CN101958536A - 一种配电网故障隔离与快速供电恢复决策支持系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电网安全运行领域，具体涉及一种配电网故障隔离与快速供电恢复决策支持系统。本发明的系统与配电自动化系统相连，包括实时子系统、仿真子系统、事故反演子系统和知识生成子系统，通过数据接口从配电自动化系统获得电网运行监测数据，自动跟踪电网实时运行状态，故障发生后可以快速提供供电恢复方案和直观的模拟效果供调度员确定恰当的恢复序列，并且提供事故仿真和事故反演功能，各子系统间可以进行界面切换。适用于网络结构复杂、由自动化设备难以实现故障处理的配电网。
Description
技术领域
本发明属于电网安全运行领域，具体涉及一种配电网故障隔离与快速供电恢复决策支持系统。
背景技术
随着城市配电网网络结构和硬件设施的进一步完善，对配电网的供电可靠性要求也越来越高，而反映供电可靠性的用户年平均停电时间等指标与配电生产部门对停电的处理效率密切相关，因此供电公司通常借助配电自动化系统来提高故障检测和供电恢复的速度。配电自动化系统不仅能够得到开关的遥信和遥测信息，而且能够遥控开关的动作，同时还具备故障电流检测能力。然而这种利用配电网网络结构及配电设备(分段器、重合器等)自动化程度的故障恢复模式，一般只适用于网络接线比较简单的配电网，而且不能考虑实际负荷水平和网络运行约束，也不具有预仿真功能。当配电网络中出现了多电源网格状供电的时候，这种模式将不能满足实际要求。基于案例推理(CBR)是基于人的认知心理过程，用先前求解问题的经验和方法，通过类比和联想来解决当前类似问题的推理方法，它克服了传统基于规则推理系统的知识难以获取和推理的脆弱性等缺陷，由于配电网的网络结构在一段时期内变化较少，因此比较适合基于CBR来实现故障隔离与供电恢复。本专利提供了基于CBR的配电网故障隔离与供电恢复决策支持系统，可以实现在较复杂的配电网结构与运行模式下的快速故障隔离和供电恢复，且具有事故仿真和事故反演功能，便于调度员积累运行事故处理经验。
发明内容
本发明具体涉及一种基于CBR的配电网故障隔离与快速供电恢复决策支持系统及知识生产方法。本发明的系统与配电自动化系统相连，包括实时子系统、仿真子系统、事故反演子系统和知识生成子系统，通过数据接口从配电自动化系统获得电网运行监测数据，自动跟踪电网实时运行状态，故障发生后可以快速提供供电恢复方案和直观的模拟效果供调度员确定恰当的恢复序列，并且提供事故仿真和事故反演功能，各子系统间可以进行界面切换。适用于网络结构复杂、由自动化设备难以实现故障处理的配电网。
本发明提出的一种配电网故障隔离与快速供电恢复决策支持系统，包括4个子系统和数据库，所述子系统包括实时子系统、仿真子系统、事故反演子系统和知识生成子系统，所述实时子系统包含模拟子系统，所述数据库包括网络拓扑结构库、本地历史数据库、规则库和范例库。
其中，所述实时子系统通过数据接口定时从配电自动化系统获取电网运行信息自动跟踪电网实时运行状态，并将电网实际运行状态以电气一次接线图方式在用户界面上显示，当根据开关动作信号和电流值判断电网发生故障后，立即进行故障点定位并设置故障标记，并记录下故障发生时配电系统中各个开关的实际状态，同时启动故障匹配，从规则库中匹配最佳规则，如果知识库中没有合适的规则，则启动知识生成子系统生成规则，从所生成的规则中获得故障隔离-供电恢复策略，同时将本次生成的规则存入规则库中；如果规则库中有合适的规则，则直接获得故障隔离-供电恢复策略；将所获得的故障隔离-供电恢复策略显示在用户界面上，调度员可以在此时将用户界面切换到模拟子系统，对所获得的故障隔离-供电恢复策略按照预先设定的步长自动或人工控制进行单步操作，如果调度员认为所获得的故障隔离-供电恢复策略能得到满意的结果，可以采纳所获得的故障隔离-供电恢复策略，则调度员可通过配电自动化系统按照故障隔离-供电恢复策略发布操作命令，同时将本次故障按照“故障特征+故障隔离-供电恢复策略”的模式存入范例库中；如果调度员认为所获得的故障隔离-供电恢复策略不能得到满意的结果，可不采纳，实时子系统仍然将本次故障按照“故障特征+空”模式存入范例库中。
