电网检修计划编制的智能可视化方法及应用.pdf

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第40卷第13期2012年7月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlvo1.40NO.13July1,2012电网检修计划编制的智能可视化方法及应用李刚,李善综,程春田,应小诚,蔡华祥(1.大连理工大学水电与水信息研究所,辽宁大连116024;2.云南电网电力调度控制中心,云南昆明650011)摘要:电网规模的不断扩大使得电网结构和运行方式日趋复杂,给检修计划安排带来巨大的困难,提供智能化、可视化的服务就显得尤为重要。在分析电网拓扑结构及多时空任务基础上,建立了时间轴的检修网络模型和检修过程的动态可视化展示。构建了检修知识库,对可能存在的错误检修安排进行自动提示,同时给出建议的检修计划,有效地提高了电网检修计划的准确性和可靠性。结合云南电网实际检修安排过程,验证了系统的实用性和灵活性。关键词:电网;检修;可视化;知识库;辅助决策Intelligentvisualizationmethodandapplicationofmakingmaintenanceschedulingf0rprovincialpowergrid—LIGang,LIShanzong,CHENGChun.tian,YINGXiao.cheng,CAIHua.xiang2(1.InstituteofHydropower&Hydroinformatics,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China;2.YunnanElectricPowerDispatching&ControlBureau,Kunming650011,China)Abstract:Withcontinuousconstructionandrapiddevelopmentofthepowergrid,thegirdstructureandoperationmodebecomemoreandmorecomplex.Itbringsgreatdifficultiestomakemaintenanceschedule.Itisespeciallyimportanttoprovidevisualandintelligentservice.Onthebasisofanalyzingtopologicalstructureofpowergrida——ndmultispacetimesmission,amaintenancenetworkmodelontimelineisestablishedandthevisualmaintenanceprocessisdynamicallydisplayed.IrrationalmaintenancescheduleCanbepointedoutautomaticallybyusingmaintenanceknowledgebase,andarecommendedschedulewillbegivenatthesametime.Iteffectivelyraisestheaccuracyandreliabilityofmaintenanceschedule.ThissystemhasalreadybeenappliedtotheactualmaintenanceprocessofYunnanPowerGrid.Thepracticalityandflexibilityofthissystemareverified.ThisworkissupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina(No.50909011、.Keywords:powergrid;maintenance;visualization;knowledgebase;assistantdecision-making中图分类号:TM76文献标识码:A———文章编号:16743415(2012)130145060引言电网发、输、变电设备检修计划编排是调度机构日常重要工作之一,对电力系统的安全、经济、可靠运行有着直接的影响。检修计划从时间跨度上可分为年计划、月计划、周计划和日计划等,都是由下级调度单位按照检修规程规定的检修周期和项目上报申请,电网调度机构汇总统一编制检修计划,并经过审核审批流程后发布。然而,近年来随着电网的快速发展,电网结构日益复杂、设备不断增多,同时主网与各地区电网交错互联,任何一个设备停基金项目:国家自然科学基金(50909011);国家杰出青年基金(51025934)电检修都会对其他设备造成影响,这都给检修计划编制工作带来困难。