CN102854439A - 采用故障信息组群技术协调电网综合故障信息分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采用故障信息组群技术协调电网综合故障信息分析的方法，在电网故障信息的综合分析中，设计故障信息群组模型，通过各分析子系统对故障信息组群数据的共享，以及对其故障信息组群生命周期监控和管理，来协调故障信息综合分析系统中各子系统的数据采集和分析进程，并负责各子系统分析结果的综合对比和分析，以实现面对同一个故障，自动运用多种算法独立运行，综合分析得到唯一解的目的。此种分析方法适用于在多数据源电网故障分析系统中，协调处理各子系统分析进程，以实现故障分析各源数据异步采集，同时保证各分析子系统的独立性，以及在线故障分析的时效性，协调机制中需要考虑二次设备故障分析功能的扩展。

Description

采用故障信息组群技术协调电网综合故障信息分析的方法

技术领域

本发明涉及一种故障分析技术，特别涉及一种调度/集控主站综合利用各类故障信息对电力系统故障在线/离线分析方法。

背景技术

故障发生后，海量的告警信息涌入调度中心主站，保护动作、开关动作、潮流越限、母线失压、装置闭锁、系统异常、自动装置动作等等，在这些信息中，除了EMS/SCADA系统的数据外，保护动作信息、保护装置波形信息、故障录波器录波信息、当时的定值设置等都是重要的故障分析数据源。随着电力系统自动化技术的发展，以上这些信息的获取不再成为一种阻力，而如何灵活利用这些多源数据、进行实时在线的综合分析，快速准确的给出故障原因，成为调度中心人员的迫切需求。

根据对电网故障诊断系统的理论现状的研究，结合电网故障诊断技术实现条件以及实际需求等各方面因素，发现有以下问题需要解决：

（1）采用单一智能方法进行诊断存在着很大的局限性，单一的故障诊断算法针对某种数据源环境较有效果，仅能解决某个或某些方面的问题，诊断性能有一定的提高，但不可能很好地解决电网故障诊断所面临的所有难题，将多种智能方法融合实行故障诊断，优势互补，将成为故障诊断的必由之路。目前采用的方式大多是针对单一数据源，利用单一算法进行分析的研究，比如单独利用EMS数据、单独利用保护动作信息数据、单独利用录波数据进行分析；利用波形进行分析的案例和文献有所见，但多以保护/录波装置为单位进行分析，是装置级的故障分析，在多个二次装置响应同一次故障的情况下，会得出多个故障分析结果，这些结合波形分析的方法也只是将波形作为单一数据源进行孤立的分析，没有考虑多数据源的统一综合分析；

（2）有文献显示提出对多数据源、多类型数据的综合分析，大体方案有如下两种：

方案1：根据不同类型的数据采用不同的算法进行串行的分析，对于综合分析系统来说，如果在一个时段内发生多起故障，在前面那起故障的综合分析没有结束时，后面的故障无法进行分析，特别是如果录波信息通道条件较差，波形数据采集受阻情况下，有可能后面多起故障的综合分析会因为某个录波文件的迟迟召唤不到，而导致后续故障的综合分析无法顺利启动。这种方案无法保证故障综合分析系统整体的实时性；

方案2：将不同数据源或者算法分析完全解耦成若干分析子系统，将各分析子系统的分析结果提取故障特征和故障度，进一步采用信息融合方法得到综合分析结果。但这种方案没有考虑故障录波文件等数据的采集时滞性，默认在各类源数据都可同时获取的情况下进行综合分析。而对于故障录波分析子系统，要完成一次故障的分析，要面对几个，乃至几十个录波文件的筛选和分析，因为电网的一处故障经常引起多处装置的启动录波，而对非故障核心区的录波数据的分析实际效用不大，且浪费各种有效资源（如网络资源、磁盘资源、分析进程资源等）。

综上，我们发现，对电网故障诊断有利的数据源面对调度中心主站采集的众多数据中，其采集特性各不相同，EMS的SCADA数据、保信系统的保护动作信息获取快速、便捷。定值和录波数据的分析，源数据精准细致，但依赖于实时召唤，采集实时性较差，且冗余波形文件较多，较大，筛选工作较繁琐，与前者类型的采集具有异步性，故电网故障诊断不能等所有数据都准备完备后才能推出结果，在考虑多源数据融合分析过程中，需要考虑数据采集的异步性，同时又要保证综合分析结果的“综合性”，以及在线分析的实时性效果。

