摘要：針對國內電廠對勵磁系統狀態的監視只是對各種信號和模擬量進行簡單顯示，沒有基於這些數據做出分析、判斷、預測的功能的問題，現通過收集勵磁系統的數據信息，設計出一套合理、有效的算法模型，對勵磁系統的狀態、勵磁調節器的各種性能等做出實時評估、診斷，做到了對數據的充分挖掘和利用，比傳統的監控方式更加全面準確，同時方便電廠的運行維護。
關鍵詞：勵磁綜合信息管理系統；經驗資料庫；勵磁系統智能化單元
引言
在人工智慧及大數據處理應用不斷普及的今天，傳統的電力行業也面臨著一系列的改革，如何在保證傳統電力安全運行情況下提高電廠在運行生產過程中的智能化，如何對設備的運行狀態進行實時監測，並針對實時數據做出分析，自動比照過往的歷史數據來分析設備的運行狀態等一列智能化功能的應用將成為電力系統行業發展的趨勢。勵磁系統作為電站中的關鍵裝置，其運行的穩定程度對電站的整體平衡起著重要作用。隨著大小電站內各個裝置自動化程度的不斷提高，以及電網調度和各省電科院對網源協調技術的重視程度也越來越高，因此在對勵磁系統的穩定性、可靠性的要求不斷提高的情況下，也對勵磁系統提出了智能化的需求。
1勵磁綜合信息管理系統
勵磁系統綜合信息管理系統是一款利用Modbus/TCP或IEC61850通信協議對電廠每套勵磁系統內指定的開關量、模擬量進行採集記錄，在有需要的情況下可以調出對應時段的數據進行返顯，並根據指定的信號利用專家經驗模型進行相應的數據分析，為生產運行提供指導依據；是一種以發電機勵磁系統大數據為基礎，依靠專家運行經驗及智能化數據模型用以提高電廠勵磁系統的智能化水平的系統。
2勵磁綜合信息管理系統功能設計及構成
2.1勵磁綜合信息管理系統硬體構成
勵磁綜合信息管理系統核心由伺服器、交換機、防火牆、勵磁系統智能化單元構成，其終端數據可送至雲端存儲或者用戶自建平台如圖1。由於電廠用戶對安全需求較高，因此不同的應用系統具有不同的子網。通過合理地劃分子網，在子網內建立防火牆、防病毒牆、物理隔離、入侵檢測和漏洞掃描等安全措施，並在不同子網連接的接口處設置物理隔離和防火牆等安全設施[1]。將系統用防火牆劃分為安全I區以及安全II區。其中安全I區的設備與勵磁系統直接進行數據交互，進行數據採集、分析等工作。安全生產II區的伺服器則通過交換機，使用符合防火牆安全策略的訪問形式對現地單元進行訪問。其中勵磁系統智能化單元是一種為了適應多元化的智能採集設備，利用高速CPU、大容量內存與其豐富的數據接口進行大量的數據採集及數據分析工作，並為外部數據接收系統提供對應的接口，從而為實現勵磁系統智能化做好數據基礎的設備。
2.2勵磁綜合信息管理系統軟體功能構成
勵磁綜合信息管理系統具備數據信息高速採集、信息處理、信息分析、信息查詢、信息統計、系統設置等功能的綜合性系統，系統結構如圖2。勵磁綜合信息管理系統通過2個步驟來獲取數據信息，首先是勵磁系統智能化單元通過其自身的多種數據接口從現地的勵磁設備及其附屬裝置上獲取所需數據，並將數據進行處理打包，之後再由綜合信息管理系統通過網絡的形式，以20~60ms的時間間隔從勵磁系統智能化單元上獲取處理後的數據，並將數據寫入資料庫。系統對獲得的數據進行進一步處理，如剝離開關量與模塊量，分析數據中的事件發生的具體時間等。接著系統將會對處理後的數據進行分析，如果發現數據中存在符合運行狀態分析、暫態PID分析、PSS分析、限制器分析的數據，則調用經驗模型進行數據比照分析，比如起勵過程的分析，對起勵中PID調節過程進行時間、超調、峰值、穩態值等多個數據進行分析計算[2]，並對起勵過程的實時狀態作出判斷。其中運行狀態分析包括了起勵、逆變過程分析以及FCB分閘數據分析、FCB分閘原因分析、低勵磁電流信號數據分析等功能。