一种基于调度主站的远程二次设备模拟量智能诊断方法与流程

1.本发明涉及一种基于调度主站的远程二次设备模拟量智能诊断方法，属于电力系统控制技术领域。


背景技术：

2.目前，二次设备作对电力系统内一次设备进行监视、测量、控制、保护及调节的辅助设备，其自身状态好坏一直被忽视，缺少在线监视和诊断，亟需加强对二次设备自身的在线监视和诊断。而从主站端可以获取到来自不同设备类型的冗余信息，基于这些信息进行相互校验，可以发现潜在的隐患和风险。但是目前尚未开展相关研究和技术手段建设。
3.常规变电站通过保信子站获取保护装置实时运行信息，智能变电站通过可视化在线监视及智能诊断装置获取测控装置、继电保护、安自装置、合并单元、智能终端等二次设备实时运行信息，而在调度主站可以通过站端保信子站和二次设备在线监视与智能诊断子站获取所有继电保护设备的模拟量信息。
4.近年来，随着电网规模越来越大，继电保护设备采集的模拟量总量大大增加，对调度监控人员监视的要求越来越高。运维人员定期开展的现场巡视工作也因厂站及二次设备数量的大量增加而难以保证巡视效果，无法避免的会出现漏巡、错巡情况，对电力系统安全稳定运行产生不利影响。
5.因此，亟需开展二次设备运行状态的自动巡视和在线分析工作。对二次设备模拟量采样进行自动巡视，能及时发现模拟量采集回路存在的异常，然后在线给出分析结果和建议，可以大大提升现场运维效率。


技术实现要素：

6.本发明目的是提供了一种基于调度主站的远程二次设备模拟量智能诊断方法，有效提高电网模拟量在线巡视的准确性和效率。
7.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
8.s1：建立继电保护设备模型，每一个继电保护设备模型均包含从保信子站或二次设备在线监视子站中获取的全部模拟量通道条目和对应数据，并将需要巡视的模拟量的名称映射为规范化通道表达条目；
9.s2：对二次装置模拟量、二次系统传输环节之间模拟量采样值根据相同的标准名称进行同源数据一致性比对；
10.s3：对采样值偏差大于告警阈值的各继电保护设备的相电压、相电流条目，进行零序分量特征分析，所述零序电流分量特征为：
[0011][0012]
式中：m和n代表不同保护装置，i
ma
、i
mb
、i
mc
、i
m0
、i
na
、i
nb
、i
nc
、i
n0
分别代表继电保护设备m、n的a、b、c相和零序电流采样值；
[0013]
零序电压分量特征为：
[0014][0015]
式中：u
ma
、u
mb
、u
mc
、u
m0
、u
na
、u
nb
、u
nc
、u
n0
分别代表继电保护设备m、n的 a、b、c相和零序电压采样值；
[0016]
所述零序电流分量特征ηi∈(0，1)，零序电压分量ηu∈(0，1)；
[0017]
s4：计算模拟量采样值同源数据，具体公式如下：
[0018]uφ
＝|u
mi-u
nj
|/un，i∈(a、b、c)，j∈(a、b、c)
[0019]iφ
＝|i
mi-i
nj
|/in，i∈(a、b、c)，j∈(a、b、c)
[0020]
式中：u
φ
代表相电压采样值偏差，i
φ
代表相电流采样值偏差，u
mi
、u
nj
分别代表继电保护设备m、n的a、b、c相电压采样值，i
mi
、i
nj
分别代表继电保护设备m、n的a、b、 c相电流采样值，un、in分别代表相电压、相电流的额定值；当u
φ
》0.04(i
φ
》0.04)时, 对告警相电压、相电流分别进行零序电压和零序电流同源比对；
[0021]
s5：若ηi《0.04(ηu《0.04)，则有保护装置的采样插件存在不良情况导致保护装置采样异常；否则，则有采样回路出现断线或虚接情况导致装置采样异常；
[0022]
s6：进行差电流诊断，
[0023]
s6-1：继电保护设备的差电流条目分别为cd
mi
和cd
nj
，其中i∈(a、b、c)，j∈(a、b、c)，若有为cd
mi
或cd
nj
大于0.04in，则记录差电流采样值，形成差流运行曲线；
[0024]
s6-2：当双重化配置的两套保护装置的差电流均大于告警阈值且两套保护之间的差电流小于告警阈值时，即
[0025][0026]
则进行相电流采样和零序分量特征分析；
[0027]
s6-3：若相电流采样和零序分量特征都没有超过告警阈值时，即i
φ
《0.04，ηi《0.04时，判断为被保护设备出现异常运行情况应引起运行人员注意；否则判断为差回路采样异常；
