CN105093033A

CN105093033A - 一种基于电网多源信息的故障综合分析系统及分析方法

Info

Publication number: CN105093033A
Application number: CN201510553083.1A
Authority: CN
Inventors: 李会新; 李锋; 黄勇; 陈祥文; 李勇; 金明亮; 谢俊; 李敏; 王英英
Original assignee: Wuhan Zhongyuan Huadian Science & Technology Co Ltd; Central China Grid Co Ltd
Current assignee: State Grid Center China Grid Company Limited
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: CN105093033B

Abstract

本发明涉及一种基于电网多源信息的故障综合分析系统及分析方法，故障综合分析系统由采集模块、数据存储模块、故障分析模块、故障展示模块四部分组成；采集模块分别与故障录波主站、保护信息主站、DMS/SCADA系统和WAMS主站相连，数据存储模块与采集模块相连，故障分析模块与数据存储模块相连，故障展示模块与故障分析模块相连。本发明能够很好地解决保信主站、故障录波主站等系统分析故障信息时信息来源不足，分析策略不一致等原因造成的故障分析不准确、保护动作评断出错等问题，效果显著。本发明加强电网故障分析水平，充分挖掘现有故障分析系统的潜力，更好地协调处理多源头故障信息数据。

Description

一种基于电网多源信息的故障综合分析系统及分析方法

技术领域

本发明属于电网故障监测技术领域，涉及一种基于电网多源信息的故障综合分析系统及分析方法。

背景技术

随着受端负荷的持续增长，跨区域联网规模不断扩大，加之电力工业市场化改革以及生态环境约束的影响，电网结构和电网运行方式日趋复杂，系统运行的不稳定因素持续增多，出现偶发性故障引发的大规模停电风险也在不断升高。另外，随着社会经济的发展，科学技术的进步和人民生活水平的提高，人们对电力的需求和依赖性越来越大，对安全、优质供电的需求越来越强。

电力系统作为一个高度复杂、规模巨大的动态平衡系统，运行中的不可预料因素极多，常常处于不同的扰动之中，故障的发生往往又是无法避免的。研究和开发有效的故障分析方法具有很大的现实意义和实用价值。

现在的EMS/SCADA系统、WAMS主站、保信主站、故障录波主站等均有自己的一套告警逻辑和故障判断依据，但往往局限于自己系统本身，信息来源不足，缺乏综合分析定位和评价手段。

因此，寻找一种能将已有的SCADA、WAMS、故障录波系统等提供的信息综合起来，并且能够准确进行故障元件诊断、故障简报推送、事故后数据分析、保护动作行为评价等功能的新的电网故障综合分析手段是十分必要的也是目前电网故障检测中急需的。这对于电力系统的安全稳定运行起着十分重要的作用。

发明内容

本发明旨在克服现有各种电网故障诊断分析系统各自独立运行、缺乏协同机制，导致在对电网故障进行定位、分析和处理的过程中难免比较片面，也造成了事故后分析报告繁杂臃肿的缺陷，提供一种基于电网多源信息的故障综合分析系统及分析方法，本发明加强电网故障分析水平，充分挖掘现有故障分析系统的潜力，更好地协调处理多源头故障信息数据。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于电网多源信息的故障综合分析系统，由采集模块、数据存储模块、故障分析模块、故障展示模块四部分组成；其特征在于：采集模块分别与故障录波主站、保护信息主站、DMS/SCADA系统和WAMS主站相连，数据存储模块与采集模块相连，故障分析模块与数据存储模块相连，故障展示模块与故障分析模块相连；

采集模块负责从故障录波主站、保护信息主站、EMS/SCADA系统和WAMS主站采集故障信息；数据存储模块负责将采集到的故障信息存储到数据库中；故障分析模块负责对故障信息进行整合、综合分析，并向故障展示模块推送完整故障报告；故障展示模块负责展示故障报告并提供相应的可视化操作。

利用所述的基于电网多源信息的故障综合分析系统的分析方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)故障综合分析系统的采集模块采集来自故障录波主站、保护信息主站、DMS/SCADA系统和WAMS主站的故障信息，并存储在数据存储模块中；

