CN100347930C - 一种电力数据采集与监控系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电力数据采集与监控系统和装置，它包含人机界面模块、图元控制模块，其特征在于：(1)在人机界面模块中添加有图形标准化接口，可读取各种图形软件；(2)在图形控制模块中添加有电力器件自决分析接口；(3)增加了数据处理模块和智能分析模块。数据处理模块主要接收用户信息命令，并区分是个体信息还是群体信息；而智能分析模块则具有图形拓扑分析、属性判别分析和故障诊断分析三大功能。本发明的电力数据采集和监控系统具有(1)延续性和可扩充性；(2)易用性和(3)通用性。采用本发明的系统有利于电网运行的安全，有效地降低人工劳动强度，提高科学管理水平，故推广应用后可望取得巨大的社会效益和经济效益。

Description

一种电力数据采集与监控系统及装置

技术领域

本发明属于供电或配电的电路装置或系统的技术领域，即涉及到一种供电网调度人员使用的电力数据采集与监控系统和装置。

背景技术

在现代电网系统中，调度人员通过电力数据采集与监控系统可以掌握电网实时运行情况，必要时还可以通过某些操作实现某些控制功能。电力数据采集与监控系统的一个最基本的功能就是快速、准确、动态地显示电力系统的电气接线图和运行参数。

随着计算机技术的迅速发展，以WINDOWS为平台的面向对象的图形生成技术得到了越来越广泛的应用。当前图形制作的软件产品虽然很多，但针对电力工况运行调度的专业性强，开放性的图形制作软件却极少，而且国外开发的软件是以英文为基础的，故存在有工业应用周期长、用户界面不理想、不支持或不免费支持国内普遍使用的硬件设备、组态软件本身费用和软件培训费用高昂等诸多不利因素，也限制了它们在国内的推广应用。

即使是目前已有的针对电力监控运行的图形编辑软件产品，其控制对象的编辑是和程序绑定的。当电力被控对象一旦有所变动，就必须修改其控制系统的源程序，这就导致了其开发周期长、不易维护；软件重复使用率低，因而其价格非常昂贵；而且在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作调动而离去时，则工作更为困难。

发明内容

本发明的目的是开发一种通用电力自动化图形组件软件产品，用一种崭新的方法很好地解决传统电力监控软件产品存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态完成最终的电力自动化控制工程，使监控更加直观、方便、易于使用；从而有利于提高工作效率，降低监控系统运营成本，保障电力供应的安全。

本发明以WINDOWS为支撑平台，采用基于COM(Component Objected Module组件式对象模型)的编程思想及面向对象的编程方式，以VC++6.0语言作为工具，开发了一套面向对象的电力系统图形编辑软件。该软件具有操作简便、灵活、重绘速度快，界面“友好”等特点。本发明从软件产品的模型角度考虑就是把应用程序分成多个模块，每一个模块保持一一定的功能独立性，在协同工作时，通过相互之间的接口完成实际的任务。当系统的外界软、硬件环发生变化或者用户的需求有所更改时，并不需要对所有的组件进行修改，而仅对受影响的组件进行必要的修改，然后重新加以组合便可得到新的升级版本。

本发明提出了一种电力数据采集与监控系统，它包含有人机界面模块、图元控制模块，其特征在于：

(1)在人机界面模块中添加有图形标准化接口，可方便地读取AutoCAD或其它厂商开放的图形软件；

(2)在图元控制模块中添加有电力器件自决分析接口；

(3)增加了数据处理模块和智能分析模块。

本发明中所说的数据处理模块的工作流程如下：

(1)建立组件式对象模型的图形组件，读取标准文件格式或者自建文件中格式；

(2)自动添加索引和创建属性文件；

(3)导入数据文件信息；

(4)判断数据库中有无数据记录；

(5)有记录则更新原记录；

(6)无记录则添加新记录；

(7)结束。

本发明中所说的智能分析模块包含：图形的拓扑分析、属性判别和故障分析三个方面的分析。

先是通过空间坐标的关系设定拓扑连接距离，确定图元相互之间的静态关系从而判断图元之间的拓扑连接。确定图元之间拓扑关系的流程如下：

(1)启动拓扑分析；

(2)获取图元数量；

(3)对所获取的图元进行判读，以区分是电气组件还是线组件；

(4)区分正确，结束本次组件判别分析；每次分析处理一个图元，每处理一个图元后再返回获取图元数量程序，重新进行判读，直到所有图元一一处理完毕；先判断内存拓扑关系，再判断实时拓扑连接；

