在培训系统中对学员运行操作进行智能评估的方法

摘要

本发明提出一种在培训系统中对学员运行操作进行智能评估的方法，针对培训学员的评估方式，可分为运行设备操作评估、电网运行指标评估以及事故预案分析评估。其中，运行设备操作评估指学员操作系统运行的设备是否满足电力设备操作规范性以及是否为误操作；电网运行指标评估指电网运行的安全性、可靠性以及经济性是否达到教案设定的要求水平；事故预案分析评估是指预先制定教案中的电网事故以及事故处理方式，培训结束后，分析比对学员实际故障处理方式和事故预案制定的处理方式，从而实现针对电网事故的预案分析评估。本发明对学员运行操作的智能评估方法实用性强，具有极强的灵活性与可行性，可有效提高培训系统的评估水平。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统自动化调度技术领域，具体涉及在培训系统中对学员运行操作进行 智能评估的方法。

背景技术

随着用户对于调度员培训考核要求的提高，单纯依据有经验的调度员对培训学员进行手 动考核已无法满足当前的需求，其原因有：培训过程中，教员无法在学员操作前后对电网运 行质量的变化进行精确的认定；培训过程中学员操作频繁，教员无法做到实时跟踪并及时判 断学员操作的正确性及合理性；教员无法在很短时间内判断学员处理故障的方案是否最佳， 更无法给出学员处理故障的精确评价。

为了解决上述问题，目前已经有关于培训仿真系统评估方法的研究与应用。其基本思想 是结合教员的经验以及培训过程中电网设备的越限情况、失电情况、学员操作情况，以人工 的方式对受训学员给出总体评价。

但是，对学员的培训进行考核评估还是局限于人为经验的前提，更无法整体考核学员驾 驭电网的能力。

发明内容

为了更好的提升培训仿真系统的使用价值，使调度员在培训过程中积累更多的运行经验， 本发明提供了一种在培训系统中对学员运行操作进行智能评估的方法。

为达到上述目的所采用的技术方案如下：

在培训系统中对学员运行操作进行智能评估的方法，包括以下三种情况：

a)对学员运行操作进行评估：用于考察学员针对电网设备进行指令下发或者遥控操作时， 学员的操作是否为误操作，以及考察学员操作是否符合电网设备运行操作规范的要求；

b)对电网运行指标进行评估：用于考察学员驾驭电网运行质量的能力，所述电网运行 指标包括电网运行的安全性指标、电网运行的可靠性指标以及电网运行的经济性指标；

c)对事故预案进行分析评估：用于考察学员面对电网设备发生严重事故或者异常的情 况下，是否能在规定的时间内以最合理的方式处理由于设备故障或异常导致的后果。

前述的a)对学员运行操作进行评估中，误操作包括带负荷拉刀闸、带负荷合刀闸、带 电合地线。

前述的a)对学员运行操作进行评估的步骤包括：

(a-1)生成电网设备操作规范专家库，根据电网设备运行规范的要求，培训系统遍历 变电站系统内的所有类型、所有电压等级的设备，逐一形成所有设备各种类型的操作规范， 并将设备、操作类型以及相应的操作规范进行保存，生成电网设备操作规范专家库；

(a-2)在培训过程中，培训系统在线监视学员的操作信息，根据五防的操作要求分析 并判断学员操作是否为误操作，如果判定为误操作，则自动生成一条针对此次培训的误操作 记录，同时培训系统扣除教案预先设定的误操作分值，针对该教案的考核结束；如果判定不 是误操作，转入步骤(a-3)；

(a-3)读取专家库内对应的操作规范，分析判断学员的操作是否与专家库内该设备对 应的操作规范一致，如果不一致，则自动生成学员操作规范性错误的培训记录，同时扣除教 案预先设定的操作规范性错误的扣分值。

(a-4)用教案设定操作类总分减去操作规范性错误扣除的分数，得到学员运行操作评 估得分值。

前述的电网设备操作规范专家库包括各种类型设备检修操作规范、各种类型设备冷备用 操作规范、各种类型设备热备用操作规范、各种类型设备并网运行操作规范以及设备的旁路 代操作规范。

