一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故障診斷方法
2023-05-10 16:53:01 2
專利名稱：一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故障診斷方法
技術領域：
本發明屬於電力系統智能分析與控制技術領域，尤指一種基於三態數據多維協同 處理的電網在線故障診斷方法。
背景技術：
隨著特高壓同步電網的大規模建設，目前電網網架結構及運行特性日趨複雜，強 颱風、飈線風等自然災害引起的超設防故障，對電網安全防線衝擊頻繁，傳統的經驗調度已 無法滿足大電網安全穩定運行的要求，迫切需要提升現有的調度智能化操作水平，實現電 網故障的在線快速診斷。電網在線故障診斷專業方向的研究已有一二十年左右的時間，在此期間國內外學 者提出了多種故障診斷的方法，具有代表性的方法主要有專家系統、人工神經網絡、基於優 化的方法以及由於信息的不確定性和不完備而採取的基於模糊集、信息理論和粗糙集的方 法等，受限於當時計算機和通信技術的水平，故障診斷的數據源主要為SOE (Sequence Of Event)動作信號和保護動作信號，使得在線故障診斷結果的可靠性不高，信息粗糙，難以適 應調度運行的要求。隨著計算機和通信技術水平的快速發展以及在電力系統中的廣泛應用，基於GPS 的同步相量測量單元(PMU)已成為變電站測控單元中必不可少的一環，加之故障錄波器聯 網技術的推廣，調度中心的數據源不斷豐富和完善，電網在線故障診斷已不僅僅局限於利 用SCADA數據和保護動作信號，基於SCADA數據、保護動作信號、PMU數據以及故障錄波數據 的多源信息融合技術的在線電網綜合故障診斷不僅能夠提高故障診斷的可靠性和準確度， 還能夠實現故障診斷的精細化，是故障診斷未來發展的必然趨勢。近年來也有學者提出了 基於多種數據源的在線故障診斷方法，但只是採用了分層的方法針對每種數據源進行分析 處理，尚未涉及如何從信息的多維度角度出發，將多種數據和分析方法進行協同處理，從時 間維、空間維以及信息維三個方面進行統籌考慮，以最大程度滿足調度運行的要求。
發明內容
本發明所要解決的技術問題提供一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故 障診斷的方法。為解決上述技術問題，本發明提供一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故 障診斷方法，其特徵在於
包括下列步驟
(1)在電網調度中心側實時接收子站端上送的穩態數據、動態數據以及暫態數據；
(2)基於穩態數據的智能邏輯推理診斷根據子站側上送的穩態數據，根據一二次設備 關聯關係，採用網絡拓撲分析和保護動作邏輯相結合的智能推理方法，進行電網故障的在 線診斷；
(3)基於動態數據的電氣量診斷根據子站側上送的動態數據，從三相電壓、電流中提取表徵電網短路故障信息，採用模式匹配的方法，進行電網故障的在線診斷；
(4)基於暫態數據的電氣量診斷根據子站側上送的暫態數據，從故障錄波文件中提取 故障簡報信息或採用模擬保護的軟保護算法進行故障分析，進行電網故障的在線診斷；
(5)故障診斷協同處理基於步驟(2)、(3)、(4)的診斷結果，從時間維、空間維以及信 息維三個維度協同進行故障診斷，對故障診斷進行協同處理；