其中，所述仿真子系统截取配电网任意时刻的断面，可设置某处线路故障或开关检修事件，其处理过程是首先从本地历史数据库中调取该断面下的电网运行参数，然后从网络拓扑库中找到对应的网络结构，然后在用户界面上设置故障标记，同时从范例库中进行案例匹配，如果有类似案例，则直接从案例中获得故障隔离-供电恢复策略并输出在用户界面上；如果没有类似案例，再从规则库中进行规则匹配，如果规则库中有最佳策略，则直接输出故障隔离-供电恢复策略并输出在用户界面上，如果规则库中没有匹配的规则，则启动知识生成子系统生成规则，从所生成的规则中获得故障隔离-供电恢复策略并输出在用户界面上；此时调度员可以对所获得的故障隔离-供电恢复策略按照预先设定的步长自动或人工控制进行单步操作。
其中，所述事故反演子系统从范例库中调出所有历史事故记录，当调度员选择其中之一后，用户界面显示该记录发生时电网的运行状况以及故障隔离-供电恢复策略，调度员可以对该故障隔离-供电恢复策略按照预先设定的步长自动或人工控制进行单步操作；若该记录没有故障隔离-恢复策略，则给出“本次故障由调度员人工处理”提示，对应于实时子系统中调度员未采纳系统给出的故障隔离-供电恢复策略。
其中，所述实时子系统、仿真子系统和事故反演子系统间可进行界面切换，实时子系统监视处理电网实际运行情况，帮助调度员对异常情况迅速做出决策；仿真子系统对电网假想事故进行处理，不影响实时子系统的正常运行，帮助调度员积累事故处理经验；事故反演子系统对历史事故进行回放，不影响实时子系统的正常运行，帮助调度员分析事故发生的原因和结果。
其中，所述知识生成过程包括确定可恢复区的恢复点、确定各个可恢复区的恢复路径、确定最佳恢复路径、恢复策略自动记录4个步骤。
其中，所述网络拓扑结构库存储电网结构信息，规则库存储推理所依据的规则且仅保存实际发生的故障所生成的规则，范例库存储历史案例，所述本地历史数据库存储配电网历史运行信息。
其中，所述的最佳恢复路径指的是在配电变压器不过载、配电线路不过负荷、配电终端电压不越下限、主变不过载、配电网开环运行下满足最大限度恢复供电、恢复过程开关操作次数较少、恢复后的配电网络能处于较为经济的运行状态的恢复路径。
其中，所述的配电自动化系统是利用计算机、电力和通信技术对配电网设备进行数据采集、分析、控制、调节和管理的系统，通常包括配电SCADA、馈线自动化和报表管理功能。
其中，所述的故障隔离-供电恢复策略由一系列开关动作顺序组成，包括故障隔离所需的相关开关动作和供电恢复所需的相关开关动作序列。
本发明技术方案的优点是：
(1)系统直接面向现实的复杂配电网，实现从单电源供电、双电源环网供电到网格状供电结构的任意复杂供电网络的故障快速隔离与故障快速恢复，可以满足实际配电网的运行需求。
(2)在一套软件系统中同时具有实时运行、模拟仿真、操作培训3方面的功能。实时子系统、仿真子系统、事故反演子系统间的切换互不影响。
(3)可以提高实际电网运行中处理故障的速度。
(4)可以通过仿真操作提高运行调度人员的事故处理经验。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是依据本发明的系统组织结构示意图。
图2依据本发明的实时子系统流程图。
图3依据本发明的仿真子系统流程图。
图4依据本发明的事故反演子系统流程图。
图5依据本发明的系统总体流程图。
具体实施方式
