CN104657814A - 基于ems系统的继电保护装置信号模板抽取定义方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于EMS系统的继电保护装置信号模板抽取定义方法，针对不同需求的定义方法，可分为运行监视定义和功能逻辑定义。两种定义方法都基于继电保护装置信号的模板抽取。其中，运行监视定义指将通过模板抽取的继电保护装置信号模板根据运行监视需求定义为动作、告警（一般异常/重要异常）、状态变位等不同类别；功能逻辑定义指将通过模板抽取的继电保护装置信号模板根据保护功能逻辑进行模块化分类定义，并赋予其实际功能逻辑定义。本发明对于继电保护装置在线监测与分析具有极强的实际应用价值，可有效提高继电保护装置运行监控水平，为故障时保护动作分析提供完备的模型基础。

Description

基于EMS系统的继电保护装置信号模板抽取定义方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动化调度技术领域，具体涉及基于EMS系统继电保护装置信号模板抽取定义的方法。

背景技术

随着用户对于继电保护装置运行监控要求的提高，现有继电保护装置模型的信号分类模式已无法满足当前实际应用需求，其原因有：继电保护装置信号条目众多；“六统一”规范实施之前，各厂家、不用型号的继电保护装置信号描述无法统一进行辨识；继电保护装置信号没有进行细化分层分类；继电保护装置信号没有进行功能逻辑性定义。

为了解决上述问题，目前已经有关于继电保护装置信息相关的规范。其基本思想是通过生产厂家在继电保护装置未投运前，对装置信号模型进行规范化配置，以源端方式对于继电保护装置信号进行分类定义。

但是对于已投运智能站或传统站，则无法通过该方式进行规范处理。

发明内容

为了提升继电保护装置在线监测与分析的实际使用，有效提高继电保护装置运行监控水平，为故障时保护动作分析提供完备的模型基础，本发明提供了一种基于EMS系统继电保护装置信号模板抽取定义的方法。

为达到上述目的所采用的技术方案如下：

基于EMS系统的继电保护装置信号模板抽取定义方法，其特征在于，其方法如下：

（a）生成继电保护装置信号模板专家库，通过对EMS系统继电保护装置模型数据进行自动分析归并，按照保护装置型号及生产厂家进行模板抽取，形成该装置型号的冗余模板及公共模板，将抽取完成的信号模板进行保存构成继电保护装置信号模板专家库，完成数据标准化及数据平整；

（b）通过步骤（a）抽取的信号模板根据运行监视需求进行运行监视定义，用于将继电保护装置信号进行分级分类，读取模板信号分类规则，对冗余模板中的信号模型进行分级分类，保存分类属性至继电保护装置信号模板专家库，如果无法通过分类规则进行辨识分析，则通过人工干预进行分类并加入模板信号分类规则,满足运行监控人员对于继电保护装置运行状态在线监测及分析的需求；

同时根据保护功能逻辑进行功能逻辑定义，用于将继电保护装置信号进行模块化分类定义，并赋予其实际功能逻辑定义。

前述运行监视定义中，根据运行监视需求定义为动作、告警（一般异常/重要异常）、状态变位（开关量、保护功能压板、重合闸压板、备自投压板）三级七类信号。

前述的a)运行监视定义的步骤包括：

（a-1）生成继电保护装置信号模板专家库，通过对EMS系统继电保护装置模型数据进行自动分析归并，按照保护装置型号及生产厂家进行模板抽取，形成该装置型号的冗余模板及公共模板，将抽取完成的信号模板进行保存，完成数据标准化及数据平整；

（a-2）在继电保护装置信号模板专家库中，根据各厂家提供的信号分类规范，生成模板信号分类规则；

（a-3）在模板抽取过程中，根据语义包含及关键字生成过滤器，如果可进行语义归并，则自动生成一条公共模板记录；如果归并失败，则自动生成一条冗余模板记录，完成预处理阶段的数据规约；

（a-4）读取模板信号分类规则，对冗余模板中的信号模型进行分级分类，保存分类属性至继电保护装置信号模板专家库；如果无法通过分类规则进行辨识分析，则转入(a-5)；

（a-5）通过人为干预的方式将无法辨识分析的信号模型进行分类，保存分类属性至继电保护装置信号模板专家库，并将信号模型描述加入关键字过滤器；

（a-6）上送保护信号通过读取继电保护装置信号模板专家库，得到分级分类属性，进行不用方式的告警提醒。

前述的b)功能逻辑定义中，根据继电保护功能逻辑单元，将定值、保护功能压板状态、保护启动信号、动作出口信号、重合闸出口信号进行归类划分，赋予信号模型实际功能逻辑定义。

b)功能逻辑定义包括以下步骤：

（b-1）生成继电保护装置信号模板专家库，通过对EMS系统继电保护装置模型数据进行自动分析归并，按照保护装置型号及生产厂家进行模板抽取，形成该装置型号的冗余模板及公共模板，将抽取完成的信号模板进行保存，完成数据标准化及数据平整；

