一种基于故障信息编码和融合方法的电网故障诊断方法技术

本发明专利技术涉及一种基于故障信息编码和融合方法的电网故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1：根据电网故障时线路的电气信号和开关量信息建立幅值近似度指标、能量近似度指标和故障编码相似度指标；步骤2：将幅值近似度指标、能量近似度指标和故障编码相似度指标进行数据融合，形成融合故障度指标；步骤3：利用改进的聚类方法和融合故障度指标确定出元件最终故障诊断结果。与现有技术相比，本发明专利技术具有故障诊断迅速，准确度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于故障信息编码和融合方法的电网故障诊断方法
本专利技术涉及电网故障智能诊断领域，尤其是涉及一种基于故障信息编码和融合方法的电网故障诊断方法。
技术介绍
随着电网规模的日益扩大，智能化、自动化设备的大量应用，人们对电网的安全可靠运行提出了更高要求。当系统中出现突发性故障时，保护装置迅速动作，监控设备收到大量的告警信号，但是保护的误动、拒动以及信号的误报、缺失都会对故障的诊断产生干扰，导致诊断出错，延长故障恢复时间，甚至导致连锁故障大停电。所以研究快速可靠的故障诊断方法对故障元件的识别、故障后系统迅速恢复以及连锁故障的预防都有着重要的意义。传统的故障诊断主要是利用故障发生后，SCADA系统提供的断路器与保护的动作情况来进行判断，主要方法有专家系统、神经网络、粗糙集、petri网等。随着监控数据的不断增多，在电网的拓扑结构和运行方式改变时，传统的诊断方法适应能力差；在面对复杂故障、不准确不完备信息时其出现容错性低的问题，因此有必要研究一种适应性强、容错性高并且快速可靠的故障诊断新方法。
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故障信息编码和融合方法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：一种基于故障信息编码和融合方法的电网故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1：根据电网故障时线路的电气信号和开关量信息建立幅值近似度指标、能量近似度指标和故障编码相似度指标；步骤2：将幅值近似度指标、能量近似度指标和故障编码相似度指标进行数据融合，形成融合故障度指标；步骤3：利用改进的聚类方法和融合故障度指标确定出元件最终故障诊断结果。进一步地，所述步骤1中的幅值近似度指标，其计算公式为：式中，Ik为线路信号在故障前后电流的幅值变化程度值，Fkf,Fkb分别为线路信号故障前后的幅值，Xk为线路的幅值近似度指标，I1,I2...In分别为n个线路各自自身故障前后电流的幅值变化程度值，n为自然数。进一步地，所述步骤1中的能量近似度指标，其计算公式为：式中，Wkh为线路信号的高频能量表征，Wkl为线路信号的低频能量表征，t为分解尺度，Dkj为线路信号在第j∈(1,2...t)个分解尺度下的细节系数，Akt为线路信号在第t个分解尺度下的相似系数，Wk为线路信号能量高低频变化程度值，wk为线路的能量近似度指标，W1,W2...Wn为n个线路各自自身的信号能量高低频变化程度值，t为自然数。进一步地，所述步骤1中的故障编码相似度指标，其计算公式为：bi＝an2n+an-12n-1+...+a020Qn＝w1b1+w2b2+w3b3Sn＝Qnr/Qn式中，bi为字段编码，an,an-1...a0为n个线路各自对应的遥信位值，Qn为预想线路编码值，Qnr为实际线路编码值，Sn为线路的故障编码相似度指标，w1,b1；w2b2；w3,b3分别对应为故障过程权重及相应字段编码、保护动作权重及相应字段编码和故障类型权重及相应字段编码，i取1，2，3。进一步地，所述步骤2中的融合故障度指标，其计算公式为：式中，IFD为融合故障度指标，ASD为幅值近似度证据体，ESD为能量近似度证据体，NSD为故障编码相似度证据体。进一步地，所述步骤3中的改进的聚类方法，包括以下步骤：步骤01：建立k-means聚类目标函数模型；步骤02：建立用于判断簇心是否需要更新的适应度函数模型；步骤03：建立更新簇心对应函数模型。进一步地，所述k-means聚类目标函数模型，其具体公式为：式中，Jm为k-means聚类目标函数，c,k为自然数，||xj-vc||为改进的流形距离，ωl,ωbnr分别为第c类的下近似集合的权重和边界集合的权重，vc,c-cl,ccbnr,xj分别为第c类的簇心、下近似集合、边界集合和类簇数据对象。进一步地，所述适应度函数模型，其具体公式为：FIT＝1/Jm式中，FIT为适应度函数模型。进一步地，所述更新簇心对应函数模型，其具体公式为：式中，vb为更新簇心对应函数模型。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)诊断精确度高，适应性强，本专利技术通过根据电网故障时线路的电气信号和开关量信息建立幅值近似度指标、能量近似度指标和故障编码相似度指标，具有很强的针对电网故障的特性，并且还利用了k-means聚类方法类，根据遥信信息接收的开关量信号，利用故障编码理论计算编码相似度；最后，利用改进的证据理论合成融合故障度，通过改进的k-means聚类方法决策出最终故障线路，因此诊断精确度高，利用小波变换提取故障电气特征信息以及利用故障编码获取故障开关量信息，通过对两种不同源故障信息的融合，可大大改善单一数据源下不确定故障信息的诊断精度，k-means算法随机选择初始簇心，易造成结果局部收敛，导致聚类结果出错，改进的k-means算法采用不同簇心适应度的方法来实现对簇心的优选，构建簇心适应度函数以实现对簇心的更新，改进的k-means聚类方法解决了解的不均匀问题，在故障诊断中，有利于准确决策融合故障度下的故障元件与非故障元件。