智能电网故障信息处理系统.ppt

,智能型电网故障信息处理系统（Intelligent Power Fault Analyzing System）,上海许继电气有限公司,上海许继电气有限公司为许继集团和许继电气各占50%股份的高新技术企业。致力于电力系统领域试验和信息化应用技术的研制、开发、生产、及现场工程实施。公司拥有一支具有丰富的软硬件开发和管理经验的团队。在电力系统继电保护、故障分析和诊断、变电站及调度自动化、网络及通信协议、实时控制、大型数据库等方面具有深厚的理论功底和丰富的实践经验。公司研制开发的I-POFAS电网故障信息处理系统已于2002年底在华东网局全面投入使用，运行状况良好，得到众多专家的肯定。公司承诺以国际一流技术，完备的服务为电网调度系统决策智能化、管理现代化作出贡献。公司的广大员工竭诚为您提供一流的产品、一流的服务。让您工作得轻松、高效是我们最大的愿望。,主要内容,系统整体介绍子站部分 装置接入和信息采集 智能预处理通信系统主站部分 在线监视和图库一体化管理 故障测距 专家系统 继电器特性分析开发过程,应用背景,数字式保护及故障录波器的应用使故障信息远传成为可能电力通信网络的建设使信息远传具备了可靠的基础缺乏统一的规约使得信息系统的开发成为必然智能调度建设的要求为信息系统的建设提供了契机,建立故障信息系统的必要性及可能性,数据格式的不统一已成为信息有效利用的瓶颈主站分析系统不一致已成为快速事故决策的障碍变电站设备信息集成有利于实现运行设备有效监视IEC 60870-5-103/104标准的推出为故障信息的集成提供了前提国产保护初步具备数据输出的能力为信息系统的推广奠定了基础电力通信网快速发展为信息系统的发展创造了条件,IPOFAS目标 对继电保护及安全自动装置提供统一的信息采集和分析平台，有利于调度端快速、简便、全面掌握故障信息，快速作出事故处理方案；优化生产调度与管理决策，防止误判断可能造成的事故扩大；及时掌握分析设备的健康状况，实现设备事故的超前控制，减少电网的事故损失。,实现信息统一，通讯顺畅，信息共享，建立电网安全稳定运行快速的、智能化、自动化的信息协调体系。有效地提高运行人员对系统实际故障状况的掌握帮助调度员迅速作出正确判断并快速恢复系统帮助继电保护人员用故障数据进行详细故障分析,电力系统发生故障后，系统对信息的处理是分层次的，即按照故障简况、保护事件、SOE、故障详细波形的顺序分层次处理和显示；系统提供了大量综合分析工具。如波形测量、相量分析、故障测距、继电器特性分析、等等；本系统具有专家系统模块。利用知识库和推理机，综合判断故障设备和故障类型，并进行继电器动作行为分析。,子站负责采集所有接入本系统的外部设备的信息，并完备地保存在本地；子站系统具有开放性结构，当有新型设备接入系统时，只需增加新的驱动软插件即可，而不需修改整个系统的处理过程；采集的信息必须经过本地智能预处理，系统将只把经过滤后的信息上传，从而实现信息传输和处理的有效性。,在传输大型波形文件时，本系统利用独有的“即时绘”（InstantPlotting）技术，能在传输的同时显示波形，而不必等待全部传输完毕；本系统利用独有的“断点续传”（InstantResuming）技术，使得信息传输非常可靠；本系统可以利用多种传输介质，如公共电话网、微波电话网、专线、双绞线以及光纤网，等等；本系统具备独有的网络管理模块。,I-POFAS 系统特点,子站处理体现完备性、开放性和选择性。,信息传输体现快速性、可靠性和适应性。,主站处理体现层次性、综合性和智能性。,I-POFAS 总体物理结构,I-POFAS系统的信息处理过程,主站端基本容量连接厂站数量80个每厂站录波器数量3台（平均）每厂站保护装置数量40台（平均）录波信息量（每厂站）500台次/年保护信息量（每厂站）90台次/年总存储容量5年可用性数据处理服务器采用冗余配置，保证系统的正常运行。