前述的b)对电网运行指标进行评估包括对电网运行的安全性指标、电网运行的可靠性 指标以及电网运行的经济性指标进行评估，

首先，根据网内设备的电压等级、设备类型及越限程度，人工批量定义全网设备的安全 性系数；根据电网负荷的分布情况，人工批量设定全网负荷类型，包括一类负荷、二类负荷 以及三类负荷，并定义不同类型负荷的可靠性系数；根据用户的要求定义经济性系数，并给 出全网损耗的经济考核门槛值；

然后，对电网运行的安全性指标进行评估包括以下步骤：

(b-1)培训系统循环遍历每一个设备，读取学员培训系统内每一个设备的潮流，包括 不同类型设备的有功量测、无功量测、电压量测及电流量测；

(b-2)在线读取学员培训系统的每一个设备的运行限值，并分析比较该设备潮流与其 限值的大小，如果设备潮流大于其限值，则认定该设备已经越限，并在培训系统的数据库中 增加对应该设备的越限记录，统计越限量及越限累计时间，所有的越限记录生成安全性统计 表；

(b-3)培训结束后，读取培训系统安全性统计表的所有记录，计算当前安全性扣除的 分数，具体计算公式如下：

$R_s=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{u}_i*\frac{{\mathrm{va}}_{\mathrm{ci}}}{{\mathrm{va}}_{\mathrm{si}}}*t_{\mathrm{ci}}$

其中，R_s为安全性扣分总和，n为培训过程中设备越限的总数量，u_i为第i次设备 越限时，对应的越限设备的安全性系数，va_ci为第i次设备越限时，越限设备的当前量测 值，va_si为第i次设备越限时，越限设备的限值，t_ci为第i次设备越限时，设备越限持续 时间；

安全性考核总得分为：安全性评估项总分-R_s；

对电网运行的可靠性指标进行评估包括以下步骤：

(b-4)实时监视学员在培训过程中的操作，拓扑分析该操作导致断电的负荷及其大小， 并将该操作对应的失电负荷大小以及失电累计时间记录在培训系统的数据库中，所有的记录 构成可靠性统计表；

(b-5)培训结束后，根据可靠性统计表中的所有记录，计算当前可靠性扣除的分数， 具体计算公式如下：

其中，C_s为电网可靠性扣分总和，m为培训过程中学员操作的总数量，为第i条学 员操作的负荷点的可靠性系数，P_i为第i条学员操作的失电负荷值大小，τ_i为第i条学员操 作的负荷失电持续时间；

可靠性考核总得分为：可靠性评估项总分-C_s；

对电网运行的经济性指标进行评估包括以下步骤：

(b-6)实时监视学员在培训过程中的操作，对比分析操作前后全网网损值的变化情况， 如果学员操作后的网损值减去学员操作前的网损值大于教案设定的经济性考核门槛值，则在 培训系统的数据库中增加一条对应该操作的记录，并记录操作前后网损的变化情况以及网损 越限时间，所有的越限操作记录构成经济性统计表；

(b-7)培训结束后，根据经济性统计表中的所有记录，计算当前经济性扣除的分数， 具体计算公式如下：$E_s=\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\phi }_i*\frac{L_{\mathrm{ci}}}{L_{\mathrm{si}}}*{\Delta }_i$

其中，E_s为电网经济性扣分总和，k为培训过程中网损越限的总数量，Δ_i为第i次 网损越限时间，φ_i为第i次网损越限电网的经济性系数，L_ci为第i次网损越限学员操作后网 损大小，L_si为第i次网损越限学员操作前网损大小；

经济性考核总得分为：经济性评估项总分-E_s。

前述的c)对事故预案进行分析评估包括以下步骤：

(c-1)制作事故预案，提取教案中的全部事故教案，并根据教案的具体事故制定详细 的事故处理预案，并定义每种处理预案的给定得分，最后以预案文件的方式与事故教案信息 捆绑在一起进行保存；

