专利名称：一种基于网络重构的电力系统故障诊断方法
技术领域：
本发明属于电力系统领域，涉及一种基于网络重构(FDIR)的电力系统故障诊断方法。
背景技术：
现代电力系统运行中，电力系统大面积停电事故是需要引起高度重视的问题。近些年来，国内外电力系统由于稳定破坏曾发生多次大面积停电事故，给国民经济造成极大损害，使社会和人民生活受到很大影响。保证电力系统安全稳定运行，防止大面积停电事故是现代电力系统面临的一项迫切而又重大的任务。另一方面，一旦电力系统发生事故，如何采取正确有效的措施尽可能地缩小停电范围、缩短停电时间，及早恢复供电，成为一个和预防电力系统事故同样重要的问题。电力系统事故处理是一个极其复杂的实时决策过程，存在许多不确定性的因素。 专家系统为解决这一问题提供了一条有希望的途径，这种以领域专家知识和经验为基础进行问题求解的计算机软件系统，在解决复杂的、不确定的信息处理及决策问题方面具有很大潜力。抚顺电网网络重构需求分析。抚顺电网网络重构需要分析抚顺电网由6个子网组成，分别是李石寨网、元龙网、河北网、工农网、和平网、东部网，66kV及以上部分一直以环网方式运行，存在很大的安全隐患，并且发生过几起重大事故。抚顺供电公司投入大量资金对送电线路进行改造，2003 年4月起部分地区陆续实现解网运行。解网运行后，许多重要负荷缺少多电源支持，一旦发生事故将造成巨大损失，后果不堪设想。为保证在电网事故情况下对重要用户可靠供电，可以采用网络重构办法解决这一生产中的重大难题。现场远动装置动作后，既向集控站传送信息，同时也向CC-2000系统传送信息。当前CC-2000系统收到故障信息后，没有作网络重构方面的进一步处理，也不具备向有关的控制装置发送控制指令的功能。对于系统中发生的故障需要快速、准确的做出判断，这就需要对系统中发生的各种故障做出一个分类，这就需要根据故障的特征选出有一定共性的特征分为一类，从而使得在做故障诊断算法时更容易实现。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提出了一种基于网络重构(FDIR)的电力系统故障诊断方法，包括以下步骤步骤1，对系统性故障进行分类，按照设备类型将故障分为以下类别1)主变故障主变有备故障-Bl型，两台或两天以上主变并列、分裂或者有备用运行时，其中一台运行主变发生跳闸故障；首先考虑站内负荷切换，利用备自投装置，将故障主变原有负荷切换到其他主变；如果切换不成功，则通过联络线利用其他一次变电源带出故障主变全部或部分负荷；主变无备故障-B2型，因高压母线失电或其他原因，导致变电站主变全部跳间故障；通过联络线利用其他一次便电源带出故障主变全部或部分负荷；2)母线故障母线有备故障-Ml型，双母或双母带旁母运行时，其中一条母线故障；首先考虑利用备自投装置，将故障母线原有负荷切换到其他母线；如果切换不成功，则通过联络线利用其他一次便电源带出故障母线全部或者部分负荷；母线无备故障-M2型， 变电站所有母线同时发生故障；通过联络线利用其他一次变电源带出故障母线全部或部分负荷；具 有多条母线的变电站单母运行时，如果运行母线发生故障，属于无备故障；3)联络线故障联络线有备故障-Ll型，两条或者两条以上的联络线并列或者有备运行时，其中一条联络线发生跳闸故障；首先考虑线间负荷却换，可以利用备自投装置， 将故障线路原有负荷切换到备用线路；如果切换不成功，则通过远方联络线利用其他一次变电源带出因联络线故障而丢失的全部或者部分负荷；联络线无备故障-L2型，两变电站之间的所有联络线同时发生跳闸故障；通过远方联络线利用其他一次变电源带出因联络线故障而丢失的全部或者部分负荷；4)发电厂故障发电厂故障-PP型，发电厂发生严重故障，与电网解列；利用备自投装置，或者通过联络线利用其他一次变电源带出因发电厂故障而丢失的全部或者部分负荷，同时考虑为电厂送电；步骤2，故障诊断的推理模型，网络结构分析推理模型；基于并行宽度优先搜索的网络结构分析系统解列判断算法，基本思路为对每一条开断线路，从两侧厂站开始，交替逐层向外沿两侧开关为合闸状态的线路搜索对端厂站；如果两侧搜索到同一厂站，则系统没有解列；否则，如果任意一侧不能再扩充新的连接厂站，则系统发生解列；模糊定性推理模型；一种基于多因素模糊定性推理的故障判断方法，其基本思路是每种故障的特征现象是多个方面的；不同故障的特征现象是不会完全雷同的；步骤3，故障特征的选择，可供选用的特征包括故障报警数据、系统频率、母线电压、发电厂功率的变化和联络线功率因数；振荡故障的特征主要表现在四个方面(1)系统频率明显不同；(2)各点电压周期性摆动；(3)发电厂和联络线功率大幅度摆动；(4)联络线功率因数周期性波动；频率崩溃故障时，各个频率监控点均出现极低频率，故容易诊断； 