PID分析包括了空載/負載態下的暫態數據分析。PSS（電力系統穩定器）分析則是採用Prony算法對低頻振蕩的幅值、頻率、相角進行識別，並能預測當前工況下未來一段低頻振蕩的數據。Prony算法是通過分析信號獲取系統模態的一種方法，其算法可以通過給定輸入信號下的響應直接估計系統的振蕩頻率、阻尼、幅值和相對相位。近年來，該算法已初步用於研究電力系統中的一些問題，在系統振蕩實測數據分析、暫態仿真數據的模型估計以及電力系統穩定器(PSS)等控制裝置的設計方面顯示出了良好的應用前景[3]。限制器動作分析則是針對勵磁系統各個限制器的動作定值、動作模型以及數據可靠性等多個方面對限制器動作合理性進行評估。系統通過對數據的不斷積累，對勵磁設備的歷史數據特徵值進行學習，總結出該工況下勵磁設備的健康基準值，將該值與設備當前值比較，利用偏差分析法計算兩者相對偏差，形成動態預警帶，從而判斷設備運行狀態是否正常[4]。勵磁系統智能綜合信息管理系統還可根據用戶選定的時間區域，及所需要顯示的報警信號進行歷史數據的查詢，可以分別以日、月、年為周期進行數據統計並根據統計結果繪製曲線圖等，這樣就使得用戶可以通過數據回顯的方式進行數據分析。
3綜合信息管理系統的應用淺析
綜合信息管理系統由於數據的完整性，專業性，可用於解決電力生產企業如下難題：（1）用於解決勵磁系統偶發性故障：偶發性故障也稱作軟故障，即通常只出現1次或者間隔很長時間才出現1次的故障，該故障常有時間短、頻次少、數據難以追憶等特點。在實時控制系統中處理這種偶發性故障，由於缺乏當時工況數據，處理起來相當棘手。而綜合信息管理系統是一個實時採集並存儲數據的系統，存儲了勵磁系統運行過程的全部數據，包括了勵磁系統各個開關量、機組的各個模擬量以及系統實時參數等數據。因此在發生偶發性故障之後即可從系統中調出對應數據進行故障分析，從根本上解決了偶發性故障數據追憶分析的難點。（2）用於解決日常維護中一些因專業知識欠缺而導致檢修問題無從下手的問題：電站用戶作為專用設備的使用用戶，在對設備的專業了解上並不像生產廠家一樣熟悉，有時候設備運行過程中出現了一些的問題，往往都要通過諮詢廠家、提供故障數據等繁瑣的過程才能最終解決，即費時又費力，同時也會對發電企業造成一定經濟損失。由於綜合信息管理系統集合了專家經驗資料庫，可對多種信號的發生及故障原因進行定位分析，如勵磁系統起勵失敗，通過調用綜合信息管理系統提供的起勵分析功能，該系統會主動利用經驗資料庫對失敗原因進行查找分析，指出故障原因，並提供故障解決方案。（3）用於解決使用者不熟悉勵磁行業標準的問題：對於不熟悉勵磁行業標準的使用者來說，勵磁系統運行工況是否滿足工業標準或者國家標準往往不得而知，只有在故障後才後知後覺。這在提早發現勵磁系統故障，對生產風險的早期預警是十分不利的。綜合信息管理系統內部數據分析嚴格依賴國家及行業標準進行計算，系統自動對數據處理套用最新行業標準，進行數據標準化處理，使用者得到的數據即為以行業標準作為基準的數據，如暫態分析依靠DL/T583-2018《大中型水輪發電機靜止整流勵磁系統技術條件》中對勵磁系統暫態穩定性各項指標的規定，對暫態數據進實時分析，並對數據是否符合標準中檢定的限值進行評估，對不符合標準的數據提早進行預警。（4）用於彌補電廠監控系統局限性：由於電廠監控系統的採集數據與數量的原因，其採樣間隔往往都以秒級計算，且所採集的數據類型通常不夠完整。綜合信息管理系統可高速採集顯示勵磁系統的所有信號量，包括系統內部中間狀態量，彌補了監控數據不完整及數據精度問題。（5）可用於風險評估、提前預警：綜合信息管理系統通過對長期積累的數據主動進行比較分析，對偏離正常值的數據進行預警，並對元件老化、性能等方面做出評估。（6）數據共享：綜合信息系統創建立了新的勵磁生態圈如圖3，通過利用廠家的專家經驗庫，可使得每個電廠共享其他電廠的運行經驗。圖3勵磁系統新型生態圈示意圖
