一种基于PHM的中低压配电网运维系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于PHM的中低压配电网运维系统及方法，系统包括数据信息采集与处理模块、状态监测及故障预警模块、故障检测与隔离模块、配电网健康状态评估模块。利用配电网中性点的零序电压突变能量E(k)作为配电网的故障预警的启动判据；当某条馈线达到预警级别后，启动故障检测与隔离模块，利用故障馈线上各个终端节点测量的正序电流故障分量进行故障方向判别并完成故障定位，利用每相电压幅值进行故障类型识别；主站在完成故障定位与识别后，在配电网中性点主动投入小电阻进行故障隔离。本发明专利技术能够实时监测配电系统的运行状态，同时对配电系统健康状态进行管理，提高了配电系统运行效率和运维工作水平。系统运行效率和运维工作水平。系统运行效率和运维工作水平。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PHM的中低压配电网运维系统及方法


[0001]本专利技术属于故障预测与健康状态管理技术(PHM)领域，是一项在集数据采集、信息处理、特征提取、状态监测、故障预警、健康管理、人工智能算法等多技术融合后，监控系统针对异常情况给出合理化建议的技术，PHM配电运维系统包含基于电网流量的全景状态监测、基于中性点零序电压突变量进行故障预警、基于正序电流故障分量构造馈线区段故障方向判据，并准确定位故障区段，利用故障区段检测点的每相电压幅值进行故障类型识别、零序电流幅值比生成故障决策，最后根据配电网停电时长比例积累值进行划分的健康等级并形成配电系统运维报告，尤其涉及一种基于PHM的中低配电网运维系统及方法。