电压崩溃时，区域变电站母线电压低于最低极限运行电压，诊断时要考虑排除因系统振荡出现电压短时过低而引起的误判；如果主网架结构完整，且系统频率、电压均在事故极限以内，则诊断为一般故障；步骤4，故障诊断推理流程，当系统发生故障报警时，程序对故障报警作两种处理， 其一是当有支路断开时，采用并行宽度优先搜索的原理对系统的状态进行判断，如果系统解列就形成解列厂站表，然后采用恢复控制措施对系统进行控制，如果系统没有解列就回到智能报警处理；其二是当有越限报警时，刷新系统状态，判断系统是否到周期，若没到周期即返回智能报警处理，若到周期就对系统做模糊定性推理，判断系统是否发生系统性故障，如没发生系统性故障就返回智能报警处理，如发生系统性故障就采取紧急控制措施对系统进行恢复控制。本发明定义了七类故障主变有备故障(Bi型)、主变无备故障(B2型)、母线有备故障(Ml型)、母线无备故障(M2型)、联络线有备故障(Li型)、联络线无备故障(L2型故障)、发电厂故障(PP型故障)。首先提出用网络结果分析推理模型判断系统是否解列，然后提出用模糊定性推理模型判断电网是否失稳，当系统中不 能用着两种办法判断系统故障时，就需要一种新的办法来判断电网故障，于是乎提出一种基于多因素模糊定性推理的故障判断方法，其基本思路是每种故障的特征现象是多个方面的；不同故障的特征现象肯定不会完全雷同。本发明的有益效果是基于电力系统故障的分类原则，根据网络重构系统功能实现的需要，将电力系统故障分为主变有备故障(Bi型)、主变无备故障(B2型)、母线有备故障(Ml型)、母线无备故障(M2型)、联络线有备故障(Li型)、联络线无备故障(L2型故障)、发电厂故障(PP型故障)七类故障。首先提出用网络结果分析推理模型判断系统是否解列，然后提出用模糊定性推理模型判断电网是否失稳，当系统中不能用着两种办法判断系统故障时，就需要一种新的办法来判断电网故障，于是乎提出一种基于多因素模糊定性推理的故障判断方法，其基本思路是每种故障的特征现象是多个方面的；不同故障的特征现象肯定不会完全雷同。用故障报警数据、系统频率、母线电压、发电厂功率的变化、联络线功率因数等系统特征判断系统故障分属于系统振荡故障、系统频率崩溃故障、系统电压崩溃故障、一般故障类型。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是依据本发明的故障类型与恢复供电策略分析结构示意图；图2是故障诊断的一般推理流程图。
具体实施例方式图1是依据本发明的故障类型与恢复供电策略分析结构示意图；故障按照设备类型可以分为主变故障、母线故障、联络线故障、发电厂故障。按照备用情况可以分为有备和无备。有备故障的供电策略是首先利用备用投装置进行局部负荷切换；如果切换不成功，则通过联络线利用其他电源带出全部或者部分故障负荷。无备故障供电策略是通过联络线利用其他电源带出全部或部分因故障丢失的负荷。1系统性故障的分类一般故障、振荡故障、频率崩溃、电压崩溃、系统瓦解。一般故障就是不致引起大面积停电的局部故障，通常对应单个设备故障。对此类故障，采用常规数值方法，如安全约束调度、最优潮流等，即可确定安全校正对策。其他故障对应调度规程中要求采取紧急措施， 如拉负荷、紧急停机、系统解列等，尽量避免长时间大面积停电的系统性严重故障。主变有备故障(Bi型)两台或两台以上主变并列、分列或有备用运行时，其中一台运行主变发生跳闸故障。首先考虑站内负荷切换(并列运行时自然切换)，可以利用备自投装置，将故障主变原有负荷切换到其他主变。如果切换不成功(可能因为备自投装置没有启用或者自投失败、变压器过载等)，则通过联络线利用其他一次变电源带出故障主变全部或部分负荷。主变无备故障(B2型)因高压(220kV)母线失电或其他原因，导致变电站主变全部跳间故障。通过联络线利用其他一次变电源带出故障主变全部或部分负荷。
