CN106300293A - 一种基于电力系统底层故障信息的复杂故障串联整合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力系统底层故障信息的复杂故障串联整合方法。包括以下步骤：获取底层故障的底层故障信息，将按各底层故障第一排序时刻先后顺序列于时间轴上；并将时间窗口的起点置于首个底层故障的第一排序时刻处；辨识时间窗口内底层故障两两之间的关联性，区分复杂故障的类型；对辨识出的第一排序时刻非相邻的连锁故障和保护隐藏故障进行修正；将时间窗口起点移动至下一个相邻底层故障的第一排序时刻处，对该时间窗口内底层故障的关联性进行辨识；重复上述步骤，直到所有底层故障的关联性辨识完毕，得出复杂故障的串联整合结果。本发明将复杂故障发生后上传的大量底层故障信息串联整合成易于理解的事故链，为运行调度人员理解故障的发生和发展过程提供参考依据。

Description

一种基于电力系统底层故障信息的复杂故障串联整合方法

技术领域

本发明涉及电力系统故障诊断方法技术领域，具体是指一种基于电力系统底层故障信息的复杂故障串联整合的方法。

背景技术

电力系统复杂故障包括多重独立故障、连锁故障、共模故障等，其中可能包含保护或开关的误动、拒动等情况。独立多重故障是指电力系统中一定时间区段内发生的几个相互独立的故障；连锁故障是指前后故障之间有相当明确的因果关系，即前一故障改变了系统状态，从而触发下一个故障；共模故障是指由一种外部原因同时引起的几个元件故障。大量文献对连锁故障和共模故障的产生机理和发展形式进行了研究，邓慧琼，艾欣等人在《电网技术》2008,32(15):41-46上发表的《电网连锁故障的概率分析模型及风险评估》一文中指出在系统运行阶段，初始故障使保护动作断开故障线路，造成潮流转移，进而导致其它线路过载是连锁故障发展公认的一种模式，因此，由于潮流转移引起的过负荷是连锁故障发展的主要推动力。由于我国高压输电网主要采用距离保护作为后备保护，且距离Ⅲ段保护动作于线路过负荷，因此，在一条输电线路由于故障断开并造成大规模潮流转移后，潮流变化较大的线路距离Ⅲ段保护在事故过负荷情况下动作是连锁故障线路相继跳闸的重要原因。辛建波、万军彪等人在《电力系统保护与控制》2013,41(1)：84-89上发表的《省级电网中短期风险评估系统及其不确定性建模方法研究》一文中指出常见的共模故障是同塔双回线因雷击导致的同时停运。

随着我国电力系统故障诊断技术和通信手段的不断成熟，用于故障诊断的信息源越来越丰富，利用多种信息源数据对故障进行诊断已成为研究热点，但是其研究内容鲜有涉及对多个故障的综合辨识。谢俊、李会新等人在《电气应用》2016,35(5)：56-62上发表的《基于多源信息的电网故障综合分析系统》一文中提出了基于数据采集与监视系统(SCADA)、广域测量系统(WAMS)、保护信息系统和故障录波系统的电网故障综合分析系统，该系统能够得出单个故障的发生位置、发生时间、保护动作原因、保护动作情况以及保护误拒动信息等故障详细信息，但是该方法只能对单一故障进行分析，无法实现多个故障的串联整合。

将故障诊断系统通过一定算法得到的单一故障称为底层故障，底层故障的发生时间、发生位置和故障类型，以及开关误拒动等信息称为底层故障信息，许婧、白晓民等人在《电力系统自动化》2011,35(3)：5-8上发表的《基于复杂故障处理技术的连锁故障诊断》一文中提出了利用底层故障信息实现连锁故障辨识的方法，并在对连锁故障进行辨识的同时，考虑了保护隐藏故障的影响。保护的隐藏故障是保护系统中的一种持久性缺陷，在正常情况下，该缺陷不被暴露和发现，但是当系统发生故障或出现不正常运行状态时会被触发，其直接后果是引起继电保护的误动。保护的隐藏故障包括保护硬件装置故障，保护逻辑错误和保护整定值错误。通常情况下，保护隐藏故障不会被触发，但当系统发生某一故障后，系统运行条件恶化，可能触发存在隐藏故障的保护，进而错误地切除下一条线路。虽然该文章提出了一种利用底层故障信息实现的连锁故障和保护隐藏故障辨识方法，但该文章对连锁故障及保护隐藏故障的辨识方法较为粗糙，缺乏对工程实际情况的考证，且没有考虑共模故障。此外，该方法仅仅能够实现对两个故障的关联性进行辨识，没有涉及对多个故障进行串联整合，从而无法应用于工程实践当中。

随着电网规模的逐渐扩大，电力系统复杂故障的发生频率也越来越高。复杂故障发生后，电网大量故障信息同时涌入调度中心，给调度人员对故障的清晰认知造成了很大影响，会导致错误的调度决策，造成电网稳定性的恶化，因此有必要对上传的复杂故障信息进行分类整合，形成简单易于理解的故障发展演进过程，为运行调度人员理解故障的发生和发展过程提供参考依据，使电网快速恢复稳定。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种基于电力系统底层故障信息的复杂故障串联整合方法，旨在解决现有复杂故障辨识过程较为粗糙、精确的复杂故障辨识过程中计算极其复杂和由于多个复杂故障之间耦合的原因而导致无法准确地对多个复杂故障进行串联整合辨识的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供一种基于电力系统底层故障信息的复杂故障串联整合方法，包括以下步骤：

