黃中杰

（南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司廣州蓄能水電廠）

0 引言

目前，我國抽水蓄能電站建設(shè)進入了一個高速發(fā)展的時期。為保證電網(wǎng)及蓄能機組安全運行，需要對抽水蓄能機組潛在狀態(tài)的特性進行深入分析，以更充分地掌控機組的相關(guān)信息，保障機組的日常運行維護及為抽水蓄能機組狀態(tài)檢修提供支持。

機組潛在狀態(tài)，是指機組在某一段時間內(nèi)不完全由其采集到的模擬量和開關(guān)量信息所反映出來的狀態(tài)。一般情況下，機組的潛在狀態(tài)與其日常運行的表面狀態(tài)大致相符。但經(jīng)過特定事件，如不規(guī)律運行、機組大小修、技改、新設(shè)備投運及特定的故障等事件后，機組可能表面上各項量化指標都正常，但潛在狀態(tài)變得不穩(wěn)定，故障風(fēng)險加大。在這種情況下，考慮對抽水蓄能機組事件記錄建立數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進行潛在狀態(tài)分析，一方面可以對其一次、二次設(shè)備及輔助設(shè)備靜態(tài)和動態(tài)特性進行方便、直觀、迅速的研究，了解其運行情況；另一方面結(jié)合分析機組各設(shè)備故障情況。按不同權(quán)重計算機組潛在可靠性。

1 背景

目前國內(nèi)外的電力系統(tǒng)監(jiān)測和分析系統(tǒng)主要對抽水蓄能機組進行日志展示及查詢，功能簡單，不能適應(yīng)目前抽水蓄能機組應(yīng)用的現(xiàn)狀。抽水蓄能機組的事件記錄，包含了電廠及機組日常運行的詳細信息，具有精確性和可靠性，是全面掌握機組狀態(tài)信息的最重要來源。目前，電力系統(tǒng)監(jiān)測和分析系統(tǒng)對事件記錄的現(xiàn)狀：

1）以電子記錄形式保存在二次系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)內(nèi)容較多，每天最多超過一萬條運行記錄，但常規(guī)監(jiān)測和分析系統(tǒng)只支持常規(guī)關(guān)鍵字搜索查找功能；

2）事件記錄內(nèi)容具有不確定性及風(fēng)格不統(tǒng)一，基本不可能以人工方式對其進行分析，大量的數(shù)據(jù)信息沒有得到二次開發(fā)利用；

3）由于事件記錄有著十分大的數(shù)據(jù)量和信息量，若只提供基本的查詢功能，很難把握涉及到的有用信息。

歸根結(jié)底，常規(guī)監(jiān)測分析系統(tǒng)只對日志進行簡單篩選查詢，并非一個基于知識處理的專家系統(tǒng)，無法對蓄能機組潛在狀態(tài)進行分析。

2 功能設(shè)計

本系統(tǒng)能夠?qū)π钅茈姀S機組事件記錄（實際數(shù)據(jù)）進行統(tǒng)計分析，利用文本聚類及關(guān)鍵詞智能匹配，以了解特定時間、特定故障及特定事件前后機組的潛在特征，以更好地掌控各機組的狀態(tài)，保障機組日常運行維護及抽水蓄能機組狀態(tài)檢修，實現(xiàn)大電網(wǎng)背景下的抽水蓄能機組特性分析和穩(wěn)定性研究。

本項目最終形成“用戶界面——服務(wù)器后臺程序——算法分析程序——數(shù)據(jù)庫處理模塊和特征數(shù)據(jù)庫”架構(gòu)的系統(tǒng)，具有關(guān)鍵詞、故障、事件及匹配時間智能查詢功能。部署有實際運行的硬件設(shè)備（服務(wù)器），允許多用戶并行訪問使用，并且能與日常運行的抽水蓄能機組監(jiān)控系統(tǒng)上位機無縫連接，獲取蓄能機組實時運行數(shù)據(jù)，更有效地對其潛在狀態(tài)進行分析。

3 基于事件記錄的蓄能機組潛在狀態(tài)分析系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

圖1為基于事件記錄的蓄能機組潛在狀態(tài)分析系統(tǒng)的示意圖，表明該系統(tǒng)平臺的結(jié)構(gòu)原理和各個部分之間的架構(gòu)和流程傳遞關(guān)系。

3.2 靜態(tài)結(jié)構(gòu)特征

1）本系統(tǒng)包括事件記錄數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫處理模塊、算法模塊、后臺處理模塊、服務(wù)器后臺程序、用戶界面、服務(wù)器系統(tǒng)和抽水蓄能機組監(jiān)控系統(tǒng)上位機（含主計算機、數(shù)據(jù)庫計算機、工程師站、操作員站和遠動裝置及其搭設(shè)網(wǎng)絡(luò)）。