(6)通過人機界面展示電網故障的信息。電網調度中心接入的信息包括穩態數據、動態數據以及暫態數據，穩態數據主要 包括SCADA數據和保護動作信號，動態數據主要包括PMU數據，暫態數據主要包括故障錄波 數據。根據電網三態(穩態、動態和暫態)數據的不同特性，從時間維、空間維以及信息維三 個維度協同進行故障診斷。電網三態數據的有機結合和協同處理，從時間維、空間維以及信 息維三個維度提高了故障診斷的實時性、可靠性和實用性。從時間維協同進行故障診斷過程為電網穩態數據和動態數據能夠實時上送到調 度中心，在電網發生故障時，SCADA數據、保護動作信號以及PMU數據的實時性較好，在故 障發生後上述數據在調度中心側可以立即採集到，故障錄波數據的實時性較差，在故障發 生後一段時間內調度中心側才能採集到；電網調度運行人員在電網發生故障後需要第一時 間知道故障發生在什麼地方，需要利用SCADA數據、保護動作信號和PMU數據來進行故障診 斷以確保其實時性。電網動態數據和暫態數據並不是所有子站端都具備上送調度中心的條 件，在不具備動態數據和暫態數據的情況下利用穩態數據進行故障診斷，可以提高故障診 斷的可靠性；電網暫態數據具有豐富的故障特徵信息，利用電網暫態數據可以分析短路電 流和故障距離信息，輔助調度運行人員優化送電端選擇和提高巡線效率。利用電網穩態數據中的開關動作信號可以進一步診斷故障相別，區分故障相是單 相故障還是相間故障。在開關具備分相動作信號的情況下，可進一步識別單相故障的具體 相別(A相、B相、C相)。利用SCADA數據判斷故障相別對於超高壓/特高壓電網線路故障時，重合閘一般 採用單重單合的方式，利用SCADA數據的開關變位信號即可進行判別，具體判斷邏輯如下
(1)當電網發生故障時，若開關動作順序為「先分後合」或「先分後合再分」則為單相故 障，否則為相間故障；
(2)若故障為單相故障，且開關具有分相動作信息，則開關動作相即為對應的相位。從空間維協同進行故障診斷過程為SCADA數據通過RTU裝置採集，其在電網中所 有裝置均有布點且全部上送到調度中心，PMU數據通過PMU裝置採集，其只在電網部分廠站 布點，保護動作信號通過保護裝置採集，其在電網中所有廠站均有布點但只有部分信號上 送到調度中心，故障錄波數據通過故障錄波器採集，其在電網中所有廠站均有布點但只有 部分信號上送到調度中心，因此從空間維角度，SCADA數據具有完全可觀測性，保護動作信 號、PMU數據以及故障錄波數據只具有部分可觀測性，在保護動作信號、PMU數據以及故障 錄波數據不具備可觀測性時，需要僅利用SCADA數據進行故障診斷。從信息維協同進行故障診斷過程為利用SCADA數據和保護動作信號進行故障診 斷可以判斷故障時間、故障設備、故障相(粗略判斷)以及重合情況；利用PMU數據進行故障 診斷可以判斷故障時間、故障設備、故障相以及重合情況；利用故障錄波數據進行故障診斷 可以判斷故障時間、故障設備、故障相、重合情況以及短路電流和故障測距。電網調度運行人員在進行故障處理時需要通過故障錄波數據分析得到的短路電流和故障測距，以優化線 路送電端選擇和提高線路巡線效率。
本發明的工作原理為
電網中的三態數據具有不同的數據特性，如下表所示，從時間維角度來看，電網穩態數 據和動態數據實時性較好，利用穩態數據和動態數據進行故障診斷可以提高故障診斷的實 時性，在電網發生故障後第一時間向調度運行人員發出告警信息；從空間維角度來看，穩態 數據具有完全可觀測，而動態數據和暫態數據只具備部分可觀測，當故障發生在動態數據 和暫態數據不可觀測位置時，利用穩態數據進行故障診斷可以提高故障診斷的可靠性；從 信息維角度來看，電網暫態數據具備分析短路電流和故障測距功能，利用該信息可以輔助 調度運行人員進行故障處理，以優化送電端選擇和提高巡線效率。
權利要求
1.一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故障診斷方法，其特徵在於，包括下列 步驟(1)在電網調度中心側實時接收子站端上送的穩態數據、動態數據以及暫態數據；(2)基於穩態數據的智能邏輯推理診斷根據子站側上送的穩態數據，根據一二次設備 關聯關係，採用網絡拓撲分析和保護動作邏輯相結合的智能推理方法，進行電網故障的在 線診斷；(3)基於動態數據的電氣量診斷根據子站側上送的動態數據，從三相電壓、電流中提 取表徵電網短路故障信息，採用模式匹配的方法，進行電網故障的在線診斷；(4)基於暫態數據的電氣量診斷根據子站側上送的暫態數據，從故障錄波文件中提取 故障簡報信息或採用模擬保護的軟保護算法進行故障分析，進行電網故障的在線診斷；(5)故障診斷協同處理基於步驟(2)、(3)、(4)的診斷結果，從時間維、空間維以及信 息維三個維度協同進行故障診斷，對故障診斷進行協同處理；(6)通過人機界面展示電網故障的信息。