(1)利用传统故障诊断系统获取一定时间区段内发生的N个底层故障的底层故障信息，并将N个故障按第一排序时刻的先后顺序列于时间轴上；

(2)选取时间窗口的长度，以时间轴上第e个底层故障的第一排序时刻为时间窗口起点，并将e的初始值置为1；

(3)辨识上述时间窗口内的所有底层故障两两之间的关联性，并基于底层故障之间的关联性将底层故障整合成复杂故障，区分复杂故障的类型；

(4)对步骤(3)中辨识出的第一排序时刻非相邻的连锁故障进行修正，对步骤(3)中第一排序时刻非相邻的保护隐藏故障进行修正；

(5)时间窗口起点滑动至第e+1个底层故障的第一排序时刻，辨识时间窗口所有底层故障两两之间的关联性，并基于底层故障之间的关联性将底层故障整合成复杂故障，区分复杂故障的类型，步骤(5)辨识方法与步骤(3)中辨识方法相同；

(6)对步骤(5)中辨识出的第一排序时刻非相邻的连锁故障和第一排序时刻非相邻的保护隐藏故障进行修正，步骤(6)中修正方法与步骤(4)中修正方法相同；

(7)检查是否已对N个底层故障两两之间的关联性辨识，若是，则输出复杂故障的串联整合结果，否则返回步骤(5)；

若故障的故障类型为短路故障，则上述的第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述的第一排序时刻为线路断开时刻。

进一步地，步骤(1)中底层故障的底层故障信息包含故障编号、故障线路、故障发生时刻、线路断开时刻、保护动作情况、保护重合时刻、重合结果、故障类型以及故障测距结果。

进一步地，步骤(3)中辨识上述时间窗口内的所有底层故障两两之间的关联性步骤为：

(31)任意选取时间窗口内两个底层故障，分别设为故障m和故障n，且故障m的第一排序时刻先于故障n的第一排序时刻；

(32)根据底层故障的底层故障信息，检查故障n的故障类型是否为保护误动，若是则进入保护隐藏故障的辨识流程，结束保护隐藏故障的辨识流程后进入步骤(34)，否则进入步骤(33)；

(33)根据底层故障的底层故障信息，检查故障n的故障类型是否为短路故障，若是则进入共模故障的辨识流程，结束共模故障的辨识流程后进入步骤(34)，否则进入连锁故障的辨识流程，结束连锁故障的辨识流程后进入步骤(34)；

(34)检查是否已对时间窗口内的所有故障两两之间的关联性辨识，若是则结束时间窗口内所有故障两两之间的关联性辨识，否则进入步骤(31)；

若故障的故障类型为短路故障，则上述第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述第一排序时刻为线路断开时刻。

根据不同的故障类型，进入不同的复杂故障类型辨别流程，提高复杂故障类型辨识的针对性，减少计算过程，从而提高复杂故障类型辨识的准确性。

进一步地，步骤(32)中保护隐藏故障的辨识流程为：

(321)根据底层故障的底层故障信息，检查故障m的故障类型是否为短路故障，若是则进入步骤(322)，否则进入步骤(323)；

(322)通过公式检查故障m和故障n是否满足保护隐藏故障的第一动作时间指标，若i_hidtime1为1，则进入步骤(324)，否则，辨识出故障m和故障n为多重独立故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)；

(323)通过公式检查故障m和故障n是否满足保护隐藏故障的第二动作时间指标，若i_hidtime2为1，则进入步骤(324)，否则，辨识出故障m和故障n为多重独立故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)；

(324)利用公式检查故障m和故障n是否满足保护隐藏故障的线路位置指标，若i_hidline为1，辨识出故障m和故障n为保护隐藏故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)；

式中，i_hidtime1为保护隐藏故障的第一动作时间指标，t_nd表示故障n线路断开时刻，t_mg表示故障m的故障发生时刻，i_hidtime2为保护隐藏故障的第二动作时间指标；t_md表示故障m的线路断开时刻，i_hidline表示保护隐藏故障的线路位置指标，line_m表示故障m所在的故障线路，line_n表示故障n所在的故障线路，[0,△t_hide]为时间差阈值，时间差阈值表示在考虑的时间窗口内电力系统所有继电保护时间整定值范围，将line_m的两端母线定义为一级母线，与一级母线相连的除line_m外的支路与line_m的电气距离定义为一级，与line_m电气距离为一级的线路的另一端母线定义为二级母线，K级母线与K+l级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K级母线与K级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K＝1，2，3，4……。

综合利用故障线路、故障发生时刻、线路断开时刻、保护动作情况、故障类型等信息，避免了进行大量复杂的保护范围整定计算和保护配合逻辑分析，降低了辨识复杂程度，提高了保护隐藏故障辨识的针对性，对于辨识方法中所涉及的不同的时间差阈值，根据实际系统中继电保护装置的时间整定值范围对其进行了设置，提高了辨识准确度。