4結論
綜合信息管理系統通過現代通信技術從勵磁系統獲取數據，並利用廠家多年積累的經驗數據，建立運行模型、故障分析模型、經驗指導模型等模型庫信息。該系統能夠為電廠勵磁系統的正常運行提供指導依據，為檢修提供檢修意見。通過該系統，可判斷勵磁系統運行過程中的即時性能，並能夠對勵磁系統的可靠性、穩定性做出評估，這對勵磁系統的安全穩定運行有十分積極作用，有助於電站運行維護人員提前判斷設備狀態，對設備缺陷老化提前預警；還能夠在遇到發電機勵磁系統故障報警及電力系統其他相關故障時做出正確分析、判斷，用於指導相關人員進行相應的問題排查工作，從而提高工作效率。同時該系統不斷的吸收各個電廠的運行檢修經驗來提升完善各個模型及經驗資料庫，從而達到了一種良性循環。勵磁系統的智能化是推進電廠設備智能化的一個重要環節，而綜合信息管理系統正好也為勵磁系統的智能化提供了一種可行的研究方向。
參考文獻：
[1]程韋.電力系統安全研究[J].北京工業職業技術學院學報，2008，7（3）：47-49，57.
[2]胡壽松.自動控制原理[M].5版.北京：科學出版社，2007.
[3]蘆晶晶，郭劍，田芳，等.基於Prony方法的電力系統振蕩模式分析及PSS參數設計[J].電網技術，2004，28（15）：31-34,44.
[4]楊廷勇，張官祥.白鶴灘電站智能化建設實踐[J].水電站機電技術，2020，43（5）：42-44，70.
[5]魯士文.計算機網絡原理與網絡技術[M].北京:機械工業出版社，1996.
[6]陳金.智能技術在電力系統自動化中的應用研究[J].科技創新與應用，2015（31）：198.
作者：張明棽 李海燕 史緒龍 翁曉彬 孫新志 單位：廣州擎天實業有限公司
關鍵詞：勵磁綜合信息管理系統；經驗資料庫；勵磁系統智能化單元
引言
在人工智慧及大數據處理應用不斷普及的今天，傳統的電力行業也面臨著一系列的改革，如何在保證傳統電力安全運行情況下提高電廠在運行生產過程中的智能化，如何對設備的運行狀態進行實時監測，並針對實時數據做出分析，自動比照過往的歷史數據來分析設備的運行狀態等一列智能化功能的應用將成為電力系統行業發展的趨勢。勵磁系統作為電站中的關鍵裝置，其運行的穩定程度對電站的整體平衡起著重要作用。隨著大小電站內各個裝置自動化程度的不斷提高，以及電網調度和各省電科院對網源協調技術的重視程度也越來越高，因此在對勵磁系統的穩定性、可靠性的要求不斷提高的情況下，也對勵磁系統提出了智能化的需求。
1勵磁綜合信息管理系統
勵磁系統綜合信息管理系統是一款利用Modbus/TCP或IEC61850通信協議對電廠每套勵磁系統內指定的開關量、模擬量進行採集記錄，在有需要的情況下可以調出對應時段的數據進行返顯，並根據指定的信號利用專家經驗模型進行相應的數據分析，為生產運行提供指導依據；是一種以發電機勵磁系統大數據為基礎，依靠專家運行經驗及智能化數據模型用以提高電廠勵磁系統的智能化水平的系統。
2勵磁綜合信息管理系統功能設計及構成
2.1勵磁綜合信息管理系統硬體構成
