CN104133850A - 基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对配电自动化系统运行控制及仿真培训的应用需求，针对配电网故障处理业务的研究分析及培训的特点及要求，提出基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法。分析配网信息采样、模型数据筛分、运行数据筛分、故障仿真案例合成等技术，给出配网故障仿真分析的逻辑原理及处理过程。

Description

基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法

技术领域

本发明涉及配电自动化仿真培训系统中的配电网仿真分析应用模块。

背景技术

为了保证配电网运行在高安全、高可靠、高质量和高经济水平上，就必须要求配电网运行操作人员拥有丰富的知识、经验和能力，能圆满地处理配电网正常、紧急、异常和事故情况下的运行问题。而运行人员的运行经验又来自实际电力生产和操作，是在生产过程中不断总结出来的。对一个新手来讲，其经验和运行知识只能来自培训和指导，即使对老调度员，也面临由于配电网不断扩大，新型设备不断投运，各种运行要求不断提高，配电网结构日益复杂而带来的新情况和新问题。

配电网是一个时刻运行的关系到千家万户的系统，不允许做破坏性试验，同时出现故障情景又多种多样，而且一旦出现事故，后果一般十分严重。传统的培训方式主要有：跟班学习、课堂式的反事故演习、事故处理经验总结等。这些方法效率低、周期长、效果差。在实际事故中调度员仍会束手无策，不知如何应付。问题的关键就是没有机会在配电网各种各样的异常和事故中进行磨练。

目前国内针对电力专业的仿真培训系统已较成熟的应用在地区电网调仿真培训(DTS)和变电站仿真培训中。在配电自动化仿真培训领域方面，已虽有见自动化仿真测试系统，以及采用调度自动化系统作为配网调度主站仿真培训系统，但其功能只针对配电运行控制中的某一单独环节，适用范围有限。配网运行调度人员在实际工作中，对调度决策过程中的操作结果仿真分析手段匮乏，需要将调度员的分析经验结合到仿真分析中；对配网事故分析还停留在PDR反演阶段，缺乏研究分析仿真培训环境；各电力专业学校对学员的培训系统主要是借助离线版的调度自动化系统，在培训流程、培训教案制定环节较薄弱，不能形成系统的配网调度技能培训。

发明内容

发明目的：提供一种基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法，为配网运行调度人员提供仿真环境下对配电网故障处理的分析方法及处理流程，提高调度人员处理配电网正常、紧急、异常和事故情况下的运行问题的能力。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法，其特征在于：

(1)建立数据特征标签体系，对配电网历史运行数据进行标记；

(2)采用配电网信息采样技术，对配电网运行过程、控制过程、事故过程及模型变化过程的信息进行采样；

(3)通过模型数据筛分分析，为配电网故障仿真分析案例合成提供模型数据；通过历史运行数据筛分分析，为配网故障仿真分析案例合成提供运行数据；

(4)模型分析，由网络建模模块形成配电网故障分析案例的网络模型；

(5)以网络模型为基础，，通过案例编辑，形成“模型-方式-过程”一体化的故障仿真案例。

步骤(2)中，配电网运行过程信息采样包括断面采样和更新采样，对配电网的量测信息进行采样；配电网控制过程信息采样以调度控制人员操作控制为触发条件，对操作信息进行采样；通过配电网事故过程信息采样，保存电网的事故状态，真实、完整地反演电网的事故过程；通过配电网模型变化过程信息采样，反映配电网模型的动态变化过程。

步骤(3)中，采用模型数据筛分技术，对配电网络模型变化增量信息进行筛选，为故障仿真的案例合成提供模型数据。

通过现场历史运行数据筛分接口，将配电网历史运行数据按照图模、方式、信号事件三层筛分，将适合培训的一段历史运行过程提取出来形成“模型-方式-过程”一体化的故障仿真分析案例。

步骤(1)中，从数据类型、数据状态、数据变化时间、数据关联设备、数据关联事件、数据重要等级、数据变化特性、数据计算方法、数据统计方法相关特征对配电网运行数据进行标记。

步骤(4)中，图模导入以馈线/站所为单位进行导入，由网络建模模块提供的模型生成、转换和验证辅助工具，形成模型变化增量告警信息；分析模型变化过程所记录的告警信息，并构造相应模型回退SQL语句，在当前模型基础上调用数据库接口提交模型回退SQL语句，形成配网故障发生时刻的网络模型。