进一步地，步骤(33)中共模故障的辨识流程为：

(3311)根据底层故障信息，检查故障m的故障类型是否为短路故障，若是则进入步骤(3312)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3312)根据公式检查故障m和故障n是否满足共模故障的动作时间指标，若i_comtime为1，则进入步骤(3313)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3313)根据公式检查故障m和故障n是否满足共模故障的故障线路指标，若i_comline为1，则进入步骤(3314)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3314)根据公式检查故障m和故障n是否满足共模故障的故障定位指标，若i_comloc为1，则认为故障m和故障n为共模故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)；

式中，i_comtime为共模故障动作时间指标，t_ng表示故障n的故障发生时刻，t_mg表示故障m的故障发生时刻，△t_common为时间差阈值，时间差阈值表示允许的测量时间差范围，i_comline表示共模故障的线路位置指标，line_m表示故障m所在的故障线路，line_n表示故障n所在的故障线路，i_comloc表示共模故障的故障定位指标，d_m表示故障m在line_m上的发生位置与line_m和line_n的公共母线Bus_mn的距离，d_n表示故障n在line_n上的发生位置与line_m和line_n的公共母线Bus_mn的距离，d_set表示测量误差阈值，d_n和d_m是故障测距信息，通过故障录波系统中所集成的行波测距或故障录波测距信息获得；将line_m的两端母线定义为一级母线，与一级母线相连的除line_m外的支路与line_m的电气距离定义为一级，与line_m电气距离为一级的线路的另一端母线定义为二级母线，K级母线与K+l级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K级母线与K级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K＝1，2，3，……。

根据共模故障的特征，提出了共模故障的辨识流程，作为复杂故障辨识流程的有机组成，使复杂故障的辨识结果更加准确。

进一步地，步骤(33)中连锁故障的辨识流程为：

(3321)根据底层故障信息，检查故障n的保护动作情况是否为三相跳闸，若是则进入步骤(3322)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，退出连锁故障的辨识流程，并进入步骤(34)；

(3322)根据底层故障信息，检查故障m的保护动作情况是否为三相跳闸，若是则进入步骤(3323)，否则进入步骤(3324)；

(3323)根据公式检查故障m和故障n是否满足连锁故障的第一动作时间指标，若i_castime1为1，则进入步骤(3226)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3324)根据底层故障信息，检查故障m的重合结果是否为重合失败，若是则进入步骤(3325)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3325)根据公式检查故障m和n是否满足连锁故障的第二动作时间指标，若i_castime2为1，则进入步骤(3326)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3326)故障m所在线路断开后，利用潮流计算程序计算出其余所有线路的稳态潮流；

(3327)根据公式检查故障m和故障n是否满足连锁故障的故障线路指标，若i_overload为1，则认为故障m和故障n为连锁故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)。

式中，i_castime1表示连锁故障的第一动作时间指标，t_nd表示故障n的线路断开时刻，t_md表示故障m的线路断开时刻，[△t_cas1,△t_cas2]为时间差阈值，时间差阈值表示距离Ⅲ段保护设定的时间整定值范围，i_castime2表示连锁故障的第二动作时间指标，t_mc表示故障m保护重合时刻，i_overload表示连锁故障的故障线路指标，S_linen表示利用潮流计算程序求得的故障m所在线路断开后，故障n所在线路的稳态潮流，S_linenlimit表示事先设定的故障n所在线路的线路容量极限，β表示潮流的裕度。

综合利用故障线路、线路断开时刻、保护动作情况、保护重合时刻、重合结果、故障类型信息对连锁故障进行辨识，避免了采集系统实时量测值，减轻了信息传输的负担，提高了连锁故障辨识的针对性，对于辨识方法中所涉及的各种阈值，本发明根据实际系统中继电保护装置的时间整定值范围对其进行了设置，提高了辨识准确度。

进一步地，步骤(4)中第一排序时刻非相邻的连锁故障之间的关联性修正步骤为：

(411)假设时间窗口内共有k个底层故障，将时间窗口内的这些底层故障按第一排序时刻的先后顺序依次记作故障z₁、故障z₂、…、故障z_k；

(412)搜索已辨识的所有第二排序时刻先于故障z_s且与故障z_s为连锁故障关系的故障，若搜索不到故障，则认为指向故障z_s的连锁故障关系不需要修正，进入步骤(416)，否则，将搜索到的故障按第二排序时刻的先后顺序依次记作故障w_s1、故障w_s2……故障w_si，将故障w_s1、故障w_s2……故障w_si所对应的第二排序时刻分别记作第二排序时刻t_s1、第二排序时刻t_s2……第二排序时刻t_si；

