CN105866630B - 一种应对全站信息缺失的故障诊断方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应对全站信息缺失的故障诊断方法和系统，获取每一个与信息缺失站相邻的变电站到信息缺失站的电流信息；分别计算从信息缺失站流向每一个与信息缺失站相邻的变电站的电流信息；分别对应计算从相邻的变电站到信息缺失站的电流信息与从信息缺失站流向相邻的变电站的电流信息的相位差；计算出来的所有的相位差中的绝对值最接近0°的相位差对应的相邻的变电站与信息缺失站之间的连接线路为故障线路。通过该方式确定故障发生位置，实现了变电站整站信息缺失时站间发生线路故障的故障定位，极大地提高了集群变电站系统的可靠性，为应对信息集中情况下大范围信息缺失给出了有效的解决方案。

Description

一种应对全站信息缺失的故障诊断方法和系统

技术领域

本发明涉及一种应对全站信息缺失的故障诊断方法和系统。

背景技术

近年来，通信技术、信息处理技术的发展以及IEC61850标准的日趋完善，智能变电站在我国迅速发展。

变电站层通过SV网完成保护、调控、计量等全景实时数据的采集、处理及上送，同时通过GOOSE网接收保护智能中心层下发的保护、控制命令并执行，实现所有基于变电站站域信息的保护与控制功能。

随之站域保护技术、广域保护技术越来越成熟，各种电气量信息得以集中利用，在站内能够获取所有支路、母线及变压器的信息。在区域内能够获得多个变电站站内及站间信息，给我国未来复杂大电网发展建设奠定良好基础。目前有很多利用信息共享技术进行新型继电保护算法的研究，但主要集中于对IEC61850标准如何在变电站各层(站控层、间隔层和过程层)设备中的应用以及如何应对站内部分信息缺失的保护方案的研究，对于信息集中后容易出现大范围信息缺失，甚至是整站信息缺失的应对措施较少涉及，导致区域内多个变电站信息集中后的优势并没有被充分发挥出来。

集中式保护是未来大电网继电保护发展的方向。由于对区域范围站内及站间信息集中采集处理，电流差动保护无疑是最好的选择，电流差动保护灵敏度高，能很好的躲过系统振荡，不受系统运行方式的影响。但对通信技术、信息处理技术的要求较高，在目前通信及信息处理技术制约下的差动保护算法，力求利用较少的对通信延时要求不高的信息量来达到快速识别故障的目的。但应用电流相位比较原理来应对大范围信息缺失的研究较少。

当站间线路发生故障时，由于通信网发生故障或采样设备出现故障，造成集中式保护大范围的采样信息缺失，以致站间线路基于电流差动原理的主保护无法正确动作，因此必须提出有效的应对策略。综上所述，有必要为集中式保护系统提供应对整站信息缺失的故障诊断方法和广域保护方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种应对全站信息缺失的故障诊断方法，用于解决现有的差动保护方法无法在整站信息缺失时对系统进行保护的问题。本发明同时提供一种应对全站信息缺失的故障诊断系统。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种应对全站信息缺失的故障诊断方法，步骤如下：

(1)、获取每一个与信息缺失站相邻的变电站到信息缺失站的电流信息；

(2)、分别计算从信息缺失站流向每一个与信息缺失站相邻的变电站的电流信息；

(3)、分别对应计算从第M个相邻的变电站到信息缺失站的电流信息与从信息缺失站流向所述第M个相邻的变电站的电流信息的相位差，其中，M＝1，2，3……，N，N为信息缺失站相邻的变电站的个数；

(4)、找到计算出来的所有的相位差中的绝对值最接近0°的相位差对应的相邻的变电站，则找到的相邻的变电站与信息缺失站之间的连接线路即为故障线路。

在所述步骤(4)之后，所述诊断方法还包括以下步骤：如果在跳开所述故障线路后故障并未消失，则判断故障为所述信息缺失站内故障。

在确定为所述信息缺失站内故障时，跳开信息缺失站与所有的相邻变电站之间的连接线路。

计算从信息缺失站流向第M个相邻的变电站的电流信息的实现手段是：

假设所述第M个相邻的变电站与信息缺失站之间的线路出现故障，根据从信息缺失站流向除去所述第M个相邻的变电站之外的其他相邻变电站的电流信息计算所述从信息缺失站流向第M个相邻的变电站的电流信息 其中，为从信息缺失站流向第i个相邻的变电站的电流信息。