（b-2）在继电保护装置信号模板专家库中，通过对继电保护功能逻辑单元数据描述和特征挑选，生成具有优先算法的关键字字典集匹配规则；

（b-3）在模板抽取过程中，根据语义包含及关键字生成过滤器，如果可进行语义归并，则自动生成一条公共模板记录；如果归并失败，则自动生成一条冗余模板记录，完成预处理阶段的数据归约；

（b-4）读取关键字字典集匹配规则，对公共模板中的信号模型进行匹配定义，对冗余模板与公共模板差异部分进行匹配定义，保存功能逻辑定义属性至继电保护装置信号模板专家库；如果无法通过匹配规则进行定义，则转入(b-5)；

（b-5）通过人为干预的方式将无法匹配的信号模型进行功能定义，保存功能逻辑属性至继电保护装置信号模板专家库，并将信号模型关键字及优先关系加入匹配规则；

（b-6）将冗余模板和公共模板功能逻辑定义进行归约处理，相同功能逻辑定义的信号进行合并，合并生成模板保存至继电保护装置信号模板专家库；将冗余信号描述列为别名，加入关键字字典集匹配规则；

（b-7）读取学习后的关键字字典集匹配规则，重新执行步骤（b-3）、（b-4），对比前后两次模板抽取定义结果，得到模型评分，如果评分达标，则转入（b-8）；如果评分不达标，则执行步骤（b-5）、（b-6）、（b-7）。

本发明对于继电保护装置在线监测与分析具有极强的实际应用价值，为调度管理部门实时掌握继电保护设备运行状态、及时判断电网实际故障状况、有效分析继电保护动作行为提供统一的数据平台和可靠的技术支撑，可有效提高继电保护装置运行监控水平，为故障时保护动作分析提供完备的模型基础，有效提高调度管理和运行管理水平，在实际生产过程中发挥了重要作用。

附图说明

图1为本发明的基于EMS系统继电保护装置信号模板抽取定义流程图；

图2为本发明一个具体实施样例的动作信号模板抽取示意图；

图3为本发明一个具体实施样例的定值信息模板抽取示意图；

图4为本发明一个具体实施样例的运行监视定义根据模板信号分类规则进行分级分类示意图；

图5为本发明一个具体实施样例的运行监视定义人为干预示意图；

图6为本发明采用的特征选择方法-过滤模型示意图；

图7为本发明一个具体实施样例的冗余模板全信号；

图8为本发明采用的特征选择方法-过滤模型示意图；

图9为本发明一个具体实施样例的功能逻辑定义示意图；

图10为本发明继电保护装置模型结构示意图；

图11为本发明中功能逻辑定义界面展示图；

图12为本发明一个具体实施样例的功能逻辑定义实际应用示意图。

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。

作为智能电网调度控制系统实时监控与预警类应用下的基本功能模块之一，继电保护设备在线监视与分析应用主要实现对于继电保护装置、故障录波器等二次设备的运行信息、动作信息、测距信息、录波信息的分析处理，并为其它应用如综合智能告警等提供可靠的数据基础与服务。继电保护设备在线监视与分析应用为调度管理部门实时掌握继电保护设备运行状态、及时判断电网实际故障状况、有效分析继电保护动作行为提供统一的数据平台和可靠的技术支撑，有效提高调度管理和运行管理水平，在实际生产过程中发挥了重要作用。

本发明提供了一种基于EMS系统继电保护装置信号模板抽取定义的方法，包括以下两种情况：

a) 运行监视定义：用于将继电保护装置信号进行分级分类，满足运行监控人员对于继电保护装置运行状态在线监测及分析的需求；

b）功能逻辑定义：用于将继电保护装置信号进行模块化分类定义，并赋予其实际功能逻辑定义。

以图2、图3所示的继电保护装置作为例子说明，信号模板抽取定义流程见图1。

    图2、图3是一个典型的线路继电保护装置信号模型，为了便于描述，图2只列出了继电保护装置的部分动作信号，图3列只出了继电保护装置的部分定值信息。图2、图3还展示了模板抽取生成公共模板和冗余模板的示意流程。