(413)搜索故障w_s1到故障z_s之间发生的所有保护动作情况为三相跳闸的故障或重合结果为重合失败的故障，按第二排序时刻的先后顺序依次将搜索到故障记作故障k_s11、故障k_s12……故障k_s1j，利用潮流计算软件分别计算出故障k_s11、故障k_s12、…、故障k_s1j发生后，故障z_s所在线路的稳态潮流S₁、稳态潮流S₂、…、稳态潮流S_j，利用步骤(3227)所述公式分别计算故障k_s11、故障k_s12、…、k_s1j与故障z_s连锁故障的故障线路指标，记作故障线路指标i_overload(1)、故障线路指标i_overload(2)、…、故障线路指标i_overload(j)，依次检查故障线路指标i_overload(j)、故障线路指标i_{overload(j-1)}、…、故障线路指标i_overload(1)是否均为1，若是则进入步骤(415)，否则进入步骤(414)；

(414)取故障线路指标i_overload(j)、故障线路指标i_{overload(j-1)}、…、故障线路指标i_overload(1)序列中第一个为0的故障线路指标，记作故障线路指标i_overload(L)，故障k_s1L为故障线路i_overload(L)对应的故障，第二排序时刻t_s1L为故障k_s1L对应的第二排序时刻，搜索步骤(412)中第二排序时刻t_sr满足t_sr≥t_s1L，且距离第二排序时刻t_s1L最近的第二排序时刻，记作第二排序时刻t_sd，第二排序时刻t_sd对应的故障为故障w_sd，则故障w_sd与故障z_s为连锁故障，w_st与故障z_s不是连锁故障，进入步骤(416)；

(415)认为故障w_s1与故障z_s为连锁故障，w_sy与故障z_s不是连锁故障，进入步骤(416)；

(416)判断s是否等于k，若是结束时间上非相邻的连锁故障之间的关联性修正，否则使s＝s+1进入步骤(412)；

其中，s的初始值为1，0<s≤k，0<L≤j，0<r<i，t≠d，y≠1，

若故障的故障类型为短路故障，则上述第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述第一排序时刻为线路断开时刻；若故障保护动作情况为三相跳闸，则上述故障的第二排序时刻为线路断开时刻，若故障重合结果为重合失败，则上述排序时刻为保护重合时刻。

考虑到不仅两两故障之间可能存在关联性，而且不同几组故障之间的关联性也相互影响，即多个故障关联性之间存在耦合关系，本发明中提出了关联性修正的方法，从而使多个底层故障关联性的辨识更加准确，更加符合实际。

进一步地，步骤(4)中第一排序时刻非相邻的保护隐藏故障之间的关联性修正步骤为：

(421)假设时间窗口内共有c个底层故障，将时间窗口内的这些故障按第一排序时刻的先后顺序依次记作故障p₁、故障p₂……故障p_c；

(422)搜索已辨识的所有第一排序时刻先于故障p_b的第一排序时刻且与故障p_b为保护隐藏故障关系的故障，且所述故障与故障p_b在第一排序时刻非相邻，若不存在这些故障则认为指向p_b的保护隐藏故障关系不需要修正，进入步骤(424)，否则，将这些故障按第一排序时刻的先后顺序依次记作q_b1、q_b2……q_ba，进入步骤(423)；

(423)故障q_b1与故障p_b为保护隐藏故障关系，故障q_bx与故障p_b不是保护隐藏故障关系；

(424)判断b是否等于c，若是结束时间上非相邻的连锁故障之间的关联性修正，否则使b＝b+1进入步骤(422)；

其中，b的初始值为1，0<b≤c，x≠1，,若故障的故障类型为短路故障，则上述第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述第一排序时刻为线路断开时刻。

考虑到不仅两两故障之间可能存在关联性，而且不同几组故障之间的关联性也相互影响，即多个故障关联性之间存在耦合关系，本发明中提出了关联性修正的方法，从而使多个底层故障关联性的辨识更加准确，更加符合实际。

进一步地，步骤(5)辨识底层故障两两之间的关联性的步骤为：

(51)任意选取新进入窗口的两个底层故障：故障u和故障v，且故障u的第一排序时刻先于故障v第一排序时刻，辨识故障u和故障v的关联性步骤与步骤(31)至步骤(33)中辨识故障m与故障n的关联性相同；

(52)检查是否已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性进行辨识，若已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性进行辨识，则进入步骤(53)，否则，进入步骤(51)。

(53)任意选取新进入时间窗口的底层故障p，任意选取非新进入时间窗口的底层故障q，且故障q的第一排序时刻先于故障p第一排序时刻，辨识故障p和故障q的关联性步骤与步骤(31)至步骤(33)中辨识故障m与故障n的关联性相同；

(54)检查是否已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障与非新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性辨识，若已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障与非新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性进行辨识，则进入步骤(6)，否则，进入步骤(53)；

若故障的故障类型为短路故障，则上述第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述第一排序时刻为线路断开时刻。先辨识新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性，后辨识新进入时间窗口底层故障与非新进入时间窗口的底层故障之间的关联性，避免重复辨识非新进入时间窗口的底层故障之间的关联性，减少计算时间。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，取得以下有益效果：

1、本发明根据共模故障的特征创新性地首次提出了共模故障的辨识方法，并在本发明中采用了优于现有方法的保护隐藏故障和连锁故障的辨识方法，根据底层故障的故障类型分别对不同复杂故障类型进行辨识，从而将保护隐藏故障、共模故障和连锁故障辨识有机地综合在一起，使本发明更加完整地包含了电力系统的各种故障类型，使辨识结果更加符合实际情况。