当某一个或者多个相邻的变电站中有变压器时，按照该变压器两侧电流之间的关系进行变换，用变换后的电流进行相位差的计算和比较。

一种应对全站信息缺失的故障诊断系统，包括：

信息获取模块，用于获取每一个与信息缺失站相邻的变电站到信息缺失站的电流信息；

信息计算模块，用于分别计算从信息缺失站流向每一个与信息缺失站相邻的变电站的电流信息；

相位差计算模块，用于分别对应计算从第M个相邻的变电站到信息缺失站的电流信息与从信息缺失站流向所述第M个相邻的变电站的电流信息的相位差；其中，M＝1，2，3……，N，N为信息缺失站相邻的变电站的个数；

第一比较判断模块，找到计算出来的所有的相位差中的绝对值最接近0°的相位差对应的相邻的变电站，该找到的相邻的变电站与信息缺失站之间的连接线路为故障线路。

所述系统还包括第二比较判断模块，所述第二比较判断模块用于如果在跳开所述故障线路后故障并未消失，则判断故障为所述信息缺失站内故障。

所述第二比较判断模块在确定为所述信息缺失站内故障时，跳开信息缺失站与所有的相邻变电站之间的连接线路。

计算从信息缺失站流向第M个相邻的变电站的电流信息的实现手段是：

假设所述第M个相邻的变电站与信息缺失站之间的线路出现故障，根据从信息缺失站流向除去所述第M个相邻的变电站之外的其他相邻变电站的电流信息计算所述从信息缺失站流向第M个相邻的变电站的电流信息计算公式为：其中，为从信息缺失站流向某一个相邻的变电站的电流信息。

当某一个或者多个相邻的变电站中有变压器时，按照该变压器两侧电流之间的关系进行变换，用变换后的电流进行相位差的计算和比较。

本发明提供的应对全站信息缺失的故障诊断方法，在一个变电站整站信息缺失时，分别对应计算与该信息缺失站相邻的变电站到该信息缺失站的电流信息与从信息缺失站流向对应相邻的变电站的电流信息的相位差；计算出来的所有的相位差中的最接近0°的相位差对应的相邻的变电站与信息缺失站之间的连接线路为故障线路，通过该方式确定故障发生位置，实现了变电站整站信息缺失时站间发生线路故障的故障定位，极大地提高了集群变电站系统的可靠性，为应对信息集中情况下大范围信息缺失给出了有效的解决方案。

附图说明

图1是保护智能系统的结构示意图；

图2是变电站群的简易连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示，其为本发明提供的应对全站信息缺失的故障诊断方法基于的保护智能中心系统的结构，当然，本发明的重点在于该诊断方法，所以本发明并不局限于上述结构，只要能够实施该诊断方法并解决背景技术中存在的技术问题，其他的智能变电站的结构也可。

如图1所示，该保护智能中心在硬件上分为两层结构，由变电站层和保护智能中心层两层组成，层间由PTN网络连接。

变电站层主要由互感器、合并单元、智能组件、N合一就地保护装置等站内设备构成，装置采用分布式结构，并通过SV网完成保护、调控、计量等全景实时数据的采集、处理及上送，同时通过GOOSE网接收保护智能中心层下发的保护、控制命令并执行，并实现所有基于变电站站域信息的保护与控制功能。

保护智能中心层由集中式保护和运维监控与管理系统构成。其中，集中式保护设备完成区域的网络化保护，实现电网三道防线的一体化设计；维监控系统配置运维监控服务器和工作站，实现集中式网络化保护控制系统的运行监视、系统配置、设备维护、离线分析等系列功能。

