基于遗传算法的变电站电流量测回路故障检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于遗传算法的变电站电流量测回路故障检测方法，步骤为：搜寻出变电站内的开关岛，进行电压状态估计，获得开关岛的最可信相电压有效值，找出电气岛各物理节点所关联的支路，对于物理节点i，建立以下方程，对于物理支路建立以下方程，求解三相有功、三相无功、单相电流幅值的最可信值，电流量测回路可能故障判断。本发明专利技术采用遗传算法来求解电流量测回路各量测的最可信值，可以考虑复杂约束，对量测量的齐全性和可观性要求低，便于工程应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统设备故障诊断领域，具体地涉及利用SCADA数据，采用遗传算法来求解电流量测回路各量测的最可信值，从而实现对变电站电流量测回路的故障检测。
技术介绍
及时发现变电站电流量测回路的故障有利于保障变电站的数据质量，从而确保运行人员对变电站的运行状态给出正确判断，发现变电站电流量测回路故障的基本方法是发现量测量误差是否偏大，这就需要对电流量测回路量测量的真值进行求解和估计。传统的量测量状态估计是通过建立状态量和量测总误差的雅克比矩阵进行求解，这种方法建模复杂，开发和调试周期长，不易于考虑复杂的约束条件。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进上述方法存在的不足，提供一种基于遗传算法的变电站电流量测回路故障检测方法。本专利技术技术方案如下所述：基于遗传算法的变电站电流量测回路故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：搜寻出变电站内的开关岛，所述开关岛是由母线、断路器、刀闸和短引线组成的电气上相连的一组设备，各设备的阻抗为0；S2：进行电压状态估计，获得开关岛的最可信相电压有效值，若系统处于不平衡状态或电压量测有问题，则终止电流量测回路检测；S3：找出电气岛各物理节点所关联的支路；S4：对于物理节点i，根据节点功率守恒定律建立以下方程，若存在量测不全，则不考虑相应物理节点，Σk=1NiPi_k=epi≈0---(1)]]>Σk=1NiQi_k=eqi≈0---(2)]]>式中Ni为节点i相连的支路数目，k为与节点i相连的支路序号，Pi_k、Qi_k均为与节点i相连的k支路的三相总功率，共有NODE个物理节点，即i＝1～NODE；S5：对于物理支路建立以下方程，若存在量测不全，则不考虑相应支路，(3IjU)2-(Pj2+Qj2)=esj≈0---(3)]]>式中Ij为支路j的线电流幅值，Pj和Qj为支路j的三相有功和三相无功量测；S6：用遗传算法求解使得以下目标函数最小的所有支路电流、有功、无功，获得各支路量测量中三相有功、三相无功、单相电流幅值的最可信值，mine=Σi=1NODEepi2+Σi=1NODEeqi2+Σj=1BRANCHesj2---(4)]]>各约束条件或偏差量由(1)～(3)式获得；S7：电流量测回路可能故障判断，计算I、P、Q最可信值与量测值的偏差，若某支路给出abc三各相电流，则分别计算各相电流的偏差，当偏差大于10％，则给出相应的电流量测回路可能存在故障的告警。进一步的，所述步骤S2中电压状态估计包含以下步骤：S21：取开关岛内a相各电压量测，取平均值；S22：求各a相电压量测与平均值的偏差；S23：去除与平均值偏差大于5％的各个量测中最坏的量测，返回S21，若没有偏差大于5％的点，则终止最可信a相电压幅值Ua的计算；S24：用上述方法计算出Ub和Uc；S25：计算Ua、Ub、Uc的平均值U；S26：当Ua、Ub、Uc与U的偏差均小于5％时，认为系统处于平衡状态，取U为最可信相电压，否则认为系统处于不平衡状态或电压量测有问题，终止电流量测回路检测。