楊 莎 ，黃樹欣 ，陳 亮 ，楊世亭

（1.南瑞集團(tuán)公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院），南京 210032；2.國電南瑞科技股份有限公司，南京 211106；3.建投邢臺(tái)熱電有限公司，邢臺(tái) 054000）

目前，變電站智能化發(fā)展對應(yīng)急預(yù)案數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化提出了更高的要求。傳統(tǒng)的應(yīng)急處理機(jī)制實(shí)現(xiàn)了變電站輔助各子系統(tǒng)之間信息集成及與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)信息共享，有效解決了多系統(tǒng)間的協(xié)同互動(dòng)問題，一定程度上提高了運(yùn)維人員對變電站事故的反應(yīng)能力和處理能力[1-3]，但是存在方案決策沒有充分考慮動(dòng)態(tài)性、程序化控制聯(lián)動(dòng)預(yù)案處理方法模式簡單、工程配置復(fù)用性移植性差、業(yè)務(wù)流程管理沒有采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法、尚未形成一套完整標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的應(yīng)急預(yù)案管理體系、分析過程復(fù)雜等問題。

應(yīng)急預(yù)案是決策者通過分析故障發(fā)生后電網(wǎng)及變電站可能的薄弱環(huán)節(jié)及危險(xiǎn)點(diǎn)，提出相應(yīng)的控制和處理措施，目的是提供安全、高效處理事故的流程指導(dǎo)。針對以上問題，引入BPMN建模語言標(biāo)準(zhǔn)，對構(gòu)建實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確的應(yīng)急管理體系，改變以往應(yīng)急預(yù)案管理缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)支撐及響應(yīng)較為滯后的狀況具有非常重要的意義。

1 平臺(tái)介紹

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化的范疇，在統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)上集成或互聯(lián)SCADA系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和各個(gè)輔助子系統(tǒng)等，各個(gè)子系統(tǒng)間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)、信息共享在一定程度上實(shí)現(xiàn)了輔助決策、智能聯(lián)動(dòng)目的。變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)部署如圖1所示。平臺(tái)具備成熟穩(wěn)定的架構(gòu)和數(shù)據(jù)采集功能、告警處理功能、腳本處理功能、驅(qū)動(dòng)擴(kuò)展能力、遠(yuǎn)程站點(diǎn)功能，同時(shí)支持C/S、B/S模式。

圖1 變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)部署Fig.1 Service deployment diagram of substation auxiliary integrated monitoring system

1.2 應(yīng)急處理機(jī)制功能結(jié)構(gòu)

應(yīng)急預(yù)案功能模塊從預(yù)案管理、決策管理2個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化系統(tǒng)或電話、OA系統(tǒng)互聯(lián)互通，具有較強(qiáng)的通用性、實(shí)用性。功能示意如圖2所示。

圖2 應(yīng)急預(yù)案功能模塊示意Fig.2 Emergency plan functional module schematic

2 BPMN2.0抽象組件建模

BPMN建模語言標(biāo)準(zhǔn)提供了豐富的建模圖元，有助于在業(yè)務(wù)用戶、流程設(shè)計(jì)與實(shí)施者之間溝通流程信息，具有豐富的屬性，通過引入XML語言來描述業(yè)務(wù)流程間很多含糊不清的問題，流程越復(fù)雜，XML也越復(fù)雜，每個(gè)BPMN對象可以用XML語言來定義，流程模型可以在不同廠商的業(yè)務(wù)流程管理軟件中運(yùn)行并產(chǎn)生一致的結(jié)果。

BPMN2.0流對象主要包括Events事件，Activities業(yè)務(wù)活動(dòng)，Gateways網(wǎng)關(guān)3類。

2.1 Event事件

事件根據(jù)對進(jìn)程產(chǎn)生影響的時(shí)間不同，BPMN2.0提供3種通用Event事件：開始事件、中間事件和結(jié)束事件，符號(hào)示意如圖3所示。

圖3 通用Event事件示意Fig.3 Schematic of general Event

根據(jù)變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，總結(jié)出5類事件：

Msgevent有固定收發(fā)方的消息事件，可來源于具體服務(wù)，或來源于腳本，通過定義具體的消息通道及消息類型，預(yù)案推理服務(wù)采用訂閱方式，觸發(fā)相應(yīng)聯(lián)動(dòng)動(dòng)作。此種模式靈活、方便，提供了一種由具體服務(wù)或者操作員打開某聯(lián)動(dòng)的開關(guān)。