2、本发明提出了辨别时间窗口内底层故障关联性的方法和时间窗口的移动策略，大大降低了计算复杂程度。另外，本发明综合考虑了电力系统继电保护的时间整定值取值范围以及计算复杂程度，选择了合适的辨识窗口长度，屏蔽掉所有不可能存在关联性的底层故障，能够完整辨识所有底层故障关联性同时保证计算简单。

3、本发明提出了底层故障关联性修正的方法，消除由于多个复杂故障之间存在耦合关系导致底层故障之间关联性判断出现偏差，从而使多个底层故障关联性的辨识更加准确，更加符合实际。

4、根据不同的故障类型会造成不同类型的复杂故障，以不同的故障类型作为判别依据采用不同复杂故障辨识流程，提高了判别复杂故障类型的针对性和准确度；对于辨识方法中所涉及的各种阈值，根据实际系统中继电保护装置的时间整定值范围对其进行了限定，提高了辨识准确度，本发明没有使用大量的电力系统暂态数据，仅基于稳态数据和底层故障信息，计算简单。

5、本发明通过提高复杂故障辨识的针对性，简化复杂故障辨识过程中的计算，提高辨识准确性，得到易于理解的故障发展演进过程，为实际运行人员在海量故障数据中获取关键故障信息提供了参考依据，有利于电网快速恢复稳定。

附图说明

图1本发明的步骤流程图；

图2为新英格兰10机39节点系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明中基于电力系统底层故障信息的复杂故障串联整合方法，包括以下步骤：

(1)利用传统故障诊断系统获取一定时间区段内发生的N个底层故障的底层故障信息，并将N个底层故障按第一排序时刻的先后顺序排列于时间轴上，底层故障的底层故障信息包含故障编号、故障线路、故障发生时刻、线路断开时刻、保护动作情况、保护重合时刻、重合结果、故障类型以及故障测距结果；若故障的故障类型为短路故障，则上述第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述第一排序时刻为线路断开时刻。

由于精确的故障测距结果需要通过故障录波测距系统或行波测距系统获得，且实际工程中行波测距系统常集成在故障录波系统内，而故障录波系统数据上传、处理速度较慢，因此此时暂不上传故障测距结果，故障测距结果在计算共模故障的故障定位指标时上传，减少传输、计算时间。

(2)选取时间窗口的长度，以时间轴上第e个底层故障的第一排序时刻为时间窗口起点，并将e的初始值置为1。

时间窗口的长度选择需要综合考虑以下两个因素：计算的复杂程度以及两个关联性故障的第一排序时刻的间隔时间长短。若时间窗口的长度偏大，则数据缓冲区内存储的数据量和计算的复杂程度将会大大增加；若时间窗口的长度过小，则可能漏判两个关联性故障。由于两个关联性故障的第一排序时刻的间隔取决于继电保护的整定时间值，且电力系统中继电保护装置复杂多样，不同系统中保护之间的配合也有所不同，因此两关联性故障的第一排序时刻的间隔范围须根据实际电网的具体保护配置加以确定。

由于计算复杂程度随着辨识窗口的长度增加而明显增大，因此本方法中不考虑整定时间为分钟级别的串联电容器保护和并联电容器保护等，在实际工程应用中，时间窗口可以选择为该电网1min以内的保护时间整定值的最大值。由于常用保护时间整定值大部分在10s以下，当系统内保护时间整定信息不易确定时，可取时间窗口为10s。

本发明引入了时间窗口，且综合考虑了电力系统继电保护的时间整定值取值范围以及计算复杂程度，选择了合适的辨识窗口长度，屏蔽掉所有不可能存在关联性的底层故障，能够完整辨识所有底层故障关联性同时保证计算简单。

(3)辨识上述时间窗口内的所有故障两两之间的关联性，并基于底层故障之间的关联性将底层故障整合成复杂故障，区分复杂故障的类型，其步骤为：

(31)选取时间窗口内故障m和故障n，且故障m的第一排序时刻先于故障n的第一排序时刻，若故障的故障类型为短路故障，则上述第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述第一排序时刻为线路断开时刻。

(32)根据底层故障信息，检查故障n的故障类型是否为保护误动，若是则进入保护隐藏故障的辨识流程，若不是则进入步骤(33)。

不同故障n的故障类型对应不同的辨识流程，提高复杂故障类型辨识的针对性，减少计算过程。

步骤(32)中的保护隐藏故障的辨识流程包含以下步骤：

(321)根据底层故障信息，检查故障m的故障类型是否为短路故障，若是则进入步骤(322)，否则进入步骤(323)。

(322)检查故障m和故障n是否满足保护隐藏故障的第一动作时间指标，即故障m的故障发生时刻与故障n线路断开时刻时间之差是否在考虑的时间窗口长度内所有继电保护时间整定值范围之内，其计算方法如下：

$i_{hidtime1}=\left\{\begin{array}{cc}1& (t_{nd}-t_{mg}\&Element;\&lsqb;0,{\mathrm{\&Delta;t}}_{hide}\&rsqb;)\\ 0& (t_{nd}-t_{mg}\&NotElement;\&lsqb;0,{\mathrm{\&Delta;t}}_{hide}\&rsqb;)\end{array}\right.$