2）事件記錄數(shù)據(jù)庫為蓄能機組日常運行實際生成的日志數(shù)據(jù)，能夠有效反映機組一次、二次和輔助設(shè)備的狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)范例如下（不限于此格式）：

Sent： ,P,,DP,2013-11-13 09：54：55 670,5MF002,SI,2,101,1.3.11.3.1.0,/201DA/M11/5MF

Y10/MFY10_AP001/XB21, 5MFY01 AP001 XB2 1, on, Gov. oil pump 1,2,1,,,

原始數(shù)據(jù)按順序解析如下：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3）數(shù)據(jù)庫處理模塊通過數(shù)據(jù)包固定規(guī)則截取字段信息，并將字段信息寫入本地日志文件，便于后臺處理模塊調(diào)用。同時，與算法模塊進行數(shù)據(jù)交互，將計算特征后的事件記錄進行寫數(shù)據(jù)庫操作。

4）算法模塊利用文本聚類方法，對事件記錄中的機組狀態(tài)進行計算和分析，得到各設(shè)備啟停信息和故障信息特征數(shù)據(jù)，返送數(shù)據(jù)庫處理模塊。

5）后臺處理模塊對事件記錄數(shù)據(jù)進行調(diào)用，對數(shù)據(jù)查詢進行優(yōu)化，并將指定數(shù)據(jù)庫記錄與服務(wù)器后臺程序進行交互。

6）服務(wù)器后臺程序為用戶提供Web服務(wù)后臺，客戶端通過Web頁面能夠訪問平臺系統(tǒng)進行操作。

7）用戶界面即用戶訪問和操作該平臺系統(tǒng)的人機接口，提供用戶輸入查詢和數(shù)據(jù)輸出相關(guān)界面。

8）服務(wù)器系統(tǒng)為實際運行的硬件系統(tǒng)，用于部署蓄能機組潛在狀態(tài)分析系統(tǒng)各模塊。同時以網(wǎng)頁（Web）形式進行發(fā)布，為客戶端工作站或個人電腦提供用戶界面訪問服務(wù)。本系統(tǒng)運行多客戶端用戶（硬件設(shè)備連接）同時訪問使用。

9）抽水蓄能機組監(jiān)控系統(tǒng)上位機，包括主計算機、數(shù)據(jù)庫計算機、工程師站、操作員站和遠動裝置及其搭設(shè)網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控系統(tǒng)上位機發(fā)送實時事件記錄數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫處理模塊，生成原始的事件記錄，確保本系統(tǒng)的實用性、實時性和可靠性。

3.3 動態(tài)結(jié)構(gòu)特征

本系統(tǒng)具備設(shè)備狀態(tài)查詢、機組狀態(tài)分析和故障、事件匹配三大功能。

設(shè)備狀態(tài)查詢功能即圖2所展示界面功能。用戶通過該功能可利用事件記錄關(guān)鍵詞對設(shè)備啟停狀態(tài)進行智能查詢。該界面相關(guān)信息如下。

圖2 “設(shè)備狀態(tài)查詢”功能界面

起止時間：用戶選取的開始和結(jié)束時間，默認為當前訪問時間的最近1h。

設(shè)備事件記錄描述：用戶輸入的事件記錄關(guān)鍵詞，該字段不能為空值。

RTU編號：蓄能機組監(jiān)控系統(tǒng)下位機編號，對應(yīng)不同機組，開關(guān)站，公用系統(tǒng)，上下庫及模擬屏設(shè)備。

查詢按鈕：完成查詢條件后，點擊可生成查詢結(jié)果。

設(shè)備動作次數(shù)：查詢結(jié)果，根據(jù)事件記錄關(guān)鍵詞查詢設(shè)備在特定起止時間的動作次數(shù)。

設(shè)備圖：查詢結(jié)果，展示該設(shè)備模擬圖。

當前狀態(tài)：查詢結(jié)果，展示該設(shè)備當前處于啟動或停止狀態(tài)。

狀態(tài)評估：查詢結(jié)果，根據(jù)特定算法計算特定起止時間內(nèi)該設(shè)備的可靠性得分。

動作時間及持續(xù)時間列表：查詢結(jié)果，展示特定起止時間內(nèi)該設(shè)備每次啟停時刻及持續(xù)周期。

該功能操作步驟如下：

1）用戶通過Web瀏覽器，訪問蓄能機組潛在狀態(tài)分析系統(tǒng)。

2）點擊“設(shè)備狀態(tài)查詢”按鈕，進入功能界面。

3）選擇起止時間或不操作（默認時間段）。

4）選擇RTU編號或不操作（默認全選）。

5）輸入事件記錄關(guān)鍵詞，點擊查詢，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。

機組狀態(tài)分析功能即圖3所展示界面功能。用戶通過該功能可查詢各臺機組（范例數(shù)量為4）的狀態(tài)和潛在可靠性，有效時間為查詢當天。該界面相關(guān)信息如下。

