一种智能变电站的故障诊断与评估方法技术

本发明专利技术公开了一种智能变电站的故障诊断与评估方法，其特征是，具体步骤为：步骤一：构建智能变电站故障诊断与评估信息模型；步骤二：基于故障诊断与评估信息模型，对智能变电站中的一次设备、二次设备和网络设备计算故障和评估指标；步骤三：采用Petri网对智能变电站进行初级故障诊断与评估；步骤四：采用基于知识库的分布式专家系统进行最终诊断和评估。本发明专利技术具有诊断过程清晰明了、诊断方法快速实用、诊断结果精确可靠的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种故障诊断与评估方法，尤其涉及。
技术介绍
随着智能电网建设的不断深入，作为智能电网核心部分的智能变电站建设也在飞速发展。国家电网在2010年2月发布《智能变电站设计规范》将智能变电站(SmartSubstation)定义“为采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站”。从中可以看出，与常规变电站相比，智能变电站对管理和维护工作提出了更高要求。同时该规范首次定义了智能变电站应具有智能告警和故障信息综合分析决策功能“应建立变电站故障信息的逻辑和推理模型，实现对故障告警信息的分类和过滤，在故障情况下对包括事件顺序记录信号及保护装置、相量测量、故障录波等数据进行数据挖掘，对变电站的运行状态进行在线实时分析和推理，自动报告变电站异常并提出故障处理指导意见。”该定义初步明确了智能变电站应具有故障诊断和评估功能，但其功能定义与常规变电站没有明显区别，没有完全体现出智能变电站通信网络化、设备数字化、智能化之后对故障诊断和评估功能的新的需求。如何为智能变电站运行提供有效的监测和维护手段，并使监测和维护手段自动化、智能化达到智能变电站的功能要求是今后智能变电站建设中需要解决的主要问题之一。变电站智能化之后，其二次系统结构和形态与常规变电站相比发生革命性变化，表现为物理的通信网络承载功能逻辑信号，常规二次回路变为通信网络，信号之间的连接变为虚拟端子和虚拟回路。网络物理拓扑与功能信息及信号的输入输出之间不再存在一一对应关系，传统的故障诊断及评估方法大多是基于二次电气回路的故障检测和分析，无法应用于智能变电站，导致对智能变电站故障检测和分析等业务很难开展。同时，现有的变电站故障诊断方法大多仅利用变电站内一次设备本身的运行状态及告警信息抑或利用断路器动作情况及故障报告来进行故障诊断，给出设备故障的概率。因此，现有变电站故障诊断方法存在信息缺失一是没有涉及站内网络拓扑结构，没有涉及拓扑结构对于故障诊断过程及结果的影响，更没有涉及到将复杂拓扑结构进行简化，其实用性会限制；二是在故障诊断过程中没有涉及二次通信网络在故障诊断过程中的影响，包括网络设备状态，通信网络质量，信息传输过程的延时、误码及丢包等因素的影响，这在智能变电站故障诊断中是不可或缺的。Petri网理论及专家系统在智能变电站故障诊断过程中应用较为广泛，但是基于拓扑结构的诊断方法至今尚未形成理论，而且利用单个Petri网或专家系统进行故障诊断评估，虽然过程较为快速，但没有融合智能变电站的全景信息，导致结果的精确度不高，在信息不确定情况下的容错性能也难以保证。智能变电站一次设备的智能化，使一次设备本体与二次系统中的合并单元、智能组件和智能终端等各种智能装置关联，未来这些智能装置将会与一次设备本体集成，一次设备直接接入二次系统网络，一次系统与二次系统的关联更加紧密，仅依靠一次系统及有限的保护和录波信息无法完整、准确地刻画智能变电站故障的知识特征。由此可见，智能变电站二次系统结构的变化及其对管理和维护手段的自动化和智能化要求提高，使传统的故障诊断和评估方法在诊断深度和诊断方法上已不能满足变电站智能化运行的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供，它具有诊断过程清晰明了、诊断方法快速实用、诊断结果精确可靠的优点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案—种智能变电站的故障诊断与评估方法，具体步骤为步骤一构建智能变电站故障诊断与评估信息模型；步骤二 基于故障诊断与评估信息模型，对智能变电站中的一次设备、二次设备和网络设备计算故障和评估指标；步骤三采用Petri网对智能变电站进行初级故障诊断与评估；步骤四采用基于知识库的分布式专家系统进行最终诊断和评估。