(2)针对性强，本专利技术考虑故障诊断过程中故障特征的差异性，提出基于融合故障度的电网故障诊断方法。该方法首先利用小波变换对电气量信息中的幅值特征和能量特征进行分析，提取关键指标，与电网具有极高的匹配度，并且故障开关量的编码考虑到了多种类型并设计了不同编码字段，因此针对性强。附图说明图1为本专利技术实施例提供的故障过程字段图；图2为本专利技术实施例提供的断路器变位字段图；图3为本专利技术实施例提供的故障过程编码曲线图；图4为本专利技术实施例提供的保护动作编码曲线图；图5为本专利技术实施例提供的故障类型编码曲线图；图6为本专利技术提供的故障诊断总流程图；图7为本专利技术实施例提供的实施例三机九节点接线图；图8为本专利技术实施例提供的故障线路L4重构后的高频能量表征图；图9为本专利技术实施例提供的故障线路L4重构后的低频能量表征图；图10为本专利技术实施例提供的IEEE39节点系统图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。实施例一.故障电气量幅值近似度为故障前后电流幅值的变化情况，故障线路的电流幅值变化程度要远大于非故障线路，电网出现故障时利用小波变换提取故障时刻，计算故障发生前后一个周期中所有线路电流的幅值，并且对其进行归一化处理，以上过程对应计算式如下：式中，Ik为线路信号在故障前后电流的幅值变化程度值，Fkf,Fkb分别为线路信号故障前后的幅值，Xk为线路的幅值近似度指标，I1,I2...In分别为n个线路各自自身故障前后电流的幅值变化程度值，n为自然数。幅值近似度能有效的表征故障线路，但是有些非故障线路在故障发生后其电流的幅值近似度会很大，不利于故障诊断，所以还需引入用于表征电流能量强弱程度的能量近似度，其包括高频能量特征和低频能量特征，针对高低频能量特征，求得能量变化程度值，并进行归一化处理，以上过程对应计算式如下：式中，Wkh为线路信号的高频能量表征，Wkl为线路信号的低频能量表征，t为分解尺度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于故障信息编码和融合方法的电网故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据电网故障时线路的电气信号和开关量信息建立幅值近似度指标、能量近似度指标和故障编码相似度指标；步骤2：将幅值近似度指标、能量近似度指标和故障编码相似度指标进行数据融合，形成融合故障度指标；步骤3：利用改进的聚类方法和融合故障度指标确定出元件最终故障诊断结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于故障信息编码和融合方法的电网故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据电网故障时线路的电气信号和开关量信息建立幅值近似度指标、能量近似度指标和故障编码相似度指标；步骤2：将幅值近似度指标、能量近似度指标和故障编码相似度指标进行数据融合，形成融合故障度指标；步骤3：利用改进的聚类方法和融合故障度指标确定出元件最终故障诊断结果。2.根据权利要求1所述的一种基于故障信息编码和融合方法的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1中的幅值近似度指标，其计算公式为：式中，Ik为线路信号在故障前后电流的幅值变化程度值，Fkf,Fkb分别为线路信号故障前后的幅值，Xk为线路的幅值近似度指标，I1,I2...In分别为n个线路各自自身故障前后电流的幅值变化程度值，n为自然数。3.根据权利要求1所述的一种基于故障信息编码和融合方法的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1中的能量近似度指标，其计算公式为：式中，Wkh为线路信号的高频能量表征，Wkl为线路信号的低频能量表征，t为分解尺度，Dkj为线路信号在第j∈(1,2...t)个分解尺度下的细节系数，Akt为线路信号在第t个分解尺度下的相似系数，Wk为线路信号能量高低频变化程度值，wk为线路的能量近似度指标，W1,W2...Wn为n个线路各自自身的信号能量高低频变化程度值，t为自然数。4.根据权利要求1所述的一种基于故障信息编码和融合方法的电网故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1中的故障编码相似度指标，其计算公式为：bi＝an2n+an-12n-1+...+a020Qn＝w1b1+w2b2+w3b3Sn＝Qnr/Qn式中，bi为字段编码，an,an-1...a0为n个线路各自...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝章，赵金勇，吴玉光，魏燕飞，刘杰，
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