可用率 99.9%；可靠性主设备（如服务器、工作站等）MTBF 5年系统外设（打印机等）MTBF 1年调制解调器（Modem）56kbit/s，Flex/V90协议系统时钟与绝对时间误差 2ms/天主站画面分辩率：12801024。,I-POFAS 总体性能指标（1）,通讯速度子站内：600-56000bps主站与子站（拨号方式）：600-56000bps。主站系统内：100M/10M信息传输时间事件报告1min/站，系统大面积故障，所有信息30min。其它信息5min/站。工作电源：DC110-220V，AC200V-250。环境温度：0-40，相对湿度90%。系统资源技术指标CPU及网络负荷率正常情况下：服务器CPU25%（5分钟间隔）人机工作站35%（5分钟间隔）大批量数据处理情况下 服务器40%（5分钟间隔）人机工作站50%（5分钟间隔）网络负载正常情况下平均负荷5%（任意5分钟内）电网事故情况下平均负荷10%（任意5分钟内）服务器磁盘剩余容量：50厂站端UPS容量：30分钟。,I-POFAS 总体性能指标（2）,荣誉,主要业绩（1）,国家电力公司电网故障信息处理系统：1、苏州南500kV变电站故障信息处理系统子站 2、宜兴500kV变电站故障信息处理系统子站华东网局电网故障信息处理系统：华东网局电网故障信息处理系统主站 1、武南500kV变电站故障信息处理系统子站 2、斗山500kV变电站故障信息处理系统子站 3、东善桥500kV变电站故障信息处理系统子站 4、繁昌500kV变电站故障信息处理系统子站 5、瓶窑500kV变电站故障信息处理系统子站 6、江都500kV变电站故障信息处理系统子站 7、锡东南500kV变电站故障信息处理系统子站 8、张家港500kV变电站故障信息处理系统子站 9、任庄500kV变电站故障信息处理系统子站,I-POFAS主要业绩（2）,江苏省电力公司：1、滨江220kV变电站故障信息处理系统子站 2、红旗220kV变电站故障信息处理系统子站 3、梁溪220kV变电站故障信息处理系统子站 福建省电力公司 福建超高压故障信息处理系统主站 1、泉州电业局泉州惠安220kV变电站故障信息处理系统子站 2、永和220kV变电站故障信息处理系统子站 3、官桥220kV变电站故障信息处理系统子站 4、顺昌220kV变电站 5、福州500kV变电站故障信息处理系统子站 6、晋江500kV变电站故障信息处理系统子站河南省电力公司 1、郑州电业局继电保护及故障录波信息处理系统主站 2、郑州电业局110kV中原变电站故障信息处理系统子站 3、110kV孟寨变电站故障信息处理系统子站 4、110kV西沙口变电站故障信息处理系统子站 5、110kV东风变电站故障信息处理系统子站,I-POFAS主要业绩（3）,上海市电力公司调度通信中心继电保护故障信息处理系统 上海市电力公司保护故障信息处理系统主站 1、西郊220kV变电站故障信息处理系统子站 2、杨行500kV变电站故障信息处理系统子站 3、顾路500kV变电站故障信息处理系统子站湖南省电力公司继电保护及故障录波信息处理系统 湖南省电力公司保护及故障录波信息处理系统主站 1、芙蓉南220kV变电站故障信息处理系统子站 2、桂阳220kV变电站故障信息处理系统子站 3、保靖220kV变电站故障信息处理系统子站 4、郎梨220kV变电站故障信息处理系统子站 5、东屯渡220kV变电站故障信息处理系统子站 6、株洲西220kV变电站故障信息处理系统子站广西自治区 广西右江百色水利枢纽水电站 新疆自治区 吉林台220KV电站；,子站系统,典型应用配置图,I-POFAS子站系统的主要功能,完成与厂站内微机保护装置、故障录波装置的通信，包括与各种装置间通信规约的转换。