对于运行监视定义，应该读取模板信号分类规则，对冗余模板中的信号模型进行分级分类，保存分类属性至继电保护装置信号模板专家库，如果无法通过分类规则进行辨识分析，则通过人工干预进行分类并加入模板信号分类规则。图2、图4、图5、图6显示了运行监控定义方法的操作步骤。

第一步，如图2所示，模板抽取；生成继电保护装置信号模板专家库，通过对EMS系统继电保护装置模型数据进行自动分析归并，按照保护装置型号及生产厂家进行模板抽取，形成该装置型号的冗余模板及公共模板，将抽取完成的信号模板进行保存构成继电保护装置信号模板专家库，完成数据标准化及数据平整；

第二步，如图4所示，对冗余模板进行辨识分析；模板抽取过程中，根据语义包含及关键字生成过滤器，如果可进行语义归并，则自动生成一条公共模板记录；如果归并失败，则自动生成一条冗余模板记录，完成预处理阶段的数据规约；

读取模板信号分类规则，对冗余模板中的信号模型进行分级分类，保存分类属性至继电保护装置信号模板专家库；如果无法通过分类规则进行辨识分析，则转入第三步。

第三步，如图5所示，对无法辨识分析的信号进行人工干预；通过人为干预的方式将无法辨识分析的信号模型进行分类，保存分类属性至继电保护装置信号模板专家库，并将信号模型描述加入关键字过滤器。

第四步，如图6所示，上送信号根据分级分类属性进行处理。上送保护信号通过读取继电保护装置信号模板专家库，得到分级分类属性，进行不同方式的告警提醒。

以上就是以线路继电保护装置为例说明运行监视定义的具体步骤。

对冗余模板进行合并过滤，如图7标记出的记录，则交由人工进行分级分类的工作量仅为之前的0.8%～2.0%。

同型号保护装置数量越多，抽取后模板记录数与原记录数比例越小，即效率越高。 

功能逻辑定义过程如图1所示，在定义过程中，根据继电保护功能逻辑单元，将定值、保护功能压板状态、保护启动信号、动作出口信号、重合闸出口信号进行归类划分，赋予信号模型实际功能逻辑定义。继电保护装置信号模板库通过对继电保护功能逻辑单元数据描述和特征挑选，生成具有优先算法的关键字字典集匹配规则。

在进行功能逻辑定义的过程中，通过读取关键字字典集匹配规则，对公共模板中的信号模型进行匹配定义，对冗余模板与公共模板差异部分进行匹配定义，对于无法匹配的信号模型通过人为干预的方式进行功能定义，保存功能逻辑属性至继电保护装置信号模板专家库，并将信号模型关键字及优先关系加入匹配规则；将冗余模板和公共模板功能逻辑定义进行归约处理，相同功能逻辑定义的信号进行合并，合并生成模板保存至继电保护装置信号模板专家库，并将冗余信号描述列为别名，加入关键字字典集匹配规则，之后通过回归分析，对模型进行评分，直至合格。

上述步骤如图2、图3、图8所示，特征选取-过滤模型如图9所示。

对于功能逻辑定义的信号模型评分，精度AC作为主要参考系数。

精度AC，误差率R，误差数目E，样本数S：

R=E/S

AC=1-R=(S-E)/S

对于标准分类问题，误差可能有m²-m种，其中m是类的数量，对于本发明中的功能逻辑定义方法，类别之间仅存在互斥关系，无法通过混淆矩阵进行分析，只考虑精度AC的分布。

冗余模板信号数目为S,通过功能逻辑定义后未匹配定义完成的信号数目为E,通过人为干预及自我修正匹配规则，精度AC > 0.95以上达标。

通过功能逻辑定义，在继电保护装置模型中加入保护功能逻辑层，模型架构如图10所示。

基于功能逻辑定义生成的继电保护装置模型，对于继电保护装置内自洽性及装置间一致性的动作行为进行自动诊断，如图11所示；对于继电保护装置运行状态进行在线监视，结合功能逻辑单元进行判断，如图12所示。

本发明对于继电保护装置在线监测与分析具有极强的实际应用价值，为调度管理部门实时掌握继电保护设备运行状态、及时判断电网实际故障状况、有效分析继电保护动作行为提供统一的数据平台和可靠的技术支撑，可有效提高继电保护装置运行监控水平，为故障时保护动作分析提供完备的模型基础，有效提高调度管理和运行管理水平，在实际生产过程中发挥了重要作用。

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。

Claims (6)

1.基于EMS系统的继电保护装置信号模板抽取定义方法，其特征在于，其方法如下：

（a）生成继电保护装置信号模板专家库，通过对EMS系统继电保护装置模型数据进行自动分析归并，按照保护装置型号及生产厂家进行模板抽取，形成该装置型号的冗余模板及公共模板，将抽取完成的信号模板进行保存构成继电保护装置信号模板专家库，完成数据标准化及数据平整；