(2)故障综合分析系统的故障分析模块充分利用步骤(1)的各种故障信息特点，对采集到的故障信息进行整合；

(3)故障分析模块对整合后的故障信息进行综合分析并生成完整的故障报告，推送到故障展示模，由故障展示模块展示故障报告并提供相应的可视化操作。

所述步骤(1)具体为：a.通过故障录波主站的消息总线和文件服务获取录波简报和故障录波文件；b.通过保护信息主站的消息总线和文件服务获取故障事件、故障简报文件；c.通过主动访问从EMS/SCADA系统获取SOE、遥信变位信息；d.通过主动访问从WAMS主站获取广域相量数据。

所述步骤(2)具体为：a.由故障录波主站或者保护信息主站的上送事件给故障分析模块触发故障整合流程；b.故障整合条件为故障时间区间、故障厂站、故障设备及对应相关设备；c.收到故障录波主站或者保信主站发送的消息之后，故障综合分析系统通过故障展示模块给采集模块的每个采集源设定一个接收延时：Δt_SCA、Δt_WAMS、Δt_故录、Δt_保信；d.在Δt_保信时间内收到的保信主站事件，经过故障厂站、故障设备、故障时间三个整合条件筛选后符合整合条件的即将该事件消息整合到本次故障，不符合整合条件的即触发新的故障整合流程；e.在Δt_故录时间内收到的故障录波主站事件，经过故障整合条件筛选后符合整合条件的即将该事件消息整合到本次故障，不符合整合条件的即触发新的故障整合流程；Δt_故录延时结束后，如果判断故障信息不完整，则通过手动召唤的方式召唤录波列表，以保证故障信息完整性；f.Δt_SCA延时结束后，通过故障整合条件从SCADA的SOE表和遥信变位表中获取相关设备动作信息；g.Δt_WAMS延时结束后，通过故障整合条件从WAMS主站获取广域相量文件。

所述步骤(3)具体为：a.故障分析模块利用双端测距算法，通过获取的故障线路双端的故障录波文件进行故障距离的计算；b.利用时间序列相似性诊断算法，通过获取的一次设备和二次设备的故障相关信息进行保护动作正确性分析；c.故障分析模块根据故障整合结果和故障分析结果，生成完整的故障报告，故障报告包含一次设备动作报告、二次设备动作报告、故障录波信息、广域相量信息和故障诊断信息。

本发明能够很好地解决保信主站、故障录波主站等系统分析故障信息时信息来源不足，分析策略不一致等原因造成的故障分析不准确、保护动作评断出错等问题，效果显著。

附图说明

图1是本发明的故障综合分析系统结构图。

图2是本发明的保信触发的故障整合流程。

图3是本发明的故障录波触发的故障整合流程。

具体实施方式

结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明由采集模块、数据存储模块、故障分析模块、故障展示模块四部分组成；其特征在于：采集模块分别与故障录波主站、保护信息主站、DMS/SCADA系统和WAMS主站相连，数据存储模块与采集模块相连，故障分析模块与数据存储模块相连，故障展示模块与故障分析模块相连；采集模块负责从故障录波主站、保护信息主站、EMS/SCADA系统和WAMS主站采集故障信息；数据存储模块负责将采集到的故障信息存储到数据库中；故障分析模块负责对故障信息进行整合、综合分析，并向故障展示模块推送完整故障报告；故障展示模块负责展示故障报告并提供相应的可视化操作。

如图2所示，为故障录波触发的故障整合流程，本发明在t1时刻收到保信主站发送的消息，表明一次新的故障开始，由于各个源系统在接入条件和系统性能上的差异，给每个源系统设定一个接收延时。系统在Δt_SCA延时后从EMS/SCADA的SOE告警表中获取相关设备动作信息，在Δt_WAMS延时后从WAMS获取广域相量文件。同时，在Δt_故录的延时时间内，系统等待故障录波主站发送故障消息，收到消息之后根据故障特征判断是否和触发故障的消息是同一次故障，是则将这两条故障消息整合，赋予同一个故障id，否则判断为该条消息触发了一次新的故障，进入故障录波触发的故障整合流程。

如图3所示，为故障录波触发的故障整合流程，本发明在t1时刻收到故障录波主站发送的消息，表明一次新的故障开始。由于各个源系统在接入条件和系统性能上的差异，给每个源系统设定一个接收延时。系统在Δt_SCA延时后从EMS/SCADA的SOE告警表中获取相关设备动作信息，在Δt_WAMS延时后从WAMS获取广域相量文件。同时，在Δt_保信的延时时间内，系统等待保信主站发送故障消息，收到消息之后根据故障特征判断是否和触发故障的消息是同一次故障，是则将这两条故障消息整合，赋予同一个故障id，否则判断为该条消息触发了一次新的故障，进入保信触发的故障整合流程。