对于年计划和月计划的编排大都依据检修优化模型[1-51确定初始检修方案,对于周计划和日计划是以电网安全稳定运行为基础,然后再结合人工经验调整形成最终发布的检修计划。但是,面对规模庞大、结构复杂的省级电网,光靠方式计划人员的经验已经远远不够,缺乏高效的、直观的技术手段展现复杂的电网结构和大量的检修计划信息,不能为电网调度人员对检修计划安排合理性判断提供智能辅助决策支持。本文从降低在制定电网检修计划上的复杂度和减少检修中错误率的角度出发,运用Flash、Ajax等可视化技术,设计开发了省级电网检修计划编制可视化智能辅助决策系统。该系统采用统一设备库..146..电力系统保护与控制绘制电网结构简图和检修网络模型,与已建检修计划申报系统、检修优化系统、一体化检修票管理系统等无缝连接,形成时间轴上不同时段的检修网络图,并建立相应的检修知识库,为电网方式计划人员确认检修计划合理性提供可视化、智能化辅助决策手段。1系统总体结构1.1总体结构系统采用可视化技术绘制检修网络图,以知识库和检修策略为手段提供省级电网检修计划编排智能辅助决策功能,主要包括:实时动态跟踪及分析、月检修计划、周检修计划和日检修计划等功能模块。系统总体结构见图1所示。可视化设计设备元件检修网络系统开发(应用)智能辅助决策知识库检修策略图1系统总体结构Fig.1Overallarchitectureofsystem1.2与已有系统关系省级电网检修计划编排可视化智能辅助决策系统与电网已建其他系统的交互关系如图2所示。图2与其他系统的交互关系Fig.2Inter-relationshipwithothersystems本系统以电网统一的设备数据库、建立的检修图形数据库和知识数据库为基础,与检修申报系统(MAS)、检修优化系统(MOS)和一体化检修票管理系统(IMTMS)之间进行数据交互。其中MAS负责全网所有电厂和各地调申报年、月、周度设备检修计划工作,并将编制完成的检修计划对外发布;MOS负责依据检修申请计划考虑不同目标及约束条件优化形成初始检修方案,返回给本系统;而IMTMS则负责检修实际操作流程,将申请检修票提交给本系统分析,形成保障电网安全、切实可行的检修票。2可视化检修网络模型构建可视化主要的优点在于它将数字信息直观地作用于人的视觉系统,使技术人员能迅速地从采集的数据或复杂的数字计算结果中获得信息,而省去了繁杂的数据分析工作,减轻了人员的工作量和思维负载,又使人能够把精力集中在问题的本质上而不是耗费在了解问题的现象上【oJ。2.1图形元件定义绘制和编辑不同类型的电力图形元件是检修网络模型最基础、也是最重要的功能。电力系统的图形元件都是由点、线、矩形、圆、文字等几种基“”本图形组成的,利用这些基本图形可以组装任何一种电力系统。采用以下几种方式来表示图形元件及其检修状态:1)形状和颜色。根据形状的不同来区分不同类型的图形元件,采用矩形表示电站,红色代表火电站,蓝色代表水电站;采用双同心圆表示变电站;采用圆形加双斜线表示开关站;采用直线表示线路,蓝色代表500kV线路,红色代表220kV线路,黑色代表110kV线路。2)大小。根据元件大小来区分同一类型不同电压等级的图形元件,分别以大、中、小号表示500kV、220kV、110kV变电站和开关站。3)动画。运用图形闪烁或渐变来表示当前设备元件的检修状态,如当500kV线路处于检修状态时相应图形元件将以蓝黄交替闪烁;当变电站处于检修状态时则以由大Nd,、由浅入深渐变闪烁,从而给工作人员很醒目的提示作用。各种图形元件都具有自己的属性和数据,如:名称、坐标等,在检修图形绘制的过程中,首先创建所需图形元件对象并赋值,然后根据元件坐标信息确定元件位置,最终产生实时检修网络拓扑图。2.2无向图描述网络拓扑结构建立实用网络模型,实现图模一体化,是网络拓扑分析功能的关键。图是一种较线性表和树更为复杂的数据结构,被广泛应用于电力系统【7J。电网拓扑结构中包含大量的电源点、变电所和开关站,它们通过不同等级的电压线关联,组成一个巨大的网络,适合应用图进行描述,用节点表示各元件,边表示元件之间的连接线。则网络拓扑可描述为G=(,)其中:节点集合是包括发电机、主变、开关、断李刚,等电网检修计划编制的智能可视化方法及应用.147.路器等其他设备在内的非空集;边集合表示设备之间的连接线路。图3(a)表示一个电源、多个变电站和数条线路组成的网络结构,根据各种设备和线路之间的关联关系,可以抽象为如图3(b)所示的无向图。T2(a)电网拓扑结构图(b)抽象无向图图3电网拓扑结构抽象图Fig.3Abstractgraphicsofpowergridtopology2.3时间维度模型建立借助于时间维度,描述模型的生命周期,并依靠模型时问维度表述过去、现在和未来的模型【1圳。具体而言,对每个设备对象增加设备状态、投运时间和退役时间等描述信息以及网络拓扑结构关系。