(5)获取实时数据；

(6)图元对象自决判断；

(7)如有变化，显示状态；

(8)如无变化，显示内存拓扑关系。

随后进行了的属性决策分析是考虑电网决策信息，根据系统的实际工况，建立系统的专家知识库和故障诊断的规则，它包括对象的属性约简、获取策略规则和可信度分析等。其分析过程的流程如下：

(1)先离线处理，建立专家知识库；包括：

(A)获取历史故障信息；

(B)建立专家知识库；

(C)利用相关理论进行属性约简；

(D)形成混合策略规则；

(2)通过在线处理获取图元实际故障信息；

(3)将故障信息与专家知识库进行规则匹配；

(4)分析匹配结果，对结果可信度作二次综合；

(5)输出故障属性分析结果。

故障诊断分析则是在图元拓扑连接关系的基础上，预定故障处理的专家知识库和故障诊断规则，在监控应用程序中利用这些规则来对系统的故障进行具体的分析。故障分析的流程如下：

(1)故障定位；

(2)对该部位的实时数据进行分析；

(3)数据变化判别，区分物理方面问题或者是数据大小的问题；

(4)用上述数据构造分析矩阵；

(5)判断故障用逻辑网络连接矩阵；

(6)将矩阵规格化；

(7)输出故障分析结果，并在数据服务器和图形服务器上显示出来。

本发明还提供了一种实施上述系统功能的电力数据采集与监视控制装置，在使用时连接至数据服务器和图形服务器中，它包含有至少一个电话专线接口；至少一台多路串口设备和多串口读取卡；至少一台前置机；至少一台服务器；至少一个工作台和GPS校正时钟，其特征在于：在服务器和工作台中安置有由人机界面模块、图元控制模块、数据处理模块和智能分析模块组成的全套软件。

本发明的装置中所说的电话专线接口可以是电缆接口；也可以是光缆接口。

本发明的装置在接入电网系统时采用双网结构，即在Modem池和前置机之间；前置机和服务器、工作站之间均采用双网结构。

众所周知，安全性问题是电力系统运行过程中的重中之重的问题。如果在电力系统中出现任何一个小的疏漏都有可能引发严重的后果，从而导致重大的经济损失，甚至发生人身伤亡事故。没有安全保障，任何“先进”的装置和方法都是不能实际应用的。为此要求电力数据采集与监视控制装置必须要保证其运行的绝对稳定性。本发明的电力数据采集与监视控制装置创造性地采用双——双网硬件结构。尽管以往的电力数据采集与监视控制系统中也有采用双网结构的，但它们都没有考虑到底端串口传输上的备用问题。本发明的一大创新是在多串口服务器与前置机之间也采用了双网的结构，这同简单意义上的双网结构相比，主要是确保数据低端通讯的安全性和可靠性，从根本上解决系统的安全性问题。

本发明的电力数据采集与监控系统与装置和同类故障定位系统相比具有组态化的优点。用户可用“堆积木”的方式从图形库中选取适当的对象构建目标视图的静态布局，并为对象添加监控的物理驱动参数和模拟动态数据来预览视图效果，以及时修改参数定义并调整整幅视图的效果。在传统的数据图形程序系统中，图形和数据是分别处理的，即图形建立后需要对每一个组件进行数据配置。而本发明只要建立数据库和图形的计算机是连接在同一局域网中，制作图形的时候就可以将数据和图形建立关联，用户只要将对象属性添加在属性表当中就可以了。图形与元件对象绑定；对象与属性参数相绑定，实现了图模一体化，并具有网络拓朴功能，保证了图形界面的智能化维护功能，从而可很好的满足实时监控和管理的双重功能。

附图说明

图1本发明的系统的配置示意图，图中1上级调度自动化系统，2前置机，3Modem，4服务器，5工作站，6TCP/IP双网，7多串口卡，8GPS时钟，9Modem池，10电话专线，11电话线；

图2人机界面示意图；

图3用户图元处理总体流程框图；

图4数据处理模块流程框图；

图5拓朴分析模块流程框图；

图6属性决策模块流程框图；

图7故障诊断模块流程框图；

图8读取标准AutoCAD，用户自定义元件图；

图9电力系统接线图；

图10个体信息数据输入图；

图11群体信息数据输入图；

图12拓扑分析效果图；

图13报警界面示意图；

图14故障分析示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的系统和装置的内容作进一步的说明和补充。