Timerevent定時(shí)觸發(fā)事件，可應(yīng)用于輔助系統(tǒng)中每天可按時(shí)間來操作的動(dòng)作行為，例如智能變電站日常巡檢需要在特定時(shí)間執(zhí)行，時(shí)間觸發(fā)方式完全滿足設(shè)計(jì)需要。

Conditionevent條件觸發(fā)事件，基于某些遙信點(diǎn)的變位，通過采集1個(gè)或多個(gè)子系統(tǒng)接口的觸發(fā)點(diǎn)在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算，當(dāng)滿足預(yù)定義的邏輯結(jié)果時(shí)觸發(fā)聯(lián)動(dòng)。

Multievent綜合觸發(fā)事件，通過對以上3種方式，采用“與”或者“或”等方式的有機(jī)組合，集成多種可能的觸發(fā)事件。

Endevent結(jié)束事件。

2.2 Activities業(yè)務(wù)活動(dòng)

原子模塊活動(dòng)類型Activities主要分2類：任務(wù)Task和過程Process。5種基本活動(dòng)功能如表1所示。

表1 五種基本活動(dòng)功能Tab.1 Five basic activities function

BPMN2.0業(yè)務(wù)活動(dòng)在變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析如下：

User Task人機(jī)交互界面，可接受用戶輸入指令業(yè)務(wù)類型，通過比較當(dāng)前用戶及操作用戶的權(quán)限，選擇執(zhí)行不同任務(wù)。

Send Task主要的業(yè)務(wù)類型，聯(lián)動(dòng)預(yù)案的核心任務(wù)，集成各種輔助子系統(tǒng)及SCADA系統(tǒng)操作。目前給用戶開放所有子系統(tǒng)的控制動(dòng)作權(quán)限，如遠(yuǎn)程打開燈光、空調(diào)等遙控開出動(dòng)作，打開視頻預(yù)覽、錄像、抓圖、打開門禁等，用戶可根據(jù)需求選擇相應(yīng)業(yè)務(wù)來配置預(yù)案動(dòng)作。

Receive Task接收消息任務(wù)，通過交互式訂閱，發(fā)布方式，接收消息，此消息的來源不是唯一，可以是具體服務(wù)或者指定操作員發(fā)起。

Script Task通過運(yùn)行腳本，模塊化獨(dú)立性強(qiáng)，目前支持 python，shell，lua 等方式。

Service Task通過服務(wù)程序自動(dòng)化完成任務(wù)。

Sub Process子過程。用戶可以把重復(fù)度高的相應(yīng)流程，通過操作派生成模板下次直接調(diào)用操作即可。例如，變電站常出現(xiàn)的火災(zāi)告警聯(lián)動(dòng)預(yù)案的控制流程及業(yè)務(wù)邏輯幾乎是一樣的，只是Send Task控制的現(xiàn)場設(shè)備不一樣，此時(shí)通過設(shè)計(jì)模板Sub Process，即可實(shí)現(xiàn)模型的復(fù)用。

2.3 Gateways網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)是決策點(diǎn)，它根據(jù)一些邏輯條件控制順序流的匯聚和分支。如果說事件決定了聯(lián)動(dòng)的開始和結(jié)束，業(yè)務(wù)組成了聯(lián)動(dòng)的操作原子，那網(wǎng)關(guān)則決定了此聯(lián)動(dòng)預(yù)案的業(yè)務(wù)邏輯和控制流程。通過網(wǎng)關(guān)可以改變聯(lián)動(dòng)預(yù)案有向圖的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)的差異化及多樣性。其中，Exclusive跳轉(zhuǎn)，parallel并行區(qū)。網(wǎng)關(guān)模型符號(hào)示意如圖4所示。

圖4 網(wǎng)關(guān)模型符號(hào)示意Fig.4 Gateway model notation schematic diagram

3 應(yīng)急預(yù)案模型設(shè)計(jì)

應(yīng)急處理機(jī)制作為變電站輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)的核心處理模塊，各個(gè)模塊或者子系統(tǒng)間的協(xié)同互動(dòng)開發(fā)過程完全采用程序接口調(diào)用方式實(shí)現(xiàn)，本文引入BPMN建模語言對模塊與模塊之間以及模塊內(nèi)部工作流進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用BPMN強(qiáng)大的建模功能，從設(shè)計(jì)、開發(fā)、管理、使用、維護(hù)等多方面對流程進(jìn)行統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)[4-5]。

