电网在线故障分层诊断方法技术

技术编号:24329521 阅读:74 留言:0更新日期:2020-05-29 19:08
电网在线故障分层诊断方法,涉及电网故障,尤其是一种实现快速有效地在线故障分析,提高电网运行的可靠性、经济性和安全防御能力的电网在线故障分层诊断方法。本发明专利技术基于数据采集与监视控制系统和继电保护信息,包括“开关、SOE事件顺序记录、保护动作以及保护录波”共四层在线故障诊断与识别技术,并通过计量自动化进行验证,通过故障知识库完成识别,辅助调控员完成故障类型、故障区域、关联设备以及影响负荷的分析。本发明专利技术建立了四层诊断机制,实现快速有效地在线故障分析,有利于为调度人员进行后续的故障隔离和故障恢复争取时间,将电网故障造成的损失降到最低程度,帮助其提高电网运行的可靠性、经济性和安全防御能力。

【技术实现步骤摘要】
电网在线故障分层诊断方法
本专利技术涉及电网故障,尤其是一种实现快速有效地在线故障分析,提高电网运行的可靠性、经济性和安全防御能力的电网在线故障分层诊断方法。
技术介绍
当电网发生故障后大量的报警信息通过各变电站的远程终端装置,传送到各级电网调度中心,使调控中心调度员可以及时了解实时电网运行情况。随着电力系统规模的不断扩大和结构的日益复杂,大量的报警信息在短时间内涌人调度中心,远远超过运行人员的处理能力,为调度中心值班人员带来了不小的困扰,特别是在故障时段,保护、开关、越限告警、异常告警、稳/暂态数据、故障简报等各种类型的数据蜂拥而至,在这种高压环境下,海量数据就很容易以恐怖面目示人,易造成调度员误判、漏判。同时,如何合理利用调度自动化数据采集规模扩大的优势,快速、有效地在海量实时数据中获取最重要的信息,提供高智能、高速度、高质量的故障分析服务,帮助电网调度人员抽丝剥茧,实现电网故障的综合智能分析和判断成为调控中心在故障时段进行判断和处理的急切需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的就是现有电网发生故障后,数据量大,容易造成调度员误判、漏判的问题,提供一种实现快速有效地在线故障分析,提高电网运行的可靠性、经济性和安全防御能力的电网在线故障分层诊断方法。本专利技术的电网在线故障分层诊断方法,其特征在于该诊断方法基于数据采集与监视控制系统和继电保护信息,包括“开关、SOE事件顺序记录、保护动作以及保护录波”共四层在线故障诊断与识别技术,并通过计量自动化进行验证,通过故障知识库完成识别,辅助调控员完成故障类型、故障区域、关联设备以及影响负荷的分析,具体分析步骤如下:1)第一层诊断,开关状态诊断:故障发生时,遥信,即开关动作信息最先到达调度,根据断路器跳闸情况来判断故障区域,电力系统中所有的永久性故障,都是通过断路器将故障元件从正常系统中隔离出来,保障系统的稳定运行;继电保护故障参数包括故障相别、跳闸相别、最大故障电流、最大零序电流以及故障测距信息,故障参数依附动作事件信息或采用通用分类数据方式主动上送,且包含绝对时标信息;电网故障诊断以发现失电区作为故障诊断的启动条件,在继电保护故障信息和调度自动化系统中遥信变位信号的支持下,进行实时的网络拓扑分析,根据主保护、失灵保护、后备保护建立变压器、母线、线路与断路器决策树模型,根据开关变位信息,搜索疑似故障元件,依据开关状态(0,1)值判定故障元件在电力系统中的隔离状态;基于上述信息,建立诊断模型:(1)基于电网CIM模型解析生成电网结构:在电力的CIM模型规范中定义端点和连接点,用以表达导电设备之间的连接,变电站中相互连接的母线、刀闸、开关以及站间连接的输电线路,形成电力网络的拓扑结构;(2)基于电网拓扑结构生成诊断模型:以电力网络的拓扑结构为基础,结合电网运行方式,形成系统元件、保护和断路器的拓扑关联矩阵,构建信息融合诊断模型,根据保护配合逻辑及出口方式,定义后备保护拓扑映射规则及完整的信息融合流程,分析模型对网络拓扑变化及连锁故障的适应性,建立主保护、失灵保护和后备保护三层保护模型,依据保护模型建立故障诊断模型;(3)根据变位开关判断故障元件:建立故障诊断模型后,在线实时监听开关变位状态,发现失电区后,启动故障诊断程序;①对信息进行甄别,并对多种因素进行综合考量,避免对事故的错误认定或漏判;②开关变位信号、保护动作信号、潮流扰动信号间具有一定的关联性,通过开关变位信号,结合拓扑分析,发现停电区域后,结合潮流扰动信息和保护动作信息,并进行对比分析,界定开关变位的性质,开关变为性质包括故障扰动、人工操作以及错误信息;③获取到开关变位信息后,搜索相关的故障模型,确定故障特性,分析最小停电范围,确定出故障元件;2)第二层诊断,基于SOE事件故障诊断:通过SOE时间中保护动作和开关变位信息,利用有向无环的贝叶斯网络,对于给定的保护模型,保护出口动作和断路器分合状态,构建一个联合分布条件概率,对于给定电路,用节点表示输入与输出,节点间的有向边表示基本元件的输入与输出之间的依赖关系,指定基本门电路的故障发生概率P,建立针对各类型基本元件的条件概率表与理想概率表,以反映节点的输入与输出间的定量关系,用数学描述为:当:x1,x2,…,xn是同一个网络X中的节点,X=(x1,x2,…,xn),n为随机变量或向量,则n个事件同时发生的概率为:其中πi表示xi的父节点集合;针对网络中的每一个节点xi,其包含了n个基本事件(e1,e2,…,en),除