母线有备故障(Ml型)双母(含单母分段)或双母带旁母运行时，其中一条母线故障。首先考虑利用备自投装置，将故障母线原有负荷切换到其他母线。如果切换不成功， 则通过联络线利用其他一次变电源带出故障母线全部或部分负荷。母线无备故障(M2型)变电站所有母线同时发生故障。通过联络线利用其他一次变电源带出故障母线全部或部分负荷。具有多条母线的变电站单母运行时(其他母线可能处于检修状态)，如果运行母线发生故障，显然属于无备故障。联络线有备故障(Li型)两条或两条以上的联络线并列或有备用运行时，其中一条联络线发生跳闸故障。首先考虑线间负荷切换(并列运行时自然切换)，可以利用备自投装置，将故障线路原有负荷切换到备用线路。如果切换不成功，则通过远方联络线利用其他一次变电源带出因联络线故障而丢失的全部或部分负荷。
联络线无备故障(L2型故障)两变电站之间的所有联络线同时发生跳闸故障。通过远方联络线利用其他一次变电源带出因联络线故障而丢失的全部或部分负荷。发电厂故障(PP型故障)发电厂发生严重故障，与电网解列。利用备自投装置， 或者通过联络线利用其他一次变电源带出因发电厂故障而丢失的全部或部分负荷，同时考虑为电厂送电。2故障诊断的推理模型网络结构分析推理模型。基于并行宽度优先搜索的网络结构分析系统解列判断算法，基本思路对每一条开断线路，从两侧厂站开始，交替逐层向外沿两侧开关为合闸状态的线路搜索对端厂站。如果两侧搜索到同一厂站，系统没有解列；否则，如果任意一侧不能再扩充新的连接厂站，则系统发生解列。模糊定性推理模型。应用专家系统判断电网失稳故障主要有三方面困难(1)不能直接利用数值计算结果和设备故障信息推断系统是否失去稳定；(2)实时数据和警报信息描述电网故障状态具有不确定性；(3)调度员故障判断知识和经验往往是模糊的、不确定的，一般不能应用简单的二值逻辑规则加以描述。以上情况表明，如何恰当地考虑观测证据与知识经验中的不确定性因素，是建立电网故障诊断系统的关键问题。为此，提出一种基于多因素模糊定性推理的故障判断方法， 其基本思路是每种故障的特征现象是多个方面的；不同故障的特征现象肯定不会完全雷同。3故障特征的选择可选用的特征有故障报警数据、系统频率、母线电压、发电厂功率的变化、联络线功率因数等。振荡故障的特征主要表现在四个方面(1)系统频率明显不同；(2)各点电压周期性摆动；(3)发电厂和联络线功率大幅度摆动；(4)联络线功率因数周期性波动。频率崩溃故障时，各个频率监控点均出现极低频率，故容易诊断。电压崩溃时，区域变电站母线电压低于最低极限运行电压，诊断时要考虑排除因系统振荡出现电压短时过低而引起的误判。如果主网架结构完整，且系统频率、电压均在事故极限以内，则诊断为一般故障。4故障诊断推理流程图2是故障诊断的一般推理流程图。故障诊断推理流程，当系统发生故障报警时， 程序对故障报警作两种处理，其一是当有支路断开时，采用并行宽度优先搜索的原理对系统的状态进行判断，如果系统解列就形成解列厂站表，然后采用恢复控制措施对系统进行控制，如果系统没有解列就回到智能报警处理；其二是当有越限报警时，刷新系统状态，判断系统是否到周期，若没到周期即返回智能报警处理，若到周期就对系统做模糊定性推理， 判断系统是否发生系统性故障，如没发生系统性故障就返回智能报警处理，如发生系统性故障就采取紧急控制措施对系统进行恢复控制。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。
权利要求