进一步的，所述步骤S6包含以下步骤：S61：变量定义，取各支路的相电流幅值量测I、三相有功P和三相无功Q作为待优化求解的参数，为了简化算法，不再对这些量分类处理，用统一的Xi来表示这些量的期望值，Xmi代表实测值，i表示序号，ki表示第i个量期望值与实测值的偏差，满足下式：Xi＝Xmi(1+ki)其中i＝1～N,其中N为所有I、P、Q的数目，Ki的取值范围为[-10,10]；S62：种群初始化；S63：各个体的适应度评价，各个体根据ki求取对应的Xi即I、P、Q的值，然后利用(4)式计算各个体距离最优值，即0的偏差量，并将各个个体按偏差量由小到大的顺序排序；S64：终止条件判断：连续100代最优个体的偏差量不再变小，则停止寻优；S65：将原种群将选择出一半，即15N个个体保留到下一代，具体为，a)最优的1/3个个体全部保留，b)次优的1/3个个体以随机的方式保留1/2，c)最差的1/3个个体均不保留；S66：复制a)将保留下来的个体均做复制，从而恢复种群个体数目到原始数目30N，b)标记出1个且仅1个最优个体作为不参加交叉、变异的个体；S67：任选两个个体做交叉操做，一共做8N次，使得16N个个体参加交叉操作，要避免选择被标记为不参加交叉变异的个体，交叉互换基因的方法是：对选择的个体，任一选择两个基因位置，然后将这两个基因位置之间的数组内容进行互换；S68：变异a)从上述30N个个体中任选N个个体，避免选择被标记为不参加交叉变异的个体，b)对每个个体任选一半的基因位置，将相应数组元素修改为ki＝5×random(-1,1)，c)返回步骤S63。更进一步的，所述步骤S61中，相电流幅值量测I为abc相电流的平均值。更进一步的，所述步骤S62中，种群中每个个体的初始值用以下方法生成，以ki为基因构造染色体Yj，每个染色体Yj为1个一维数组，每个ki为数组元素，种群数目选为30×N，即j＝1～30×N，其中，a)10×N个体的ki采用ki＝0.1×random(-1,1)生成，其中random(-1,1)表示在(-1,1)范围内取随机数，b)10×N个体的ki采用ki＝0.5×random(-1,1)生成，c)5×N个体的ki采用ki＝1×random(-1,1)生成，d)5×N个体的ki采用ki＝10×random(-1,1)生成，e)将c组中任选的一个个体的ki都取为0，作为1个个体。更进一步的，所述步骤S64中，最优个体的偏差量小于0.001停止寻优。进一步的，所述步骤S5中，电流幅值Ij为abc三相电流幅值的平均值。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为，本专利技术不用求解雅克比矩阵，建模简单，只对能满足相关方程要求的量进行优化，因此对量测的可观性和齐全性要求低，可以考虑复杂的约束条件，开发调试周期短，并且易于将来算法的扩充和维护。由于设备量测量回路的故障监测实时性远大于秒级，因此由于采用遗传算法导致的计算周期扩展到秒级不会对方法的实用性产生影响。附图说明图1是本专利技术流程框图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于遗传算法的变电站电流量测回路故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：搜寻出变电站内的开关岛，所述开关岛是由母线、断路器、刀闸和短引线组成的电气上相连的一组设备，各设备的阻抗为0；S2：进行电压状态估计，获得开关岛的最可信相电压有效值，若系统处于不平衡状态或电压量测有问题，则终止电流量测回路检测；S3：找出电气岛各物理节点所关联的支路；S4：对于物理节点i，根据节点功率守恒定律建立以下方程，若存在量测不全，则不考虑相应物理节点，Σk=1NiPi_k=epi≈0---(1)]]>Σk=1NiQi_k=eqi≈0---(2)]]>式中Ni为节点i相连的支路数目，k为与节点i相连的支路序号，Pi_k、Qi_k均为与节点i相连的k支路的三相总功率，共有NODE个物理节点，即i＝1～NODE；S5：对于物理支路建立以下方程，若存在量测不全，则不考虑相应支路，(3IjU)2-(Pj2+Qj2)=esj≈0---(3)]]>式中Ij为支路j的线电流幅值，Pj和Qj为支路j的三相有功和三相无功量测；S6：用遗传算法求解使得以下目标函数最小的所有支路电流、有功、无功，获得各支路量测量中三相有功、三相无功、单相电流幅值的最可信值，mine=Σi=1NODEepi2+Σi=1NODEeqi2+Σj=1BRANCHesj2---(4)]]>各约束条件或偏差量由(1)～(3)式获得；S7：电流量测回路可能故障判断，计算I、P、Q最可信值与量测值的偏差，若某支路给出abc三各相电流，则分别计算各相电流的偏差，当偏差大于10％，则给出相应的电流量测回路可能存在故障的告警。...

