信息论与专家系统相结合进行电力系统故障诊断的方法技术方案

本发明专利技术公开了属于电力系统安全处理技术领域的一种信息论与专家系统相结合进行电力系统故障诊断的方法。首先建立实际信道的故障诊断信息传递模型，根据电力系统发生故障的停电区域，专家系统进行正向推理得到所有可能故障的设备，然后分别假设可疑设备，再反向推理出对应的开关和保护的动作状态，得到实际通信中所有可能的信源。最后调度中心得到保护和开关的动作状态组成的一组数据序列，建立基于实际信道的故障诊断信息传递模型，根据故障诊断信息传递模型实施检查、修理，排除故障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统安全处理
，特别涉及一种信息论与专家系统 相结合进行电力系统故障诊断的方法。
技术介绍
电力系统故障过程本身存在着不确定性，这种不确定性主要是由保护或断路器误动、拒动，远动信息通信错误等因素造成。在仅能通过SCAM (数据采集与 监控)系统获得故障征兆信号时，电网故障诊断中的不确定性就更加明显，影响 电网故障的实时诊断。贝叶斯网络和信息论都以概率论为基础，可以实现对故障 信息的不确定性进行量化。吴欣，郭创新等人在《电力系统及其自动化学报》2005， 8， 17(4): 11-15 上发表"基于贝叶斯网络的电力系统故障诊断方法" 一文中.Si故障诊断问 题表示为不确定性和不完备信息下的决策问题，建立了基于贝叶斯网 络的分布式处理模型，对信息的不确定性进行了量化，实现了在不确 定性和不完备信息下的电力系统故障诊断。但基于贝叶斯网络的故障 诊断方法需要大量完备的实际故障样本进行训练以提高诊断精度，而 且，现有基于贝叶斯网络的故障诊断方法在处理故障信息的不确定性 时，都假定了事先已经知道缺失的遥信量，再利用其余故障信息对缺 失信息进行估计，然后进行故障诊断。但这样的假设在实际应用中难 以成立，目前实际应用中的SCADA系统，无论是采用原部颁CDT规 约还是采用国际标准的101规约，遥信量都采用变位上送方式，以节 省数据传输量。当发生故障时，即使出现了遥信丢失的情况，在调度 端也难以确定具体是 个遥信量出现了缺失。因此，在现阶段基于贝叶斯网络的故障诊断方法对于遥信信息传输错误带来的不确定性尚不 具备实用性。同样的问题还存在于多种故障诊断方法中。信息论从概率论出发，科学地解决了概率信息的测度问题，能够对不确定信 息进行精确的度量。目前，在信息科学的指导下，已有学者将信息运动和重建理 论应用到电网在线故障诊断中，把电力系统的故障诊断过程看作信息传递过程， 通过求取信息损失的组合优化来计算故障诊断解空间的概率分布。汤磊，孙宏斌，张伯明等在《中国电机工程学报》，2003， 7， 23(7): 5-11中发表"基于信息理 论的电力系统在线故障诊断"一文，文中的诊断方法促进了故障诊断技术的进一 步发展。但在描述信息运动的过程时，完全采用通信系统模型来描述电力系统故 障及其引起的保护动作、开关跳闸的过程，将"保护动作、开关跳闸"环节抽象 为信道模型。把实际接收到的征兆看作确定信息，忽略了实际信道，即忽略了信 息传输中的不确定性，这样不能完全反应故障征兆和故障之间的不确定性。而实 际上，在发生故障的情况下SCADA提供的信息可能与现场的情况不一致，也就 是说信息在传输中出现了错误，直接影响电网的安全和调度员的正确判断，如果 忽略SCADA信号传输中的不确定性，将会影响故障处理的准确性。在上述抽象的信息传输模型中，故障停电区域内的所有设备及其组合都被视 为信源。假设被诊断的电力系统中有M个设备，这M个设备在故障过程中总共能 产生W种征兆信号，则该信道的输入是一个M维的随机矢量，输出是一个W维的 随机矢量。此方法设备可能故障的组合有2^种，可能征兆的组合共有2^种。是 一组庞大的数据，虽然采用了现代优化算法来克服解空间过大的问题，但实际应 用时，仍会影响到诊断速度，尤其是复杂故障时，信源解空间极大，不利于在线 故障诊断。郭创新，朱传柏，曹一家，吴欣等人在《电力系统及其自动化》2006， 4， 30(8): 98 — 103上发表的"电力系统故障诊断的研究现状与发展趋势" 一文中介绍了专家系统在故障诊断中得到了成功的应用，但是由于SCADA信息的模糊性和 不确定性，使专家系统在故障诊断过程中的缺点暴露无遗。 一种情况是调度中心 得到的故障征兆对应多种可疑故障，另一种情况是由于信息的错误传输，导致接 收到的故障征兆无法与专家系统规则相匹配，此时基于专家系统的诊断方法无法 处理这种不确定性。