[0028]
s6-4：当两套保护之间的差电流大于告警阈值时，即abs(cd
mi-cd
ni
)＞0.04时，则进行相电流采样和零序分量特征分析；
[0029]
s6-5：若相电流采样或零序分量特征超过告警阈值时，即i
φ
》0.04或ηi》0.04时，判断为被保护设备发生故障；
[0030]
s7：利用模拟量采样值同源数据比对结果u
φ
、i
φ
，零序分量特征分析结果ηu、ηi和差流诊断结果cd
mi
、cd
ni
对装置采样各环节和设备运行状况进行诊断；
[0031]
s7-1：所述保护装置电流、电压、零序电流、零序电压以及差流的时间特征数据集分别为：
[0032][0033]
s7-2：采用基于时间序列的多维hausdorff距离tmhd算法计算最具有相似数据源的模拟量采样通道回路的采样值差异；
[0034]
s7-3：计算电流、电压采样通道差异εi、εu，其计算方法分别为：
[0035]
εi＝abs(max(mintmhd(i
φ
,3i
0i
,cdi))，
[0036]
εu＝abs(max(mintmhd(u
φ
,ηu))，
[0037]
s7-4：如果特征数据集的采样值数据差异和基于时间序列的多维hausdorff距离tmhd 算法计算得到的差异值之比大于告警阈值ε，生成模拟量采样值异常分析报告。
[0038]
优选的，所述步骤s1中调度主站通过保信主站和二次设备在线监视主站获取采集保护装置模拟量采样值的类型包括继电保护设备的电压幅值和相角、电流幅值和相角、零序分量和差流，具体步骤如下：
[0039]
s1-1：对于厂站端仅安装保信子站的变电站，调度主站通过保信主站系统获取厂站端保信子站接收的继电保护设备的模拟量采样值；
[0040]
s1-2：对于安装二次设备在线监视与智能诊断子站或智能录波器的智能变电站，调度主站通过二次设备在线监视主站获取厂站端管理单元系统接收的继电保护设备的模拟量采样值。
[0041]
优选的，所述步骤s2中同源数据一致性比对，具体实现方法如下：
[0042]
s2-1：对不同设备的模拟量采样值进行告警阈值ε划定，
[0043]
s2-2：同类型保护装置之间模拟量一致性比对，对双重化配置的继电保护装置模拟量采样值进行同源比对，当双重化配置的两套保护装置采样数值之间偏差超过告警阈值，即|保护a采样“i
”‑
保护b采样“i”|》告警阈值，则给出告警并记录；
[0044]
s2-3：不同类型保护装置之间模拟量一致性比对。对不同类型继电保护装置之间模拟量采样值进行同源比对，当采样数值之间偏差超过告警阈值，即|保护m采样“i
”‑
保护n采样“i”|》告警阈值，则给出告警并记录。
[0045]
本发明的优点在于：有效提高电网模拟量在线巡视的准确性和效率，考虑模拟量通道名称不规范、通道顺序不一致等问题，建立基于模糊匹配算法的模拟量比对方法及分析模型，并以同源数据一致性比对算法为基础，对继电保护设备模拟量智能巡视功能的适应性改进，有效避免了人为失误造成的误巡视。
附图说明
[0046]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0047]
图1为本发明继电保护装置模拟量采样值比对流程示意图。
[0048]
图2为本发明继电保护设备典型模拟量采样分析及诊断系统设计的实现流程示意图
具体实施方式
[0049]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050]
本发明的实现主要包括以下几个部分：1、继电保护模拟量采样通道匹配方法；2、继电保护模拟量采样分析与智能诊断系统设计。其中，继电保护模拟量采样通道匹配方法实现包括下述步骤s2～s6，如附图1所示；继电保护模拟量采样分析与智能诊断方法实现包括下述步骤s7-s12，如附图1所示。
[0051]
s1：调度主站通过保信主站和二次设备在线监视主站获取采集保护装置模拟量采样值，采样值包括继电保护设备的电压幅值和相角、电流幅值和相角、零序分量和差流等信息。该步实现有在线获取保信主站和二次设备在线监视主站等主站端系统的数据这两种形式，具体实现方法和应用场景如下所述：
[0052]
s1-1：对于厂站端仅安装保信子站的变电站，调度主站通过保信主站系统获取厂站端保信子站接收的继电保护设备的模拟量采样值。常规变电站一般仅安装保信子站。
[0053]
s1-2：对于安装二次设备在线监视与智能诊断子站或智能录波器的智能变电站，调度主站通过二次设备在线监视主站获取厂站端管理单元系统接收的继电保护设备的模拟量采样值。