本发明的具体实施方式如下。

本发明的方法包含故障信息获取、故障信息整合、故障信息综合分析三部分。

1.故障信息获取

本方法中的故障综合分析系统位于电力监控系统安全II区，为了获取各数据源的故障事件和数据文件，需要和同区故障录波主站、保护信息主站通讯，同时和SCADA和WAMS主站实现跨区互联，通讯环境比较复杂。本方法采用了不同的通信方式获取各数据源的故障信息：通过消息总线和文件服务从故障录波主站获取录波简报和故障录波文件，通过消息总线和文件服务从保护信息主站获取故障事件、故障简报文件，通过主动访问从EMS/SCADA系统获取SOE、遥信变位信息，通过主动访问从WAMS主站获取广域相量数据。

2.故障信息整合

故障整合是实现多源信息故障分析的前提。在调度系统中，通讯接入环境是比较复杂的，从各个源系统获取的消息具有独立性、多样性、冗余性等特征，系统在部署方式、管理方式及运行方式等方面相互独立，通信接口、传输方式及文件格式等方面差异很大，同时各个系统发送的消息都存在一定程度上的冗余。为了准确有效的综合利用各个数据源的数据进行故障分析，首先必须按故障整合各个数据源的数据，从各个数据源获取的数据中判别出哪些数据反映的是同一次故障。

(1)故障整合依据

故障整合需要寻找多个系统消息的共有特征作为整合依据。本系统中，故障整合基于以下三个条件：

a)故障时间区间

b)故障设备及相关设备

c)故障厂站

时间是描述一次故障的关键因素，也是判断各个源消息是否反映同一次故障的必要条件。但实际情况下，由于调度和各个站的时钟源差异，系统各个源发送的消息时标是有差异的。因此需要用故障时间区间来进行故障信息整合。故障设备就是发生故障的一次设备，包含母线、变压器和线路，用于WAMS主站、保信主站和故障录波主站的信息整合；故障相关设备主要是故障设备相关的断路器设备，用于EMS/SCADA系统的信息整合。同时，在整合过程中，利用故障厂站进行检索及整合，是故障定位的关键。

(2)故障整合流程

故障发生时保信主站和故障录波主站会向多源故障分析系统发送消息，而SCADA和WAMS的消息及文件只能主动召唤获取。因此，本系统的故障整合流程以保信主站和故障录波主站发消息为触发条件。

系统在t1时刻收到保信主站发送的消息情况下，表明一次新的故障开始。由于各个源系统在接入条件和系统性能上的差异，给每个源系统设定一个接收延时。系统在ΔtSCA延时后从EMS/SCADA的SOE告警表中获取相关设备动作信息，在ΔtWAMS延时后从WAMS获取广域相量文件。同时，在Δt故录的延时时间内，系统等待故障录波主站发送故障消息，收到消息之后根据故障特征判断是否和触发故障的消息是同一次故障，是则将这两条故障消息整合，赋予同一个故障id，否则判断为该条消息触发了一次新的故障，进入故障录波触发的故障整合流程。

故障录波主站触发的故障整合流程和保信主站触发的故障整合流程类似，不同在于当线路发生故障时，故障录波主站需要上送线路两端厂站的录波列表消息。但实际运行过程中，有可能只收到一个厂站的录波列表。因此，需要在收到消息时进行录波消息完整性判断。其次，在等待故障录波主站发送消息延时结束后，如果判断录波主站消息不完整，可以由多源故障分析主站向录波主站发起录波列表召唤，从而最大可能获取完整的信息。

3.故障信息综合分析

经过上述故障整合流程，可以将多源信息实现以故障为单位的整合。这些信息包含故障消息及初步分析报告(保信主站)，故障录波信息(故障录波主站)，相关断路器及保护动作信息(SCADA)，相关广域测量数据(WAMS)。分析内容如下：