式中，i_hidtime1为保护隐藏故障的第一动作时间指标，若i_hidtime1为1，则表示满足该指标，若i_hidtime1为0，则表示不满足该指标，t_nd表示故障n线路断开时刻，t_mg表示故障m的故障发生时刻，[0,△t_hide]为时间差阈值，时间差阈值表示考虑的时间窗口长度内电力系统所有继电保护时间整定值范围。

对于不同的系统，有不同的保护配置情况，所以△t_hide有所不同。考虑到△t_hide取较大值后计算的复杂程度大大增加，因此本发明不考虑电力系统中整定时间较长的继电保护延时，取△t_hide为10s。

若i_hidtime1为1，则进入步骤(324)，否则，辨识出故障m和故障n为多重独立故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)。

通过用考虑的时间窗口长度内电力系统所有继电保护时间整定值范围限定故障m的故障发生时刻和故障n的线路断开时刻差值，提高辨识实用性和精确性。

(323)检查故障m的和故障n是否满足保护隐藏故障的第二动作时间指标，即故障m的线路断开时刻与故障n的线路断开时刻时间之差是否在考虑的时间窗口长度内电力系统所有继电保护时间整定值范围之内，其计算方法如下：

$i_{hidtime2}=\left\{\begin{array}{cc}1& (t_{nd}-t_{md}\&Element;\&lsqb;0,{\mathrm{\&Delta;t}}_{hide}\&rsqb;)\\ 0& (t_{nd}-t_{md}\&NotElement;\&lsqb;0,{\mathrm{\&Delta;t}}_{hide}\&rsqb;)\end{array}\right.$

式中，i_hidtime2为保护隐藏故障的第二动作时间指标，若i_hidtime2为1，则表示满足该指标，若i_hidtime2为0，则表示不满足该指标；t_nd表示故障n的线路断开时刻；t_md表示故障m的线路断开时刻；[0,△t_hide]为时间差阈值，时间差阈值表示考虑的时间窗口长度内电力系统所有继电保护时间整定值范围。

对于不同的系统，有不同的保护配置情况，所以△t_hide有所不同。考虑到△t_hide取较大值后计算的复杂程度大大增加，因此本方法不考虑电力系统中整定时间较长的继电保护，取△t_hide为10s。

若i_hidtime2为1，则进入步骤(324)，否则辨识出故障m和故障n为多重独立故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)。

通过用考虑的时间窗口长度内电力系统所有继电保护时间整定值范围限定故障m的线路断开时刻和故障n的线路断开时刻差值，提高辨识精确性。步骤(322)和步骤(323)分别讨论了故障m为短路故障和非短路故障情况下保护隐藏故障时间指标的不同计算方法，提高了辨识的针对性和精确性。

(324)检查故障m和故障n是否满足保护隐藏故障的线路位置指标，即故障m所在的故障线路是否在故障n所在的故障线路的隐藏故障风险区段内，其计算方法如下：

式中，i_hidline表示保护隐藏故障的线路位置指标，若i_hidline为1，则表示满足该指标，若i_hidline为0，则表示不满足该指标；line_m表示故障m所在的故障线路；line_n表示故障n所在的故障线路。

将line_m的两端母线定义为一级母线，与一级母线相连的除line_m外的支路与line_m的电气距离定义为一级，与line_m电气距离为一级的线路的另一端母线定义为二级母线，K级母线与K+l级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K级母线与K级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K＝1，2，3，4……。

若line_n上的继电保护装置存在保护隐藏故障，则根据保护的整定原理，在该线路的隐藏故障风险区段内发生的任何故障都有可能造成line_n上保护的误动。考虑到计算的复杂程度以及实际工程中保护的动作情况，取某线路的隐藏故障风险区段为与其直接相连或间隔一条线路的线路，即与该线路的电气距离为1级或2级的线路为某线路的隐藏故障风险区段。

若i_hidline为1，则认为故障n为保护隐藏故障，即故障m触发了故障n的误动，然后进入步骤(34)，否则辨识出故障m和故障n为多重独立故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)。

综合利用故障线路、故障发生时刻、线路断开时刻、保护动作情况、故障类型等信息，避免了进行大量复杂的保护范围整定计算，降低了辨识复杂程度，提高了保护隐藏故障辨识的针对性，对于辨识方法中所涉及的不同的时间差阈值，根据实际系统中继电保护装置的时间整定值范围对其进行了设置，提高了辨识准确度。

(33)根据故障的详细信息，检查故障n的故障类型是否为短路故障，若是则进入共模故障的辨识流程，若不是则进入连锁故障的辨识流程。

步骤(33)中共模故障的辨识流程主要包含以下步骤：

(3311)根据底层故障信息，检查故障m的故障类型是否为短路故障，若是则进入步骤(3312)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)。

(3312)检查故障m和故障n是否满足共模故障的动作时间指标，即故障m的故障发生时刻与故障n的故障发生时刻是否在误差范围内相等，其计算方法如下：

$i_{comtime}=\left\{\begin{array}{cc}1& (t_{ng}-t_{mg}\&Element;\&lsqb;0,{\mathrm{\&Delta;t}}_{common}\&rsqb;)\\ 0& (t_{ng}-t_{mg}\&NotElement;\&lsqb;0,{\mathrm{\&Delta;t}}_{common}\&rsqb;)\end{array}\right.$