技术介绍

[0002]随着全国各级电网的升级改造，导致配电系统运维人员工作量加大，人工难以兼顾设备运行数据的完整性分析、配电网故障抢修的精益化管理和故障抢修方案的科学而快速的制定。目前，国家电网广泛运用的OneCenter、Manage Enngine等电力网络运维产品受制于配电网自动化系统运行方式和网络拓扑影响，存在故障区域隔离不够快速、非故障区域的供电恢复不及时等问题，制约了运检部门管理水平的发展。因此，设计一套智能化水平高、扩展性强、可远程管理的现代配电网智能化运维模型，对于减少故障时间、恢复非故障区供电、提高配电系统运行效率和运维工作水平等具有重大意义。
[0003]传统的配电网运维主要是在集中智能控制下依赖专业人员协调配电自动化系统主站、子站和配电终端完成故障抢修和恢复非故障区域供电。传统的运维系统有如下缺陷：1.随着配电网规模趋于复杂，配电系统在高级应用间出现缺乏信息交互、故障信息交叠等浪费、大量数据和信息计算中处理能力低等问题，从而导致人员巡检质量较低，不能保证运维的智能化和集中化；2.目前运维模式的灵活性不足，适应不了错综复杂、经常变化的配电网络结构，不能随着企业的组织结构、流程、业务的变更而改变，从而无法保障结果的有效性；3.配电测量终端在户外容易受到天气、环境的影响，加之通信可能出现的干扰导致上传的故障信息容易发生畸变和缺失，由于现有运维体系中的故障诊断算法不能容错畸变故障信息，从而导致故障诊断出现误判漏判现象，运维系统难以适应突发的各种情况。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于PHM的中低压配电网运维系统及方法，该系统是在PHM模型框架下，设计并实现了数据信息采集与处理、状态监测及故障预警、故障检测与隔离、配电网健康状态评估。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于PHM的中低压配电网运维系统，包括数据信息采集与处理模块、状态监测及故障预警模块、故障检测与隔离模块、配电网健康状态评估模块。
[0007]所述数据信息采集与处理模块和状态监测、故障预警模块、故障检测与隔离模块、配电网健康状态评估采用电性连接。
[0008]数据信息采集与处理模块包括对数据的前期处理、对数据的存储、对数据的传输等。具体是，采集的数据包括各个终端智能单元的零序电压和正序电流，将上述所监测的特征参数和性能数据经过去噪、压缩、高通滤波，分别通过SNMP/IPMI协议传输到指定位置建立分布式存储集群；为降低后期计算系统的复杂度，在分布式存储集群中对特征数据进行做综合处理，去掉冗余的特征，确定能够表示配电系统是否故障的零序电压突变量、正序电流故障分量、三相电压幅值。
[0009]状态监测与故障预警模块中的状态监测单元主要是通过实时监控配电网中性点相邻两个采样点的零序电压突变量ΔU0(k)，并根据ΔU0(k)定义突变能量E(k)，将E(k)作为配电网的预警信号，将故障馈线和健全馈线零序电流突变方向相反的原理作为馈线故障诊断程序的启动判据，当系统检测到故障馈线时，FU向主站SCADA系统发出馈线故障的预警信号，判定该条馈线发生故障，同时并启动本馈线的故障诊断程序：
[0010]ΔU0(k)＝U0(k)
‑
U0(k
‑
1)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0011][0012]式(1)中U0(k)表示馈线首端FU零序电压幅值，k表示当前采样点，K表示一定时窗内的采样点数且k≥K；系统处于正常运行状态，零序电压变化率很小，此时E(k)接近于零，发生故障后E(k)突变明显，通过实时检测E(k)的变化，当E(k)≥E(k)
ε
时，发出馈线故障的预警信号的同时并驱动本馈线的故障诊断程序，式(2)中ΔU0(n)表示第n个采样点的零序电压突变量；
[0013]故障检测与隔离模块包括故障馈线内ZU(区域单元智能)的故障方向判别单元、故障区段定位单元、故障类型识别单元、故障隔离单元。
[0014]ZU的故障方向判别单元主要采集故障馈线上故障点上、下游ZU的正序电流故障分量，并由此判定各个ZU的故障方向。首先定义ZU电流故障分量为设置正向、反向故障电流判据Δθ为：
[0015][0016][0017][0018]式(3)中为流经ZU的正序电流故障分量、为建立的检测ZU故障方向的参考向量；式(4)中为ZU的故障电流分量的导数，为故障电流分量正导数，为故障电流分量的负值；式(5)中，ΔT为时间间隔，ΔT＝1/(N
×
f)，N为采样数目，f为电源频率。
[0019]考虑终端测量装置的误差，在式(3)引入泛化角σ以提高了故障方向判据的精度：
[0020][0021]在确定故障线路在完成故障方向判别后启动故障区段定位单元。利用故障点上游的所有ZU判断出正向故障，故障点下游所有的ZU判断出反向故障这一原理确定故障区段。
[0022]在完成故障区段定位单元后进入故障类型识别单元。根据采集的故障区段两端ZU三相电压信息|U
ki
|，判定故障为单相、两相、三相故障。
[0023][0024]式(7)中|U
ki
|为每相电压幅值，考虑过渡电阻的影响设置一个故障节点电压阈值|U
th
|，|U
z
|为故障区域内正常运行时额定电压的5％；η
z
为安全系数。
[0025]故障隔离单元：在完成上述故障定位与识别后，在配电网中性点主动投入小电阻，比较小电阻接入前后检测节点的工频零序电流幅值比K
R
进行故障隔离。
[0026][0027]式(8)I0为ZU的工频零序稳态电流幅值，t为中性点小电阻投入时刻，ΔT为中性点小电阻投入前后的一个周期。在完成故障检测与隔离模块后进入配电网健康状态评估模块。以配电系统每周的运行数据和状态为统计分析对象，根据该配电系统一周的停电时长比例累积值S将配电网健康等级分为3级：良好健康、一般、较差。
[0028][0029]式(9)中S表示配电系统一周的停电时长比例累积值，S
N
为配电网一周内的停电总时长，S
j
为统计周中该区段第j次停电事故中的停电时长，n本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PHM的中低压配电网运维系统，其特征在于，包括数据信息采集与处理模块、状态监测及故障预警模块、故障检测与隔离模块、配电网健康状态评估模块；所述数据信息采集与处理模块和状态监测、故障预警模块、故障检测与隔离模块、配电网健康状态评估采用电性连接，用于中低压配电网运维系统各项故障状态信息的采集，采集的故障状态信息分别通过SNMP/IPMI协议传输到指定位置建立分布式存储集群；为降低后期计算系统的复杂度，在分布式存储集群中对特征数据进行综合处理，去掉冗余的特征；状态监测及故障预警模块是在配电网分层式拓扑结构中，当配电网中性点检测到零序电压突变能量ΔU0(k)，并根据ΔU0(k)定义突变能量E(k)，将E(k)作为配电网的预警信号，当E(k)超过设定的阈值时，触发故障预警模块服务，利用故障发生后，故障馈线和健全馈线零序电流突变方向相反的原理作为馈线故障诊断程序的启动判据，当系统检测到故障馈线时，FU向主站SCADA系统发出馈线故障的预警信号，判定该条馈线发生故障，同时并启动本馈线的故障诊断程序：ΔU0(k)＝U0(k)
‑
U0(K
‑
1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中U0(k)表示中性点零序电压幅值，式(2)中k表示当前采样点，K表示一定时窗内的采样点数且k≥K；系统处于正常运行状态，零序电压变化率很小，此时E(k)接近于零，发生故障后E(k)突变明显，通过实时检测E(k)的变化，当E(k)≥E(k)
ε
时，发出馈线故障的预警信号的同时并驱动本馈线的故障诊断程序，式(2)中ΔU0(n)表示第n个采样点的零序电压突变量；故障检测与隔离模块，包括故障馈线内ZU的故障方向判别单元、故障段定位单元、故障类型识别单元、故障隔离单元；故障馈线内ZU的故障方向判别单元：确定故障馈线上各个ZU处获得正序电流信息；其次经周波延迟法得到ZU的正序电流故障分量，首先定义ZU电流故障分量为设置正向、反向故障电流判据Δθ为：反向故障电流判据Δθ为：利用时域计算故障t时刻正序电流故障分量的正、负一次导数：式(3)中为流经ZU的正序电流故障分量、式(3)中为建立的检测ZU故障方向的
参考向量；式(4)中为ZU的故障电流分量的导数，为故障电流分量正导数，为故障电流分量的负值；式(5)中，ΔT为时间间隔，ΔT＝1/(N
×
f)，N为采样数目，f为电源频率；计算参考向量并得到ZU故障方向判定相角Δθ，考虑终端测量装置的误差，在式(3)引入泛化角σ以提高了故障方向判据的精度：根据式(6)判别故障馈线上各个ZU的故障方向；故障段定位单元：利用在装设于馈线的ZU判断故障方向并完成故障定位，故障点上游的所有ZU判断出正向故障，故障点下游所有的ZU判断出反向故障，根据故障区段两端ZU的故障方向的异同确定馈线的故障区段，若故障区段两端ZU的故障方向相反，则此区段线路发生故障，编码为
“‑
1”；若故障方向相同，则此区段线路正常运行，编码为“1”；故障类型识别单元：启动故障识别程序，根据采集的故障区段两端ZU三相电压信息|U
ki
|，若只有单相电压满足式(7)，则故障区段内发生单相故障；若三相中每一...

【专利技术属性】
技术研发人员：高锋阳，李昭君，曾林，袁成，李晓峰，齐晓东，
申请(专利权)人：甘肃交达工程检测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：