[0054]
当前仍然存在不同厂家、不同时期的保护装置模拟量采样通道名称不对应、通道配置数量不一致等问题，虽然以上情况人为可以实现条目匹配，但对自动匹配具有一定难度。并且人工匹配工作量巨大，正确率不能保证。
[0055]
s2：本发明针对以上模拟量采样通道名称可能存在的问题，提出了一种基于关键字的通道名称规范化处理方法。模拟量采样通道名称规范化处理主要将常见不规范通道名称规范化，将各类定不同通道条目表达形式处理为规范化通道条目。
[0056]
s3：针对保护同一模拟量通道名称的不同表达形式处理为规范化表达条目。具体实现方法如下。
[0057]
s4：对不同类型的继电保护设备定义不同的规范化通道表达条目。
[0058]
s4-1：线路保护的规范化通道定义为各相电流幅值、相角，各相电压幅值、相角，零序电流、电压幅值，各相差流幅值、相角等模拟量采样通道。
[0059]
s4-2：变压器保护的规范化通道定义为变压器各侧各相电流幅值、相角，各相电压幅值、相角，零序电流、电压幅值，分相差流幅值、纵差差流幅值、分相差流幅值等模拟量采样通道。
[0060]
s4-3：母线保护的规范化通道定义为各相大差差流幅值、相角，各相小差差流幅值、相角等模拟量采样通道。
[0061]
s4-4：断路器辅助保护的规范化通道定义为各相电流幅值、相角，各相电压幅值、相角，同期电压幅值、相角等模拟量采样通道。
[0062]
s5：对同一类型保护的每一个模拟量通道的不同名称进行规范化处理，建立通道名称映射字典库。
[0063]
s5-1：对线路保护、变压器保护、母线保护、断路器保护等继电保护装置的采样通道分别制作通道对应字典库。
[0064]
s5-2：字典库中包含同一模拟量采样通道名称的简化名称或者近义词，将不同条目名称统一命名为规范化通道条目名称。
[0065]
s5-3：对容易混淆的字符按照预处理规则进行替换。如自耦变压器保护分相差动保护a 相差流就有fxida、idp1a、oparemidp1a、分相差动a相差电流、dpa等不同表达形式，统一命名为“分相差动a相差流”。
[0066]
表1典型不规范模拟量采样通道名称处理方法
[0067][0068]
s6：本发明使用基于字典库的匹配方实现的模拟量采样通道名称匹配工作，将同一模拟量的不同名称映射到字典库中的规范化名称。主要采用关键词匹配和最大长度包含字段匹配等方法实现名称映射。
[0069]
s6-1：对于每一个规范化通道条目都采用关键词匹配方法实现遥测值数据集中的全部相似通道初匹配。关键词包括：差电流、相电流、零序电流、相电压、零序电压。但是关键词不能识别具体相别等问题。
[0070]
s6-2：通过最大长度包含字段匹配方法实现相似通道中最优条目匹配工作。最大长度包含字段匹配方法是指两个模拟量通道名称字符串之间最长字符串匹配，当可匹配字符串长度大于关键词长度时，即认可最大长度匹配结果。
[0071]
s6-3：模拟量采样通道名称最大长度包含字段匹配方法流程详见附图1。
[0072]
完成继电保护设备典型模拟量采样值通道名称匹配工作后可以开展模拟量采样
分析及智能诊断系统设计。
[0073]
s7：继电保护设备典型模拟量采样分析及诊断系统实现方法如下：
[0074]
s7-1：根据每一个变电站的调度名称在系统中建立对应变电站模型，每一个变电站模型均对应一个实际运行的变电站。
[0075]
s7-2：每一个变电站模型中所有的继电保护设备均按照母线保护、断路器保护、线路保护、变压器保护的顺序建立对应的保护模型。
[0076]
s7-3：每一个继电保护设备模型均包含从保信子站或二次设备在线监视子站中获取的全部模拟量通道条目和对应数据。
[0077]
s7-4：根据s6将需要巡视的模拟量的名称映射为规范化通道表达条目。系统中每个变电站的每套保护模型中通道名称均变为标准名称。
[0078]
s8：各二次装置模拟量、二次系统传输环节之间模拟量采样值可以根据相同的标准名称进行同源数据一致性比对。具体实现方法如下：
[0079]
s8-1：对不同设备的模拟量采样值进行告警阈值δε划定。如正常运行情况下线路保护的差流不会大于0.04in，即不会大于二次采样额定值的0.04倍。本发明中告警阈值设置为二次采样额定值的0.04倍。
[0080]
s8-2：同类型保护装置之间模拟量一致性比对。对双重化配置的继电保护装置模拟量采样值进行同源比对，当双重化配置的两套保护装置采样数值之间偏差超过告警阈值，即|保护a采样“i