(c-2)培训过程中，在线监视学员从事故触发到事故规定处理完成时间内的所有操作， 读取当前时刻的事故教案，并将学员操作与事故预案进行对比分析，检测比对学员处理事故 的方式是否符合事故预案中的一种，如果是，则记录该事故预处理方案给定得分；如果不满 足任意一种事故预案，则该事故处理的评估得分为零；

(c-3)培训结束后，计算事故预案分析项的总得分，具体计算公式如下：

其中，S_s为教案事故处理总得分，k为教案事故总数，S_i为学员处理教案第i个事故 的得分。

本发明实用性强，具有极强的灵活性与可行性，可有效提高培训系统的评估水平。

附图说明

图1为本发明的学员运行操作评估流程图；

图2为典型的110kV变电站接线图；

图3为图2中线路L2检修操作第一步接线图；

图4为图2中线路L2检修操作第二步接线图；

图5为图2中线路L2检修操作第三步接线图；

图6为图2中线路L2检修操作第四步接线图；

图7为本发明电网运行指标的评估流程图；

图8为本发明事故预案分析评估流程图；

图9为本发明事故预案分析的一个具体实施例的局部电网线路图；

图10为图9中线路L3发生故障的线路图；

图11为针对图10的线路故障所采取的预案一的线路图；

图12为针对图10的线路故障所采取的预案二的线路图；

图13为针对图10的线路故障所采取的预案三的线路图。

具体实施方式

为便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步阐述。

调度员培训仿真系统(以下简称培训系统)是一套计算机系统，它按被仿真的实际电力系 统的数学模型，模拟各种调度操作和故障后的系统工况，并将这些信息送到电力系统控制中 心的模型内，为调度员提供一个逼真的培训环境，以达到既不影响实际电力系统的运行而又 培训调度员的目的，培训了调度员在正常状态下的操作能力和事故状态下的快速反应能力， 也可用做电网调度运行人员分析电网运行的工具。

本发明提供了一种在调度员培训仿真系统中对学员运行操作进行智能评估的方法，包括 以下三种情况：

a)对学员运行操作进行评估：用于考察学员针对电网设备进行指令下发或者遥控操作时， 学员的操作是否为误操作，以及考察学员操作是否符合电网设备运行操作规范的要求；其中 误操作包括带负荷拉刀闸、带负荷合刀闸、带电合地线等；

b)对电网运行指标进行评估：用于考察学员驾驭电网运行质量的能力，电网运行指标 包括电网运行的安全性指标、电网运行的可靠性指标以及电网运行的经济性指标；

c)对事故预案进行分析评估：用于考察学员面对电网设备发生严重事故或者异常的情 况下，是否能在规定的时间内以最合理的方式处理由于设备故障或异常导致的后果。

以图2所示的变电站作为例子说明学员运行操作评估过程，学员运行操作评估流程见图 1。

图2是一个典型的110kV变电站，为了便于描述，这里只画出110kV部分接线图。假定 线路L2带电。

图2只画出了进线以及所连接的开关、母线等设备。系统将自动生成该接线图相关设备 的操作规范，这里，我们以线路L2设备的检修为例，具体说明操作规范的生成过程。

对于线路L2设备的检修，依据设备检修规范，首先应该分开线路量测的开关，然后分 开母线端刀闸，再分开线路侧刀闸，最后合上线路接地刀闸。图2至图6显示该厂站本侧线 段操作步骤，厂站对侧设备操作步骤与本侧厂站相同。线路L2的检修应分为4个步骤，第 一步，分开开关102，如图3所示；第二步，分开母线侧刀闸102-1，如图4所示；第三步， 分开线路侧刀闸102-2，如图5所示；第四步，合上接地刀102-2-1，如图6所示。

以上就是以线路为例说明设备检修操作的具体步骤。

对学员运行操作评估过程如图1所示，在培训过程中，根据电网设备运行规范的要求， 培训系统将遍历变电站系统内的所有类型、所有电压等级的设备，逐一形成所有设备各种类 型的操作规范，并将设备、操作类型以及操作规范进行保存，生成电网设备操作规范专家库。 电网设备操作规范专家库包括各种类型设备检修操作规范、各种类型设备冷备用操作规范、 各种类型设备热备用操作规范、各种类型设备并网运行操作规范以及设备的旁路代操作规范。