BPMN在體系結(jié)構(gòu)中提供數(shù)據(jù)支撐的作用，如圖5所示。

圖5 BPMN2.0作用示意Fig.5 Function schematic diagram of BPMN2.0

3.1 預(yù)案管理

3.1.1 預(yù)案制定

預(yù)案知識(shí)庫需依據(jù)事實(shí)現(xiàn)狀不斷更新、修正。在輔助監(jiān)控平臺(tái)上完成預(yù)案編制后必須經(jīng)過不斷修訂、反事故演練、評(píng)估等步驟[6]，加強(qiáng)了預(yù)案的動(dòng)態(tài)管理。以工作流模式動(dòng)態(tài)管理預(yù)案，將預(yù)案的修訂完善和演練工作制度化、標(biāo)準(zhǔn)化，通過演習(xí)與實(shí)戰(zhàn)評(píng)價(jià)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)評(píng)價(jià)改進(jìn)預(yù)案內(nèi)容，增強(qiáng)預(yù)案的科學(xué)性、時(shí)效性和可操作性，使應(yīng)急預(yù)案更加符合實(shí)際。

將文本預(yù)案結(jié)構(gòu)化分解，利用BPMN設(shè)計(jì)預(yù)案制定過程，以BPMN服務(wù)鏈的流程化形式管理應(yīng)急預(yù)案，通過對服務(wù)鏈的調(diào)整，快速整合服務(wù)流程，形成實(shí)際的清晰、方便的工作流程，如圖6所示。

圖6 利用BPMN設(shè)計(jì)預(yù)案制定過程Fig.6 Using BPMN to design the plan making process

3.1.2 預(yù)案知識(shí)庫

預(yù)案知識(shí)庫通過邏輯推理來實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。在應(yīng)急預(yù)案知識(shí)庫的構(gòu)建中，對大量實(shí)際預(yù)案和案例進(jìn)行分析，針對特殊情形特殊處理，利用知識(shí)理解和推理的準(zhǔn)確性，多專家參與，形成豐富的領(lǐng)域規(guī)則，完善各種情況的推理規(guī)則知識(shí)，使得推理規(guī)則更加完善，推理效果更加符合實(shí)際需要。

XML是一組用來創(chuàng)建描述數(shù)據(jù)的語法標(biāo)簽的規(guī)則集，面向數(shù)據(jù)，用于描述數(shù)據(jù)本身的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，同時(shí)能夠描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，還能夠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。BPMN2.0設(shè)計(jì)的流程圖對應(yīng)的XML文件為建立預(yù)案知識(shí)模型提供數(shù)據(jù)支撐，本文以XML為基礎(chǔ)建立半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的預(yù)案知識(shí)庫，將經(jīng)常發(fā)生的各種事故告警信息與知識(shí)庫中歸納的告警信號(hào)和應(yīng)急預(yù)案建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成逐一事件推理判斷關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，建立知識(shí)結(jié)構(gòu)，形成預(yù)案知識(shí)庫，知識(shí)庫包括：

知識(shí)索引每一個(gè)案例知識(shí)都形成面向元事件、事件和場景主要特征元素的索引。

事件可以是單一事件或綜合事件，通用的幾種預(yù)案觸發(fā)方式包括 Msgevent，Timerevent，Conditionevent，Multievent等，一般緊急情況下的處理規(guī)程，如火災(zāi)、門禁闖入、越界等，都應(yīng)該被定義為自動(dòng)觸發(fā)決策，有效提高了處理效率和速度。

預(yù)案記錄有關(guān)事件的完整描述和事件處置聯(lián)動(dòng)預(yù)案操作規(guī)則及操作引導(dǎo)。

3.2 決策執(zhí)行

3.2.1 預(yù)案啟動(dòng)

將告警信息按嚴(yán)重程度進(jìn)行分類，默認(rèn)分為一級(jí)：提示信息，二級(jí)：普通告警信息，三級(jí)：變位信息，四級(jí)：事故告警信息。傳統(tǒng)輔助監(jiān)控系統(tǒng)一般采用單事件報(bào)警或狀態(tài)變位觸發(fā)機(jī)制，此方式比較單一，只能解決簡單邏輯觸發(fā)，不能滿足對綜合事件、時(shí)間觸發(fā)的要求。

