调度指令自动解析与防误系统衔接示范技术的应用与研究

张锡然，张保林，苏适，杨宏伟，杨家全，俞鹏阳，高境

（云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南 昆明 650217）

0 前言

变电站作为电网重要环节，承担着电力的汇集与分配，对电网安全稳定运行起着重要作用，近年来，现场操作项与调度指令不一致的电气误操作事件频发，数起误操作事件均暴露出现场操作与调度指令衔接方面存在隐患问题，防误操作校核技术措施还存在较大提升空间。

以某电网公司为例，DCCS 调度发令系统隶属于调度中心管辖，而防误闭锁管理系统则隶属生产技术部管辖，两套系统互不相连且无星系交互，目前由于管辖职责界面不同导致该业务链条在实际生产中一直依赖现场运行人员进行业务衔接，由于人为因素导致调令分解缺项漏项，进而在防误闭锁模拟校验过程中导致重要开关、刀闸遗漏，因此通过技术手段设计一套调令解析与防误闭锁装置强关联系统具有一定的意义和必要性。

本文将重点讲述试点变电站调度指令解析功能设计思路和试点成效，预期目标实现通过站端防误闭锁系统对调度指令进行解读、校核、关联、闭锁，建立调度网络发令系统与五防系统强关联，实现现场操作票与调度指令自动比对校验，从源头管控现场因操作与调度指令内容不一致带来的电气误操作风险。

1 架构与策略

在传统变电站防误系统中加入调令语义识别模块，将调度数据网接入到防误服务器中，采用基于104 的扩展协议，接收主站转发的调度指令。基于变电站防误系统现有的图模数据、操作票数据、信息点表等数据，建立语义识别库，实现调度指令在变电站能够被信息化的分析推算出具体的操作对象、初始态和目标态，根据调度令的分析结果，确定操作对象以及要进行操作类型和操作参数；根据操作对象拓扑特征和操作类型，分析确定适应的专家库[3]。调用推理引擎，依据知识库中操作定义，结合设备状态、拓扑信息将调度指令分解成操作序列。

1.1 系统架构

调度发令系统按照管辖范围的不同，分为主网调度网络指挥交互系统（DCCS 系统）和配网网络发令系统。其中DCCS 系统为省地一体部署（中调、地调采用同一套系统），两套网络发令系统各供电局地调均需要部署前置服务器。

调度指令解析功能建设的总体构架和硬件构架设计如图1 所示。总体构架依据调度原则分为安全Ⅰ区、安全Ⅱ区。调度网络指挥交互系统、区域集中五防服务器和变电站防误子站，相互之间通过调度数据网进行通讯。该构架下，根据电网调度主要流程规范，设计与上下层交互信息格式、通信协议接口等，能够与电力调度管理模式相适应，从而实现系统的各项功能。

图1 调令系统与五防系统接口构架图

该项目还在各巡维中心部署了调令解析工作站，巡维中心可直观查看所辖范围内变电站调令解析执行情况。具体部署方式如图1 所示，在巡维中心安全Ⅰ区，安装部署两台区域集中五防服务器（互为主备），借助现有的调度数据网与调令系统建立连接，调令电子流通过防误服务器的转发功能同时流转至站端五防系统及巡维中心工作站，变电站调令执行、反馈情况通过调度数据网回传至巡维中心工作站，将整个业务流形成闭环管理模式[6]。

1.2 网络安防策略

调令解析系统建设借助现有通道及网络通讯设备，实现信息交互。安全Ⅰ区的防误服务器与安全Ⅱ区的调令系统需部署一套防火墙进行信息交互；安全Ⅰ区的防误服务器与安全Ⅰ区的变电站防误系统、巡维中心工作站需部署一套纵向加密装置进行信息交互，满足网络安全要求。此外，在系统部署实施后还需要进行网络安全等级保护测评，并同步完成网络安全专业漏洞扫描后才能与调度数据网互联。

2 流程与功能设计

2.1 流程设计

调令解析的整体数据流转及业务模式如图2所示，结合试点单位已部署过集控五防主站的特色优势，按照技术先进、可靠原则，进一步优化完善试点技术路线，形成具有地域特色的试点建设方案。

