个学员台间传送大量数据。针对这个问题，要采用基于特征数据的网络控制方案。这个方案包括两个方面的内容。首先是资源分布，要求教员台和各学员台上有相同的基本数据和应用处理软件。在应用处理软件中，只有教员台和学员台的监视及操作界面图形软件略有差别，教员台多了一些对学员台监控的界面，而这些界面是不需要在网上传送的。其次是网络数据，在网络上只传送特征数据。由于接受端和发送端有相同的基本数据和应用处理软件，因此由特征数据可实时产生相同的响应数据。这样，只需要很少的数据交换，就可以达到快速控制的效果，从表面上看，就好像网间有极高的传送速度，瞬间就能把一台机的画面传到另一台机上。
例如：
a) 发送端切换画面时，将图形窗口名称传给接受端，接受端立即由图形软件调出与此图形窗口名称对应的背景图，其上的动态点图形和字符显示根据相应的实时数据值显示。
b) 发送端在画面上操作开关，使开关位置图形显示改变，各表计显示的潮流值改变，将此开关名称和状态传给接受端，接受端立即由图形软件重新显示相应开关动态点的位置图形，并由本地潮流程序实时计算各表计数值，送到界面上显示。
基于特征数据的网络控制方案解决了基于局域网的仿真培训系统要求的网络功能，将网络上实时传送图形的问题转化为网络进程间通信的问题，其实时效果满足仿真培训的要求；其资源分布方式，使各台机之间的工作相对独立，完全满足仿真培训的要求。
3培训系统组成
3.1学员台
a) 事故仿真及处理培训功能。学员在使用仿真培训系统的过程中，要针对具体的故障案例(即故障报警信息)，给出自己的诊断结果及相应的处理措施。
b) 电网信息查询。本系统的人机界面是以电网图形为基础的，电网的连接关系、设备的名称及所有的操作都是在电网图形上进行的。学员在进行培训过程中，除了必要的故障报警信息以外，可能还需要了解有关的设备参数、保护配置等详细情况，信息查询功能模块正是为了满足学员的这种需求而设置的。
c) 报警信息查询。故障报警信息，包括开关变位信息和保护动作信息，是故障诊断的依据。在电网调度中心，一旦电网发生故障，跳闸开关将以明显的颜色显示在模拟屏上，而其它信息需询问。为了模拟这种情况，在故障设置结束后，将故障报警信息中的跳闸开关以特殊颜色显示在电网图形上，而其它报警信息需通过“报警信息查询”模块获得。
d) 技术问答培训功能。学员与教员通过网络通信的方式与教员联络，进行技术问答。
e) 帮助。此功能为使用者提供一个简单的使用说明，以协助使用者更好地使用培训系统。
3.2教员台
仿真培训系统教员控制功能由3个部分组成：培训前准备、培训中操作的控制、培训后处理。培训前准备主要是建立教案或自动生成案例。培训中操作和控制包括教员对电网的操作、培训过程的控制和对学员的操作监视。培训后的处理包括培训过程的复映和学员操作的评估等。具体功能要求如下：
a) 初始方式的建立和管理。电网事故处理仿真培训系统是基于知识库的智能系统，存储的情况将直接影响系统推理操作的最终结果。由于在实际的电力系统中，网络的接线情况要根据系统运行调度的需要经常进行调整和变化，为了将这些变化所带来的网络连接关系的改变反映在仿真培训系统的数据库中，从而使学员的事故处理更接近于现场实际，提供“电网状态设置”模块。该模块包括4个子模块：“开关状态设置”、“刀闸状态设置”、“闭合所有开关”和“调联变分接头”，分别用于实现相应功能。
b) 电网故障的设置与管理。“电网故障设置”模块是仿真培训主系统的核心，负责产生用于仿真培训的各种故障案例。拟设计人工故障设置和自动故障设置两种方式。人工故障设置是指由教员事先用人工方式建立故障案例库，培训时学员从故障案例库中选取故障案例进行培训；而自动故障设置是指由电网故障自动生成系统自动产生故障报警信息。
c) 对培训过程控制的操作。包括暂停培训、恢复培训、给出学员的培训评估。
d) 系统维护。包括建造故障案例、电网图形维护、拓扑库维护和保护库维护4个部分。建造故障案例是指由教员根据电网具体情况设置一些预想故障并输入相应的报警信息，或者将以往的故障实例输入系统，属于人工故障设置。
e) 权限管理。设置教员台及学员台培训系统的权限。
3.3仿真培训系统的支持系统
仿真培训系统的支持系统包括系统软件、数据库、画面、网络等，是保证实现系统功能的基础，仿真培训系统的灵活性和方便性依赖于支持系统，系统功能的可扩展性也部分依赖于支持系统。因此先进的支持系统对保护仿真培训系统的投资具有很大的作用。
4 数据库及其管理系统
电网培训的培训功能和网络功能对实时数据库有如下要求：
a) 网络功能要求网络数据传输方便。因为仿真培训系统需要用网络通信进行设置、广播、监视等，这些功能的实现都是建立在网络数据传输的基础上，有实时性的要求，需要合理地组织数据，使数据传输速度满足要求。
b) 仿真培训功能要求本地数据处理方便、对实时数据库刷新、访问速度快。
c) 多个应用程序能共享同一实时数据库。
实时数据库的上层是系统数据库字典，它存放需要与图形界面通信的所有变量的名称和实时状态，相当于图形界面的映射。将系统数据库字典按设备类型分成各自独立的子库，构成实时数据库的下层，各设备子库的设备实时状态与系统数据库字典中的实时状态一致，这样便于各仿真培训的应用程序访问相应的实时数据库，如图2所示。为优化网络实时传送数据的速度，对特征数据在执行各网络功能时的数据流向进一步分析。
5 结论
越来越多的计算机应用于各种培训和教学系统中，计算机在电力系统职业培训中的作用也日益受到各级部门的重视。本文给出了一种采用计算机网络系统构成的电网事故处理运行人员仿真培训环境，它采用图形化人机界面，仿真电网事故处理。系统中将人工智能理论应用于电网事故处理的培训，将智能计算机辅助教学(CAI)方法与电力系统职业培训结合起来，在电力系统职业培训上做了有益的尝试。本文详细地阐述了系统的软件体系结构，揭示了一个仿真培训系统的设计构成方法，这种方法也可推广到电网调度及电力系统其它领域的仿真培训。本文的仿真培训系统尽管有结构简单、成本低廉的优点，但也存在着仿真效果不直观的缺点，在应用中还需采用其它辅助手段弥补。
参考文献
［1］葛朝强. 人工智能技术在配电网故障后恢复供电中的应用［A］. 全国高校电力系统及其自动化专业学术论文集［C］. ［出版地不详］：［出版社不详］，1999.
［2］ 夏云庆. Visual C++60数据库高级编程［M］. 北京：北京希望电子出版社，2002.
［3］ 博嘉科技. Visual C++60网络编程实作教程［M］. 北京：北京希望电子出版社. 2001.
|
|
| 文章录入：admin 责任编辑：admin |
|
|
上一篇文章： 电力系统虚拟环境的研究及应用
下一篇文章： 新型热爆式避雷器用脱离器的设计应用 |
|
|
| 【字体：小 大】【发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口】 |
|
 网友评论：（只显示最新10条。评论内容只代表网友观点，与本站立场无关！） |
|
|
|
|
|