以设计的地区调度用的电力数据采集与监控系统为例。

采用了基于COM的电力数据采集与监视控制装置矢量制图程序产品(如图1所示)，主要由人机界面模块、图元控制模块、数据处理模块和智能分析模块四大部分构成。首先人机界面模块由系统自动加载系统资源，响应系统的处理步骤，该处理装置(如图2所示)包括系统界面初始化、系统菜单的初始化、系统工具初始化、工作区初始化、属性表初始化、系统图元始化、用户定义信息初始化和数据库设备的初始化，最后准备响应用户信息。

用户图元处理装置(如图3所示)。该处理装置包括：输入装置(用于接收用户的图元控制命令)、显示装置(用于显示用户加载图元和设备图像)和控制装置(用于用户对图形对象的各项操作和控制)。首先，本发明组件产品的输入装置设计为电力图形编辑标准化接口，能够接收美国Autodesk公司于二十世纪八十年代初为微机上应用CAD技术而开发的绘图程序软件包AutoCAD。在输入装置中读取标准的图形格式(如图8所示)，其具体步骤为：步骤1装载DXF文件到用户工作区；步骤2装载标题、表部分和实体；步骤3关闭AutoCAD的DXF文件。其次，本发明用户自画图形设备实现的步骤为：步骤1输入装置序列化指定目录下自画图形信息；步骤2根据图形信息创建组态元件；步骤3在客户区重化图形元件；步骤4交给用户处理。用户可以进行最基本的图形操作，包括：添加、删除、缩放、移动、旋转、漫游、层次关系、选择等。显示装置主要是在客户区显示国际图像标准格式和用户自定义图形结构。用户经过合成这些图形元件就可以搭建电力系统需要的接线图。在显示装置上显示用户选择的图形结构，从而构建监控的系统状态图(如图9所示)。

数据处理模块(如图4所示)主要完成对图形信息的数据处理的功能。包括：输入装置(用于接收系统合成信息和用户的图像的个体和群体信息)、处理装置(用于将系统合成信息利用户的图像信息作不同的处理，其中对系统信息存贮为系统文件，而用户信息采用网络结构存贮在系统数据库中)。该方法步骤如下：输入装置接收用户的信息命令，区分是个体信息还是群体信息。如果是个体信息，将用户体提供的信息写到系统文件当中(如图10所示)。如果是群体信息就将用户提交的Excel信息自动映射到数据库当中(如图11所示)。

智能分析模块主要包括三个方面的分析。图形拓扑分析、属性判别分析和故障诊断分析。这个模块主要由系统自动完成初始化，针对监控应用当中的实际投入运行的数据和空间构建关系进行系统的分析。

拓扑分析(如图5所示)，其步骤如下：

步骤1响应用户的拓扑分析消息，步骤2通过空间坐标的关系，设定连接距离关系，确定图元相互之间的静态关系，步骤3判断某个图元对象是否与上一个坐标相关或者下一个坐标相关，这样就构建了所有图元静态拓扑连接关系。另一方面在实际的应用中还要构建图元器件的动态拓扑关系。步骤1获取器件特性(断路器、刀闸、人工设置)数据分析；步骤2形成电力器件的自觉分析设计的动态关联矩阵；步骤3算法分析，该算法保证的每个器件或者组件能够判断当前哪些器件与自己相关联以及自己的当前的电气状态是什么，既矩阵的内部结构分析；步骤4组件本身内部事务处理，电气状态的判断和转换到；步骤5存储转换后的拓扑关系矩阵(如图12所示)。

属性判别分析(如图6所示)，其步骤如下：

步骤1组件应用带有置信度的粗糙集约简算法进行电网故障诊断；

步骤2输入装置输入(报警的条件、方式、间隔)，把这些信号作为对故障分类的条件属性集；

步骤3建立作为诊断的原始专家库；

步骤4建立了考虑到系统发生所有的可能单重故障及部分双重故障，或者单重故障但是有保护或者断路器拒动的决策表系统；

步骤5根据任一知识库K＝(U，R)与信息系统S＝(U，A)之间具有一一对应的关系，可以通过约简重复规则组成一个包含全部约简结果的混合策略规则形式的约简决策表；

步骤6根据置信度相关计算方法，得出约简后的决策表中每一条规则的对应可信度，步骤7应用概率论理论，对在诊断过程中出现的各条规则进行规则的二次综合，结合到故障诊断分析过程(如图13所示)。

