一种基于模型驱动的变电站二次设备状态智能诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于模型驱动的变电站二次设备状态智能诊断方法，基于一次设备拓扑，计算一次设备运行状态；基于IEC61850模型配置文件，建立变电站二次设备拓扑，并结合二次设备挂牌信息分析二次设备运行状态；根据变电站二次设备软压板的投退规则，通过标准化建模建立智能诊断业务逻辑模型库，并采用基于XML的逻辑描述语言进行描述；通过加载智能诊断模型库获得业务逻辑模型，并自动完成业务逻辑模型和变电站监控系统数据库的映射，生成智能诊断模型实例，然后基于变电站监控系统数据库的相关实时数据完成二次设备状态的诊断；本发明推动变电站二次设备状态诊断功能的标准化、规范化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于模型驱动的变电站二次设备状态智能诊断方法，属于变电站自动化技术领域。

背景技术

目前，随着智能变电站的大规模建设，检修运维技术越来越受到重视，而变电站二次设备状态的不确定性，增加了变电站二次设备运检难度和运维成本，影响电力系统安全运行。

智能站保护装置大量使用软压板，日常工作中，仍采用人工投退方式，效率低、易出错。由于缺乏对二次设备状态的有效的监视和管理手段，继电保护误操作、误接线、误设置情况屡有发生，且设备产生异常状态或故障后，故障判断和处理主要依赖个人经验，反应时间长、处理效率低、效果差，二次设备缺陷无法快速定位、诊断难，严重威胁智能变电站的安全运行。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于模型驱动的变电站二次设备状态智能诊断方法，实现二次设备运行状态和压板状态的诊断，为二次设备运检操作提供监管手段和决策依据。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于模型驱动的变电站二次设备状态智能诊断方法，包括如下步骤：

步骤一：基于一次设备拓扑获得变电站一次设备电气间隔对象信息，根据电气间隔内断路器、刀闸状态，负荷带电状态以及电气间隔对应的母线的带电状态计算出间隔的运行状态；

步骤二：基于变电站IEC61850模型配置文件，建立变电站二次设备拓扑连接关系，结合二次设备挂牌信息分析计算二次设备运行状态；

步骤三：基于变电站二次设备压板的投退规则，针对不同保护类型，不同电压等级、不同制造厂家的二次设备，根据其影响范围、功能以及模型差异生成不同的诊断规则；

步骤四：针对步骤三形成的诊断规则，逐一抽取诊断规则中的对象，对象目标值或基准值，以及对象与目标值或者基准值之间的算术逻辑运算操作，将其转换成产生式规则，一个或若干个产生式规则的结果作为其它产生式规则的对象参与计算；

步骤五：采用基于XML的逻辑描述语言描述步骤四建立的产生式规则，完成变电站二次设备压板状态诊断模型建模，形成完整的且能够被计算机所识别的诊断逻辑判据；

步骤六：基于步骤五所形成的诊断逻辑判据，从变电站监控系统数据库获取二次设备列表，将这些设备逐一代入对应类型二次设备诊断逻辑判据，并基于一次设备拓扑与二次设备拓扑完成逻辑判据中的逻辑设备与一次设备、二次设备、二次设备压板的自动映射，将诊断逻辑判据实例化为具体设备对象的变电站二次设备压板状态诊断实例判据；

步骤七：基于步骤六形成的压板状态诊断实例判据，定时从变电站监控系统实时数据库中读取相应的对象数据并执行判据中的算术逻辑运算，从而得出诊断结果，并将结果输出到变电站监控系统相关应用；

步骤八：基于步骤六形成的压板状态诊断实例判据，根据变电站监控系统中的遥控服务模块、顺序控制模块的操作请求，即时的进行压板状态诊断操作并反馈诊断结果。

作为优选方案，所述步骤一中变电站一次设备电气间隔对象信息包括：接线方式、电气间隔内一次设备信息；所述间隔的运行状态包括：运行态、备用态、检修态。

作为优选方案，所述步骤二中变电站二次设备拓扑连接关系包括：GOOSE、SV关联关系，二次设备的压板配置信息；所述二次设备运行状态，包括：运行态、信号态、退出态、检修态。