X外如果观察到与之相关联节点的事件结果为E=(x1,x2,…,xn),则xi的第s个事件es发生的条件概率为:设备故障导致的开关变位及保护动作在时间T内完成,并会上送至调度中心监控系统,之后电网进入一个平静期,将该时间范围内所收到的所有动作信号认为是该故障所产生的信号,通过对现场故障的分析和总结,取T值为15秒,该时间段内涵盖电网故障所产生的所有动作信息,且满足故障诊断实时性的需求;根据保护与断路器动作发生时刻进行可信度评估,方法如下:(1)保护与断路器动作时间的时间推理:定义时间区间T(ti)=[ti-Δti,ti+Δti]为时间ti的时间范围约束,Δti是某事件期望动作时间点的允许偏差,表示事件发生时刻的不确定性;定义dij=tj-ti表示ti和tj之间的时间距离,为两个时间点的时间距离范围,Δdij表示时间长度的不确定性;当事件i发生导致事件j发生,若已知ti和则事件j发生的期望时间为:同理,事件i发生导致事件j发生,若已知tj和则事件i发生的期望时间为:实际系统故障发生后保护与断路器都应在整定动作时间范围内动作,基于第一层开关状态诊断,定义了设备的三层保护,即:主保护、失灵保护和后备保护,其相应的元件故障动作延时D(tc,tm)、D(tc,tp)、D(tc,ts)分别为[10,20]、[600,800]、[1850,2250],断路器跳闸相对于保护出口的跳闸延时D(tr,tcb)为[40,60],断路器失灵保护动作相对于动作的延时D(tr,tf)=[180,220],单位为ms;在做保护与断路器动作时间区间推理时,以接收到的第一个保护出口动作为基准时刻,结合保护与断路器动作延时,推理得到元件故障发生的时间区间,在进一步推理得到保护与断路器动作的期望时间区间;(2)动作时刻可信度计算:对于保护与断路器动作信号,由于时间推理得到其动作的期望时间区间T(t)=[t-Δt,t+Δt],系统采集的动作时刻为ti,βtime(i)表示某保护与断路器动作时刻的可信度;分析期望时间区间,符合正态分布,正态分布又称高斯分布;保护与断路器动作信号时间带入高斯函数得到当其动作时间在期望时间内,可信度为高,反之可信度为低;在保护与断路器节点包含两个事件{e1=0,e1=1},当观察到其中一个保护或断路器未动作,则模型中该节点e1=0事件的可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电网在线故障分层诊断方法,其特征在于该诊断方法基于数据采集与监视控制系统和继电保护信息,包括“开关、SOE事件顺序记录、保护动作以及保护录波”共四层在线故障诊断与识别技术,并通过计量自动化进行验证,通过故障知识库完成识别,辅助调控员完成故障类型、故障区域、关联设备以及影响负荷的分析,具体分析步骤如下:/n1)第一层诊断,开关状态诊断:/n故障发生时,遥信,即开关动作信息最先到达调度,根据断路器跳闸情况来判断故障区域,电力系统中所有的永久性故障,都是通过断路器将故障元件从正常系统中隔离出来,保障系统的稳定运行;/n继电保护故障参数包括故障相别、跳闸相别、最大故障电流、最大零序电流以及故障测距信息,故障参数依附动作事件信息或采用通用分类数据方式主动上送,且包含绝对时标信息;/n电网故障诊断以发现失电区作为故障诊断的启动条件,在继电保护故障信息和调度自动化系统中遥信变位信号的支持下,进行实时的网络拓扑分析,根据主保护、失灵保护、后备保护建立变压器、母线、线路与断路器决策树模型,根据开关变位信息,搜索疑似故障元件,依据开关状态(0,1)值判定故障元件在电力系统中的隔离状态;/n基于上述信息,建立诊断模型:/n(1)基于电网CIM模型解析生成电网结构:在电力的CIM模型规范中定义端点和连接点,用以表达导电设备之间的连接,变电站中相互连接的母线、刀闸、开关以及站间连接的输电线路,形成电力网络的拓扑结构;/n(2)基于电网拓扑结构生成诊断模型:以电力网络的拓扑结构为基础,结合电网运行方式,形成系统元件、保护和断路器的拓扑关联矩阵,构建信息融合诊断模型,根据保护配合逻辑及出口方式,定义后备保护拓扑映射规则及完整的信息融合流程,分析模型对网络拓扑变化及连锁故障的适应性,建立主保护、失灵保护和后备保护三层保护模型,依据保护模型建立故障诊断模型;/n(3)根据变位开关判断故障元件:建立故障诊断模型后,在线实时监听开关变位状态,发现失电区后,启动故障诊断程序;/n①对信息进行甄别,并对多种因素进行综合考量,避免对事故的错误认定或漏判;/n②开关变位信号、保护动作信号、潮流扰动信号间具有一定的关联性,通过开关变位信号,结合拓扑分析,发现停电区域后,结合潮流扰动信息和保护动作信息,并进行对比分析,界定开关变位的性质,开关变为性质包括故障扰动、人工操作以及错误信息;/n③获取到开关变位信息后,搜索相关的故障模型,确定故障特性,分析最小停电范围,确定出故障元件;/n2)第二层诊断,基于SOE事件故障诊断:/n通过SOE时间中保护动作和开关变位信息,利用有向无环的贝叶斯网络,对于给定的保护模型,保护出口动作和断路器分合状态,构建一个联合分布条件概率,对于给定电路,用节点表示输入与输出,节点间的有向边表示基本元件的输入与输出之间的依赖关系,指定基本门电路的故障发生概率P,建立针对各类型基本元件的条件概率表与理想概率表,以反映节点的输入与输出间的定量关系,用数学描述为:/n若x...