在依赖录波信息进行的分析子系统中，考虑到在众多非核心故障设备的录波数据的采集和分析会大大降低基于波形信息的故障分析的效率，故，考虑在快速故障分析结果基础上进行有目的的故障波形数据的自动召唤和采集，带有倾向性的召唤故障概率大的设备波形，大大提高采集效率，也为后续的分析节省时间，提高综合分析的时效性。因此，对于具体的同一个故障的分析处理，子系统在时序上分阶段异步的处理会大大提高分析效率。但是，如果将这几个子系统按照完全串行思路进行综合分析，波形分析所需数据召唤环节数十分钟乃至数小时的等待将大大影响快速故障诊断对电网的实时监视和分析。所以，要实现在线快速有效的综合故障分析，各分析子系统应在宏观上并行独立运行。

此外，保护装置的不正确动作经常导致对一次设备故障的误判，而保护装置本身的异常、定值设定的不正确，又是导致保护装置不正确动作的重要原因，综合故障信息分析需要考虑对保护装置异常分析的扩展，而非仅仅停留在一次设备的故障分析上。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种采用故障信息组群技术协调电网综合故障信息分析的方法，其适用于在多数据源电网故障分析系统中，协调处理各子系统分析进程，以实现故障分析各源数据异步采集，同时保证各分析子系统的独立性，以及在线故障分析的时效性，协调机制中需要考虑二次设备故障分析功能的扩展。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种采用故障信息组群技术协调电网综合故障信息分析的方法，包括如下内容：首先设计故障信息组群模型，发生电网故障时，由故障信息组群生命周期管理模块实时分析以此为模型为新发生故障开辟故障信息共享区域；面对生成的故障信息组群，故障信息组群生命周期管理模块还协调各子系统数据采集和分析；提供分析数据采集模块，以快速故障分析得出的故障设备为数据采集导向，为后续故障分析子系统准备各类源数据，充实故障信息组群内容；接受各分析子系统分析结果，分析结果存入故障信息组，实现综合分析系统内各分析子系统对分析结果的数据共享；提供综合分析功能，提供各分析系统分析结果综合对比分析功能；故障信息组群数据归档；故障信息实时分析共享数据区销毁；

在电网故障事后离线分析时，以故障信息组群为模型，创建离线综合故障信息分析用的数据共享区，将事故时段与故障相关的各类源数据导入到故障信息群，协调各离线故障分析子系统的缺失源数据的再召唤以及数据分析，接受各分析子系统分析结果，分析结果存入故障信息组；提供综合分析功能，提供各分析系统分析结果综合对比分析功能；故障信息组群数据重新归档；故障信息群离线分析共享数据区销毁。

上述设计故障信息组群模型后，以此为模型，作为电网故障综合分析系统中为故障信息综合分析子系统开辟数据共享区域，提供数据共享平台，以故障一次设备为核心，将同一个故障在各分析子系统中分析算法需要的源数据以及分析结果融合在同一个数据模型对象内。

上述发生电网故障时，故障信息组群生命周期管理模块接受快速故障分析结果，创建新的故障信息群作为综合分析共享数据区；提供分析数据召唤模块，以快速故障分析得出的故障设备为数据采集导向，为后续故障分析子系统准备各类源数据，充实故障信息群内容；接受各分析子系统分析结果，将各子系统对同一个故障的分析结果归类存于同一个故障信息组；提供综合分析功能，提供各分析系统分析结果综合对比分析功能；故障信息组群数据归档；故障信息实时分析共享数据区销毁。

采用上述方案后，本发明具有以下优势：

（1）协同优势：解决综合故障信息分析过程中由于各类源数据采集实时性不同造成各分析子系统间宏观上并行独立运行、微观上时序串行分析的综合分析需求，保证了电网故障综合信息分析系统中各分析子系统的独立性，同时保证各子系统分析结果最终统一为一个综合分析结果，多种智能分析方法的运用也提高了系统分析的准确度；

（2）时效优势：以快速故障诊断分析结果的故障设备为分析导向，有选择性地召唤故障概率较大的一次设备的波形数据、保护装置定值，有助于过滤大量不必要的故障波形的召唤，进一步提高了故障诊断的实时分析效率，也进一步提高了调度中心对事故的处理效率，为后续事故处理节省时间；

