一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1：建立电网故障编码的数学模型；步骤2：利用电网历史遥信变位数据和预想事故数据集，通过k‑means聚类方法得出聚类中心数据集；步骤3：建立离散Hopfield神经网络对电网实时故障遥信信息误变位进行修正，得出修正后的电网实时故障遥信信息误变位的编码；步骤4：设立归类判别门槛值并利用修正后的电网实时故障遥信信息误变位的编码和聚类中心数据集以得出电网实时故障诊断结果。与现有技术相比，本发明专利技术具有诊断速度快，诊断故障类型准确，与电网匹配度高，实用性强等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法
本专利技术涉及电网故障诊断
，尤其是涉及一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法。
技术介绍
电网故障诊断是实现智能电网自愈功能的重要应用。电网发生故障时，监测系统采集到的海量故障警报数据从本地自动装置上送至调度中心，电网故障诊断能够从海量的故障数据中迅速分析故障相关数据，发现故障原因，辅助调度运行人员及时进行事故分析与处理，快速恢复供电，保证了电网安全、可靠运行。目前，常用的故障诊断方法主要有专家系统、人工神经网络、粗糙集、贝叶斯网络、Petri网、解析模型、数值计算分析、多源信息融合等。以上人工智能方法已广泛应用于电网的故障诊断研究，利用支持向量机、人工神经网络、贝叶斯分类器等智能方法对故障进行分类识别。但基于以上方法的现有成果中存在以下问题：(1)涉及到大规模的数学建模，运算复杂。(2)难以对诊断结果进行解释。对此，本专利技术提出一种快速、实用的基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法。该方法先根据预想的各种可能故障和历史故障信息库，形成标准故障特征库，当故障发生时，再根据遥信变位信息形成故障编码，直接在标准故障特征库中匹配出相应故障类型。最后，通过实际故障案例验证了该方法的有效性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1：建立电网故障编码的数学模型；步骤2：利用电网历史遥信变位数据和预想事故数据集，通过k-means聚类方法得出聚类中心数据集；步骤3：建立离散Hopfield神经网络对电网实时故障遥信信息误变位进行修正，得出修正后的电网实时故障遥信信息误变位的编码；步骤4：设立归类判别门槛值并利用修正后的电网实时故障遥信信息误变位的编码和聚类中心数据集以得出电网实时故障诊断结果。进一步地，所述步骤1中的电网故障编码的数学模型包括故障粗略划分字段编码、继电保护动作字段编码和操作回路动作字段编码，所述电网故障编码的数学模型描述公式为：Gk(qk,pk,ok)式中，Gk()为电网故障编码的数学模型，qk为故障粗略划分字段编码，pk为继电保护动作字段编码，ok为操作回路动作字段编码。进一步地，所述故障粗略划分字段编码，其描述公式为：qk＝a1”20+a2”21+a3”22+a4”23+a5”24+a6”25式中，a1”,a2”,a3”,a4”,a5”,a6”分别对应为保护动作、断路器位置、重合闸动作、断路器位置、保护后加速动作和断路器位置共6处信号，其中保护动作、断路器位置、重合闸动作、断路器位置、保护后加速动作和断路器位置均为有信号取1，无信号取0。进一步地，所述继电保护动作字段编码，其描述公式为：pk＝a120+a221+a325+a425+a529+a629+a7212式中，a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7分别对应为故障录波、1主保护出口、2主保护出口、1后备保护出口、2后备保护出口、1远跳出口和2远跳出口共7处信号，其中，故障录波为有信号取0，无信号取1，1主保护出口和2主保护出口均为有信号取2，无信号取0，1后备保护出口、2后备保护出口、1远跳出口和2远跳出口均为有信号取1，无信号取0。进一步地，所述操作回路动作字段编码，其描述公式为：ok＝a1'20+a2'21+a3'22+a4'24+a5'26+a6'28+a7'29+a8'210+a9'211式中，a1',a2',a3',a4',a5',a6',a7',a8',a9'分别对应为保护三相动作、断路器三相位置和重合闸后断路器三相位置共9处信号，保护三相动作、断路器三相位置和重合闸后断路器三相位置均为有信号取1，无信号取0。进一步地，所述步骤3中的离散Hopfield神经网络的描述方程式组为：Y(t)＝[y1(t),y2(t),y3(t),...,yn(t)]T式中，uj(t)为神经元处理函数，wij为神经元连接权值，xj为神经元处理函数截距，θj为神经元处理函数阈值，yi(t)为时刻t的离散Hopfield神经网络模型处理函数输入值，yj(t+1)为时刻t+1的离散Hopfield神经网络模型处理函数输出值，f[uj(t)]为神经元处理函数映射结果，Y(t)表示为整个离散Hopfield神经网络模型的完整输出值，[y1(t),y2(t),y3(t),...,yn(t)]T表示整个离散Hopfield神经网络模型的n个输出层神经元的输出状态，i和n均为自然数。进一步地，所述步骤4中的归类判别门槛值，其描述公式为：di＝max{di1,di2,...,dim}D＝(d1,d2,...,di)式中，di1,di2,...,dim为电网历史遥信变位数据i类m个样本点到聚类中心的欧式距离，d1,d2,...,di为电网历史遥信变位数据所有类欧式距离最大值，D为归类判别门槛值。