根据不同的保护或故障录波装置采用相应的通信规约进行通信。自动读取故障录波装置和保护装置的故障录波信息故障波形文件统一采用IEEE标准TRADE格式。自动读取保护装置信息保护信息包括动作事件、告警信息、自检信号、保护定值等。根据信息的重要性确定其优先级，保证重要信息首先传送。各种信息的重要等级按故障简况信息、SOE信息、保护动作信息、简化录波文件、完整录波文件的顺序安排。采用GPS软对时及硬接点对时结合的方式，使子站的事件统一时标。可在主站向子站发送控制命令。,I-POFAS子站系统的信息处理过程,能对故障时产生的大量信息进行智能预处理，以只上传有效信息，且大大降低通道占用,能在本站及通过自动化接口完成控制操作,能定义信息分级规则，根据信息优先级确定信息上传顺序,采用标准通信协议IEC 60870-5-103,能接入国内外大量保护、录波装置；具有开放结构，可以插件方式新增规约驱动模块,I-POFAS子站系统的信息处理过程示意,外部设备,借鉴操作系统中驱动程序（Drivers）的思想，处理规约各异的外部设备；系统首先制订统一的驱动程序接口标准；针对每种规约，开发相应的驱动程序，或称软插件（plug-in），以DLL方式提供；在数据库中，为每一具体的物理装置，配置其规约类型。系统运行时自动在软插件和物理装置之间建立关联；对于新的装置，只需开发新的软插件（DLL），并在数据库中增加配置项即可。,开放性的结构,I-POFAS子站系统开放性的实现,DLL,DLL,DLL,DLL,子站接入保护型号一览表（部分）,子站接入录波器型号一览表（部分）,本系统支持下述控制功能：信号复归整定组切换保护元件投退整定值修改GPS对时等本系统通过下述措施提高控制操作安全性：提供严格权限认证，避免非法用户使用控制操作只能在本站及通过自动化接口在监控系统完成控制命令必须按照预置、返校、执行等操作顺序每一次控制操作的用户名、操作对象、操作项目、操作时间等都记入日志数据库,控制功能,子站智能处理,用一个变电站的局部信息分析故障情况削减无用信息，突出有用信息主动上送，其余信息等待主站召唤给出明确故障信息，降低故障判别时间为主站的综合分析系统提供数据支持,智能预处理,原始信息,有效信息,智能处理过程,实时分析故障录波器数据，从故障数据中提取故障概况根据故障概况，生成故障简报上送，为运行人员在第一时间提供直接有效的结论性信息 从故障数据中抽取和故障设备相关的数据按照规则重新组织，并只把这部分数据自动上传给主站主站专家系统综合分析故障，进行双端测距、波形分析给出故障结论，提出故障处理意见,故障概况的提取 保证在各种运行方式和发生各种故障的情况下都不漏报保证不尽量误报故障,故障采集器采集到新的故障录波文件,相间电流突变启动,补偿电压突变量选相,故障测距,IPOFAS系统的测距是单端测距主保护相当于双端测距，后备保护相当于单端测距。,故障选相、故障测距以及与保护测距进行对比（举例）,录波文件压缩规则,用户自定义规则主要用于录波文件的过滤、压缩（可在主站远程配置）；典型地，经过滤、压缩后的文件只有原来的30；特有的数据压缩/解压缩算法,故障数据压缩情况（举例）,故障简报,简报包含录波器触发时间、触发通道、故障类型、测距结果等信息，出现这些信息而且可信度为100%时表示故障肯定发生在简化录波文件过滤出来的线路上发生，可信度为50%时表示故障可能发生在简化录波文件过滤出来的线路上，也可能发生在其相邻线路上，具体情况由主站综合判断。,简报记录录波文件名供主站调用,通信系统,I-POFAS通信系统的主要功能,完成保护事件、告警、定值信息的可靠传输；完成故障录波器信息的可靠传输；通信状态自动检测；能自适应包括电话线、电力系统专线、光纤等在内的多种传输介质。