1. 一种基于网络重构(FDIR)的电力系统故障诊断方法，其特征在于包括以下步骤步骤1，对系统性故障进行分类，按照设备类型将故障分为以下类别1)主变故障主变有备故障-Bl型，两台或两天以上主变并列、分裂或者有备用运行时，其中一台运行主变发生跳闸故障；首先考虑站内负荷切换，利用备自投装置，将故障主变原有负荷切换到其他主变；如果切换不成功，则通过联络线利用其他一次变电源带出故障主变全部或部分负荷；主变无备故障-B2型，因高压母线失电或其他原因，导致变电站主变全部跳间故障；通过联络线利用其他一次便电源带出故障主变全部或部分负荷；2)母线故障母线有备故障-Ml型，双母或双母带旁母运行时，其中一条母线故障；首先考虑利用备自投装置，将故障母线原有负荷切换到其他母线；如果切换不成功，则通过联络线利用其他一次便电源带出故障母线全部或者部分负荷；母线无备故障-M2型，变电站所有母线同时发生故障；通过联络线利用其他一次变电源带出故障母线全部或部分负荷； 具有多条母线的变电站单母运行时，如果运行母线发生故障，属于无备故障；3)联络线故障联络线有备故障-Ll型，两条或者两条以上的联络线并列或者有备运行时，其中一条联络线发生跳闸故障；首先考虑线间负荷却换，可以利用备自投装置，将故障线路原有负荷切换到备用线路；如果切换不成功，则通过远方联络线利用其他一次变电源带出因联络线故障而丢失的全部或者部分负荷；联络线无备故障-L2型，两变电站之间的所有联络线同时发生跳闸故障；通过远方联络线利用其他一次变电源带出因联络线故障而丢失的全部或者部分负荷；4)发电厂故障发电厂故障-PP型，发电厂发生严重故障，与电网解列；利用备自投装置，或者通过联络线利用其他一次变电源带出因发电厂故障而丢失的全部或者部分负荷， 同时考虑为电厂送电；步骤2，故障诊断的推理模型，网络结构分析推理模型；基于并行宽度优先搜索的网络结构分析系统解列判断算法，基本思路为对每一条开断线路，从两侧厂站开始，交替逐层向外沿两侧开关为合闸状态的线路搜索对端厂站；如果两侧搜索到同一厂站，则系统没有解列；否则，如果任意一侧不能再扩充新的连接厂站，则系统发生解列；模糊定性推理模型；一种基于多因素模糊定性推理的故障判断方法，其基本思路是每种故障的特征现象是多个方面的；不同故障的特征现象是不会完全雷同的；步骤3，故障特征的选择，可供选用的特征包括故障报警数据、系统频率、母线电压、 发电厂功率的变化和联络线功率因数；振荡故障的特征主要表现在四个方面(1)系统频率明显不同；(2)各点电压周期性摆动；(3)发电厂和联络线功率大幅度摆动；(4)联络线功率因数周期性波动；频率崩溃故障时，各个频率监控点均出现极低频率，故容易诊断；电压崩溃时，区域变电站母线电压低于最低极限运行电压，诊断时要考虑排除因系统振荡出现电压短时过低而引起的误判；如果主网架结构完整，且系统频率、电压均在事故极限以内，则诊断为一般故障；步骤4，故障诊断推理流程，当系统发生故障报警时，程序对故障报警作两种处理，其一是当有支路断开时，采用并行宽度优先搜索的原理对系统的状态进行判断，如果系统解列就形成解列厂站表，然后采用恢复控制措施对系统进行控制，如果系统没有解列就回到智能报警处理；其二是当有越限报警时，刷新系统状态，判断系统是否到周期，若没到周期即返回智能报警处理，若到周期就对系统做模糊定性推理，判断系统是否发生系统性故障，如没发生系统性故障就返回智能报警处理，如发生系统性故障就采取紧急 控制措施对系统进行恢复控制。
全文摘要
本发明属于电力系统领域，提供了一种基于网络重构(FDIR)的电力系统故障诊断方法。首先定义了七类故障主变有备故障(B1型)、主变无备故障(B2型)、母线有备故障(M1型)、母线无备故障(M2型)、联络线有备故障(L1型)、联络线无备故障(L2型故障)、发电厂故障(PP型故障)。提出用网络结果分析推理模型判断系统是否解列，然后提出用模糊定性推理模型判断电网是否失稳，当系统中不能用着两种办法判断系统故障时，就需要一种新的办法来判断电网故障，于是提出一种基于多因素模糊定性推理的故障判断方法，其基本思路包括每种故障的特征现象是多个方面的；不同故障的特征现象不会完全雷同。
文档编号G01R31/00GK102243280SQ201110125268
公开日2011年11月16日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者周京阳, 张涛, 彭国政, 李强 申请人:中国电力科学研究院, 辽宁省电力有限公司抚顺供电公司