采用时间轴的模型机制,实现不同时问维度的电网检修网络模型,包括月检修模型、周检修模型和日检修模型,并在此基础上对模型的过去、现在和未来进行管理。以月检修网络模型为例,假设某月第a天计划投产设备i,第b天计划退役设备,,这样1~口一1天检—修网络模型相同,~61天检修网络模型相同,6~30天检修网络模型相同,示意图如图4所示。月设网退役脯1Hab30图4时间轴上的检修网络模型Fig.4Maintenancemodelonthetimeaxis3检修计划编制中的智能化管理3.1检修知识库电网检修知识库融入了各种电气设备和线路的检修规则。在为编制检修计划提供辅助分析时,需要根据这些规则对检修基础数据进行关联性分析。随着标准、规程及导则中有关内容的变化,以及调度机构技术人员运行经验不断积累和增加,知识库要随时扩充、修改、更新,增强系统的诊断、辅助决策能力。按对检修时间的处理方式,相关公式可以描述如下[11-12J:互斥检修约束:>Xi++1同时检修约束:,=Xi顺序检修约束:X=Xi+di+1不可变更的检修约束:Xi=腰∈检修开始时间约束:蕾…{1,2,,T1…f0,t=1,2,,一1“…检修持续进行::{1,,+1,,+~1【+.,。。式中:和x分别为第i个和第,个设备的开始检修时间;为第i个设备检修持续的天数。表示第i个设备不可变更的开始检修时间。为第i个设备允许开始检修时间集合。为检修时段总数;,,为第f时段第i个设备的状况,取0时,表示设备正常运行,取1时,表示设备停机检修。3.2检修计划合理性辨别电网检修网络模型不仅可以将检修计划信息进行可视化动态显示,同时也可以通过检修知识库对检修计划进行合理性辨别,采用BFS算法遍历检修网络模型,检测出可能存在的不合理的检修计划安排。具体步骤如下:1)获取检修网络模型结构R和检修知识库集合N,定义遍历节点队列O,检修冲突集合L。2)从R中选定起始节点r,存入队列Q。3)从队列Q中取出第一节点q,然后获取q的所有邻接点,并依次存入队列Q中。4)判断节点q在当前时间点上是否处于检修状态,若为否则说明节点q在当前时间点上没有检修安排,不可能与其他设备检修存在不合理的情况,直接跳转到6)执行;若为是则说明节点q在当前时问点有检修计划安排,有可能存在于其他设备冲突的情况,执行下一步操作。5)从N中找出与节点q关联的其他设备,依次判断各关联设备在当前时间点上是否有检修计划,并检测是否存在冲突,若存在则将节点q记录到集合L中。6)判断队列Q是否为空,若不为空,则直接跳转到3)执行;若为空,则进行下一步操作。7)判断集合L是否为空,若为空则说明检修计划安排合理;若不为空则需检查设备检修计划冲突的原因,并依次给出调整建议。8)搜索完成,退出程序。3.3动态可视化交互分析电网检修计划是根据设备运行状况、存在缺陷15O.电力系统保护与控制—FENGChang-you,WANGXifan,WANGXiu-li,eta1.Stochasticunitmaintenanceschedulingmodelforapowerproducerconsideringriskinpowermarket[J].ProceedingsoftheCSEE,2009,29(28):95-101.[3]丁明,冯永青.发输电设备联合检修安排模型及算法—研究[J】.中国电机工程学报,2004,24(5):1823.—DINGMing,FENGYongqing.Stochasticunitmaintenanceschedulingmodelforapowerproducerconsideringriskinpowermarket[J].ProceedingsoftheCSEE,2004,24(5):18-23.[4]颜伟,温元喜,张蓓.水火混合电力系统发输电设备联合检修计划优化模型及其算法实用研究[J].电力系统保护与控制,2009,37(24):71.75.YANW_ei,WENYuan-xi,ZHANGBei.Researchonpracticalmodelandalgorithmofgenerationandtransmissionmaintenanceschedulinginhydro-thermalpowersystem[J].PowerSystemProtectionandControl,2009,37(24):71-75.[5]王慧芳,王一,何奔腾.基于一次设备与保护协同检修的最佳消缺期限研究[J].电力系统保护与控制,—2011,39(13):4652.—WANGHuifang,WANGYi,HEBen・teng.Researchonoptimumdefectremoveperiodbasedonjointmaintenanceanalysisofprimaryequipmentswithprotectiverelays[J].PowerSystemProtectionandControl,2011,39(13):46-52.