因此，在只有SCADA—个数据源的条件下，如何处理故障和 征兆之间的不确定性，是需要研究的一个重要问题，必须将专家系统与其他技术 相结合，才能提高故障诊断的准确度和实用性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种信息论与专家系统相结合进行电力系统故障诊断 的方法，其特征在于，建立了基于实际信道的故障诊断信息传递模型。首先根据 电力系统发生故障的停电区域，利用专家系统，经过正向推理得到所有可能故障 的设备，然后分别假设可疑设备发生故障，反向推理出对应的开关和保护的动作 状态，得到实际通信中所有可能的信源。得到信源符号后结合保护、开关的拒动 概率和设备故障的先验概率计算出信源的自信息或先验概率，这样故障过程中的 不确定性就包含在信源中。在实际的SCADA系统中，调度中心看到的征兆信息是 由保护和开关的动作状态组成的一组数据序列即信宿，根据信源与信宿的对应关 系，计算通信中信道的转移概率，实现对实际信道中信息不确定性的定量描述。 最后利用信道的转移概率和信源的先验概率计算信源的条件自信息量，再根据信 源的条件自信息量对可疑故障进行排序，调度中心根据排序结果实施故障排除。所述实际信道的故障诊断过程的具体计算步骤如下① 首先根据SCADA所采集到的动作开关记录，通过拓扑分析得到故障后的 所有停电区域；② 通过遥测、遥信以及保护类型及动作时间信息判断出失电区域内动作保 护的性质，如果是主保护动作，将其保护对象作为可疑故障设备，如果是后备保护动作或者无法判断保护性质，将其后备范围内的所有电气设备作为可疑故障设备，縮小故障区域，没有保护信息的失电区域记录为故障区域；◎由专家系统对故障区域内的可疑设备做出基本分析，如果此时只有一个 设备被确定为可疑故障设备，则此时系统发生的是简单故障，如果得到的故障征 兆对应多种故障可能或者无法利用专家系统规则进行决策时，进入复杂故障的分 析(反向推理)； 反向推理分别假设可疑故障设备集中所有单个电气设备故障，同时考 虑组合故障的情况。然后根据②中判断的动作保护性质建立信源。如果判断是主 保护动作，假设设备故障时，只考虑由可疑设备的主保护将其隔离。如果实际是 后备保护动作，假设设备故障时，反向推理到由此后备保护将其隔离。如果保护 性质复杂或者无法判断保护性质，按照主保护或者后备保护动作将故障隔离分别 进行故障假设。推理出导致停电区域的保护、开关动作序列，建立一组故障征兆 组合集(即信源)； 结合设备故障的先验概率、保护和开关的拒动概率计算出每个信源的先 验概率，'然后根据接收的故障征兆信息，利用信息传输理论计算信道转移概率，最后计算出信源的件自信息量(或后验概率条)；⑥将信源的条件自信息量由小到大排列，即将信源的后验概率按照由大到 小排列，排在最前面的信源对应的故障假设最有可能发生，同时可判断出保护和 开关是否正确动作和信息在传输过程中是否存在丢失或者误码的情况。所述保护类型为主保护动作和后备保护动作；主保护满足系统稳定和设备安全要求，能以最快速度有选择地切除被保护 设备和线路故障的保护。即当设备发生故障时瞬时动作的保护；后备保护保护装置拒动、保护回路中的其他环节损坏、断路器拒动、工作 电源不正常乃至消失等时有发生，造成主保护不能快速切除故障，这时需要后备保护来切除故障。即在主保护不动作时再动作的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种信息论与专家系统相结合进行电力系统故障诊断的方法，其特征在于，首先建立实际信道的故障诊断信息传递模型，根据电力系统发生故障的停电区域，利用专家系统，经过正向推理得到所有可能故障的设备，然后分别假设可疑设备发生故障，反向推理出对应的开关和保护的动作状态，得到实际通信中所有可能的信源；最后结合保护、开关的拒动概率和设备故障的先验概率计算出信源的自信息或先验概率，这样故障过程中的不确定性就包含在信源中，在实际的ＳＣＡＤＡ系统中，调度中心看到的征兆信息是由保护和开关的动作状态组成的一组数据序列，这样根据通信中信道的转移概率计算信源的条件自信息量，实现了对实际信道中信息不确定性的定量描述，建立基于实际信道的故障诊断信息传递模型，调度中心根据该故障诊断信息传递模型实施故障排除。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，张莉，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]