在培训过程中，读取此刻如检修等操作类的教案内容，并在教案规定完成的时间内实时 读取并记录学员的操作内容，根据五防的操作要求，判断学员操作是否为误操作，如果判定 是误操作，则自动生成一条针对此次培训的误操作记录，同时培训系统将扣除教案设定的误 操作分值，针对该教案的考核结束；如果判定不是误操作，则比对判断学员的操作步骤与专 家库内该设备对应的操作规范是否一致，如果不一致则自动生成学员操作规范性错误的培训 记录，同时扣除教案预先设定的操作规范性错误的扣分值。

上述每个操作类教案都需经过上述步骤的分析评估，最后用教案设定操作类总分减去操 作规范性错误扣除的分数，得到学员运行操作评估得分值。如果教案设定操作类总分为20 分的话，学员操作正确无误的话，该项得分为满分20分，否则该项得分为20减去操作扣除 的分数。

对于电网运行指标的评估包括对电网运行的安全性指标、电网运行的可靠性指标以及电 网运行的经济性指标进行评估三部分。

首先应先确定电网各类设备的安全性系数、可靠性系数以及经济性系数。安全性系数主 要体现设备在电网运行时的关键程度，如电网薄弱节点或者关键节点相关的设备不允许越限， 所以这类设备的安全性系数就高，相反，安全性系数就低，根据网内设备的电压等级、设备 类型及越限程度，人工批量定义全网设备的安全性系数；可靠性系数体现的是负荷的重要程 度，根据电网负荷的分布情况，负荷一般分为一类负荷、二类负荷以及三类负荷，一类负荷 最为重要，故可靠性系数就高，三类负荷的重要程度相对最低，故可靠性系数最低；经济性 系数主要体现电网运行是否最为经济、合理，按用户的要求定义经济性系数并给出全网损耗 在可接受条件下的经济考核门槛值。

结合图7所示，在进行电网运行指标评估之前，首先要人工维护确定电网各类设备的安 全性系数、可靠性系数、经济性系数以及经济性考核门槛值。

经济性评估相对容易，在培训过程中，实时监视学员在培训过程中的操作，对比分析操 作前后全网网损值的变化情况，如果学员操作后的网损值减去学员操作前的网损值大于教案 设定的经济性考核门槛值，则在培训系统的数据库中增加一条对应该操作的记录，并记录操 作前后网损的变化情况以及网损越限时间，所有的越限操作记录构成经济性统计表；

培训结束后，根据经济性统计表中的所有记录，计算当前经济性扣除的分数，具体计算 公式为：$E_s=\underset{i=1}{\overset{k}{\Sigma }}{\phi }_i*\frac{L_{\mathrm{ci}}}{L_{\mathrm{si}}}*{\Delta }_i$

其中，E_s为电网经济性扣分总和，k为培训过程中网损越限的总数量，Δ_i为第i次 网损越限时间，φ_i为第i次网损越限电网的经济性系数，L_ci为第i次网损越限学员操作后网 损大小，L_si为第i次网损越限学员操作前网损大小；

假设经济性评估项总分为10分，则经济性考核总得分为10-E_s。

电网安全性考核根据图7可知，在培训过程中，培训系统将循环遍历每一个设备，读取 学员培训系统内每一个设备的潮流，包括不同类型设备的有功量测、无功量测、电压量测及 电流量测；分析比较该设备潮流与其运行限值的大小，如果设备潮流大于其限值，则认定该 设备已经越限，并在培训系统的数据库中增加对应该设备的越限记录，统计越限量及越限累 计时间，所有的越限记录生成安全性统计表。当培训结束后，读取培训系统安全性统计表的 所有记录，进行安全性评分。其评分公式如下：