作为优选方案，所述步骤三中保护类型包括：线路保护、母线保护、主变保护、断路器保护。

作为优选方案，所述诊断规则的内容如下：基于步骤一所得出的电气间隔一次设备运行状态，运行态、备用态、检修态，结合步骤二所得出的该电气间隔所对应的二次设备运行状态，运行态、信号态、退出态、检修态，在此两者不同运行状态组合下，二次设备的硬压板和软压板的状态值应等于目标值或基准值或者处于目标值区间或基准值区间，否则即为二次设备状态异常；参与诊断的二次设备压板包括：检修硬压板、SV接收软压板、GOOSE接收软压板、GOOSE发送软压板、保护功能软压板。

作为优选方案，所述产生式规则中包括：

1）对象，包括：一次设备、二次设备、二次设备压板；

2）对象的目标值或基准值；

3）对象目标值或基准值对应的算术逻辑运算操作。

作为优选方案，所述基于XML的逻辑描述语言结构，由具有不同属性的元素组成：

1）诊断逻辑包括：用于定义某类二次设备的诊断逻辑，属性包括：标识、描述、电压等级，同类且具有相同功能配置的二次设备共用一个诊断逻辑；

2）诊断项是诊断逻辑的子元素，包含条件诊断项和模糊诊断项，具有标识、描述、条件计算脚本、逻辑计算脚本、压板类型等属性；条件诊断项用于定义某一类压板处于某种条件下的状态判断逻辑，这些条件对应于步骤三所述诊断规则中的一次设备运行状态、二次设备运行状态或者二者的组合状态；模糊诊断项用于定义事先不能完全确定的对象的状态判断逻辑，如继电保护设备通常包括多种保护功能，每种保护功能都有对应的功能投退软压板，这些保护功能在部署时会根据变电站实际情况进行取舍，在建模时无法确定具体的变电站工程中该类型继电保护设备实际使用的保护功能配置，只能在实际运行时根据步骤二所获得的信息进行自动匹配与映射，模糊诊断项还包含有连接类型属性，用于定义和描述涉及二次设备关联关系的压板状态诊断处理；

3）诊断项是由诊断子项对应于间隔运行状态、装置运行状态，压板投退状态，包含状态判断子项、条件子项、模糊子项，诊断子项元素具有标识、描述、数据对象、逻辑判断类型、对象值等属性，用于定义装置状态或压板状态判断的最小逻辑诊断单元；状态判断子项用于定义和描述对一个输入的算术逻辑处理，与诊断项、条件诊断项匹配使用；条件子项用于定义和描述对一个条件的算术逻辑处理，与条件诊断项匹配使用；模糊子项用于定义和描述一类模糊匹配对象，与模糊诊断项匹配使用。

有益效果：本发明提供的一种基于模型驱动的变电站二次设备状态智能诊断方法，1、本发明的诊断规则采用标准化建模方法建立，使得诊断模型与监控系统平台解耦，有助于知识的积累和智能诊断行为的规范化；2、智能诊断模型库，使得模型和参数配置由分散到集中，且模型库在大部分情况下可直接复用，简化了配置，有利于实现工程化；3、采用基于XML的逻辑描述语言描述诊断模型形成文件，扩展方便、易于阅读；4、模型驱动模式，使得智能诊断逻辑与程序代码相分离，可以通过修改逻辑而不是修改程序来快速适应多样化和差异化的需求，有利于程序升级维护；5、模块化软件结构，将一次拓扑和运行状态分析、二次拓扑等功能封装成一个个模块，各模块之间耦合度低，方便系统调试，利于升级维护；6、本发明实现设备状态实时诊断、顺控/遥控过程中的针对性诊断，为运行检修人员全面掌握站内二次设备状态提供了技术支撑，保障了二次设备在检修等情形下的电网安全可靠运行。

附图说明

图1为本发明220kV线路保护设备的保护功能压板诊断逻辑示意图。

图2为本发明基于XML的逻辑描述语言结构图。

图3为本发明继电保护设备的保护功能压板诊断规则示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种基于模型驱动的变电站二次设备状态智能诊断方法，包括步骤如下：

步骤一：基于一次设备拓扑获得变电站一次设备电气间隔对象信息，包括：接线方式、电气间隔内一次设备信息，根据电气间隔内断路器、刀闸状态，负荷带电状态以及电气间隔对应的母线的带电状态计算出间隔的运行状态，包括：运行态、备用态、检修态。