保护智能中心层利用高速通信网络收集区域配电网各个就地层信息，利用集中式网络化保护功能完成对区域内的故障定位和隔离，并利用区域自愈功能、协调调度功能完成电网安稳状态控制功能。在变电站内，传输采样值、开关量等电气信息量的SV网与传输跳合闸、联闭锁等多种信号的GOOSE网分开。但当SV出现故障时，意味着站内所有的信息面临缺失的危险，保护智能中心将无法获取该站的电气量信息。当整站信息缺失的情况发生时，必将会导致基于多站信息的站间线路电流差动主保护失效。所以，本发明提供的应对全站信息缺失的故障诊断方法为涉及信息缺失的一次设备提供可靠的后备保护。

由于智能保护中心系统的具体结构为现有技术，这里不做赘述，下面对该应对全站信息缺失的故障诊断方法进行详细说明。

该应对全站信息缺失的故障诊断方法由保护智能中心实施，其步骤为：

(1)通过保护智能中心获取从第M个相邻的变电站到信息缺失站的电流信息由于与信息缺失站相邻的变电站的数量为N，所以，M＝1，2，3……，N，并且，将这N个相邻变电站进行顺序的排列，依次为：第一个相邻变电站，第二个相邻变电站，……第N个相邻变电站，而且，为了便于说明，以第M个相邻的变电站进行说明，该第M个相邻的变电站为这N个相邻的变电站中的其中一个变电站；所以，该步骤能够获取所有的相邻的变电站到信息缺失站的电流信息(即信息缺失站对端电流信息)，为其中，0代表信息缺失站。

(2)假设第M个相邻的变电站与信息缺失站之间的线路出现故障，并根据从信息缺失站流向除去该第M个相邻的变电站之外的其他相邻变电站的电流计算从信息缺失站流向第M个相邻的变电站的电流信息

由基尔霍夫电流定律知，由信息缺失站流向N个相邻变电站的电流信息的矢量和为0，即所以，计算从信息缺失站流向第M个相邻的变电站的电流信息的计算公式为其中，为从信息缺失站流向第i个相邻的变电站的电流信息。

具体为：该N个相邻的变电站中，

假设第一个变电站与信息缺失站之间的线路出现故障，那么，根据从信息缺失站流向除去该第一个变电站之外的其他相邻变电站的电流计算从信息缺失站流向第一个变电站的电流信息计算公式为：

假设第二个变电站与信息缺失站之间的线路出现故障，那么，根据从信息缺失站流向除去该第二个变电站之外的其他相邻变电站的电流计算从信息缺失站流向第二个变电站的电流信息计算公式为：

假设第三个变电站与信息缺失站之间的线路出现故障，那么，根据从信息缺失站流向除去该第三个变电站之外的其他相邻变电站的电流计算从信息缺失站流向第三个变电站的电流信息计算公式为：

依次类推，利用上述方式分别计算从信息缺失站流向这N个相邻的变电站的各个电流信息。

(3)由于当第M个变电站与信息缺失站之间的连接线路正常时，可得：即与的相位差为180°；反之，当第M个变电站与信息缺失站之间的连接线路出现故障时，可得：其中，故障为金属性短路时，与的相位差为0°，但实际情况中考虑分布电容电流的影响，相位差在0°到90°范围内。

那么，由第(1)步得到的和第(2)步得到的进行以下处理：比较与的相位，并计算得到与的相位差。即分别计算得到与的相位差，和的相位差，……，和的相位差。通过这种方式能够得到与这N个相邻变电站一一对应的N个相位差。

(4)比较这N个相位差，找到绝对值最接近0°的相位差(即绝对值最小的相位差)对应的相邻变电站，那么该相邻变电站与信息缺失站之间的连接线路为故障线路。比如：如果和的相位差是这N个相位差之中最接近0°的，那么，对应的第二个相邻变电站与该信息缺失站之间的连接线路为故障线路。另外，作为一个具体实施例，相位差比较的方式可以是：将得到的N个相位差的绝对值进行从小到大排序，那么，最接近0°的必然在最前面，通过这种方式能够较为直观地得到最接近0°的相位差。