式中，i_comtime为共模故障动作时间指标，若i_comtime为1，则表示满足该指标，若i_comtime为0，则表示不满足该指标；t_ng表示故障n的故障发生时刻；t_mg表示故障m的故障发生时刻；[0,△t_common]为时间差阈值，其表示允许的测量时间差范围。

根据共模故障理论，若故障m和故障n为共模故障，则故障m和故障n的发生时刻应该是完全相同的，因此△t_common只需取为时间测量误差的最大值。由于含精确对时功能的WAMS系统数据采样间隔为40ms，再考虑一定的不确定因素，可将△t_common取为1s。

若i_comtime为1，则进入步骤(3313)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)。

(3313)检查故障m和故障n是否满足共模故障的故障线路指标，即故障m所在的故障线路与故障n所在故障线路是否相连于同一母线，其计算方法如下：

其中，i_comline表示共模故障的线路位置指标，若i_comline为1，则表示满足该指标，若i_comline为0，则表示不满足该指标；line_m表示故障m所在的故障线路；line_n表示故障n所在的故障线路。

将line_m的两端母线定义为一级母线，与一级母线相连的除line_m外的支路与line_m的电气距离定义为一级，与line_m电气距离为一级的线路的另一端母线定义为二级母线，K级母线与K+l级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K级母线与K级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K＝1，2，……。

共模故障往往发生在同塔双回线上，而同塔双回线通常至少有一端连接于同一母线上，因此有必要辨识line_m和line_n是否至少有一条公共母线，即line_m和line_n的电气距离为1级。

若i_comline为1，则设line_m和line_n的任意一条公共母线为Bus_mn，并进入步骤(3314)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)。

(3314)检查故障m和故障n是否满足共模故障的故障定位指标，即故障m发生位置与故障n发生位置是否在同一处，其计算方法如下：

$i_{comloc}=\left\{\begin{array}{cc}1& \left(\right|d_m-d_n|<d_{set})\\ 0& \left(\right|d_m-d_n|\&GreaterEqual;d_{set})\end{array}\right.$

式中，i_comloc表示共模故障的故障定位指标，若i_comloc为1，则表示满足该指标，若i_comloc为0，则表示不满足该指标；d_m表示故障m在line_m上的发生位置与line_m和line_n的公共母线Bus_mn的距离；d_n表示故障n在line_n上的发生位置与line_m和line_n的公共母线Bus_mn的距离；d_set表示测量误差阈值。其中，d_n和d_m通过故障录波系统中所集成的行波测距或故障录波测距信息获得。

根据共模故障的机理，若故障m和故障n为共模故障，则d_m和d_n应在误差范围内相等，因此d_set的取值完全取决于故障测距系统的准确度。根据国家标准，300km以下输电线路故障测距平均误差应不大于500m；300km以上输电线路故障测距平均误差应不大于1km。故此处取d_set为2km。

若i_comloc为1，则认为故障m和故障n为共模故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)。

本发明根据共模故障的特征，提出了共模故障的辨识流程，作为复杂故障辨识流程的有机组成，使复杂故障的辨识结果更加准确。

步骤(33)中连锁故障的辨识流程主要包含以下步骤：

(3321)根据底层故障信息，检查故障n的保护动作情况是否为三相跳闸，若是则进入步骤(3322)，否则认为故障m和故障n为独立故障，并进入步骤(34)。

由于连锁故障通常表现为潮流转移导致的线路过负荷断开，而线路过负荷断开均为三相跳闸，因此须检查故障n的保护动作情况是否为三相跳闸。

(3322)根据底层故障信息，检查故障m的保护动作情况是否为三相跳闸，若是则进入步骤(3323)，否则进入步骤(3324)。

能够造成电力系统稳态潮流大范围转移的原因通常是系统拓扑结构的变化，因此只有故障m导致线路三相跳闸或故障m所在线路重合闸失败导致三相永久性断开，才能引起潮流的大范围转移，进而引发连锁故障。

(3323)检查故障m和故障n是否满足连锁故障的第一动作时间指标，即故障m的线路断开时刻与故障n的线路断开时刻是否在距离Ⅲ段保护设定的时间整定值范围内，其计算方法如下：

$i_{castime1}=\left\{\begin{array}{cc}1& (t_{nd}-t_{md}\&Element;\&lsqb;{\mathrm{\&Delta;t}}_{cas1},{\mathrm{\&Delta;t}}_{cas2}\&rsqb;)\\ 0& (t_{nd}-t_{md}\&NotElement;\&lsqb;{\mathrm{\&Delta;t}}_{cas1},{\mathrm{\&Delta;t}}_{cas2}\&rsqb;)\end{array}\right.$

式中，i_castime1表示连锁故障的第一动作时间指标，若i_castime1为1，则表示满足该指标，若i_castime1为0，则表示不满足该指标；t_nd表示故障n的线路断开时刻，t_md表示故障m的线路断开时刻；[△t_cas1,△t_cas2]为时间差阈值，其表示距离Ⅲ段保护设定的时间整定值范围。