勵磁綜合信息管理系統核心由伺服器、交換機、防火牆、勵磁系統智能化單元構成，其終端數據可送至雲端存儲或者用戶自建平台如圖1。由於電廠用戶對安全需求較高，因此不同的應用系統具有不同的子網。通過合理地劃分子網，在子網內建立防火牆、防病毒牆、物理隔離、入侵檢測和漏洞掃描等安全措施，並在不同子網連接的接口處設置物理隔離和防火牆等安全設施[1]。將系統用防火牆劃分為安全I區以及安全II區。其中安全I區的設備與勵磁系統直接進行數據交互，進行數據採集、分析等工作。安全生產II區的伺服器則通過交換機，使用符合防火牆安全策略的訪問形式對現地單元進行訪問。其中勵磁系統智能化單元是一種為了適應多元化的智能採集設備，利用高速CPU、大容量內存與其豐富的數據接口進行大量的數據採集及數據分析工作，並為外部數據接收系統提供對應的接口，從而為實現勵磁系統智能化做好數據基礎的設備。
2.2勵磁綜合信息管理系統軟體功能構成
勵磁綜合信息管理系統具備數據信息高速採集、信息處理、信息分析、信息查詢、信息統計、系統設置等功能的綜合性系統，系統結構如圖2。勵磁綜合信息管理系統通過2個步驟來獲取數據信息，首先是勵磁系統智能化單元通過其自身的多種數據接口從現地的勵磁設備及其附屬裝置上獲取所需數據，並將數據進行處理打包，之後再由綜合信息管理系統通過網絡的形式，以20~60ms的時間間隔從勵磁系統智能化單元上獲取處理後的數據，並將數據寫入資料庫。系統對獲得的數據進行進一步處理，如剝離開關量與模塊量，分析數據中的事件發生的具體時間等。接著系統將會對處理後的數據進行分析，如果發現數據中存在符合運行狀態分析、暫態PID分析、PSS分析、限制器分析的數據，則調用經驗模型進行數據比照分析，比如起勵過程的分析，對起勵中PID調節過程進行時間、超調、峰值、穩態值等多個數據進行分析計算[2]，並對起勵過程的實時狀態作出判斷。其中運行狀態分析包括了起勵、逆變過程分析以及FCB分閘數據分析、FCB分閘原因分析、低勵磁電流信號數據分析等功能。PID分析包括了空載/負載態下的暫態數據分析。PSS（電力系統穩定器）分析則是採用Prony算法對低頻振蕩的幅值、頻率、相角進行識別，並能預測當前工況下未來一段低頻振蕩的數據。Prony算法是通過分析信號獲取系統模態的一種方法，其算法可以通過給定輸入信號下的響應直接估計系統的振蕩頻率、阻尼、幅值和相對相位。近年來，該算法已初步用於研究電力系統中的一些問題，在系統振蕩實測數據分析、暫態仿真數據的模型估計以及電力系統穩定器(PSS)等控制裝置的設計方面顯示出了良好的應用前景[3]。限制器動作分析則是針對勵磁系統各個限制器的動作定值、動作模型以及數據可靠性等多個方面對限制器動作合理性進行評估。系統通過對數據的不斷積累，對勵磁設備的歷史數據特徵值進行學習，總結出該工況下勵磁設備的健康基準值，將該值與設備當前值比較，利用偏差分析法計算兩者相對偏差，形成動態預警帶，從而判斷設備運行狀態是否正常[4]。勵磁系統智能綜合信息管理系統還可根據用戶選定的時間區域，及所需要顯示的報警信號進行歷史數據的查詢，可以分別以日、月、年為周期進行數據統計並根據統計結果繪製曲線圖等，這樣就使得用戶可以通過數據回顯的方式進行數據分析。
3綜合信息管理系統的應用淺析
綜合信息管理系統由於數據的完整性，專業性，可用於解決電力生產企業如下難題：（1）用於解決勵磁系統偶發性故障：偶發性故障也稱作軟故障，即通常只出現1次或者間隔很長時間才出現1次的故障，該故障常有時間短、頻次少、數據難以追憶等特點。在實時控制系統中處理這種偶發性故障，由於缺乏當時工況數據，處理起來相當棘手。而綜合信息管理系統是一個實時採集並存儲數據的系統，存儲了勵磁系統運行過程的全部數據，包括了勵磁系統各個開關量、機組的各個模擬量以及系統實時參數等數據。因此在發生偶發性故障之後即可從系統中調出對應數據進行故障分析，從根本上解決了偶發性故障數據追憶分析的難點。