图2 调度受令系统与五防系统操作自动衔接流程

图3 调令与操作票比对不通过界面

2.2 调令分配、转发

调度员通过调度发令系统下发调度指令，变电站值班人员接收调度指令，防误服务器根据变电站ID 主动请求调度指令，调度发令系统接收到请求后将调度指令发送给防误服务器，防误服务器根据站点将调度指令发送至相应的变电站防误系统及巡维中心工作站。

2.3 调令解析

调度系统下发的调度令是纯文本格式，防误系统无法直接识别调度令内容，因此需要对调度指令进行解析。

调令解析模块根据典型操作票建立词库，区分不同类型的词组进行分类，通过词库将调令拆分成词组，从分词结果中提取关键词确定指令类型和操作类型，为后续生成匹配操作票推理提供特征数据[8]。

调令解析主要分为如下步骤：

a．根据典型操作票建立词库，并且需要区分不同类型的词组进行分类。如：

变电站={

变

XX 变

}

设备={

X 变

开关={

[0-9]{0,}开关

}

母线={

[0-9]{0,}母线

[0-9]{0,}[ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅫ]段母线

}

充电机

}

状态={

运行

检修

热备={热备

热备用

}

冷备={冷备

冷备用

}

}

b．调令分词，通过词库将调令文本拆分成词组。

如：220 kV XX 变220 kV A 线295 开关，220 kV B Ⅰ回296 开关由接220 kV Ⅰ段母线倒至220 kV Ⅱ段母线运行。对于上述调令短语，分解如表1 所示。

表1 调令分词

c．指令归类：调用脚本从分词结果中提取关键词确定指令类型，如识别改为、改等关键词区分任务令和综合令。

d．操作归类：调用脚本从分词结果中提取关键词确定操作类型，如合闸、倒母、冷备转热备、热备转运行、运行转检修等。

e．提取参数：脚本根据操作类型提取该类型操作所需要的参数，如操作的目标对象、操作初始态、操作的目标态等。

2.4 调令分解

通过调令解析后，可由文本状态的调度令获取操作对象、操作类型等操作任务信息[9]。此时，防误系统需要将该操作任务分解为更加具体的操作步骤，分解时涉及操作票规则定义、对象引用、规则实例化、语句生成和提取操作序列等。

a．规则定义

在遵循基本语法的前提下，约定操作票规则定义如下：

规则名={

特征={

}

语句={

}

}

规则名：唯一标识，可被引用的规则名为：规则名(参数)

特征：用于指明操作票的目的，如操作类型、设备类型、电压等级等，解析调令时需要根据特征匹配到此规则。

语句：描述操作票的操作序列，一般需要对一系列操作步骤进行概括，采用设备拓扑关系进行语句描述。

b．对象引用

操作票规则中可以引用操作对象、关联对象、子规则和脚本函数：

操作对象：主要是指由调令解析后得到的操作目标设备，通过[设备]进行引用；

关联对象：通过相对的电网一次设备拓扑关系进行引用，二次设备属性通过一次设备引用，如[[设备].两侧刀闸]，[[设备].接地刀闸.操作电源空开]；

子规则：引用已存在的规则。如[开关由运行转冷备用([设备])]；

脚本函数：引用已存在的脚本函数。如[[设备]. EGJ_边开关_开关母线主变()]；

规则中引用的对象属性通过脚本解析并提取，未指明引用的具体属性时，默认引用对象全称。

c．规则实例化

规则实例化是指根据具体的操作对象，调用相应脚本、提取相关对象属性，生成设备操作票语法树的过程。

提取对象属性由脚本进行，对于不存在的属性实例化结果为空。

规则实例化由内向外逐层向下进行，例如：

[[设备].负荷侧刀闸, [设备].母线侧合位刀闸] {

合上[$$.操作电源空开]

断开[$$]

查[$$]三相确已断开

断开[$$.操作电源空开]

