基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1：从多源故障诊断系统采集电力系统输电线路多源故障数据，包括电气量数据、开关量数据、保护动作信号；步骤2：对采集的电气量数据进行特征量的提取，转换为对应的模式状态矩阵，与预设的标准模式状态矩阵进行匹配，识别出不良电气量数据并替换；步骤3：对保护动作信号进行识别和修正，并基于电气量数据对开关量数据进行不良数据辨识与恢复；步骤4：对发生故障前的线路状态判断，并基于时序因果网络进行故障定位。本发明专利技术可以综合多源信息从全局的角度实现诊断。

【技术实现步骤摘要】
基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法及系统
本专利技术涉及电力系统领域，尤其涉及一种基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法及系统。
技术介绍
电力系统发生故障情况下，快速、准确的故障诊断对减少电能中断时间和增强供电可靠性意义重大，作为事故后恢复的第一步，就应实现快速、准确的故障诊断以隔离故障元件，并采取相应措施恢复非故障区域的供电。线路故障占电网故障的80％以上，做好线路故障诊断，是电网稳定运行的基本要求。线路故障诊断是根据事发环境下各类信息进行故障识别的过程。随着电网数字化水平和电力调度自动化水平的不断提高，利用采集的各类信息进行电力系统线路故障诊断成为可能。但现阶段，由于电力系统专业化特点，现有故障诊断策略大都偏重于利用单个诊断对象的局部信息，不能综合多源信息从全局的角度实现诊断；同时，一些研究都是在现有模型基础上引入新的智能算法，缺乏对电网物理模型和故障数据特点的综合考虑。随着电网各信息系统不断完善，系统间的交互愈来愈紧密，用于电网故障诊断的相关信息可以由多个系统获得，数据采集与监视控制系统(SCADA系统)能提供大量的开关量信息和动态电气量信息，保信系统能提供保护动作信息，录波联网系统提供录波暂态电气量信息。综合利用故障的多源数据进行故障处理，实现各故障信息之间的互联共享，可有效进行故障诊断，并提高故障诊断的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是建立一种基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，综合利用故障的多源数据进行故障分析，可有效进行故障诊断，并提高故障诊断的准确性。本专利技术为实现上述专利技术目的所采用的技术方案是：提供一种基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1：从多源故障诊断系统采集电力系统输电线路多源故障数据，包括电气量数据、开关量数据、保护动作信号；步骤2：对采集的电气量数据进行特征量的提取，转换为对应的模式状态矩阵，与预设的标准模式状态矩阵进行匹配，识别出不良电气量数据并替换；步骤3：对保护动作信号进行识别和修正，并基于电气量数据对开关量数据进行不良数据辨识与恢复；步骤4：对发生故障前的线路状态判断，并基于时序因果网络进行故障定位。接上述技术方案，该故障诊断方法还包括：步骤5：将采集的故障线路的电气量数据输入预先训练好的故障类型辨识模型，得到故障类型辨识结果。接上述技术方案，所述多源故障诊断系统包括SCADA系统、录波联网系统、保信主站系统。接上述技术方案，所述电气量数据包括三相电压幅值和三相电流幅值特征量的提取。接上述技术方案，具体将不良电气量数据用不良数据出现前正常运行数据的均值替代。接上述技术方案，步骤3具体包括：步骤3.1：对比SCADA系统和保信主站系统采集的保护动作信号，进行辨识与恢复；步骤3.2：采用电流突变量启动判据进行故障启动判断，并运用电气量信息进行断路器位置信号修正。接上述技术方案，步骤4的具体包括：步骤4.1：对故障前线路状态进行初步判断，在停电区域内搜索可能故障线路；步骤4.2：查找可能故障线路的因果网络，建立相应的规则矩阵G；步骤4.3：根据报警信息向量B和后备保护元件信息向量K，利用因果网络得到关系矩阵T和可能故障向量P；步骤4.4：求得故障元件向量I＝B×GT和变异故障元件向量V＝K×GT；步骤4.5：求得故障向量F＝(I-V)&P，确定故障线路。接上述技术方案，步骤5的具体包括：步骤5.1：根据故障线路，采集故障线路的动态和暂态电气量信息作为输入数据；步骤5.2：使用Z-Score方法对输入数据标准化处理，并运用变分自动编码器VAE方法进行降维处理；步骤5.3：基于历史数据运用XGboost算法进行故障类型辨识模型训练，将采集的实时数据输入故障类型辨识模型，得到故障类型辨识结果。本专利技术还提供一种基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断系统，包括：数据采集模块，用于从多源故障诊断系统采集电力系统输电线路多源故障数据，包括电气量数据、开关量数据、保护动作信号；识别和修正模块，用于对采集的电气量数据进行特征量的提取，转换为对应的模式状态矩阵，与预设的标准模式状态矩阵进行匹配，识别出不良电气量数据并替换；并对保护动作信号进行识别和修正，并基于电气量数据对开关量数据进行不良数据辨识与恢复；故障定位模块，用于对发生故障前的线路状态判断，并基于时序因果网络进行故障定位。接上述技术方案，还包括：故障类型辨识模块，用于将采集的故障线路的电气量数据输入预先训练好的故障类型辨识模型，得到故障类型辨识结果。