以故障前断面采样数据为故障分析案例的初始化数据，以历史采样数据筛分的结果作为故障过程分析的背景数据，形成“模型-方式-过程”一体化的故障仿真案例。

本发明所达到的有益效果：

采用本发明的方法可以建立配电网故障分析案例，为配网运行调度人员提供仿真环境下对配电网故障处理的分析方法，支持全息的历史故障仿真，能够通过动态信息数据库在极短的时间内查询得到历史上任何一个时间点的精确运行方式断面，同时，结合案例管理获取当时的电网模型和图形，从而实现全息历史故障仿真分析，提高了调度人员处理配电网正常、紧急、异常和事故情况下的运行问题的能力。

附图说明

附图1为故障仿真案例数据提取原理图。

具体实施方式

本发明基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法包括以下主要步骤：

(1)建立数据特征标签体系。

(2)配网过程信息采样

(2-1)配网运行过程信息采样；

(2-2)配网控制过程信息采样；

(2-3)配网事故过程信息采样；

(2-4)配网模型变化过程信息采样。

(3)历史数据筛分分析

(3-1)模型数据筛分分析；

(3-2)运行数据筛分分析。

(4)模型分析。

(5)案例合成及故障仿真分析。

采用本发明的方法可以实现以下主要功能：

(1)数据筛分分析

包括模型数据筛分及历史运行数据筛分。运行、控制及事故过程信息采样解决的是配网运行控制过程中数据样本采样过程。数据经过一定规则的采样之后，得到的是系统运行过程的原始数据，将其称之为“生数据”，由于分析人员只针对其中某一时间段的某几项指标进行分析，关注的数据要点有限，简单的数据平铺分析方法会导致关键数据被海量数据掩盖，导致分析结果重点不清晰，不符合运行控制人员的关注重点。

采用历史数据筛分技术，按照“动作信息”、“越限信息”、“置数信息”、“控制信息”、“失电信息”等为纵坐标，以重要等级进行分级，作为横坐标，形成历史数据标准筛分分析制。如表1所示。

(2)案例合成

一个完整的配网故障仿真分析案例需要将大量的精力投入在配网模型的搭建，背景数据的准备上，模型或数据的不合理将导致仿真分析出现较大偏差，反而会引起误导。通过现场历史运行数据筛分接口，能够将配网历史运行数据按照图模、方式、信号事件三层筛分，将适合培训的一段历史运行过程提取出来(例如故障处理)，形成“模型-方式-过程”一体化的案例。可再进一步通过案例编辑，加入教员额外的培训意图最终形成教案。如附图1所示。

(3)故障仿真分析

故障仿真不仅逼真展示事故时的电网模型与运行方式，而且具有实时运行时的全部特征，包括告警信息的显示、语音、推画面等，并可在此基础上进行网络分析(如状态估计、调度员潮流等)。能通过任意一台工作站进行仿真分析，并以允许多台工作站同时观察仿真过程。仿真的运行环境相对独立，与实时环境互不干扰。

下面结合图1对本发明的方法作更进一步的说明。

1)建立数据特征标签体系，从数据类型、数据状态、数据变化时间、数据关联设备、数据关联事件、数据重要等级、数据变化特性、数据计算方法、数据统计方法等相关特征对配网运行数据进行标记。

数据特征标签体系除了为配网运行数据进行分类之外，还需要对分类之后的数据给出具体的数据特征值。根据数据筛分特征及特征值建立筛分制表，如表1所示：

表1：配网运行数据特征标准筛制标

2)采用配网信息采样技术对配网运行过程进行广泛采样。采样内容包括：模拟量、状态量、非实测数据、点多源数据、数据质量码、统计数据、计算数据、操作数据、告警数据、模型异动过程数据等。通过对以上数据的采样，实现对配网运行过程信息、控制过程信息、事故过程信息及模型变化过程的完整记录。

运行数据采样的主要方法包括：断面采样、更新采样、条件采样等三种，分别应用于不同的采样的不同需求。其中，断面采样突出周期性和完整性，采用可定义的采样周期(常用周期时间有：1秒、5秒、1分钟、5分钟、10分钟、15分钟、30分钟、1小时、8小时、1天)，对运行系统实时库中所有数据进行采样，由于数据是同一时刻获得，即形成配网运行数据断面，称为断面采样。更新采样用于应对数据变化更新不频繁，且更新周期无法确定的数据采样(例如配网变压器的运行数据上报采样)，在数据更新的同时对数据进行采样。条件采样对采样对象进行实时分析，当采样对象满足设定条件时(如跳变幅度过大等)，即对数据进行采样。