步骤二：基于变电站系统配置描述文件（Substation ConfigurationDescription，SCD）在内的IEC61850模型配置文件，建立变电站二次设备拓扑连接关系，包括：GOOSE、SV关联关系，二次设备的压板配置信息，结合二次设备挂牌信息分析计算二次设备运行状态，包括：运行态、信号态、退出态、检修态。

步骤三：基于变电站二次设备压板的投退规则，针对不同保护类型，包括：线路保护、母线保护、主变保护、断路器保护，不同电压等级、不同制造厂家的二次设备，根据其影响范围、功能以及模型差异生成不同的诊断规则。

诊断规则的内容如下：基于步骤一所得出的电气间隔一次设备运行状态（运行态、备用态、检修态），结合步骤二所得出的该电气间隔所对应的二次设备运行状态（运行态、信号态、退出态、检修态），在此两者不同运行状态组合下，二次设备的硬压板和软压板的状态值应等于目标值或基准值或者处于合理目标值区间或基准值区间，否则即为二次设备状态异常。参与诊断的二次设备压板包括：检修硬压板、SV接收软压板、GOOSE接收软压板、GOOSE发送软压板、保护功能软压板。

例如，对于继电保护设备的保护功能压板存在一条投退规则：当电气间隔一次设备处于运行态，且该电气间隔对应的某保护设备处于检修时（即该保护设备运行状态为“检修态”），则该保护设备的所有保护功能软压板应该退出（即压板状态为“0”）。针对这条投退规则建立的220kV线路保护压板诊断规则如图1所示：首先，该220kV线路间隔应处于运行状态，该220kV线路所对应的某套线路保护设备运行状态应为“检修态”，对两个状态的诊断结果进行逻辑与运算，若其中任一条件不满足，运算结果为“0”，否则运算结果为“1”；其次，由于220kV线路保护功能通常包括差动保护、距离保护和零序过流保护，所以投退规则中需要将这三种保护功能软压板状态列入诊断判据，当这三种保护功能软压板中任意一个压板状态为投入（即压板状态为“1”）时，逻辑或运算结果为“1”，否则运算结果为“0”；最后，对前述的运算结果进行逻辑与运算，如果运算结果为“1”，则得出“保护功能压板状态错误”的诊断结果。

步骤四：针对步骤三形成的诊断规则，逐一抽取诊断规则中的对象，对象目标值（或基准值），以及对象与目标值或者基准值之间的算术逻辑运算操作，将其转换成产生式规则，一个或若干个产生式规则的结果可以作为其它产生式规则的对象参与计算。产生式规则中包括：1）对象，包括：一次设备、二次设备、二次设备压板；2）对象的目标值或基准值；3）对象目标值或基准值对应的算术逻辑运算操作。

步骤五：采用基于XML的逻辑描述语言描述步骤四建立的产生式规则，完成变电站二次设备压板状态诊断模型建模，形成完整的且能够被计算机所识别的诊断逻辑判据，基于XML的逻辑描述语言结构如图2所示，由具有不同属性的元素组成：

1）诊断逻辑（DiagLogic，对应于图3的完整逻辑）包括：用于定义某类二次设备的诊断逻辑，属性包括：标识、描述、电压等级，同类且具有相同功能配置的二次设备共用一个DiagLogic。

2）诊断项（Term，对应于图1中的逻辑）是DiagLogic的子元素，包含条件诊断项（CondTerm）和模糊诊断项（FuzzyTerm），具有标识、描述、条件计算脚本、逻辑计算脚本、压板类型等属性。条件诊断项（CondTerm）用于定义某一类压板处于某种条件下的状态判断逻辑，这些条件对应于步骤三所述诊断规则中的一次设备运行状态、二次设备运行状态或者二者的组合状态；模糊诊断项（FuzzyTerm）用于定义事先不能完全确定的对象的状态判断逻辑，例如继电保护设备通常包括多种保护功能（每种保护功能都有对应的功能投退软压板），这些保护功能在部署时会根据变电站实际情况进行取舍，在建模时无法确定具体的变电站工程中该类型继电保护设备实际使用的保护功能配置，只能在实际运行时根据步骤二所获得的信息进行自动匹配与映射，FuzzyTerm还包含有连接类型属性，用于定义和描述涉及二次设备关联关系的压板状态诊断处理。