[6]邱家驹,钱源平,刘艳.基于地理信息系统的电力系统静态安全分析可视化方法[J].中国电机工程学报,1999,l9(5):62-66.QIUJia-ju,QIANYuan-ping,LIUYan.VisualizationofpowersystemstaticsecurityassessmentbasedonGIS[J].—ProceedingsoftheCSEE,1999,19(5):6266.[7]陶华,杨震,张民,等.基于深度优先搜索算法的电力系统生成树的实现方法【J】.电网技术,2010,34(2):120.124.TAOHua,YANGZhen,ZHANGMin,eta1.Adepth-firstsearchalgorithmbasedimplementationapproachofspanningtreeinpowersystem[J].PowerSystemTechnology,2010,34(2):120-124.[8]张海波,张晓云,陶文伟.基于广度优先搜索的配电网故障恢复算法[J】.电网技术,2010,34(7):103.108.——ZHANGHaibo,ZHANGXiao-yun,TAOWenwei.Abreadth-firstsearchbasedservicerestorationalgorithmfordistributionnetwork[J].PowerSystemTechn0lo2010,34(7):103-108.[9]梁峰,刘文颖,邹品元,等.基于图形操作的电网检修计划编制方法研究[J】.电力系统保护与控制,2011,39(10):104-109.LIANGFeng,LIUWen-ying,ZOUPin-yuan,etai.Compilationmethodbasedongraphicoperationfordmaintenancescheduling[J】.PowerSystemProtectionandControl,2011,39(10):104-109.[10]黄海峰,曹阳,宋鑫,等.适应于智能调度的电网模型管理系统设计[J].中国电机工程学报,1999,29(增刊):7.10.HUANGHai-feng,CAOYang,SONGXin,eta1.Powernetworkmodelmanagementsystemfittedforsmartdispatch[J].ProceedingsoftheCSEE,2009,29(S):7-10.[11]缪亚林,卞正中,缪相林,等.可视化知识库智能建立—的研究与实现[J].计算机工程,2005,31(22):210212.MIAOYa-lin,BIANZheng-zhong,MIAOXiang-lin,eta1.Studyandimplementationofintelligentestablishmentforvisualrepository[J].ComputerEngineering,2005,31(22):210-212.[12]缪相林,孙超,李彦,等.电网检修计划设计的智能分析与可视化实现[J】.西安交通大学学报,2005,39(6):582.585.MIAOXiang-lin,SUNChao,LIYan,eta1.Intellectualizedanalysisofthepowernetworkoverhaulschemedesignandvisualizationimplementation[J].’JournalofXianJiaotongUniversity,2005,39(6):—582585.[13]雷云川,吕飞鹏,胡美蓉,等.基于工作流的电网检修计划管理系统研究[J].继电器,2006,34(22):40-45.LEIYun-chuan,LiiFei-peng,HUMei-rong,eta1.Studiesonthearrangementsystemofmaintenanceschedulingforpowersystemsbasedonworkflow[J].Relay,2006,34(22):40・45.收稿日期:2011-08-12;修回日期:2011-10-10作者简介:李刚(1979-),男,讲师,主要研究方向为电网节能—发电调度、智能算法及其决策支持系统;Email:glee@dlut.edu.cn李善综(1987-),男,硕士研究生,主要研究方向为电网节能发电调度、水电系统经济运行:程春田(1965-),男,教授,博士生导师,长江学者特聘教授,近期主要从事大规模复杂系统建模、跨流域水电群发电优化、电网节能调度等理论方法研究。
庸梦人
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