基于与或树模型的电网故障诊断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统电网故障诊断领域，尤其是涉及一种基于与或树模型的电网故障诊断方法。
【背景技术】
[0002]电力系统故障诊断是电网发生停电事故后迅速恢复供电的前提条件。在故障发生后的第一时间，保护启动信息、保护动作信息及断路器跳闸信息几乎同时从本地的信号发生装置向调度中心汇集，大量报警信息在调度端极易形成网络拥塞。另外考虑到数据包中间经过多次路由中转并且与SCADA、WAMS等系统共享电力通信网络带宽，报警信息到达故障诊断服务器时，经常出现信息缺失、畸变等情况。因此，发明一种适应于各类情况的电网故障诊断方法，进而提高故障诊断模型的容错性，在报警信息不完善的情况下仍然能够对故障元件进行准确判定，并对缺失的信息进行追踪以便后期维护，是具有现实意义的。
[0003]目前电网故障诊断中面临的主要问题是:
[0004](I)故障报警信息到达调度端时经常发生缺失的情况。在故障发生后的第一时间，保护及断路器动作信息几乎同时从本地的信号发生装置向调度中心汇集，大量报警信息在调度端极易形成网络拥塞。另外考虑到数据包中间经过多次路由中转并且与SCADA、WAMS等系统共享电力通信网络带宽，因此报警信息到达故障诊断服务器时，经常出现信息缺失、畸变等情况。
[0005](2)针对报警信息缺失的情况，目前提高故障诊断模型容错性的方法主要依靠穷举的方式将所有可能的报警信息进行组合，然后通过优化算法与调度中心实际收集到的报警信息即期望值进行比较，从而判定故障元件及漏报的报警信息。然而随着电网的不断扩大以及双重化保护的配置，报警信息的组合数量急剧增加，导致该方法收敛性差且复杂度较高。
[0006]另一方面，许多被传统故障诊断算法所忽略的数据也能够为故障元件的判定提供有价值的信息，例如电网拓扑以及保护启动信息。其中，电网拓扑能够将可疑故障元件与断路器及保护串连起来，形成一个完整的诊断模型；而保护启动信息可以在保护出口信息丢失的情况下为提供故障元件的判定提供可靠的依据。
【发明内容】
[0007]为解决上述问题，本发明提供了一种基于与或树模型的电网故障诊断方法。
[0008]本发明采用如下技术方案:
[0009]一种基于与或树模型的电网故障诊断方法，包括以下步骤:
[0010]步骤(I):采集电网中断路器跳闸信息形成停电区域；
[0011]步骤(2):选定停电区域内的一个元件为可疑故障元件，对其进行广度优先遍历运算形成遍历生成树；
[0012]步骤(3):建立停电区域内的可疑故障元件的与或树故障诊断模型；
[0013]步骤(4):采集断路器故障信息，并将采集到故障信息代入可疑故障元件的与或树故障诊断模型，若该与或树模型可解，则可判定为故障元件，否则不是故障元件；重复上述步骤直至找到故障元件；
[0014]步骤(5):根据与或树诊断模型中的保护启动节点、保护动作节点和断路器动作节点的位置分布情况，与正确动作的与或树模型相对比，对故障诊断结果进行事故后评价分析，确定保护的误动和拒动情况，以及丢失的报警信息。
[0015]所述步骤(I)断路器通过隔离故障元件对电网进行保护，所述保护情况包括:保护动作和断路器跳闸；根据断路器与故障元件的距离，保护分为:主保护，近后备保护和远后备保护。
[0016]所述步骤(2)中形成遍历生成树的过程为:
[0017]步骤(2.1):设定遍历出发点为可疑故障元件，搜索分支停止的条件为搜索到电源或负载节点；
[0018]步骤(2.2):将步骤(2.1)遍历经过的顶点以及边，按照由上到下的顺序重新组合，形成以可疑故障元件为根节点的树形结构；
[0019]步骤(2.3):在电网拓扑中，除可疑故障元件外，只保留与故障元件的发生因果关系的断路器，简化步骤(2.2)形成的树形结构；
[0020]步骤(2.4):可疑故障元件，及与可疑故障元件距离最近的断路器均位置不变，所述可疑故障元件距离最近的断路器分别为左子树和右子树的根节点；
[0021]步骤(2.5):前移步骤(2.3)化简的树形结构中的其余断路器，将其分别作为其所在左子树或右子树的根节点的下级子树，形成最终的遍历生成树。