故障诊断分析(如图7所示)，其步骤如下：

步骤1通过拓分析扑模块的分析结果建立网络连接矩阵和数据表，步骤2图元组件主动获取诊断数据；步骤3诊断实时故障数据；步骤4修改原始的故障矩阵；步骤5数据变化分析；步骤6数据的方向变化判断；步骤7数据大小变化分析；步骤8构造分析矩阵；步骤9对故障矩阵和网络连接矩阵进行逻辑运算；步骤10对步骤9得到的矩阵进行规格化；步骤11结果分析；步骤12报警处理(如图14所示)。

采用本发明的电力数据采集和监控系统及装置，在电网的日常运行过程中取得了很好的效果。它十分有利于工程技术人员和工人对电网和集控站的监控，及时发现和处理电网运行过程中出现的问题和小故障，避免了大的故障的发生，确保电网和集控站的高效和安全，取得了很好的社会效益和经济效益。

Claims (9)

1、一种电力数据采集与监控系统，包含有人机界面模块、图元控制模块，其特征在于：

(1)在人机界面模块中添加有图形标准化接口，可读取AutoCAD或其它厂商开发的图形软件；

(2)在图元控制模块中添加有电力器件自决分析接口；

(3)增加了数据处理模块和智能分析模块。

2、按权利要求1所述的电力数据采集与监控系统，其特征在于所说的数据处理模块的工作流程如下：

(1)建立组件，读取标准文件格式或者自建文件格式；

(2)自动添加图形索引，并创建参数文件；

(3)导入数据库文件信息；

(4)数据库判断，有无同类型数据记录；

(5)有记录则更新原记录；无记录则添加新记录；

(6)结束。

3、按权利要求1所述的电力数据采集与监控系统，其特征在于所说的智能分析模块包括图形拓扑分析、属性决策分析和故障诊断分析三个子模块。

4、按权利要求3所述的电力数据采集与监控系统，其特征在于所说的图形拓扑分析子模块是确定图元之间的拓扑关系，其流程如下：

(1)启动拓扑分析；

(2)获取图元数量；

(3)对所获取的图元进行判读，以区分是电气组件还是线组件；

(4)区分正确，结束本次组件判别分析；每次分析处理一个图元，每处理一个图元后，再返回获取图元数量程序，重新进行判读，直到所有图元一一处理完毕；先判断内存拓扑关系，再判断实时拓扑连接；

(5)获取实时数据；

(6)图元对象自决判断；

(7)如有变化，显示状态；

(8)如无变化，显示内存拓扑关系。

5、按权利要求3所述的电力数据采集与监控系统，其特征在于所说的属性决策分析的流程如下：

(1)先离线处理，建立专家知识库；包括：

(A)获取历史故障信息；

(B)建立专家知识库；

(C)利用相关理论进行属性约简；

(D)形成混合策略规则；

(2)通过在线处理获取图元实际故障信息；

(3)将故障信息与专家知识库进行规则匹配；

(4)分析匹配结果，对结果可信度作二次综合；

(5)输出故障属性分析结果。

6、按权利要求3所述的电力数据采集与监控系统，其特征在于所说的故障诊断分析子模块的工作流程如下：

(1)故障定位；

(2)对该部位的实时数据进行分析；

(3)数据变化判别，区分物理方面问题或者是数据大小的问题；

(4)用上述数据构造分析矩阵；

(5)故障判断矩阵与网络连接进行逻辑关系处理；

(6)将矩阵规格化；

(7)输出故障分析结果，并在数据服务器和图形服务器上显示出来。

7、一种实施权利要求1所述的电力数据采集与监控系统所述模块组成的装置，它包含有至少一个电话专线接口；至少一台多路串口设备和多串口读取卡；至少一台前置机；至少一台服务器；至少一个工作台和GPS校正时钟，其特征在于：在服务器和工作台中安置有由人机界面模块、图元控制模块、数据处理模块和智能分析模块组成的全套软件。

8、按权利要求7所述的电力数据采集与监控系统所述模块组成的装置，其特征在于所说的电话专线接口是电缆接口或是光缆接口。

9、按权利要求7所述的电力数据采集与监控系统所述模块组成的装置，其特征在于所说的装置在接入电网系统中时采用双网结构。

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