”‑
保护b采样“i”|》告警阈值，则给出告警并记录。
[0081]
s8-3：不同类型保护装置之间模拟量一致性比对。对不同类型继电保护装置之间模拟量采样值进行同源比对，当采样数值之间偏差超过告警阈值，即|保护m采样“i
”‑
保护n采样“i”|》告警阈值，则给出告警并记录。
[0082]
s8-4：模拟量采样值同源数据一致性比对流程图见2。
[0083]
s9：对采样值偏差大于告警阈值的各继电保护设备的相电压、相电流条目，自动进行零序分量特征分析。
[0084]
ua、ub、uc、ia、ib、ic分别代表继电保护设备a、b、c相电压和电流采样值，u1、 u2、u0、i1、i2、i0分别代表正序、负序、零序电压和正序、负序、零序电流。
[0085]
s9-1：根据
[0086][0087]
可以得到，3i0＝ia+ib+ic(零序电流为各相电流值的相量和)、3u0＝ua+ub+uc(零序电压为各相电压值的相量和)的特征。
[0088]
s9-2：对上式两侧取平方计算可得
[0089][0090][0091]
定义零序电流分量特征为
[0092][0093]
定义零序电流分量特征为
[0094][0095]
所以零序电流分量特征ηi∈(0，1)，同理零序电压分量ηu∈(0，1)。
[0096]
s9-3：设两套比对的保护装置分别为m和n，
[0097]uφ
＝|u
mi-u
ni
|/un，i∈(a、b、c)，j∈(a、b、c)
[0098]iφ
＝|i
mi-i
ni
|/in，i∈(a、b、c)，j∈(a、b、c)
[0099]
当u
φ
》0.04(i
φ
》0.04)时,对告警相电压、相电流分别进行零序电压和零序电流同源比对；
[0100]
s9-4：若ηi《0.04(ηu《0.04)，则有保护装置的采样插件存在不良情况导致保护装置采样异常；否则，则有采样回路出现断线或虚接情况导致装置采样异常。
[0101]
s10：差电流诊断。
[0102]
s10-1：设两套比对的保护装置分别为m和n，两套继电保护设备的差电流条目分别为 cd
mi
和cd
nj
，其中i∈(a、b、c)，j∈(a、b、c)。若有为cd
mi
或cd
nj
大于0.04in，则记录差电流采样值，形成差流运行曲线。
[0103]
s10-2：当双重化配置的两套保护装置的差电流均大于告警阈值且两套保护之间的差电流小于告警阈值时，即
[0104][0105]
自动进行相电流采样和零序分量特征分析。
[0106]
s10-3：若相电流采样和零序分量特征都没有超过告警阈值时，即iφ《0.04，ηi《0.04 时，判断为被保护设备出现异常运行情况应引起运行人员注意；否则判断为差回路采样异常。
[0107]
s10-4：当两套保护之间的差电流大于告警阈值时，即abs(cd
mi-cd
ni
)＞0.04时，自动进行相电流采样和零序分量特征分析。
[0108]
s10-5：若相电流采样或零序分量特征超过告警阈值时，即iφ》0.04或ηi》0.04时，判断为被保护设备发生故障。
[0109]
s11：综合考虑s8～s10中模拟量采样值同源数据比对结果u
φ
、i
φ
，零序分量特征分析结果ηu、ηi和差流诊断结果cd
mi
、cd
ni
对装置采样各环节和设备运行状况进行智能诊断。
[0110]
s11-1：考虑到保护装置上送采样值的时间分布特性，电流、电压、零序电流、零序电压以及差流的时间特征数据集分别为
[0111][0112]
s11-2：采用基于时间序列的多维hausdorff距离tmhd算法计算最具有相似数据源的模拟量采样通道回路的采样值差异:。
[0113]
s11-3：设电流、电压采样通道差异分别为εi、εu，其计算方法分别为
[0114]
εi＝abs(max(mintmhd(i
φ
,3i
0i
,cdi))，
[0115]
εu＝abs(max(mintmhd(u
φ
,ηu))，
[0116]
s11-4：如果特征数据集的采样值数据差异和基于时间序列的多维hausdorff距离tmhd 算法计算得到的差异值之比大于告警阈值δε，自动生成模拟量采样值异常分析报告。
[0117]
s12：人工核查模拟量采样值异常是否会危及继电保护设备的安全稳定运行，给出判断结论。
[0118]
s13：经过上述步骤s7～s11，建立继电保护设备典型模拟量采样值在线分析及诊断系统实现流程，系统设计图见附图2。