（b）通过步骤（a）抽取的信号模板根据运行监视需求进行运行监视定义，用于将继电保护装置信号进行分级分类，读取模板信号分类规则，对冗余模板中的信号模型进行分级分类，保存分类属性至继电保护装置信号模板专家库，如果无法通过分类规则进行辨识分析，则通过人工干预进行分类并加入模板信号分类规则,满足运行监控人员对于继电保护装置运行状态在线监测及分析的需求；

同时根据保护功能逻辑进行功能逻辑定义，用于将继电保护装置信号进行模块化分类定义，并赋予其实际功能逻辑定义。

2.根据权利要求1所述的基于EMS系统保护装置信号模板抽取定义的方法，其特征在于，所述步骤（b）中，运行监视定义中，根据运行监视需求定义为动作、告警、状态变位三级信号，状态变位信号包括开关量、保护功能压板、重合闸压板、备自投压板的信号；告警信号分为一般异常告警和重要异常告警的信号。

3.根据权利要求1所述的基于EMS系统保护装置信号模板抽取定义的方法，其特征在于，所述运行监视定义步骤包括：

（a-1）在继电保护装置信号模板专家库中，根据各厂家提供的信号分类规范，生成模板信号分类规则；

（a-2）在模板抽取过程中，根据语义包含及关键字生成过滤器，如果可进行语义归并，则自动生成一条公共模板记录；如果归并失败，则自动生成一条冗余模板记录，完成预处理阶段的数据规约；

（a-3）读取模板信号分类规则，对冗余模板中的信号模型进行分级分类，保存分类属性至继电保护装置信号模板专家库；如果无法通过分类规则进行辨识分析，则转入(a-4)；

（a-4）通过人为干预的方式将无法辨识分析的信号模型进行分类，保存分类属性至继电保护装置信号模板专家库，并将信号模型描述加入关键字过滤器；

（a-5）上送保护信号通过读取继电保护装置信号模板专家库，得到分级分类属性，进行不同方式的告警提醒。

4.根据权利要求1所述的基于EMS系统保护装置信号模板抽取定义的方法，其特征在于，所述步骤（b)的功能逻辑定义中，根据继电保护功能逻辑单元，将定值、保护功能压板状态、保护启动信号、动作出口信号、重合闸出口信号进行归类划分，赋予信号模型实际功能逻辑定义。

5.根据权利要求1所述的基于EMS系统保护装置信号模板抽取定义的方法，其特征在于，所述步骤（b)中，功能逻辑定义的具体步骤如下：

（b-1）在继电保护装置信号模板专家库中，通过对继电保护功能逻辑单元数据描述和特征挑选，生成具有优先算法的关键字字典集匹配规则；

（b-2）在模板抽取过程中，根据语义包含及关键字生成过滤器，如果可进行语义归并，则自动生成一条公共模板记录；如果归并失败，则自动生成一条冗余模板记录，完成预处理阶段的数据归约；

（b-3）读取关键字字典集匹配规则，对公共模板中的信号模型进行匹配定义，对冗余模板与公共模板差异部分进行匹配定义，保存功能逻辑定义属性至继电保护装置信号模板专家库；如果无法通过匹配规则进行定义，则转入(b-4)；

（b-4）通过人为干预的方式将无法匹配的信号模型进行功能定义，保存功能逻辑属性至继电保护装置信号模板专家库，并将信号模型关键字及优先关系加入匹配规则；

（b-5）将冗余模板和公共模板功能逻辑定义进行归约处理，相同功能逻辑定义的信号进行合并，合并生成模板保存至继电保护装置信号模板专家库；将冗余信号描述列为别名，加入关键字字典集匹配规则；

（b-6）读取学习后的关键字字典集匹配规则，重新执行步骤（b-3）、（b-4），对比前后两次模板抽取定义结果，得到模型评分，如果评分达标，则转入（b-8）；如果评分不达标，则执行步骤（b-4）、（b-5）、（b-6）；

（b-8）基于功能逻辑定义模板，进行故障分析。

6.根据权利要求5所述的基于EMS系统保护装置信号模板抽取定义的方法，其特征在于，所述步骤（b-6）中，对于功能逻辑定义的信号模型评分，精度AC作为主要参考系数；

精度AC，误差率R，误差数目E，样本数S：

R=E/S

AC=1-R=(S-E)/S

冗余模板信号数目为S,通过功能逻辑定义后未匹配定义完成的信号数目为E,通过人为干预及自我修正匹配规则，精度AC > 0.95以上达标。