（3）扩展优势：随着电力调度自动化水平的进一步提高，接入更为丰富的数据源后，也会引入更多的故障分析方法，智能故障信息组群的设计思路，支持了数据采集的扩展和分析方法的扩展，以故障信息组群管理模块为新老分析子系统之间的协同求解的媒介，较好地解决各分析子系统合作、协同分析推理的问题，比如，通过扩展智能故障组群结构；还可将电力一次设备在线监测数据和分析、二次设备运行状态分析、潮流突变分析、事故恢复辅助决策等子系统纳入分阶式故障诊断架构中，为智能化一体化电网故障在线信息分析系统内涵的扩展提供了便捷性。

附图说明

图1是本发明所建立故障信息组群模型的架构图；

图2是本发明利用故障组群技术协调电网综合故障信息实时分析的流程框架图；

图3是本发明利用故障组群技术协调电网综合故障信息离线分析的流程框架图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提供一种采用故障信息组群技术协调电网综合故障信息分析的方法，包括如下步骤：

（1）在电网故障分析领域，源数据涉及多个数据源，需要多种分析算法协同求解获取综合分析结果时，根据综合分析系统数据源类型和分析子系统数据输入输出需求进行故障信息组群模型设计，配合图1所示，所述模型包括快速故障诊断结果结构、相关源数据结构、保护动作正确性校验分析结果结构、暂态故障录波分析结果结构、动态扰动分析结果结构和综合故障分析结果结构，下面分别介绍。

①快速故障诊断结果结构：故障信息组群结构中，包括：故障响应时间窗、可疑故障设备范围类、可疑故障设备类和故障设备分支类等，其中，故障响应时间窗以故障时段为单位，可疑故障设备范围类表示同一故障时段内的存在电气连接的故障设备集合，可疑故障设备类是可疑故障设备范围的子节点，而故障设备分支类用于记录可疑设备在故障时段内各分支的动态及暂态量测数据。故障响应时间窗与可疑故障设备范围类之间、可疑故障设备范围类与可疑故障设备类之间、可疑故障设备类与故障设备分支类之间，均为1：n双向共生关系；

②相关源数据结构：包括保护动作信息、开关动作SOE信息、电网实时潮流断面信息等，建立可疑故障设备范围类与开关动作SOE信息、保护动作信息统计数据的1：n双向共生关系；建立可疑故障设备范围类与电网实时潮流断面信息的单向引用关系；

③保护动作正确性校验分析结果结构：用于存储保护动作正确性分析结果，大致包括保护装置具体行为分析类、应动作保护动作类、不应动作保护动作类等，分别建立可疑故障设备类与这几个类的1：n双向共生关系，

④暂态故障录波分析结果结构：包括录波分析确认故障设备类等，用于存放暂态故障录波的详细分析结果；建立可疑故障设备范围类与录波分析确认故障设备类的1：n双向共生关系，方便存储暂态故障录波分析结果，方便结合录波信息故障分析子系统获取分析对象，以及综合分析子系统对录波信息故障分析结果的调用；

⑤动态扰动分析结果结构：包括动态扰动分析确认故障设备类等；建立可疑故障设备范围类与动态扰动分析确认故障设备类的1：n双向共生关系，方便存储动态数据扰动录波分析结果，方便PMU扰动分析子系统获取分析对象，方便综合分析子系统对PMU扰动分析结果的调用；

⑥综合故障分析结果结构：建立可疑故障设备范围类与其的1：n双向共生关系，并建立其与可疑故障设备类、录波分析确认故障设备类、动态扰动分析确认故障设备类的单向引用关联关系，方便综合分析中，各子系统的分析结果的融合；

其中，快速故障诊断结果结构、相关源数据结构、综合故障分析结果结构为故障数据组群结构中最基本的、必需的数据结构，而保护动作正确性校验分析结果结构、暂态故障录波分析结果结构、动态扰动分析结果结构的内容则可根据不同现场的实际数据条件和需求进行扩展或者裁剪。

如果现场数据具备结合录波信息故障分析的条件，那么可在故障信息组群中加入暂态故障录波分析结果结构，并在相关源数据统计信息结构中增加故障录波数据类、保护定值类；

如果现场数据具备保护动作行为分析的条件，那么可以在故障信息组群中增加保护动作正确性校验分析结果结构，并在相关源数据统计信息结构中增加保护定值类；

如果现场数据具备PMU扰动分析的条件，那么可在故障信息组群中增加动态扰动录波分析结果结构，并在相关源数据统计信息结构中增加PMU数据类；

（2）以故障信息组群管理为核心，电网综合故障信息实时分析阶段的具体实施方案如下，如图2：

（21）快速故障诊断子系统根据保护动作信息、开关动作SOE信息、电网实时潮流断面信息进行快速的故障诊断。

快速故障诊断分析结果大致内容：故障时间，故障设备，故障性质，故障相别，开关动作评价、快速分析推理过程文件索引；

（22）故障信息组群生命周期管理子系统（以下简称故障信息组群管理子系统）接受快速故障诊断结束指令，根据当前快速故障诊断结果创建新的故障信息组群数据共享区，填入故障信息组群模型的快速故障诊断结构中，并将快速故障诊断的分析源数据填入相关源数据统计信息表中，包括：保护动作信息、开关动作SOE信息、电网实时潮流断面信息。