BPMN2.0支持人工啟動(dòng)、定時(shí)啟動(dòng)、周期性啟動(dòng)、自定義條件啟動(dòng)、Web服務(wù)啟動(dòng)、郵件監(jiān)測、文件目錄監(jiān)測等，本文應(yīng)急預(yù)案流程啟動(dòng)事件類型歸結(jié)為Msgevent消息事件、Timerevent定時(shí)觸發(fā)事件、Conditonevent條件事件、Multievent綜合事件等。在發(fā)生大面積、跨區(qū)域的應(yīng)急事件時(shí)，不僅僅需要協(xié)調(diào)多部門、多業(yè)務(wù)的應(yīng)急救援，而且還需要面對次生、衍生事件，即所謂的“綜合事件”，例如，火災(zāi)告警和風(fēng)速傳感告警2個(gè)事件同時(shí)發(fā)生，此時(shí)，Multievent綜合事件能夠用來設(shè)計(jì)啟動(dòng)處理。

緊急情況下的預(yù)案規(guī)則，如火災(zāi)、停電、越界等，都應(yīng)該被定義為自動(dòng)觸發(fā)方式，可以縮短應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，有效提高工作效率，自動(dòng)觸發(fā)機(jī)制實(shí)現(xiàn)預(yù)案的自動(dòng)聯(lián)動(dòng)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)信息及時(shí)反饋。

3.2.2 邏輯推理

1）邏輯推理過程

邏輯推理模塊負(fù)責(zé)預(yù)案知識(shí)規(guī)則的推理，其核心是推理服務(wù)。邏輯推理類似專家解決問題的思維方式。推理服務(wù)周期性的加載所有規(guī)則，一旦發(fā)現(xiàn)有條件觸發(fā)，進(jìn)行有效性識(shí)別、信號(hào)分檢，過濾掉虛假、錯(cuò)誤報(bào)警信息，向?qū)＜覜Q策模塊“求助”并發(fā)送專家決策模塊相關(guān)觸發(fā)事件，等待專家決策模塊的決策結(jié)果，然后根據(jù)結(jié)果確定完整的應(yīng)急方案并自動(dòng)生成預(yù)案。

通過人機(jī)界面以“信息組團(tuán)”形式提供給操作人員操作、處理流程建議，即操控預(yù)案，人員確認(rèn)后直接進(jìn)入決策執(zhí)行界面，如圖7所示。不同類型事故啟動(dòng)不同的聯(lián)動(dòng)預(yù)案，對于自動(dòng)觸發(fā)的聯(lián)動(dòng)預(yù)案規(guī)程執(zhí)行過程，聯(lián)動(dòng)預(yù)案執(zhí)行不需要人的參與，系統(tǒng)可自動(dòng)執(zhí)行聯(lián)動(dòng)動(dòng)作，進(jìn)行一系列的操作、處理；如果預(yù)案規(guī)程是非自動(dòng)觸發(fā)機(jī)制，則需要人為控制操作執(zhí)行。

圖7 “信息組團(tuán)”預(yù)案界面Fig.7 “Information mission” plan interface

火災(zāi)告警預(yù)案聯(lián)動(dòng)組態(tài)方案如圖8所示。該流程首先接收聯(lián)動(dòng)信息，然后聯(lián)動(dòng)執(zhí)行服務(wù)將聯(lián)動(dòng)信息同步發(fā)送到相關(guān)輔助子系統(tǒng)，視頻子系統(tǒng)首先向監(jiān)控中心推送實(shí)時(shí)視頻播放及大屏幕切換并轉(zhuǎn)到火災(zāi)現(xiàn)場的預(yù)置位，值班人員遠(yuǎn)程對現(xiàn)場火災(zāi)主觀評(píng)級(jí)并做出下一步?jīng)Q策，對不同嚴(yán)重等級(jí)采用不同的應(yīng)急措施及搶救恢復(fù)措施等，并推告警窗和生成報(bào)告。

圖8所示組態(tài)案例的邏輯流程，其觸發(fā)方式是消息觸發(fā)，當(dāng)收到告警的消息時(shí)觸發(fā)。第一個(gè)parallel并行區(qū)，并聯(lián)了視頻、預(yù)置位、電視墻、警鈴警笛、門禁開等，以便于管理人員利用視頻遠(yuǎn)程決策，第一個(gè)exclusive網(wǎng)關(guān)是第一個(gè)parallel并行區(qū)的匯合，只要有個(gè)條件到達(dá)就可以進(jìn)行事故評(píng)級(jí)，第二個(gè)exclusive網(wǎng)關(guān)是根據(jù)嚴(yán)重程度執(zhí)行不同分支，完成預(yù)設(shè)定的邏輯。最后串聯(lián)一個(gè)Endevent表示結(jié)束，只有當(dāng)所有的Endevent都完成，此聯(lián)動(dòng)才結(jié)束。