3）Term是由诊断子项（Item，对应于图1与图3中的间隔运行状态、装置运行状态，压板投退状态）组成，包含状态判断子项（LogicItem）、条件子项（CondLogicItem）、模糊子项（FuzzyItem）组成，诊断子项元素具有标识、描述、数据对象、逻辑判断类型、对象值等属性，用于定义装置状态或压板状态判断等最小逻辑诊断单元。状态判断子项（LogicItem）用于定义和描述对一个输入的算术逻辑处理，可以与Term、CondTerm匹配使用；条件子项（CondLogicItem）用于定义和描述对一个条件的算术逻辑处理，与条件诊断项（CondTerm）匹配使用；模糊子项（FuzzyItem）用于定义和描述一类模糊匹配对象，与模糊诊断项（FuzzyTerm）匹配使用。

步骤六：基于步骤五所形成的诊断逻辑判据，从变电站监控系统数据库获取二次设备列表，将这些设备逐一代入对应类型二次设备诊断逻辑判据，并基于一次设备拓扑与二次设备拓扑完成逻辑判据中的逻辑设备与压板等对象与实际设备及压板等对象的自动映射，映射过程无需人工干预，从而将诊断逻辑判据实例化为针对具体设备对象的变电站二次设备压板状态诊断实例判据。

步骤七：基于步骤六形成的压板状态诊断实例判据，定时从变电站监控系统实时数据库中读取相应的对象数据并执行判据中的算术逻辑运算，从而得出诊断结果，并将结果输出到变电站监控系统相关应用，例如告警模块等。

步骤八：基于步骤六形成的压板状态诊断实例判据，根据变电站监控系统中的遥控服务模块、顺序控制模块的操作请求，即时的进行压板状态诊断操作并反馈诊断结果。

实施例1，以220kV线路保护设备为例：

一种基于模型驱动的变电站二次设备状态智能诊断方法，其具体步骤为：

步骤一，根据站内设备种类建立智能诊断逻辑判据，相同厂家相同类型的设备配置一套诊断逻辑判据，建立的智能诊断逻辑如图3所示。诊断逻辑包含多个诊断逻辑项，只有当所有诊断逻辑项都为真时，该装置状态才为正常，否则装置处于异常状态；每个诊断逻辑包含多个诊断逻辑子项，通常为一次设备运行状态、二次设备运行状态、SV接收软压板、GOOSE软压板、保护功能软压板等，只有当所有逻辑子项都为真时，该逻辑项才为真，转至步骤二。

步骤二，基于XML描述如上述示例的诊断逻辑判据，形成智能诊断逻辑判据文件（XML文件），转至步骤三。

步骤三，从变电站一次设备拓扑和一次设备运行状态分析功能模块实时获取断路器、隔离开关和接地刀闸位置、母线电压值、线路电流值，并在此基础上计算出各间隔一次设备运行状态，写入监控系统实时数据库，转至步骤四。

步骤四，从二次设备拓扑功能模块获取二次设备间的GOOSE、SV关联关系，获取保护装置GOOSE、SV关联所对应的软压板，转至步骤五。

步骤五，二次设备运行状态分析功能模块通过获取装置软压板状态和挂牌信息，计算装置的运行状态，并写入监控系统实时数据库，转至步骤六。

步骤六，启动变电站二次设备压板状态诊断模块，并从数据库中获取二次设备信息，转至步骤七。

步骤七，变电站二次设备软压板状态诊断读取智能诊断逻辑判据文件，从数据库中读取二次设备信息，并基于一次设备拓扑模块与二次设备拓扑模块完成与智能诊断逻辑判据中与实际设备、压板以及数据对象的自动匹配，完成二次设备与对应的诊断逻辑的映射，然后完成对应的诊断逻辑中的实例化，生成智能诊断逻辑实例，转至步骤八。

步骤八，变电站二次设备压板状态诊断模块从实时库获取智能诊断逻辑实例中设备（数据）对象的实时值，转至步骤九；

步骤九，变电站二次设备压板状态诊断模块完成对智能诊断逻辑实例的逻辑计算，得到推理结果，并将诊断结果更新到告警界面。转至步骤十。

步骤十，当变电站二次设备软压板状态诊断模块接收到顺控/遥控的操作消息时，根据消息中提供的被操作设备对象信息，从智能诊断逻辑实例列表中检索到对应的诊断逻辑实例，然后基于该逻辑实例对该设备对象操作的顺序和结果进行诊断，并将诊断结果返回给顺控/遥控程序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。