（23）故障信息组群管理子系统提供“综合分析用数据采集模块”，根据接入的各类分析子系统种类及其订阅数据类型，为各尚未分析完毕的可疑故障设备准备后续分析子系统选择分析用测点位置，并作采集、召唤和存储；将故障录波分析子系统所需的波形通道信息、波形文件信息、保护定值信息，填入相关源数据统计信息结构的故障录波数据类表中；将PMU扰动分析子系统所需量测值通讯地址、存储位置，填入相关源数据统计信息结构的PMU数据类表中，将保护动作行为分析子系统所需的保护定值信息，填入相关源数据统计信息结构的保护定值类表中。

（24）结合录波信息故障分析子系统实时监视故障信息组群数据共享区中，分析所需源数据的准备情况，一旦分析所需源数据（故障录波数据、保护定值）都准备好，既可进行基于故障录波和保护定值的详细分析；进行故障点根据获取的COMTRADE波形分析，在经历波形文件的删选、通道的抽取、合并、频率同步、对时过后、进行专业的故障点波形分析，过后给出故障位置，故障类型，故障相别、保护安装处测量阻抗、故障电流（含相电流、零序电流、负序电流）、故障电压等信息；故障点具体位置等；分析结果存于故障信息组群模型的故障录波分析结果结构中；

（25）保护动作行为分析子系统实时监视故障信息组群数据共享区中，保护行为分析所需源数据的准备情况，一旦分析所需源数据（故障录波分析结果、保护动作信息、保护定值）都准备好，既可进行故障涉及保护动作行为正确性和完整性分析；结合故障录波的故障电流、电压等数据，以及保护装置的定值，分析出针对本次故障应该动作和不应该动作的保护类型，与获取的保护动作报文做对比分析，分析保护动作是否正确（是否存在误动），是否完整（是否存在拒动）。分析结果存于故障信息组群模型的保护动作正确性校验分析结果结构中。

（26）PMU扰动分析子系统实时监视故障信息组群数据共享区中，动态扰动分析所需源数据（PMU数据）的准备情况，一旦分析所需源数据都准备好，既可进行基于PMU动态数据的扰动分析；从动态数据扰动分析方面校验，可疑故障设备是否存在故障；分析结果存于故障信息组群模型的动态扰动录波分析结果结构中。

（27）综合分析子系统根据综合分析启动判据来启动分析，从故障信息组群模型的各分支模型结构（快速故障诊断结构、故障录波分析结果结构、保护动作正确性校验分析结果结构等）中获取各子系统分析结果信息，综合分析出统一的分析结果，并推出综合分析报告；分析结果存于综合分析结果结构中。

（28）故障信息组群管理子系统提供实时分析组群信息打包归档和销毁功能。将故障信息组群模型中的数据信息按照组群结构方式存成带层次的XML数据文件。该数据文件可供故障信息浏览，以及下文所述的离线分析之用。

（3）以故障信息组群管理为核心，电网综合故障信息分析系统在离线分析阶段的实施方案如下，如图3：

（3a）将历史故障组群数据包的数据导入离线故障信息组群；

（3b）通过人机界面人工修正故障信息源数据，比如装置时标，畸变数据的修正；

（3c）人工触发启动离线故障信息的综合分析；

（3d）故障信息组群管理子系统提供“综合分析用稳、暂、动态数据的补充采集”模块，用来补充采集历史故障组群数据包中记录的，在实时分析阶段尚未获取到的稳态数据，比如故障时段内的开关SOE动作信息，保护动作信息，故障时刻潮流断面信息等；