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术基于电力系统的多源数据的输电线路故障诊断方法，可以综合多源信息从全局的角度实现诊断，且本专利技术能够准确地判别并恢复电气量和开关量的不良数据，不会对正常的数据产生错误辨识，有效地提高了数据的质量水平。且计算耗时远小于数据的采样间隔时间，满足不良数据辨识与恢复的实时性要求。进一步地，采用的XGBoost模型比其他机器学习模型具有更高的准确度和更好的泛化能力。使得对系统线路故障类型识别具有更高的精度，能够最大程度避免在实际电网工作中出现误判的情况。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1本专利技术实施例线路状态判断逻辑图；图2为本专利技术实施例基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法流程图；图3是本专利技术实施例基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断系统结构示意图。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。本专利技术实施例基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，如图2所示，主要包括以下步骤：步骤1：多源故障诊断系统(以下简称系统)获取电力系统输电线路多源故障数据；步骤2：基于模式状态矩阵的电气量不良数据的辨识与恢复；步骤3：基于电气量数据的开关量不良数据辨识与恢复；这两个步骤(步骤2和步骤3)分别对电气量和开关量不良数据的修正，主要针对由于数据采集、传输、存储等过程中由于数据本身问题导致产生的不良数据。例如：针对电气量不良数据列举了常见四类(短暂数值尖峰、正常值与零值跳变、持续时间为零值、持续时间为极值)；针对开关量不良数据运用电气量信息进行开关量信号修正。步骤4：系统对故障前线路状态判断(如图1所示)，并基于时序因果网络进行故障定位；步骤5：基于机器学习XGboost算法的故障类型辨识。步骤1的输电线路多源故障数据为：SCADA系统：获取动态电气量数据、保护动作信号和断路器状态等开关量数据、报警信息；开关量数据主要是指保护有无动作、断路器处于合闸或者跳闸状态的数据，也就是0和1；而电气量数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：从多源故障诊断系统采集电力系统输电线路多源故障数据，包括电气量数据、开关量数据、保护动作信号；/n步骤2：对采集的电气量数据进行特征量的提取，转换为对应的模式状态矩阵，与预设的标准模式状态矩阵进行匹配，识别出不良电气量数据并替换；/n步骤3：对保护动作信号进行识别和修正，并基于电气量数据对开关量数据进行不良数据辨识与恢复；/n步骤4：对发生故障前的线路状态判断，并基于时序因果网络进行故障定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：从多源故障诊断系统采集电力系统输电线路多源故障数据，包括电气量数据、开关量数据、保护动作信号；
步骤2：对采集的电气量数据进行特征量的提取，转换为对应的模式状态矩阵，与预设的标准模式状态矩阵进行匹配，识别出不良电气量数据并替换；
步骤3：对保护动作信号进行识别和修正，并基于电气量数据对开关量数据进行不良数据辨识与恢复；
步骤4：对发生故障前的线路状态判断，并基于时序因果网络进行故障定位。


2.根据权利要求1所述的基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，其特征在于，该故障诊断方法还包括：
步骤5：将采集的故障线路的电气量数据输入预先训练好的故障类型辨识模型，得到故障类型辨识结果。


3.根据权利要求1所述的基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，其特征在于，所述多源故障诊断系统包括SCADA系统、录波联网系统、保信主站系统。


4.根据权利要求1所述的基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，其特征在于，所述电气量数据包括三相电压幅值和三相电流幅值特征量的提取。


5.根据权利要求1所述的基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，其特征在于，具体将不良电气量数据用不良数据出现前正常运行数据的均值替代。


6.根据权利要求1所述的基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，其特征在于，步骤3具体包括：
步骤3.1：对比SCADA系统和保信主站系统采集的保护动作信号，进行辨识与恢复；
步骤3.2：采用电流突变量启动判据进行故障启动判断，并运用电气量信息进行断路器位置信号修正。


7.根据权利要求1所述的基于多源数据的电力系统输电线路故障诊断方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：金明亮，郭明宇，李勇，郑君林，王英英，李会新，陈祥文，谢俊，杨增力，李学等，王坤，
申请(专利权)人：国家电网公司华中分部，武汉中元华电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42