【技术特征摘要】
1.一种电网在线故障分层诊断方法,其特征在于该诊断方法基于数据采集与监视控制系统和继电保护信息,包括“开关、SOE事件顺序记录、保护动作以及保护录波”共四层在线故障诊断与识别技术,并通过计量自动化进行验证,通过故障知识库完成识别,辅助调控员完成故障类型、故障区域、关联设备以及影响负荷的分析,具体分析步骤如下:
1)第一层诊断,开关状态诊断:
故障发生时,遥信,即开关动作信息最先到达调度,根据断路器跳闸情况来判断故障区域,电力系统中所有的永久性故障,都是通过断路器将故障元件从正常系统中隔离出来,保障系统的稳定运行;
继电保护故障参数包括故障相别、跳闸相别、最大故障电流、最大零序电流以及故障测距信息,故障参数依附动作事件信息或采用通用分类数据方式主动上送,且包含绝对时标信息;
电网故障诊断以发现失电区作为故障诊断的启动条件,在继电保护故障信息和调度自动化系统中遥信变位信号的支持下,进行实时的网络拓扑分析,根据主保护、失灵保护、后备保护建立变压器、母线、线路与断路器决策树模型,根据开关变位信息,搜索疑似故障元件,依据开关状态(0,1)值判定故障元件在电力系统中的隔离状态;
基于上述信息,建立诊断模型:
(1)基于电网CIM模型解析生成电网结构:在电力的CIM模型规范中定义端点和连接点,用以表达导电设备之间的连接,变电站中相互连接的母线、刀闸、开关以及站间连接的输电线路,形成电力网络的拓扑结构;
(2)基于电网拓扑结构生成诊断模型:以电力网络的拓扑结构为基础,结合电网运行方式,形成系统元件、保护和断路器的拓扑关联矩阵,构建信息融合诊断模型,根据保护配合逻辑及出口方式,定义后备保护拓扑映射规则及完整的信息融合流程,分析模型对网络拓扑变化及连锁故障的适应性,建立主保护、失灵保护和后备保护三层保护模型,依据保护模型建立故障诊断模型;
(3)根据变位开关判断故障元件:建立故障诊断模型后,在线实时监听开关变位状态,发现失电区后,启动故障诊断程序;
①对信息进行甄别,并对多种因素进行综合考量,避免对事故的错误认定或漏判;
②开关变位信号、保护动作信号、潮流扰动信号间具有一定的关联性,通过开关变位信号,结合拓扑分析,发现停电区域后,结合潮流扰动信息和保护动作信息,并进行对比分析,界定开关变位的性质,开关变为性质包括故障扰动、人工操作以及错误信息;
③获取到开关变位信息后,搜索相关的故障模型,确定故障特性,分析最小停电范围,确定出故障元件;
2)第二层诊断,基于SOE事件故障诊断:
通过SOE时间中保护动作和开关变位信息,利用有向无环的贝叶斯网络,对于给定的保护模型,保护出口动作和断路器分合状态,构建一个联合分布条件概率,对于给定电路,用节点表示输入与输出,节点间的有向边表示基本元件的输入与输出之间的依赖关系,指定基本门电路的故障发生概率P,建立针对各类型基本元件的条件概率表与理想概率表,以反映节点的输入与输出间的定量关系,用数学描述为:
若x1,x2,...,xn是同一个网络X中的节点,X=(x1,x2,...,xn),n为随机变量或向量,则n个事件同时发生的概率为:



其中πi表示xi的父节点集合;
针对网络中的每一个节点xi,其包含了n个基本事件(e1,e2,...,en),除X外如果观察到与之相关联节点的事件结果为E=(x1,x2,...,xn),则xi的第s个事件es发生的条件概率为:



设备故障导致的开关变位及保护动作在时间T内完成,并会上送至调度中心监控系统,之后电网进入一个平静期,将该时间范围内所收到的所有动作信号认为是该故障所产生的信号,通过对现场故障的分析和总结,取T值为15秒,该时间段内涵盖电网故障所产生的所有动作信息,且满足故障诊断实时性的需求;根据保护与断路器动作发生时刻进行可信度评估,方法如下:
(1)保护与断路器动作时间的时间推理:
定义时间区间T(ti)=[ti-Δti,ti+Δti]为时间ti的时间范围约束,Δti是某事件期望动作时间点的允许偏差,表示事件发生时刻的不确定性;定义dij=tj-ti表示ti和tj之间的时间距离,为两个时间点的时间距离范围,Δdij表示时间长度的不确定性;
当事件i发生导致事件j发生,若已知ti和则事件j发生的期望时间为:



同理,事件i发生导致事件j发生,若已知tj和则事件i发生的期望时间为:



实际系统故障发生后保护与断路器都应在整定动作时间范围内动作,基于第一层开关状态诊断,定义了设备的三层保护,即:主保护、失灵保护和后备保护,其相应的元件故障动作延时D(tc,tm)、D(tc,tp)、D(tc,ts)分别为[10,20]、[600,800]、[1850,2250],断路器跳闸相对于保护出口的跳闸延时D(tr,tcb)为[40,60],断路器失灵保护动作相对于动作的延时D(tr,tf)=[180,220],单位为ms;
在做保护与断路器动作时间区间推理时,以接收到的第一个保护出口动作为基准时刻,结合保护与断路器动作延时,推理得到元件故障发生的时间区间,在进一步推理得到保护与断...

【专利技术属性】
技术研发人员:张弓帅张碧华叶小虎袁伟徐书杰
申请(专利权)人:云南电网有限责任公司玉溪供电局
类型:发明
国别省市:云南;53

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