2.根據權利要求1所述的一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故障診斷方法， 其特徵在於，所述穩態數據包含SCADA數據和保護動作信號，所述動態數據包含PMU數據， 所述暫態數據包含故障錄波數據。
3.根據權利要求2所述的一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故障診斷方法， 其特徵在於，利用所述SCADA數據的開關變位信號判斷故障相別，具體判斷邏輯如下(1)當電網發生故障時，若開關動作順序為「先分後合」或「先分後合再分」則為單相故 障，否則為相間故障；(2)若故障為單相故障，且開關具有分相動作信息，則開關動作相即為對應的相位。
4.根據權利要求2所述的一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故障診斷方法， 其特徵在於，從時間維協同進行故障診斷過程為在電網發生故障時，調度中心側立即採集 到實時性較好的SCADA數據、保護動作信號以及PMU數據，對故障進行初步分析；在故障 發生後一段時間內調度中心側才採集到實時性較差的故障錄波數據，對故障進行進一步分 析。
5.根據權利要求2所述的一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故障診斷方法， 其特徵在於，從空間維協同進行故障診斷過程為SCADA數據通過RTU裝置採集，其在電網 中所有裝置均有布點且全部上送到調度中心；PMU數據通過PMU裝置採集，其只在電網部 分廠站布點，保護動作信號通過保護裝置採集，其在電網中所有廠站均有布點但只有部分 信號上送到調度中心；故障錄波數據通過故障錄波器採集，其在電網中所有廠站均有布點 但只有部分信號上送到調度中心。
6.根據權利要求2所述的一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故障診斷方法， 其特徵在於，從信息維協同進行故障診斷過程為利用SCADA數據和保護動作信號進行故 障診斷判斷故障時間、故障設備、故障相以及重合情況；利用PMU數據進行故障診斷判斷故 障時間、故障設備、故障相以及重合情況；利用故障錄波數據進行故障診斷判斷故障時間、 故障設備、故障相、重合情況以及短路電流和故障測距；電網調度運行人員通過故障錄波數 據分析得到的短路電流和故障測距優化線路送電端選擇。
全文摘要
本發明涉及一種基於三態數據多維協同處理的電網在線故障診斷方法，屬於電力系統智能分析與控制技術領域，其特徵在於實時接收電網三態(穩態、動態和暫態)數據，建立基於穩態數據的智能邏輯推理診斷模塊、基於動態數據的電氣量診斷模塊以及基於暫態數據的電氣量診斷模塊，同時根據數據源的不同特性，建立故障診斷協同處理模塊，從時間維、空間維以及信息維三個維度進行故障診斷協同處理。此外，根據故障時的開關動作信息可以進一步粗略分析故障設備的故障相別。本發明的方法，通過從時間維、空間維以及信息維三個維度故障診斷的協同處理，可以顯著提高電網在線故障診斷的實時性、可靠性和實用性。
文檔編號G01R31/08GK102142716SQ201110039329
公開日2011年8月3日 申請日期2011年2月17日 優先權日2011年2月17日
發明者張劍, 戴則梅, 李維, 錢學東, 錢江峰, 閃鑫, 陸進軍 申請人:華東電網有限公司, 國電南瑞科技股份有限公司