本专利技术基于继电保护动作、操作回路动作逻辑及故障后所发出的遥信信息，首先建立了故障编码的数学模型，然后通过各种电网故障产生的历史遥信变位数据和预想事故集，采用K-Means聚类算法，找出聚类中心数据集作为标准故障特征库，实际故障发生后，首先根据故障遥信进行编码，然后利用离散Hopfield神经网络对遥信信息误变位进行修正，最后通过计算修正后的编码与标准故障特征库中各个中心的欧式距离，与标准故障特征库进行相似性匹配，从而判别故障类型，本专利技术适用于电网故障诊断，算例分析表明，利用本专利技术的技术方案可以实现各种输电线路的故障诊断且本专利技术具有较高的准确性，能够精确、快速地诊断输电线路故障，从而实现电网故障诊断。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)诊断结果准确，本专利技术首先建立了故障编码的数学模型，然后通过各种电网故障产生的历史遥信变位数据和预想事故集，采用K-Means聚类算法，找出聚类中心数据集作为标准故障特征库。实际故障发生后，首先根据故障遥信进行编码，然后利用离散Hopfield神经网络对遥信信息误变位进行修正，最后通过计算修正后的编码与标准故障特征库中各个中心的欧式距离，与标准故障特征库进行相似性匹配，利用每种实际故障编码和所有可能出现的故障编码提取出标准故障特征库，从而为每次实际故障提供匹配模板，实现各种情况下的电网故障诊断，从而判别故障类型，针对性强且诊断结果准确迅速。(2)诊断速度快，且整体数学模型简单，本专利技术首先建立了故障编码的数学模型，然后介绍了利用离散Hopfield神经网络对遥信信息误变位的修正方法，进而通过K-means聚类方法建立了单条线路的标准故障特征库，并给出故障类型的判别方法，由三个独立的故障编码字段来组成每次故障最终的三维故障编码；通过K-Means聚类算法将三维故障编码聚类形成N个聚类中心代表相应N种故障类型，当实际故障来临时，通过相似性匹配实现对电网故障的快速、精确诊断，为防止遥信误报和漏报而造成误诊断，利用离散Hopfield神经网络对遥信信息误变位进行修正；最后通过计算修正后的编码与标准故障特征库中各个中心的欧式距离来判别故障类型。将电网故障编码化，每种故障对应一个编码，从而通过故障编码的相似性匹配实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立电网故障编码的数学模型；步骤2：利用电网历史遥信变位数据和预想事故数据集，通过k‑means聚类方法得出聚类中心数据集；步骤3：建立离散Hopfield神经网络对电网实时故障遥信信息误变位进行修正，得出修正后的电网实时故障遥信信息误变位的编码；步骤4：设立归类判别门槛值并利用修正后的电网实时故障遥信信息误变位的编码和聚类中心数据集以得出电网实时故障诊断结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立电网故障编码的数学模型；步骤2：利用电网历史遥信变位数据和预想事故数据集，通过k-means聚类方法得出聚类中心数据集；步骤3：建立离散Hopfield神经网络对电网实时故障遥信信息误变位进行修正，得出修正后的电网实时故障遥信信息误变位的编码；步骤4：设立归类判别门槛值并利用修正后的电网实时故障遥信信息误变位的编码和聚类中心数据集以得出电网实时故障诊断结果。2.根据权利要求1所述的一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1中的电网故障编码的数学模型包括故障粗略划分字段编码、继电保护动作字段编码和操作回路动作字段编码，所述电网故障编码的数学模型描述公式为：Gk(qk,pk,ok)式中，Gk()为电网故障编码的数学模型，qk为故障粗略划分字段编码，pk为继电保护动作字段编码，ok为操作回路动作字段编码。3.根据权利要求2所述的一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法，其特征在于，所述故障粗略划分字段编码，其描述公式为：qk＝a1”20+a2”21+a3”22+a4”23+a5”24+a6”25式中，a1”,a2”,a3”,a4”,a5”,a6”分别对应为保护动作、断路器位置、重合闸动作、断路器位置、保护后加速动作和断路器位置共6处信号，其中保护动作、断路器位置、重合闸动作、断路器位置、保护后加速动作和断路器位置均为有信号取1，无信号取0。4.根据权利要求2所述的一种基于多维数据相似性匹配的电网故障诊断方法，其特征在于，所述继电保护动作字段编码，其描述公式为：pk＝a120+a221+a325+a425+a529+a629+a7212式中，a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7分别对应为故障录波、1主保护出口、2主保护出口、1后备保护出口、2后备保护出口、1远跳出口和2远跳出口共7处信号，其中，故障录波为有信号取0，无信号取1，1主保护出口和2主保...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝章，袁小蕾，刘春秀，荆盼盼，刘仰韶，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司德州供电公司，
类型：发明
国别省市：山东,37