【技术特征摘要】
1.基于遗传算法的变电站电流量测回路故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：搜寻出变电站内的开关岛，所述开关岛是由母线、断路器、刀闸和短引线组成的
电气上相连的一组设备，各设备的阻抗为0；
S2：进行电压状态估计，获得开关岛的最可信相电压有效值，若系统处于不平衡状态
或电压量测有问题，则终止电流量测回路检测；
S3：找出电气岛各物理节点所关联的支路；
S4：对于物理节点i，根据节点功率守恒定律建立以下方程，若存在量测不全，则不考
虑相应物理节点，
Σk=1NiPi_k=epi≈0---(1)]]>Σk=1NiQi_k=eqi≈0---(2)]]>式中Ni为节点i相连的支路数目，k为与节点i相连的支路序号，Pi_k、Qi_k均为与
节点i相连的k支路的三相总功率，共有NODE个物理节点，即i＝1～NODE；
S5：对于物理支路建立以下方程，若存在量测不全，则不考虑相应支路，
(3IjU)2-(Pj2+Qj2)=esj≈0---(3)]]>式中Ij为支路j的线电流幅值，Pj和Qj为支路j的三相有功和三相无功量测；
S6：用遗传算法求解使得以下目标函数最小的所有支路电流、有功、无功，获得各支
路量测量中三相有功、三相无功、单相电流幅值的最可信值，
mine=Σi=1NODEepi2+Σi=1NODEeqi2+Σj=1BRANCHesj2---(4)]]>各约束条件或偏差量由(1)～(3)式获得；
S7：电流量测回路可能故障判断，计算I、P、Q最可信值与量测值的偏差，若某支路
给出abc三各相电流，则分别计算各相电流的偏差，当偏差大于10％，则给出相应的电流量
测回路可能存在故障的告警。
2.根据权利要求1所述的基于遗传算法的变电站电流量测回路故障检测方法，其特征
在于，所述步骤S2中电压状态估计包含以下步骤：
S21：取开关岛内a相各电压量测，取平均值；
S22：求各a相电压量测与平均值的偏差；
S23：去除与平均值偏差大于5％的各个量测中最坏的量测，返回S21，若没有偏差大于
5％的点，则终止最可信a相电压幅值Ua的计算；
S24：用上述方法计算出Ub和Uc；
S25：计算Ua、Ub、Uc的平均值U；
S26：当Ua、Ub、Uc与U的偏差均小于5％时，认为系统处于平衡状态，取U为最可信
相电压，否则认为系统处于不平衡状态或电压量测有问题，终止电流量测回路检测。
3.根据权利要求1所述的基于遗传算法的变电站电流量测回路故障检测方法，其特征
在于，所述步骤S6包含以下步骤：
S61：变量定义，取各支路的相电流幅值量测I、三相有功P和三相无功Q作为待优化
求解的参数，为了简化算法，不再对这些量分类处理，用统一的Xi来表示这些量的期望值，
Xm...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩敏，郭晓斌，李鹏，许爱东，陈波，习伟，姚浩，段刚，杨东，王立鼎，秦红霞，徐延明，许君德，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，南方电网科学研究院有限责任公司，北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44