另外，为了更加深入地诊断故障，在上述步骤(4)之后，该诊断方法还可以包括以下步骤：若跳开确定的故障线路后故障并未消失，判断为该信息缺失站站内故障，则跳开所有站间线路。比如：在得到第二个相邻变电站与该信息缺失站之间的连接线路为故障线路之后，在跳开该故障线路后，故障仍未消失，那么，确定为该信息缺失站站内故障，则跳开这N个相邻变电站与该信息缺失站之间的连接线路。

还有就是，当N个相邻变电站中的某些变电站和/或信息缺失站中包含有变压器时，按照该变压器两侧电流之间的关系式对电流进行变换，用变换后的电流进行相位差的计算和比较，因变压器内部的结构而带来的电流的具体变换关系属于常规技术手段，这里不再具体说明。

为了进一步说明上述技术方案，以下给出一个应用实例：

如图2所示，图中是一个简化的变电站群连接图，以B站为研究对象，即为信息缺失站，A、C、D、E分别为其相邻变电站。考虑B站信息缺失，站间联络线AB、CB、DB和EB中某一线路发生故障时，由于无法获取电流 和无法对故障线路采用电流差动保护识别切除故障。此时可获取站间线路A、C、D、E端的电流信息，即电流和利用这些电流首先对故障位置进行假设，然后依据电流相位比较原理进行判别。

(1)通过保护智能中心获取信息缺失站对端电流信息

(2)计算从信息缺失站流向各站电流信息(或)。

由基尔霍夫电流定律知，由信息缺失站流向相邻变电站所有电流信息矢量和为0，即

假设线路AB发生故障，则可由根据变压器两侧电流关系式换算得到，则为已知量，由此可得B站流向A站电流信息假设线路CB或DB发生故障时做同样的处理；

假设线路EB发生故障，则由此可得根据变压器两侧电流关系式可将变换到d侧得到电流

(3)假设故障发生在线路AB(或CB、DB)上，则与的相位差为0°，实际情况中考虑分布电容电流及过渡电阻的影响，相位差接近0°；若故障不是发生在该假设线路上，则与的相位差将远大于0°；假设故障发生在线路EB上，则与的相位差为0°，实际情况中考虑分布电容电流及过渡电阻的影响，相位差接近0°，若故障不是发生在该假设线路上，则与的相位差将远大于0°。

比较每条线路两端采样电流与计算得到的电流之间的相位差。即：在假设线路AB发生故障下，比较和的相位差；在假设线路CB发生故障下，比较和的相位差；在假设线路DB发生故障下，比较和的相位差；在假设线路EB发生故障下，比较和的相位差。

(4)将步骤(3)中得到的所有相位差的绝对值进行从大到小排序，绝对值最接近0°的电流信息相位差对应的变电站与信息缺失站之间的线路为故障线路。比如：和的相位差的绝对值最小，那么，变电站C与信息缺失站B之间的连接线路CB为故障线路。

若跳开故障线路后故障并未消失，判断为站B内故障，则跳开所有站间线路AB、CB、DB和EB。

上述实施例中，利用相位差进行故障的诊断，该相位差是个数据的差值，作为其他的实施例，在进行数据差值计算之后，还可以再将数据差值除以对应的数值得出相位百分比的误差值，根据该误差值进行故障的诊断。

另外，本发明还提供了一种应对全站信息缺失的故障诊断系统，包括：

信息获取模块，用于获取每一个与信息缺失站相邻的变电站到信息缺失站的电流信息；

信息计算模块，用于分别计算从信息缺失站流向每一个与信息缺失站相邻的变电站的电流信息；

相位差计算模块，用于分别对应计算从第M个相邻的变电站到信息缺失站的电流信息与从信息缺失站流向第M个相邻的变电站的电流信息的相位差；其中，M＝1，2，3……，N，N为信息缺失站相邻的变电站的个数；