2）聯(lián)動(dòng)預(yù)案模板化

應(yīng)急任務(wù)是任務(wù)執(zhí)行的遞歸終結(jié)，不同的應(yīng)急任務(wù)涉及不同的聯(lián)動(dòng)預(yù)案動(dòng)作。傳統(tǒng)方案是根據(jù)請求調(diào)用相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)預(yù)案腳本，腳本沒有固定格式，預(yù)案腳本分析過程復(fù)雜，需要定制開發(fā)。

圖8 火災(zāi)告警事故聯(lián)動(dòng)組態(tài)案例Fig.8 Case of fire alarm accident linkage configuration

告警事故或者故障處理流程，納入自動(dòng)化處理流程。首先，配置流程文件，然后部署文件，獲取流程引擎，最后，啟動(dòng)流程等待。利用BPMN2.0的子過程元素設(shè)計(jì)XML格式預(yù)案處理流程模版，針對不同的事故設(shè)計(jì)不同的模版，以便于流程配置過程簡單、方便。

3.2.3 專家決策

專家系統(tǒng)具備較強(qiáng)的知識(shí)獲取和自動(dòng)學(xué)習(xí)能力，通過學(xué)習(xí)和知識(shí)獲取，進(jìn)一步擴(kuò)充和修改預(yù)案知識(shí)庫中內(nèi)容。通過改變、完善知識(shí)庫的關(guān)聯(lián)關(guān)系來提高專家系統(tǒng)的性能，同時(shí)滿足預(yù)案動(dòng)態(tài)管理理念。專家系統(tǒng)的問題求解過程通過知識(shí)庫中的知識(shí)來模擬專家的思維方式。專家決策系統(tǒng)2個(gè)主要任務(wù)為

事件快速適配專家決策采用 “事件適配技術(shù)”提供快速適配功能，針對邏輯推理模塊向自己“求助”問題的條件或已知信息，自動(dòng)反復(fù)匹配知識(shí)庫中的規(guī)則，得到最佳方案，并向邏輯推理模塊提供適配結(jié)果。

綜合事件分析在傳統(tǒng)決策系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)故障點(diǎn)的發(fā)生，往往伴隨著次生、衍生的故障點(diǎn)發(fā)生，其中的特殊關(guān)系不是一個(gè)時(shí)序關(guān)系能體現(xiàn)的，還表現(xiàn)出量變到質(zhì)變的關(guān)系，即幾個(gè)影響較小的故障事件導(dǎo)致發(fā)生影響較大的故障事件，如圖9所示。

圖9 故障漸變圖Fig.9 Malfunction gradient scheme

系統(tǒng)需解決事件組合判斷的問題，設(shè)定一個(gè)時(shí)間窗口 t′［t0，t1］，分析 t′內(nèi)若干影響較小的故障點(diǎn)逐次發(fā)生的過程，將有關(guān)聯(lián)的事件并入“綜合事件”，然后推斷出某個(gè)重要故障事件從量變到質(zhì)變的過程，利用蘊(yùn)含式中未發(fā)生事件概率來表示監(jiān)測告警信息，并及時(shí)完善、更新知識(shí)庫，提高了專家的性能，并實(shí)現(xiàn)了預(yù)案的動(dòng)態(tài)管理。

4 結(jié)語

變電站應(yīng)急預(yù)案是關(guān)系到電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障措施。目前變電站智能化發(fā)展對應(yīng)急預(yù)案數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化提出了更高的要求。本文以輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)為平臺(tái)，引入BPMN建模標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了一套完整、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的應(yīng)急預(yù)案模型，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急預(yù)案的動(dòng)態(tài)化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，提升了工作流模型的標(biāo)準(zhǔn)化程度；模板復(fù)用及可移植，極大的提高了自動(dòng)化建模的程度，并對于減少重復(fù)性建模，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層與技術(shù)層的分離有著重要的意義，更為重要的是提供了為不同的工作流管理的互操作提供了可行的方法。

該系統(tǒng)目前運(yùn)行穩(wěn)定，大大提升了系統(tǒng)應(yīng)對突發(fā)事件的能力，使得輔助綜合監(jiān)控系統(tǒng)處置變電站告警事故更加全面、高效、智能，為變電站安全運(yùn)行提供了安全保障措施。

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