}

d．语句生成

规则实例化后，遍历所有叶子节点，获取叶节点路径+ 叶节点值，得到操作语句。假设生成的节点如下：

合上 ={

220 kV A 线 ={

281 刀闸

282 刀闸

280 开关

}

220 kV B 线 = {

381 刀闸

382 刀闸

380 开关

}

}

则遍历叶子节点得到如下语句：

合上220 kV A 线281 刀闸

合上220 kV A 线282 刀闸

合上220 kV A 线280 开关

合上220 kV B 线381 刀闸

合上220 kV B 线382 刀闸

合上220 kV B 线380 开关

e．提取操作序列

生成操作票语句序列后，对最终的操作票语句进行再次解析，得到具体设备的倒闸操作序列。如合上220 kV XX 线295 开关，得到：

“devs”: [

{

“dev”: “XX 变295”,

“status1”: 0,

“status2”: 1

}

]

2.5 操作序列对比

变电站运行值班人员根据调令分解的操作任务在站端防误系统开具操作票并进行五防模拟预演，站端防误系统将调令分解的操作序列与站端防误系统模拟预演操作序列进行比对。

在操作序列比对前，系统先对调令分解的操作序列进行分类，结果如表2 所示。根现场运行规程此处将现场操作序列比对归为四类，应用与不同的操作场景。按序操作主要用于单间隔内主变、断路器、隔离开关的顺序化操作流程；无需操作主要用于母线上多间隔的操作；无序可选主要用于双母双分段、3/2 接线的带母联操作；无序任选主要用于检修时接地刀闸和接地线的挂接和选用。

表2 操作序列

系统将按照上述规则将操作序列进行分类和存储，当执行序列比对时，按照比对的策略，对操作对象、操作类型、操作顺序等进行比对，即可得出比对结果。操作序列分类表达方式如下所示：

*<按序操作>

将[设备.开关.在合位.编号.格式化]断路器由运行转热备用{

*<标题：$$>

[设备.开关.在合位. 运行转热备]

*

}

*<无序操作>

将[设备.开关.在合位.编号.格式化]断路器由热备用转冷备用{

*<标题：$$>

[设备.开关. 热备转冷备]

*

}

*<无序可选>

将[ 线路带所变间隔刀闸. 编号. 格式化]隔离开关{

*<标题：$$>

[线路带所变间隔刀闸.断开]

*

}

*

将[设备.描述]冷备用转检修{

*<标题:$$>

[设备.接地开关.合上]

[设备.地线.挂上]

*

}

2.6 传票闭锁与操作票审核

在操作票执行出口（操作票打印、传输五防电脑钥匙）处增加调令关联闭锁功能，对于校验不通过的操作票闭锁电脑钥匙传输。对于校验通过的操作票，在五防系统中增加“操作人-监护人-值班负责人”三级审核流程，审核过程采用指纹生物识别手段，避免操作票审核走过场、流于形式。

2.7 操作存档与追溯

站端五防系统将调度指令解析、分解及执行情况上送至集中五防服务器，便于集中统计、查询，实现操作过程的可追溯。

存档信息包含：调度指令、接令时间、受令单位、受令人、调令分解记录、操作人、监护人、值班负责人、任务生成时间、模拟操作票、调度指令与操作票比对结果、操作票类型、操作票编号、操作票执行结果等。

2.8 特殊情形处理

当DCCS/配网网络发令系统与防误系统通讯中断或仅有电话下令时，站端无法获得调度指令电子流且必须立即进行倒闸操作时，运行人员可以点击比对界面中“动态验证码”按钮，系统自动随机生成一个特征码。运行人员将特征码告知给上级管理人员，上级管理员使用解密工具，根据被告知的特征码计算出动态验证码，并将该动态验证码告知操作人。操作人将动态验证码回填系统后，即可单次解除该操作票的比对传票闭锁约束。

3 示范成效分析

在试点建设过程中选取了4 个不同电压等级的变电站验证了在不同接线方式，不同设备复杂程度下调令解析的实证应用情况。

与现有的独立离线式五防系统对比（如图4所示），应用调度网络发令系统与五防系统强关联技术，可实现现场操作内容与调度指令自动比对校验，进一步从源头管控了由于人为因素导致电气误操作事件发生的风险。