第一比较判断模块，计算出来的所有的相位差中的绝对值最接近0°的相位差对应的相邻的变电站与信息缺失站之间的连接线路为故障线路。

上述故障诊断系统中的各个组成模块均为软件模块，通过对应的软件程序实现其功能，并且这些软件模块可设置在保护智能中心层，由保护智能中心层根据对应的软件程序实现故障诊断。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种应对全站信息缺失的故障诊断方法，其特征在于，步骤如下：

(1)、获取每一个与信息缺失站相邻的变电站到信息缺失站的电流信息；

(2)、分别计算从信息缺失站流向每一个与信息缺失站相邻的变电站的电流信息，实现手段是：

假设第M个相邻的变电站与信息缺失站之间的线路出现故障，根据从信息缺失站流向除去第M个相邻的变电站之外的其他相邻变电站的电流信息计算从信息缺失站流向第M个相邻的变电站的电流信息 其中，为从信息缺失站流向第i个相邻的变电站的电流信息；

(3)、分别对应计算从第M个相邻的变电站到信息缺失站的电流信息与从信息缺失站流向所述第M个相邻的变电站的电流信息的相位差，其中，M＝1，2，3……，N，N为信息缺失站相邻的变电站的个数；

(4)、找到计算出来的所有的相位差中的绝对值最接近0°的相位差对应的相邻的变电站，则找到的相邻的变电站与信息缺失站之间的连接线路即为故障线路。

2.根据权利要求1所述的应对全站信息缺失的故障诊断方法，其特征在于，在所述步骤(4)之后，所述诊断方法还包括以下步骤：如果在跳开所述故障线路后故障并未消失，则判断故障为所述信息缺失站内故障。

3.根据权利要求2所述的应对全站信息缺失的故障诊断方法，其特征在于，在确定为所述信息缺失站内故障时，跳开信息缺失站与所有的相邻变电站之间的连接线路。

4.根据权利要求1所述的应对全站信息缺失的故障诊断方法，其特征在于，当某一个或者多个相邻的变电站中有变压器时，按照该变压器两侧电流之间的关系进行变换，用变换后的电流进行相位差的计算和比较。

5.一种应对全站信息缺失的故障诊断系统，其特征在于，包括：

信息获取模块，用于获取每一个与信息缺失站相邻的变电站到信息缺失站的电流信息；

信息计算模块，用于分别计算从信息缺失站流向每一个与信息缺失站相邻的变电站的电流信息，实现手段是：

假设第M个相邻的变电站与信息缺失站之间的线路出现故障，根据从信息缺失站流向除去第M个相邻的变电站之外的其他相邻变电站的电流信息计算从信息缺失站流向第M个相邻的变电站的电流信息计算公式为：其中，为从信息缺失站流向某一个相邻的变电站的电流信息；

相位差计算模块，用于分别对应计算从第M个相邻的变电站到信息缺失站的电流信息与从信息缺失站流向所述第M个相邻的变电站的电流信息的相位差；其中，M＝1，2，3……，N，N为信息缺失站相邻的变电站的个数；

第一比较判断模块，找到计算出来的所有的相位差中的绝对值最接近0°的相位差对应的相邻的变电站，该找到的相邻的变电站与信息缺失站之间的连接线路为故障线路。

6.根据权利要求5所述的应对全站信息缺失的故障诊断系统，其特征在于，所述系统还包括第二比较判断模块，所述第二比较判断模块用于如果在跳开所述故障线路后故障并未消失，则判断故障为所述信息缺失站内故障。

7.根据权利要求6所述的应对全站信息缺失的故障诊断系统，其特征在于，所述第二比较判断模块在确定为所述信息缺失站内故障时，跳开信息缺失站与所有的相邻变电站之间的连接线路。

8.根据权利要求5所述的应对全站信息缺失的故障诊断系统，其特征在于，当某一个或者多个相邻的变电站中有变压器时，按照该变压器两侧电流之间的关系进行变换，用变换后的电流进行相位差的计算和比较。