所述步骤一的具体步骤为(1-1)通过智能变电站的功能配置模型获得智能变电站的静态信息，利用智能终端、智能组件合并单元、智能二次装置、变电站网络报文记录分析系统获取智能变电站的动态息;(1-2)利用IEC61850标准通信模型作为变电站基本信息模型，建立对通信网络基类模型的描述；(1-3)根据组网设备、网络结构、网络配置信息和实时运行信息对通信网络基类模型细化和扩展，建立通信网络的UML功能信息模型；(1-4)完善IEC61850模型中对逻辑设备、逻辑接地实例名称的语义体系；(1-5)将通信网络的UML功能信息模型与变电站基本信息模型进行协调，形成智能变电站的故障诊断与评估的信息模型。所述静态信息包括智能变电站主接线拓扑，一次设备和二次装置的物理和逻辑关联信息，通信网络的组网信息；所述动态信息包括一次设备的运行信息、断路器和隔离开关的位置，保护和控制装置的动作信息，以网络报文体现的采样值、流量信息。所述功能配置模型为采用变电站配置语言SCL描述的功能配置文件。所述步骤二的具体步骤为(2-1)收集智能变电站中的一次设备、二次装置和网络设备的状态量、缺陷、家族性缺陷、平均无故障时间和平均可用度；(2-2)定义故障率入、修复率U、设备健康度O、装置置信度5为智能变电站中一次设备、二次设备和网络设备的故障和评估指标；(2-3)利用步骤(2-2)中的指标对智能变电站中的单个元件进行故障评价。所述状态量为直接或间接表征设备状态的技术指标、性能和运行情况参数；所述缺陷指设备在运行中影响其完成预定功能的各种状态，分一般缺陷、重要缺陷、紧急缺陷；所述家族性缺陷为由同一设计、同一原理、同一厂家、同一批次、同一器件、同一工艺等引起的设备共性缺陷；所述平均无故障时间分为单台设备平均无故障时间与同类设备平均无故障时间；所述平均可用度分为单台设备平均可用度与同类设备平均可用度。所述故障率\表征元件发生故障的概率；所述修复率U表征元件故障后修复的概率，根据状态量、缺陷、家族性缺陷、平均无故障时间和平均可用度参数计算得到；所述装置置信度S用来衡量二次智能装置和网络设备工作的不确定性；设备健康度O表征采用不同的标准评估后得到某个设备各参数因子的指数，对各参数因子指数进行综合得到反映设备总体健康水平的单数据指标。所述步骤三的具体步骤为(3-1)变电站发生故障后，Petri网I从智能变电站故障诊断与评估信息模型中获取一次设备和二次设备的静态信息和动态信息；(3-2)Petri网I根据一次设备和二次设备的静态信息和动态信息，定位依次系统的故障元件，评价保护动作正确性，并将保护动作评价结果输出到Petri网II和专家系统I ;(3-3)Petri网II结合智能变电站故障诊断与评估信息模型中的智能装置信号配置信息，对二次智能装置之间的信号逻辑正确性进行诊断，并将诊断结果输出到Petri网III和专家系统II ；(3-4) Petri网III从智能变电站故障诊断与评估信息模型中获取网络的静态信息和动态信息，根据Petri网II的信号诊断信息和对通信网络进行诊断，并将诊断信息送入专家系统III ；(3-5) Petri 网 III 输出 Petri 网1、Petri 网 I1、Petri 网 III 的处理信息，形成初级诊断结果。所述网络静态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能变电站的故障诊断与评估方法，其特征是，具体步骤为：步骤一：构建智能变电站故障诊断与评估信息模型；步骤二：基于故障诊断与评估信息模型，对智能变电站中的一次设备、二次设备和网络设备计算故障和评估指标；步骤三：采用Petri网对智能变电站进行初级故障诊断与评估；步骤四：采用基于知识库的分布式专家系统进行最终诊断和评估。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高湛军，陈青，聂德桢，王磊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：