所述系统包括4个部分：实时子系统、仿真子系统、事故反演子系统和知识生成子系统，并建立网络拓扑结构库、本地历史数据库、规则库和范例库，通过数据接口从配电自动化系统获取电网实时运行信息。实时子系统监视处理电网实际运行情况，仿真子系统对电网假想事故进行处理，事故反演子系统对历史事故进行回放。网络拓扑结构库存储电网结构信息，规则库存储推理所依据的规则，范例库存储历史案例，历史数据库存储配电网历史运行信息。
(附图1)
1.系统流程
实时子系统通过数据接口定时从配电自动化系统获取电网运行信息自动跟踪电网实时运行状态，并将电网实际运行状态(包括线路带电状态、开关分合状态)以电气一次接线图方式在用户界面上显示，当根据开关动作信号和电流值判断电网发生故障后，立即进行故障点定位并设置故障标记，并记录下故障发生时配电系统中各个开关的实际状态，同时启动故障匹配，从知识库中匹配最佳规则，如果知识库中没有合适的规则，则启动知识生成子系统生成规则，从所生成的规则中获得故障隔离-供电恢复策略(故障隔离-恢复策略由一系列开关动作顺序组成)，同时将本次生成的规则存入规则库中；如果知识库中有合适的规则，则直接获得故障隔离-供电恢复策略；将所获得的故障隔离-供电恢复策略显示在用户界面上，调度员可以在此时将用户界面切换到模拟子系统，对所获得的故障隔离-供电恢复策略按照预先设定的步长自动或人工控制进行单步操作，如果调度员认为所获得的故障隔离-供电恢复策略能得到满意的结果，可以采纳所获得的故障隔离-供电恢复策略，则调度员可通过配电自动化系统按照故障隔离-供电恢复策略发布操作命令，同时将本次故障按照“故障特征+故障隔离-供电恢复策略”的模式存入范例库中；如果调度员认为所获得的故障隔离-供电恢复策略不能得到满意的结果，可以不采纳，实时子系统仍然将本次故障按照“故障特征+空”模式存入范例库中(附图2)。
在仿真子系统中，人为设置任意断面下线路段故障或者开关检修事件，系统首先从本地历史数据库中调取该断面下的电网运行参数，然后从网络拓扑库中找到对应的网络结构，然后在用户界面上设置故障标记，同时从范例库中进行案例匹配，如果有类似案例，则直接从案例中获得故障隔离-供电恢复策略并输出在用户界面上；如果没有类似案例，在从规则库中进行规则匹配，如果规则库中有最佳策略，则直接输出故障隔离-供电恢复策略并输出在用户界面上，如果规则库中没有匹配的规则，则启动知识生成子系统生成规则，从所生成的规则中获得故障隔离-供电恢复策略(故障隔离-恢复策略由一系列开关动作顺序组成)并输出在用户界面上；此时调度员可以对所获得的故障隔离-供电恢复策略按照预先设定的步长自动或人工控制进行单步操作(附图3)。
事故反演子系统从范例库中调出所有历史事故记录并在用户界面上列示，当调度员选择其中之一后，用户界面上显示该记录发生时电网的运行状况以及故障隔离-供电恢复策略，调度员可以对该故障隔离-供电恢复策略按照预先设定的步长自动或人工控制进行单步操作；若该记录没有故障隔离-恢复策略，则给出“本次故障由调度员人工处理”提示(对应实时子系统中调度员未采纳系统给出的故障隔离-供电恢复策略)(附图4)。
知识生成子系统根据电网运行的约束条件，调用广度优先算法和深度优先算法模块，自动生成符合N-1准则的恢复策略，存入规则库中构成满足“故障特征---恢复策略”条件的知识库。
在不同的子系统间可以任意切换操作(附图5)，可以高亮显示所有的状态变化过程。
2.系统功能
所述系统是基于计算机图形操作技术和图论理论，面向复杂电网的具有实时监视、仿真培训、故障反演和知识生成的决策支持平台，具体实现的功能有：
1)实时监控开关状态和故障电流信息，并显示在系统界面上
如果开关发生变位或监测到故障电流，系统会自动定位故障区段，并把故障原因、故障隔离-恢复策略显示在界面上，同时可以经过冲突判断把当前的故障隔离-恢复策略作为新范例保存到范例库中，可以在另一界面上模拟故障隔离-恢复策略结果。