,通信系统采用的有关技术标准,基于国际标准的TCP/IP协议；支持IEC 60870-5-103规约；子站与故障录波器通信：采用RS-485/232/422或以太网方式，每个端口可挂具备 相同规约的多台装置，规约由所连的故障录波装置决定；子站与主站通信：可同时支持多个主站。采用光纤或微波/载波/电话/以太网/路由通 道，规约主站指定或用户自定；子站与其它系统通信：采用光纤或微波/载波/电话/以太网通道，规约由相应系统决定，用户必须提供具体系统的通信规约。,I-POFAS 快速、稳定的通信系统,采用先进的技术，实现了下述独特的功能特性：,InstantResuming断点续传,InstantSaving即时存,InstantPlotting即时绘,在传输过程中，会由于网络中断、用户强制终止等原因终止文件传输。本功能可及时保存已下载信息至文件中。故障分析模块可以利用该信息片断进行分析,本功能可以在下载时，在客户端同步绘制波形。从发出下载命令，到看到第一周期的波形的时间间隔不超过10s。大多数情况下，前6、7个周期的波形对于故障分析是最为关键的。,在文件传输过程中，一旦通信中断，现有的系统（国内外）都不支持断点续传功能。这样，用户完整下载文件的时间被大大加长。本功能可使通信恢复后，从断点处继续下载过程。,主站系统,典型应用配置图(网省级),典型应用配置图(地市级),I-POFAS 主站系统的主要功能,信息在线监视：处理、显示来自保护、故障录波器的故障信息，并做报警处理；召唤、比较远方定值；图库一体化管理：绘制地理接线图与厂站接线图，实施一次、二次设备参数及定值管理；综合分析：对波形信息、开关信息、保护信息等进行综合分析；对继电器特性进行分析；利用专家系统，进行故障分析、保护、开关行为分析；WEB发布：对各类信息以WEB方式实时动态发布网络管理：实施对网络、CPU、内存、硬盘、进程、数据库等的全面监控。,主站功能示意图,弹出故障简报,相关设备闪烁报警,观察SOE信息,故障信息存入数据库,弹出保护事件信息,故障信息在线监视,厂站列表,保护、录波器事件窗口,厂站接线图,导航窗口,双击可层层展开,双击弹出设备属性,双击弹出详细保护事件内容,右键菜单,在此集成环境里，可以打开、下载录波文件,图库一体化的管理功能,综合分析综合分析是一个故障资料的管理、整理、分析、总结过程,故障快速分析故障测距专家系统波形分析继电器特性分析,故障测距 对于输电线路来说，是指在输电线路发生故障以后，根据不同的故障特征迅速准确地测定出故障点的位置。,为输电线路故障点的查找提供重要依据 大大减轻人工巡线的艰辛工作，减少排除故障的时间 查出难以发现的故障，排除绝缘隐患带来较大的经济利益,对故障测距的要求和计算步骤,要求：可靠性准确性 经济性 方便性 步骤：建立线路的数学模型根据线路参数和运行数据，利用相应的算法求解线路方程得到故障位置,线路参数模型1,集中参数模型,M,N,线路N端母线电压与M端母线电流电压的关系方程：,线路参数模型,分布参数模型,M,N,x+dx,x,线路距M母线为x的任一点电压,线路单位长度阻抗,线路单位长度导纳,波阻抗,传播常数,线路长度,故障测距算法(双端),序分量法(工频)故障分量法(工频),序分量法(1),M,N,l,x,F,F是故障点,.UM,.UN,.IM,.IN,序分量法(2),故障点F与M侧和N侧工频量的关系：,在线路两端数据同步时：,在线路两端数据不同步时：,UF012=UF012,|UF012|=|UF012|,UF012=U(M)012 cosh(yx)ZcI(M)012 sinh(yx),UF012=U(N)012 cosh(yl-yx)ZcI(N)012 sinh(yl-yx),序分量法算法流程,计算波阻抗及传播系数,求出两端U 和I,设置的x初值,计算 cosh(x)和sinh(x),计算|UF|和|UF|,修正x,输出 x值,结束,故障分量法,利用叠加原理分析故障,故障状态 非故障状态 故障附加状态,故障附加序网,数据完全同步,故障点故障电流分量与M、N两端故障电流分量的关系,数据不完全同步,影响测距精度因素以及提高措施,线路参数的影响 来源、线路对称性、地形、气候测量装置本身的误差 PT/CT的精度 录波器的采样过渡电阻,提高措施,影响因素,参数估计,IPOFAS中的故障测距特点,单端测距和双端测距的结合，在无双端数据时，可采用单端测距算法计算故障距离。