3)历史采样数据筛分分析。依据配网运行数据特征标准筛制，对已采样的历史运行数据进行筛分过滤。调整筛制特征量是否参与筛分过滤，可得到配网运行中不同事件的关键数据(例如配网事故造成的保护动作、量测突变数据)，屏蔽无关数据，保留事件直接相关和强相关的数据。将筛分得到的数据进行典型案例的结构性存储，形成配网故障案例分析的关键背景数据。

4)系统图模导入以馈线/站所为单位进行导入，系统网络建模模块提供了模型生成、转换和验证等辅助工具，并对图模数据的拼接管理具备“红黑图管理机制”进行异动管理，形成模型变化增量告警信息。分析模型变化过程所记录的告警信息，并构造相应模型回退SQL语句，在当前模型基础上调用数据库接口提交模型回退SQL语句，从而形成配网故障发生时刻的网络模型。形成配网故障分析案例的网络模型。

5)故障分析案例的形成。以静态模型为基础，以故障前断面采样数据为故障分析案例的初始化数据，以历史采样数据筛分的结果作为故障过程分析的背景数据。形成“模型-方式-过程”一体化的故障仿真案例。系统使用研究态实现故障仿真分析。在研究态下，系统根据给定的时刻自动匹配并调出相应的系统模型断面，再调出筛分后的数据断面以重构当时的场景，在此基础上仿真当时发生的事件序列，并由用户控制仿真的进度。故障仿真分析的数据能够重放整个事故过程，并能以单线图/表等多种方式重新显示扰动数据的变化。故障仿真能够以设定的刷新周期在图形上一步一步重新显示，并能由操作员任意控制。

Claims (7)

1. 基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法，其特征在于：

（1）建立数据特征标签体系，对配电网历史运行数据进行标记；

（2）采用配电网信息采样技术，对配电网运行过程、控制过程、事故过程及模型变化过程的信息进行采样；

（3）通过模型数据筛分分析，为配电网故障仿真分析案例合成提供模型数据；通过历史运行数据筛分分析，为配网故障仿真分析案例合成提供运行数据；

（4）模型分析，由网络建模模块形成配电网故障分析案例的网络模型；

（5）以网络模型为基础，，通过案例编辑，形成“模型-方式-过程”一体化的故障仿真案例。

2.根据权利要求1所述的基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法，其特征在于：步骤（2）中，配电网运行过程信息采样包括断面采样和更新采样，对配电网的量测信息进行采样；配电网控制过程信息采样以调度控制人员操作控制为触发条件，对操作信息进行采样；通过配电网事故过程信息采样，保存电网的事故状态，真实、完整地反演电网的事故过程；通过配电网模型变化过程信息采样，反映配电网模型的动态变化过程。

3.根据权利要求1所述的基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法，其特征在于：步骤（3）中，采用模型数据筛分技术，对配电网络模型变化增量信息进行筛选，为故障仿真的案例合成提供模型数据。

4.根据权利要求1所述的基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法，其特征在于：通过现场历史运行数据筛分接口，将配电网历史运行数据按照图模、方式、信号事件三层筛分，将适合培训的一段历史运行过程提取出来形成“模型-方式-过程”一体化的故障仿真分析案例。

5.根据权利要求1所述的基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法，其特征在于：步骤（1）中，从数据类型、数据状态、数据变化时间、数据关联设备、数据关联事件、数据重要等级、数据变化特性、数据计算方法、数据统计方法相关特征对配电网运行数据进行标记。

6.根据权利要求1所述的基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法，其特征在于：步骤（4）中，图模导入以馈线/站所为单位进行导入，由网络建模模块提供的模型生成、转换和验证辅助工具，形成模型变化增量告警信息；分析模型变化过程所记录的告警信息，并构造相应模型回退SQL语句，在当前模型基础上调用数据库接口提交模型回退SQL语句，形成配网故障发生时刻的网络模型。

7.根据权利要求4所述的基于历史运行数据筛分技术的配电网故障仿真分析方法，其特征在于：以故障前断面采样数据为故障分析案例的初始化数据，以历史采样数据筛分的结果作为故障过程分析的背景数据，形成“模型-方式-过程”一体化的故障仿真案例。