2)历史事故反演功能
操作员可以调出范例库中的历史故障，并根据它的故障隔离和供电恢复策略进行演示。
a.选择历史事故列表中的故障，系统会把故障发生时的状态图显示在界面上；
b.如果选择的故障有故障隔离-恢复策略，则在故障隔离策略显示框和供电恢复显示框会显示故障的隔离策略和供电恢复策略，按钮“开始”和“下一步”提供幻灯演示功能；
c.操作者可以根据默认的演示间隔时间来演示故障的隔离策略和供电恢复策略，可以设置默认的演示间隔时间。
3)仿真功能
可以设置某个区段发生故障和某个开关检修，系统会放置故障标志，如果设置区段故障，系统会自动帮助找出故障的隔离-恢复策略，并可演示恢复供电过程；如果设置开关检修，系统会找出由于开关检修失电区段的供电恢复策略，并可演示操作过程。
4)电网结构参数编辑
当电网结构发生变化时，在用户界面上能进行电网结构的编辑(添加，删除，修改)。
5)用户和权限管理
可以设置不同操作员权限。
表1系统主要功能列表
3.知识自动生成
步骤1：确定可恢复区的恢复点。针对某个线路段故障，采用广度优先搜索算法，首先确定有几个可恢复区以及各个可恢复区的恢复点；
步骤2：确定各个可恢复区的恢复路径。采用深度优先搜索算法寻找各个可恢复区的可行的恢复路径。
步骤3：确定最佳恢复路径。对于同一处故障，其可行的恢复路径可能不止一条，但实际操作中具体选择哪些需要根据一定的目标函数决定。故障处理及供电恢复考虑的因素主要有：
1)供电恢复应满足的约束条件
(1)配电变压器不过载；
(2)配电线路不过负荷；
(3)配电终端电压不越下限；
(4)主变不过载；
(5)配电网开环运行。
2)供电恢复的目标
(1)最大限度恢复故障以外的整个停电区域，如果不能全部恢复，应优先考虑恢复重要负荷区段的供电；
(2)恢复以后的配电网要紧可能保持原来的结构，因此负荷转移的涉及面不宜过大；
(3)恢复过程应力求开关操作的次数较少
(4)恢复后的配电网络能处于较为经济的运行状态。
步骤4：恢复策略自动记录。将某段线路段发生故障时的运行状况、故障地点、隔离措施以及恢复策略按照一定的格式记录在知识库中，从而为以后的故障处理或故障仿真提供依据。
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。
Claims (10)
1.一种配电网故障隔离与快速供电恢复决策支持系统，其特征在于：所述系统包括4个子系统和数据库，所述子系统包括实时子系统、仿真子系统、事故反演子系统和知识生成子系统，所述实时子系统包含模拟子系统，所述数据库包括网络拓扑结构库、本地历史数据库、规则库和范例库。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述实时子系统通过数据接口定时从配电自动化系统获取电网运行信息自动跟踪电网实时运行状态，并将电网实际运行状态以电气一次接线图方式在用户界面上显示，当根据开关动作信号和电流值判断电网发生故障后，立即进行故障点定位并设置故障标记，并记录下故障发生时配电系统中各个开关的实际状态，同时启动故障匹配，从规则库中匹配最佳规则，如果知识库中没有合适的规则，则启动知识生成子系统生成规则，从所生成的规则中获得故障隔离-供电恢复策略，同时将本次生成的规则存入规则库中；如果规则库中有合适的规则，则直接获得故障隔离-供电恢复策略；将所获得的故障隔离-供电恢复策略显示在用户界面上，调度员可以在此时将用户界面切换到模拟子系统，对所获得的故障隔离-供电恢复策略按照预先设定的步长自动或人工控制进行单步操作，如果调度员认为所获得的故障隔离-供电恢复策略能得到满意的结果，可以采纳所获得的故障隔离-供电恢复策略，则调度员可通过配电自动化系统按照故障隔离-供电恢复策略发布操作命令，同时将本次故障按照“故障特征+故障隔离-供电恢复策略”的模式存入范例库中；如果调度员认为所获得的故障隔离-供电恢复策略不能得到满意的结果，可不采纳，实时子系统仍然将本次故障按照“故障特征+空”模式存入范例库中。