(1)故障测距

实现基于故障信息系统的录波文件进行双端定位。故障测距满足COMTRADE1991或COMTRADE1999版格式波形文件显示及分析。通过波形融合，对一个或多个录波通道进行高级分析，包括数据的函数运算、波形拟合、数据填充、谐波分析等。测距实现以下分析功能，如向量分析、序量分析、阻抗分析、谐波分析、功率分析、变压器差动与过激磁分析、母线差动分析等。同时，具有较强的数据派生功能，能计算突变量、直流分量、谐波、有效值等常用派生量，能进行信号加减、信号叠加等常用运算功能。

(2)保护动作正确性分析

电力系统发生故障后，继电保护装置将动作跳开相应的断路器，将故障元件隔离。利用断路器的节点信息和时序信息综合分析，能够识别出故障区域。事故平息后，调度中心接收到大量的警报信息时间序列，此时可利用时间序列中故障区域内的特定时间t和相似裕度△t进行分析，结合保护动作的关联特性，对保护动作正确性进行有效评价。

当电力设备遥信动作时，保护设备或者智能电力仪表会自动记录下动作时间、动作原因，形成基于统一时标基准的SOE信息。本系统通过对SOE表中的警报信息时序相似性分析和比对，结合保护动作的关联特性，能够快速、有效进行保护动作正确性分析，为调度工作人员实时评价保护系统运行状况提供有力参考。

本发明主要应用于500kV及以上线路的故障综合分析策略并建立实例化的故障综合分析系统，对故障实时诊断和事后分析均有极大的帮助，有效提高了调度工作人员的工作效率，在类似层级的电网中极具推广价值和应用前景。

Claims

1.一种基于电网多源信息的故障综合分析系统，由采集模块、数据存储模块、故障分析模块、故障展示模块四部分组成；其特征在于：采集模块分别与故障录波主站、保护信息主站、DMS/SCADA系统和WAMS主站相连，数据存储模块与采集模块相连，故障分析模块与数据存储模块相连，故障展示模块与故障分析模块相连；

2.利用权利要求1所述的基于电网多源信息的故障综合分析系统的分析方法，其特征在于包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的所述的基于电网多源信息的故障综合分析系统的分析方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：a.通过故障录波主站的消息总线和文件服务获取录波简报和故障录波文件；b.通过保护信息主站的消息总线和文件服务获取故障事件、故障简报文件；c.通过主动访问从EMS/SCADA系统获取SOE、遥信变位信息；d.通过主动访问从WAMS主站获取广域相量数据。

4.根据权利要求2所述的所述的基于电网多源信息的故障综合分析系统的分析方法，其特征在于：所述步骤(2)具体为：a.由故障录波主站或者保护信息主站的上送事件给故障分析模块触发故障整合流程；b.故障整合条件为故障时间区间、故障厂站、故障设备及对应相关设备；c.收到故障录波主站或者保信主站发送的消息之后，故障综合分析系统通过故障展示模块给采集模块的每个采集源设定一个接收延时：Δt_SCA、Δt_WAMS、Δt_故录、Δt_保信；d.在Δt_保信时间内收到的保信主站事件，经过故障厂站、故障设备、故障时间三个整合条件筛选后符合整合条件的即将该事件消息整合到本次故障，不符合整合条件的即触发新的故障整合流程；e.在Δt_故录时间内收到的故障录波主站事件，经过故障整合条件筛选后符合整合条件的即将该事件消息整合到本次故障，不符合整合条件的即触发新的故障整合流程；Δt_故录延时结束后，如果判断故障信息不完整，则通过手动召唤的方式召唤录波列表，以保证故障信息完整性；f.ΔtSCA延时结束后，通过故障整合条件从SCADA的SOE表和遥信变位表中获取相关设备动作信息；g.ΔtWAMS延时结束后，通过故障整合条件从WAMS主站获取广域相量文件。

5.根据权利要求2所述的所述的基于电网多源信息的故障综合分析系统的分析方法，其特征在于：所述步骤(3)具体为：a.故障分析模块利用双端测距算法，通过获取的故障线路双端的故障录波文件进行故障距离的计算；b.利用时间序列相似性诊断算法，通过获取的一次设备和二次设备的故障相关信息进行保护动作正确性分析；c.故障分析模块根据故障整合结果和故障分析结果，生成完整的故障报告，故障报告包含一次设备动作报告、二次设备动作报告、故障录波信息、广域相量信息和故障诊断信息。