图4 新老模式下业务流程比对

图4 调令与操作票比对通过界面

3.1 调令解析系统防误逻辑验证成效

试点变电站共计5 种接线方式17 类设备（主变、母线、3/2 中断路器、2/3 边断路器、小车母联断路器、主变断路器、线路、线路断路器、手车断路器、站用变、PT、线路高抗、电容器组、电抗器组、小车隔离开关、接地开关、接地变、消弧线圈）。

系统验证过程中全量验证了变电站内12 种状态转换，518 项调令解析逻辑，其中正确478项，错误40 项，正确率92.28%，具体结果如表3 所示。

表3 调令解析通过率统计

注：变压器2 类（主变、站用变）、母线3类（3/2、双母双分、单母）、断路器4 类（主变断路器、母联断路器、母分断路器、线路断路器）、电容器、电抗器2 类（高抗、低抗）。

3.2 典型场景测试成效

模拟现场倒闸操作，接到调度指令：将220 kV A 变电站220 kV Ⅰ母由运行转冷备用;

1）指令分解：

a．将220 kV 3 号主变220 kV 侧203 断路器、220 kV 甲Ⅰ回261 断路器、220 kV 乙Ⅰ回264断路器由220 kV Ⅰ母倒至220 kV Ⅱ母运行。

b．断开220 kV Ⅰ段母线电压互感器二次空气开关、拉开220 kV Ⅰ段母线电压互感器2901 隔离开关。

c．断开母联212 断路器、检查220 kV Ⅰ母、Ⅱ母电压正常，将母联212 由热备用转冷备用。

2）系统模拟

模拟现场倒闸操作（如图5 所示），假设操作人员只完成220 kV 甲Ⅰ回261 断路器、220 kV 乙Ⅰ回264 断路器由220 kV Ⅰ母倒至220 kV Ⅱ母运行，遗漏220 kV 3 号主变220 kV 侧203 断路器，具体流程如下。

图5 模拟误操作事件场景

a．调度下令，防误系统完成调令解析并生成操作序列（如图6 所示）。

图6 调令解析生成操作序列

图7 操作序列比对

图8 操作序列比对不通过系统提示告警

b．现场操作人员五防系统完成开票并通过五防预演，与调度令解析生成的操作序列比对，此时如果遗漏220 kV 3 号主变220 kV 侧203断路器，且要断开220 kV 母联212 断路器，五防系统将提示不满足操作条件，系统将会显示“成票比对结果为-比对通过（部分）”，该项操作不能执行，同时系统提示错误，至此系统成功防止漏倒间隔的误操作事件。

4 示范推广建议

调令解析系统新技术具有明确的特点及优势，其推广应用可根据具体项目实际及场景需求，结合云南昭通4 个变电站试点技术成效提出相关应用建议。

调令解析系统性能稳定，建设投入成本低，由于云南各省区已经部署过集中式五防服务器，仅需要购置网络安全隔离、加密装置、接口调试费用即可实现调令解析系统前端装置建设。

语义识别库兼容性强。语义识别库作为调令解析系统的核心功能，该模块可以直接植入到变电站现有五防电脑中，并且该模块对不同厂家的五防系统运行环境没有限制。调令解析系统满足巡、维、操、监、控五位一体的巡维中心建设思路，调令解析系统的部署可将“调度-巡维中心-现场操作”全流程闭环管控，提升巡维中心对变电站运行设备的状态掌控能力和控制能力。

调令解析功能模块暂不健全。根据4 个试点变电站的测试结果，仍有7%的操作任务无法解析，主要原因是现阶段使用的五防系统仍为离线式五防，当间隔内一次设备运行方式改变后，五防系统无法第一时间识别到设备的实时状态，从而当出现多间隔、跨站点操作时，调令解析系统无法一次分解全部逐项命令，需要按间隔、站点依次分解执行，导致工作效率低。建议在后续的研究中采用拓扑防误方式取代现有的逻辑防误方式。图4 调令与操作票比对通过界面。

5 结束语

防止电气误操作技术一直是电网变电专业的核心课题，调度指令自动解析系统与五防系统衔接技术是该邻域内的一次突破性尝试，将人为连接的两个业务面通过技术手段自动衔接，通过实证测试、现场应用，形成了实用化的应用系统。本文对试点变电站的技术路线、成效应用进行了分析总结，为后续试点建设调令解析系统提供了一定的技术支撑。