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述仿真子系统截取配电网任意时刻的断面，可设置某处线路故障或开关检修事件，其处理过程是首先从本地历史数据库中调取该断面下的电网运行参数，然后从网络拓扑库中找到对应的网络结构，然后在用户界面上设置故障标记，同时从范例库中进行案例匹配，如果有类似案例，则直接从案例中获得故障隔离-供电恢复策略并输出在用户界面上；如果没有类似案例，再从规则库中进行规则匹配，如果规则库中有最佳策略，则直接输出故障隔离-供电恢复策略并输出在用户界面上，如果规则库中没有匹配的规则，则启动知识生成子系统生成规则，从所生成的规则中获得故障隔离-供电恢复策略并输出在用户界面上；此时调度员可以对所获得的故障隔离-供电恢复策略按照预先设定的步长自动或人工控制进行单步操作。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述事故反演子系统从范例库中调出所有历史事故记录，当调度员选择其中之一后，用户界面显示该记录发生时电网的运行状况以及故障隔离-供电恢复策略，调度员可以对该故障隔离-供电恢复策略按照预先设定的步长自动或人工控制进行单步操作；若该记录没有故障隔离-恢复策略，则给出“本次故障由调度员人工处理”提示，对应于实时子系统中调度员未采纳系统给出的故障隔离-供电恢复策略。
5.根据权利要求2-4任一所述的系统，其特征在于：所述实时子系统、仿真子系统和事故反演子系统间可进行界面切换，实时子系统监视处理电网实际运行情况，帮助调度员对异常情况迅速做出决策；仿真子系统对电网假想事故进行处理，不影响实时子系统的正常运行，帮助调度员积累事故处理经验；事故反演子系统对历史事故进行回放，不影响实时子系统的正常运行，帮助调度员分析事故发生的原因和结果。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述知识生成过程包括确定可恢复区的恢复点、确定各个可恢复区的恢复路径、确定最佳恢复路径、恢复策略自动记录4个步骤。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述网络拓扑结构库存储电网结构信息，规则库存储推理所依据的规则且仅保存实际发生的故障所生成的规则，范例库存储历史案例，所述本地历史数据库存储配电网历史运行信息。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述的最佳恢复路径指的是在配电变压器不过载、配电线路不过负荷、配电终端电压不越下限、主变不过载、配电网开环运行下满足最大限度恢复供电、恢复过程开关操作次数较少、恢复后的配电网络能处于较为经济的运行状态的恢复路径。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的配电自动化系统是利用计算机、电力和通信技术对配电网设备进行数据采集、分析、控制、调节和管理的系统，通常包括配电SCADA、馈线自动化和报表管理功能。
10.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述的故障隔离-供电恢复策略由一系列开关动作顺序组成，包括故障隔离所需的相关开关动作和供电恢复所需的相关开关动作序列。
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