[0022]所述步骤(3)中可疑故障元件的与或树诊断模型的生成方法为:
[0023]用并行的保护-断路器二元与树以及后备保护-断路器失灵保护的或树模型代替步骤(2)中的遍历生成树中的断路器节点，得到可疑故障元件的与或树故障诊断模型。
[0024]所述步骤(3)中的保护-断路器二元与树的生成过程为:
[0025]根据保护与断路器在配置上存在动作前后的逻辑关系，将电网中的保护动作和保护启动信息作为左子树的根节点的下级子树，且保护动作信息与保护启动信息是与的逻辑关系；保护关联断路器作为右子树的根节点的下级子树，所述保护关联断路器之间也是与的逻辑关系。
[0026]所述步骤(3)中的后备保护-断路器失灵保护的或树的生成过程为:
[0027]当电网中出现保护或断路器拒动的情况，后备保护或者断路器失灵保护会跳开远端断路器切断故障电流，此时后备保护-断路器二元与树和断路器失灵保护-断路器二元与树组合成一棵或树，得到后备保护-断路器失灵保护的或树。
[0028]所述步骤(4)中的断路器故障，包括:保护及断路器正确动作；断路器失灵保护未投入运行；断路器失灵保护投入运行；及保护拒动。
[0029]所述步骤(4)中的断路器故障信息，包括:跳闸信息、保护启动信息和保护动作信息。
[0030]本发明的有益效果为:
[0031](I)本发明在传统诊断模型的基础上加入了电网拓扑元素以及保护启动信息，形成了对电网故障元件的与或树诊断模型；
[0032](2)本发明的诊断模型包含电网拓扑、保护启动信息、保护动作信息以及断路器跳闸信息，相对于传统诊断模型，包含的数据量更加丰富，有良好的信息冗余功能；
[0033](3)本发明的与或树模型基于电网拓扑且对结果有可解释性，因此该模型具有更好的通用性，分析结果可辅助运行人员建立及时有效的电网故障修复策略，提高电网的供电可靠性。
【附图说明】
[0034]图1为本发明所用的电网示例图；
[0035]图2(a)为本发明所用的电网示例图的线路LI的遍历生成树模型；
[0036]图2(b)为本发明的遍历生成树经过剪枝处理后模型；
[0037]图2(c)为本发明除可疑故障元件外只保留断路器节点简化后的遍历生成树模型；
[0038]图2(d)为本发明的最终的遍历生成树；
[0039]图3 (a)为保护-断路器二元与树；
[0040]图3 (b)为后备保护-断路器失灵保护的或树模型；
[0041]图4为针对可疑故障元件形成的与或树诊断模型；
[0042]图5 (a)为保护及断路器正确动作情况下与或树诊断模型的解法；
[0043]图5 (b)为断路器失灵保护未投入运行情况下与或树诊断模型的解法；
[0044]图5 (C)为断路器失灵保护投入运行情况下与或树诊断模型的解法；
[0045]图5(d)为保护拒动情况下与或树诊断模型的解法。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0047]本发明的工作原理:
[0048]首先通过断路器跳闸信息对电网拓扑进行分析，划定停电区域；由于故障元件一定会在停电区域内，因此可将停电区域内的元件视为可疑故障元件；然后，对每一个可疑故障元件建立与或树诊断模型，并将收集到的断路器跳闸信息、保护启动信息和保护动作信息代入到该模型，若该模型可解，则为故障元件。
[0049]图1中，线路LI两边配置两个主保护P1、P2。若线路LI发生故障，故障电流触发保护P1、P2，进而使断路器CBl和CB2跳闸。
[0050]图2所示是得到线路LI遍历生成树的步骤为:
[0051]I)由于故障电流方向是从电源到故障元件，因此本发明将遍历出发点设定为可疑故障元件，搜索分支停止的条件为搜索到电源或负载节点。
[0052]2)将遍历经过的顶点以及边，按照由上到下的顺序重新组合，形成的树形结构，本发明定义为遍历生成树。据此定义，图1中LI的遍历生成树如图2(a)所示。若远后备保护的整定范围为N条线路，则当电网中的元件发生故障，沿其遍历生成树各分支向下搜索，N条线路之内的线路保护均会发出启动信息，N条线路之外的树枝可做剪枝处理。图2(a)所