圖3 “機組狀態(tài)分析”功能界面

機組編號（1,…, n）：標明數(shù)據(jù)所屬的機組。

設(shè)備編號（1,…, n）：歸類后的設(shè)備類別，分為發(fā)電機，水輪機，調(diào)速器，監(jiān)控系統(tǒng)，主變，輔助設(shè)備，軸承油，球閥，尾閘，熱工系統(tǒng)大類。

設(shè)備狀態(tài)列表（1,…, n）：展示該大類設(shè)備存在故障，若超過10條則只顯示最近10條。

可靠性（1,…, n）：根據(jù)特定算法計算特定時間內(nèi)機組的可靠性得分。

該功能操作步驟如下：

1）用戶通過Web瀏覽器，訪問蓄能機組潛在狀態(tài)分析系統(tǒng)。

2）點擊“機組狀態(tài)分析”按鈕，進入功能界面。

3）查看機組相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.4 故障、事件匹配功能

故障、事件匹配功能即圖4所展示界面功能。用戶通過該功能可利用事件記錄關(guān)鍵詞對該描述前后時間段的故障、事件進行智能查詢。該界面相關(guān)信息如下。

圖4 “故障、事件匹配”功能界面

起止時間：用戶選取的開始和結(jié)束時間，默認為當前訪問時間的最近1h。

設(shè)備事件記錄描述：用戶輸入的事件記錄關(guān)鍵詞，該字段不能為空值。

前后延伸時間：用戶輸入的時間量，為整數(shù)，以小時為單位，不超過24h，默認為0。假設(shè)用戶輸入n h，即該時間指示將起止時間段內(nèi)設(shè)備運行第一條往前n小時和最后一條日志往后n h作為故障和事件查詢的起止時間。

RTU編號：蓄能機組監(jiān)控系統(tǒng)下位機編號，對應(yīng)不同機組，開關(guān)站，公用系統(tǒng)，上下庫及模擬屏設(shè)備。

事件記錄列表：查詢結(jié)果，根據(jù)事件記錄關(guān)鍵詞查詢設(shè)備在特定起止時間的所有設(shè)備（對應(yīng)當前RTU）事件記錄。

故障列表：查詢結(jié)果，根據(jù)事件記錄關(guān)鍵詞查詢設(shè)備在特定起止時間的所有設(shè)備（對應(yīng)當前 RTU）故障信息日志。

該功能操作步驟如下：

1）用戶通過Web瀏覽器，訪問蓄能機組潛在狀態(tài)分析系統(tǒng)。

2）點擊“故障、時間匹配”按鈕，進入功能界面。

3）選擇起止時間或不操作（默認時間段）。

4）選擇RTU編號或不操作（默認全選）。

5）輸入前后延伸時間或不操作（默認為0）。

6）輸入事件記錄關(guān)鍵詞，點擊查詢，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)有效利用蓄能機組實際事件記錄數(shù)據(jù)，對特定時間、特定故障及特定事件前后機組的潛在特征進行統(tǒng)計分析。優(yōu)點為：①最大限度利用大數(shù)據(jù)事件記錄，整合電子信息資源，形成專家系統(tǒng)，方便運維人員對設(shè)備維護工作的開展；②利用關(guān)鍵詞分析，形成相關(guān)的上下文及機組潛在狀態(tài)信息（與時間相關(guān)），提供基于特定時間、特定故障或特定事件多種分析結(jié)果，具有創(chuàng)新性；③更好地認知已有的設(shè)備故障模式，強化對已有設(shè)備運行經(jīng)驗及故障情況的了解，消除可能存在的設(shè)備缺陷，降低設(shè)備運行風(fēng)險；④技術(shù)成果可在一定程度上配合預(yù)防性檢修和狀態(tài)檢修的開展，并可在其他抽水蓄能電站推廣。

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[4] 王奇, 等. 基于狀態(tài)評價的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備故障診斷系統(tǒng)的研制[J]. 電網(wǎng)與清潔能源, 2014, 11(30)： 103-108.