（3e）快速故障分析子系统根据故障时段保护动作信息、故障时段的开关SOE信息、故障时刻系统潮流断面进行快速故障诊断。具体实施步骤同实时分析方案中的步骤（22）；

（3f）故障信息组群管理子系统提供“综合分析用稳、暂、动态数据的补充采集”模块，用来补充采集在实时分析阶段尚来不及采集的各类暂态、动态源数据，具体实施步骤同实时分析方案中的步骤（23）；将故障录波分析子系统所需的波形通道信息、波形文件信息、保护定值信息，填入相关源数据统计信息结构的故障录波数据类表中；将PMU扰动分析子系统所需量测值通讯地址、存储位置，填入相关源数据统计信息结构的PMU数据类表中，将保护动作行为分析子系统所需的保护定值信息，填入相关源数据统计信息结构的保护定值类表中；

（3g）结合录波信息故障分析子系统进行故障录波的详细分析；具体实施步骤同实时分析方案中的步骤（24），分析结果存于故障信息组群模型的故障录波分析结果结构中；

（3h）保护动作行为分析子系统进行保护动作行为正确性和完整性分析；具体实施步骤同实时分析方案中的步骤（25），分析结果存于故障信息组群模型的保护动作正确性校验分析结果结构中；

（3i）PMU扰动分析子系统进行扰动分析；具体实施步骤同实时分析方案中的步骤（26），分析结果存于故障信息组群模型的动态扰动录波分析结果结构中；

（3j）综合分析子系统，根据综合分析启动判据来启动分析，从故障信息组群模型的各分支模型结构（快速故障诊断结构、故障录波分析结果结构、保护动作正确性校验分析结果结构等）中获取各子系统分析结果信息，推出综合分析报告；分析结果存于综合分析结果结构中；

（3k）组群管理子系统可根据组群生命结束判据，启动故障信息组群数据的归档以及离线分析共享数据区的销毁，停止对某一历史故障的离线分析；将故障信息组群模型中的数据信息按照组群结构方式存成带层次的XML数据文件。该数据文件可供故障信息浏览，以及其他离线分析之用。

说明：

福建省调D5000系统平台上，分别接入了EMS系统、保护信息主站系统、故障录波系统，电网综合故障信息分析系统通过本专利申请的故障信息组群技术，实现了多数据源故障信息的实时分析，试验表明，分析结果正确，数据丰富，证据详实，而且结合录波信息故障分析子系统的耗时大大降低，从而提高了整体综合分析的时效性。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种采用故障信息组群技术协调电网综合故障信息分析的方法，其特征在于包括如下内容：首先设计故障信息组群模型，发生电网故障时，由故障信息组群生命周期管理模块实时分析以此为模型为新发生故障开辟故障信息共享区域；面对生成的故障信息组群，故障信息组群生命周期管理模块还协调各子系统数据采集和分析；提供分析数据采集模块，以快速故障分析得出的故障设备为数据采集导向，为后续故障分析子系统准备各类源数据，充实故障信息组群内容；接受各分析子系统分析结果，分析结果存入故障信息组，实现综合分析系统内各分析子系统对分析结果的数据共享；提供综合分析功能，提供各分析系统分析结果综合对比分析功能；故障信息组群数据归档；故障信息实时分析共享数据区销毁。

2.如权利要求1所述的采用故障信息组群技术协调电网综合故障信息分析的方法，其特征在于：所述设计故障信息组群模型后，以此为模型，作为电网故障综合分析系统中为故障信息综合分析子系统开辟数据共享区域，提供数据共享平台，以故障一次设备为核心，将同一个故障在各分析子系统中分析算法需要的源数据以及分析结果融合在同一个数据模型对象内。

3.如权利要求1所述的采用故障信息组群技术协调电网综合故障信息分析的方法，其特征在于：所述发生电网故障时，故障信息组群生命周期管理模块接受快速故障分析结果，创建新的故障信息群作为综合分析共享数据区；提供分析数据召唤模块，以快速故障分析得出的故障设备为数据采集导向，为后续故障分析子系统准备各类源数据，充实故障信息群内容；接受各分析子系统分析结果，将各子系统对同一个故障的分析结果归类存于同一个故障信息组；提供综合分析功能，提供各分析系统分析结果综合对比分析功能；故障信息组群数据归档；故障信息实时分析共享数据区销毁。

4.如权利要求1所述的采用故障信息组群技术协调电网综合故障信息分析的方法，其特征在于：在电网故障事后离线分析时，以故障信息组群为模型，创建离线综合故障信息分析用的数据共享区，将事故时段与故障相关的各类源数据导入到故障信息群，协调各离线故障分析子系统的缺失源数据的再召唤以及数据分析，接受各分析子系统分析结果，分析结果存入故障信息组；提供综合分析功能，提供各分析系统分析结果综合对比分析功能；故障信息组群数据重新归档；故障信息群离线分析共享数据区销毁。

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