提供序分量法、故障分量法单回线双端测距，线路参数模型自适应。提供六序分量法进行双回线双端测距。双端故障测距对两端的故障数据进行自动或手工对时，或利用算法来消除两端数据不同步的影响。能够适应两端采样频率不一致的情况。采用人性化设计，尽量减少用户干预做到软件运行后免维护。故障测距应采用模块化设计，保证扩展性能良好。,测距示例,IPOFAS中的专家系统,故障元件校核 根据断路器动作情况推出故障元件，对故障快速分析的结果进行校核。当无故障快速分析的结果时，以推理出来的故障元件为标准。断路器动作正确性分析 分析相关断路器是否正确动作，根据断路器的开出时间和故障跳闸时间分析断路器的动作情况。保护装置动作正确性分析 分析在发生区内故障保护应该动作时是否正确动作，在发生区外故障保护不应该动作时是否不动作。专家意见 根据推断的结果和实际的情况给出处理意见。具有较高的容错性 在保护设备发生拒动、误动，断路器、保护动作信息不完备等情况下同样可给出推理结论。当上传信息不完备时，软件能按照可信度高低给出可能的故障设备。具有解释能力 在给出故障设备同时，给出推理依据，供用户参考。软件具有良好交互性。系统具有较好的开放性 允许用户通过知识编辑器补充新的知识，或修改已有知识，知识编辑器能自动进行语法检查。知识库和推理机彼此独立。,故障快速分析,根据各站上送的故障简报自动确定故障元件自动进行系统模型搜索自动进行双端测距自动组合成更准确的故障节略自动进行故障信息的初步归档,故障诊断专家系统的数据流图,专家系统自动诊断故障设备评价开关和保护动作情况,设置诊断时间段,故障发生时间和故障设备,故障情况和可信度,保护动作评价,开关动作评价,数据库中已经完整的存储了保护、开关动作信息，以及模拟量信息、网络拓扑信息；知识库中存储了故障诊断规则；您要做的，就是按下推理按钮。专家系统会自动到数据库中搜寻相关信息并进行推理！,专家系统单侧数据诊断，保护误动和拒动,仅有单侧数据可信度降低,显示缺乏对侧信息,强大的波形分析功能,通道列表测量值,时间标尺,波形图（模拟量，开关量）,时间信息,双游标,强大的波形分析功能,图形缩放,相量分析,波形拷贝,谐波分析,瞬时值差值有效值,增减通道,故障简况智能提取,公式编辑器,波形同步,波形标注,丰富而强大的波形分析功能,可根据预先设定的各种继电器动作特性，用故障时的模拟量对保护安装处的继电器进行故障分析，应可以根据继电器的特性和整定值，画出继电器的动作特性，如阻抗动作轨迹等，同时应留有增加新的阻抗算法的接口。提供便利的工具使用户能方便地设定各种继电器动作特性，对各种继电器有关参量的赋值可以从保护定值库读取。在系统一次状态确定的情况下，可利用故障时的模拟量对于系统中任意选定的保护进行定值校核。,继电器特性分析主要功能,领先的继电器特性分析,系统能自动从保护装置中读取特征值,然后自动绘制保护特征曲线,强大的继电器特性分析功能,系统能读取故障录波文件,然后自动回放阻抗轨迹。,强大的继电器特性分析功能,Web发布,Web发布故障录波波形,监视网络性能和流量。能够持续监控网络设备性能和流量的变化。,网络管理,监视子站和主站的关键进程（如信息采集、预处理、通信服务器等）。,监视子站、主站服务器物理状况（如硬盘、内存、CPU等）。,完善的报警功能。能根据网络中的异常状态产生报警。