$R_s=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{u}_i*\frac{{\mathrm{va}}_{\mathrm{ci}}}{{\mathrm{va}}_{\mathrm{si}}}*t_{\mathrm{ci}}$

其中，R_s为安全性扣分总和，n为培训过程中设备越限的总数量，u_i为第i次设备 越限时，对应的越限设备的安全性系数，va_ci为第i次设备越限时，越限设备的当前量测 值，va_si为第i次设备越限时，越限设备的限值，t_ci为第i次设备越限时，设备越限持续 时间。

假设安全性评估项总分为10分，则安全性考核总得分为10-R_s。

电网可靠性考核根据图7可知，在培训过程中，培训系统将实时监视学员的每个操作， 拓扑分析该操作导致断电的负荷及其大小，并将该操作对应的失电负荷大小以及失电累计时 间记录在培训系统的数据库中，所有的记录构成可靠性统计表。当培训结束后，根据可靠性 统计表中的所有记录，进行可靠性评分。其评分公式如下：

其中，C_s为电网可靠性扣分总和，m为培训过程中学员操作的总数量，为第i条学 员操作的负荷点的可靠性系数(一类负荷、二类负荷、三类负荷)，P_i为第i条学员操作的 失电负荷值大小，τ_i为第i条学员操作的负荷失电持续时间。

假设可靠性评估项总分为10分，则可靠性考核总得分为10-C_s。

结合图8所示，事故预案分析评估的具体流程为，在培训前，首先提取教案中的全部事 故教案，并根据教案的具体事故制定详细的事故处理预案，并定义每种处理预案的给定得分， 最后以预案文件的方式与事故教案信息捆绑在一起进行保存；在培训过程中，读取当前时刻 的事故教案，在线监视学员从事故触发到事故规定处理完成时间内的所有操作，并与事故预 案进行对比分析，检测比对学员处理事故的方式是否符合事故预案中的一种，如果是，则记 录该事故预处理方案给定得分；如果不满足任意一种事故预案，则该事故处理的评估得分为 零。

培训结束后，计算事故预案分析项的总得分，具体计算公式如下：

其中，S_s为教案事故处理总得分，k为教案事故总数，S_i为学员处理教案第i个事故 的得分。

图9至13给出了事故预案分析的过程。根据图9所示，局部电网共包括8条母线，三 个主变电源点以及两台小机组水电电源点，我们以线路L3故障作为一个培训教案，根据此 设备的故障情况，制定相应的事故处理预案。

如图10所示，当线路L3发生故障后，L3两侧的开关5DL、6DL跳闸，导致母线M3及 其所带全部负荷断电。该故障教案主要考核学员在规定的时间内处理故障以及恢复供电的能 力。

预案一：如图11所示，第一步，分开5DL、6DL两侧的开关，使故障设备彻底隔离；第 二步，合上开关4DL，使失电母线恢复供电；第三步，根据操作后的潮流情况，分析计算主 变T1的过载情况，假设此方案T1的过载率为10％。

预案二：如图12所示，第一步，分开5DL、6DL两侧的开关，使故障设备彻底隔离；第 二步，合上开关7DL，使失电母线恢复供电；第三步，根据操作后的潮流情况，分析计算主 变T2的过载情况，假设此方案T2的过载率为5％。

预案三：如图13所示，第一步，分开5DL、6DL两侧的开关，使故障设备彻底隔离；第 二步，合上开关4DL及7DL，使失电母线恢复供电；第三步，根据操作后的潮流情况，分析 计算主变T1、T2的过载情况，假设此方案T1、T2均不过载。

对比分析以上三种故障处理预案，用户可根据实际运行情况明确最为合理的事故处理方 式，并给每种方案定义得分值大小。本实施例中，我们假定事故预案分析评估相总分为40 分，方案一给定的分数20分，方案二给定的分数为30分，方案三给定的分数为40分。

在培训过程中，根据故障发生情况以及在线监视学员的故障处理操作，比对分析学员实 际的处理方式符合那种预案，并给学员操作预案对应的分值，如果没有符合的预案，则认定 母线M3没有恢复供电，则该项得分为0。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因 此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。