（2）用於解決日常維護中一些因專業知識欠缺而導致檢修問題無從下手的問題：電站用戶作為專用設備的使用用戶，在對設備的專業了解上並不像生產廠家一樣熟悉，有時候設備運行過程中出現了一些的問題，往往都要通過諮詢廠家、提供故障數據等繁瑣的過程才能最終解決，即費時又費力，同時也會對發電企業造成一定經濟損失。由於綜合信息管理系統集合了專家經驗資料庫，可對多種信號的發生及故障原因進行定位分析，如勵磁系統起勵失敗，通過調用綜合信息管理系統提供的起勵分析功能，該系統會主動利用經驗資料庫對失敗原因進行查找分析，指出故障原因，並提供故障解決方案。（3）用於解決使用者不熟悉勵磁行業標準的問題：對於不熟悉勵磁行業標準的使用者來說，勵磁系統運行工況是否滿足工業標準或者國家標準往往不得而知，只有在故障後才後知後覺。這在提早發現勵磁系統故障，對生產風險的早期預警是十分不利的。綜合信息管理系統內部數據分析嚴格依賴國家及行業標準進行計算，系統自動對數據處理套用最新行業標準，進行數據標準化處理，使用者得到的數據即為以行業標準作為基準的數據，如暫態分析依靠DL/T583-2018《大中型水輪發電機靜止整流勵磁系統技術條件》中對勵磁系統暫態穩定性各項指標的規定，對暫態數據進實時分析，並對數據是否符合標準中檢定的限值進行評估，對不符合標準的數據提早進行預警。（4）用於彌補電廠監控系統局限性：由於電廠監控系統的採集數據與數量的原因，其採樣間隔往往都以秒級計算，且所採集的數據類型通常不夠完整。綜合信息管理系統可高速採集顯示勵磁系統的所有信號量，包括系統內部中間狀態量，彌補了監控數據不完整及數據精度問題。（5）可用於風險評估、提前預警：綜合信息管理系統通過對長期積累的數據主動進行比較分析，對偏離正常值的數據進行預警，並對元件老化、性能等方面做出評估。（6）數據共享：綜合信息系統創建立了新的勵磁生態圈如圖3，通過利用廠家的專家經驗庫，可使得每個電廠共享其他電廠的運行經驗。圖3勵磁系統新型生態圈示意圖
4結論
綜合信息管理系統通過現代通信技術從勵磁系統獲取數據，並利用廠家多年積累的經驗數據，建立運行模型、故障分析模型、經驗指導模型等模型庫信息。該系統能夠為電廠勵磁系統的正常運行提供指導依據，為檢修提供檢修意見。通過該系統，可判斷勵磁系統運行過程中的即時性能，並能夠對勵磁系統的可靠性、穩定性做出評估，這對勵磁系統的安全穩定運行有十分積極作用，有助於電站運行維護人員提前判斷設備狀態，對設備缺陷老化提前預警；還能夠在遇到發電機勵磁系統故障報警及電力系統其他相關故障時做出正確分析、判斷，用於指導相關人員進行相應的問題排查工作，從而提高工作效率。同時該系統不斷的吸收各個電廠的運行檢修經驗來提升完善各個模型及經驗資料庫，從而達到了一種良性循環。勵磁系統的智能化是推進電廠設備智能化的一個重要環節，而綜合信息管理系統正好也為勵磁系統的智能化提供了一種可行的研究方向。
參考文獻：
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[2]胡壽松.自動控制原理[M].5版.北京：科學出版社，2007.
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[5]魯士文.計算機網絡原理與網絡技術[M].北京:機械工業出版社，1996.
[6]陳金.智能技術在電力系統自動化中的應用研究[J].科技創新與應用，2015（31）：198.
作者：張明棽 李海燕 史緒龍 翁曉彬 孫新志 單位：廣州擎天實業有限公司
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