,本系统下一步研发方向（1）,子站装置化,支持IEC 61850,与整定计算更好的集成,专家系统功能的不断完善,与MIS/GIS系统更好的集成,和电力企业、著名大学展开更紧密的合作,本系统下一步研发方向（2）,实时故障分析即当电力系统发生故障时，该系统能综合利用来自保护、录波器、RTU等信息，实时判断真实故障情况。尤其当因保护、开关等误动、拒动而导致大面积复杂故障发生时，能准确判断现场真实情况。快速故障处理在准确判断故障的基础上，利用专家系统技术，指导调度人员快速处理故障、恢复系统。全系统故障回放利用本系统可存储、管理所有故障信息，可在事后进行故障回放，绘制故障轨迹，自动产生全系统SOE报告。并可利用上述数据开发故障仿真与培训系统。实时保护及录波器检测对保护、故障录波器等IED设备的试验工作一般都靠人工手段进行，工作量大、效率低下，且需要一次设备停电。本系统可结合保护原理，在一次设备不停电的状态下，实现远方或就地自动完成测试和检验工作。,本系统下一步研发方向（3）,实时定值校核保护及录波器定值的正确设置直接关系到其能否正确动作。但其定值的计算仅仅考虑了电网若干运行状态。而真实电网的潮流和短路水平是随时发生变化的。本系统能实时校验保护范围，能以可视化的方式显示全网各处的保护裕量。当裕量不足，或者保护配合不合理时，能自动报警。广域保护本系统今后将接入PMU装置，构成WAMS系统，实现电力系统广域保护的概念。采用新一代通信标准为避免劳民伤财的协议转换，并真正适应网络技术、计算机技术的迅猛发展的需要，采用无缝通信系统协议（IEC 61850）是今后的发展方向。具体的说，就是从变电站内部的过程层、间隔层、变电站层，到变电站和调度中心之间、调度中心和调度中心之间都采用以IEC 61850为核心建立无缝通信协议体系，进行统一面向对象建模。全套IEC 61850标准将在两年内全部正式发布，国外已经基于该标准进行了很多试点性的应用研究。,我们的路,核心团队,电力系统自动化专业德国斯图加特大学博士 1 名；电子信息技术专业英国剑桥大学博士 1 名；电力系统自动化专业博士、硕士 8 名；与上海交通大学电气工程系紧密合作,项目开发重大日程表,项目启动,2001.9,系统软件开发技术,先进的软件工程学方法是项目开发成功的重要保证之一。以统一建模语言UML(Unified Modeling Language)作为贯彻始终的面向对象建模语言以世界先进的计算机辅助软件工程CASE(Computer Aided Software Engineering)工具作为覆盖整个软件生命周期的工具以严格的过程质量管理保证软件的质量,用户分析(User),用例模型（Use Case）,系统特性（Feature）,术语表(Glossary),分析模型OOA,设计模型OOD,系统实现Implementation,测试计划(Test Plan),需求分析RequirementAnalysis简称RA,系统分析/设计Analysis/Design简称SA/SD,系统实现Implementation,软件开发中建立大量规范化的文档与模型,严格的质量管理,上海许继有一整套严格的技术开发管理规程上海许继软件开发管理规程；上海许继基本设计书规范；上海许继详细设计书规范；上海许继编码规范；上海许继系统测试规范；上海许继版本定义规则；上海许继Bug管理规定；,严格的质量管理,在系统测试阶段，实施了严格的、充分的系统测试所有模块的内存泄漏测试；所有模块的代码覆盖测试；所有模块的执行效率测试；所有模块的单元测试；系统集成测试；,关于I-POFAS系统的一组数字,基本设计书：1000多页；详细设计书：2000多页；系统测试书：100多页；使用手册：300多页类：约1000个源代码：约60万行安装包大小：100Mb开发时间：1年开发人员：18人次,谢 谢！xjsh,