[△t_cas1,△t_cas2]由系统保护的具体配合情况决定。考虑一定的误差，一般可将该范围取为[1.5s,4s]。

若i_castime1为1，则进入步骤(3326)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)。

(3324)根据底层故障信息，检查故障m的重合结果是否为重合失败，若是则进入步骤(3325)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)。

(3325)检查故障m和故障n是否满足连锁故障的第二动作时间指标，即故障m的保护重合时刻与故障n线路断开时刻是否在距离Ⅲ段保护设定的时间整定值范围内，其计算方法如下：

$i_{castime2}=\left\{\begin{array}{cc}1& (t_{nd}-t_{mc}\&Element;\&lsqb;{\mathrm{\&Delta;t}}_{cas1},{\mathrm{\&Delta;t}}_{cas2}\&rsqb;)\\ 0& (t_{nd}-t_{mc}\&NotElement;\&lsqb;{\mathrm{\&Delta;t}}_{cas1},{\mathrm{\&Delta;t}}_{cas2}\&rsqb;)\end{array}\right.$

式中，i_castime2表示连锁故障的第二动作时间指标，若i_castime2为1，则表示满足该指标，若i_castime2为0，则表示不满足该指标；t_nd表示故障n线路断开时刻，t_mc表示故障m保护重合时刻；[△t_cas1,△t_cas2]为时间差阈值，其表示距离Ⅲ段保护设定的时间整定值范围。

[△t_cas1,△t_cas2]由系统保护的具体配合情况决定。考虑一定的误差，一般可将该范围取为[1.5s,4s]。

若i_castime2为1，则进入步骤(3326)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)。

(3326)故障m所在线路断开后，利用潮流计算程序计算出其余所有线路的稳态潮流。

(3327)检查故障m和故障n是否满足连锁故障的故障线路指标，即故障m所在线路断开后，故障n所在线路是否过负荷，其计算方法如下：

$i_{overload}=\left\{\begin{array}{cc}1& (S_{linen}>{\mathrm{\&beta;S}}_{linen\lim it})\\ 0& (S_{linen}\&le;{\mathrm{\&beta;S}}_{linen\lim it})\end{array}\right.$

式中，i_overload表示连锁故障的故障线路指标，若i_overload为1，则表示满足该指标，若i_overload为0，则表示不满足该指标；S_linen表示利用潮流计算程序求得的故障m所在线路断开后故障n所在线路的潮流；S_linenlimit表示事先设定的故障n所在线路的线路容量极限；β表示潮流的裕度，其衡量了实际系统作为一个整体的不确定性，根据实际测试结果，可取为0.7。

根据连锁故障的发展原理可知，此处所提及的线路容量极限与距离Ⅲ段保护的整定值密切相关。由于不同的电力系统保护配置不尽相同，且各保护之间的配合也有所差异，因此直接将每条线路距离Ⅲ段保护动作整定值作为线路容量极限的可实施性不强。由于距离Ⅲ段保护动作于线路过负荷，因此标准工况下的系统潮流在一定程度上对距离Ⅲ段保护整定值有所反映，可以根据标准工况下的潮流来确定线路极限容量。

若i_overload为1，则认为故障m和故障n为连锁故障，进入步骤(34)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)。

综合利用故障线路、线路断开时刻、保护动作情况、保护重合时刻、重合结果、故障类型信息对连锁故障进行辨识，避免了采集系统实时量测值，减轻了信息传输的负担，提高了连锁故障辨识的针对性；对于辨识方法中所涉及的各种阈值，本发明根据实际系统中继电保护装置的时间整定值范围对其进行了设置，提高了辨识准确度。

(34)检查是否已对时间窗口内的所有故障两两之间的关联性辨识，若已对时间窗口内的所有故障两两之间的关联性辨识，则进入步骤(4)，否则，进入步骤(31)。

(4)对步骤(3)中辨识出的第一排序时刻非相邻的连锁故障进行修正，对步骤(3)中辨识出的第一排序时刻非相邻的保护隐藏故障进行修正。

对辨识出的第一排序时刻非相邻的连锁故障关系的修正步骤为：

(411)假设时间窗口内共有k个底层故障，将时间窗口内的这些底层故障按第一排序时刻的先后顺序依次记作故障z₁、故障z₂、…、故障z_k，若故障的故障类型为短路故障，则上述第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述第一排序时刻为线路断开时刻。

(412)搜索已辨识的所有第二排序时刻先于故障z_s且与故障z_s为连锁故障关系的故障，0<s≤k，s的初始值为1，若搜索不到故障，则认为指向故障z_s的连锁故障关系不需要修正，进入步骤(416)，否则，将搜索到的故障按第二排序时刻的先后顺序依次记作故障w_s1、故障w_s2……故障w_si，将故障w_s1、故障w_s2……故障w_si所对应的第二排序时刻分别记作第二排序时刻t_s1、第二排序时刻t_s2……第二排序时刻t_si，若故障保护动作情况为三相跳闸，则故障的第二排序时刻为线路断开时刻，若故障重合结果为重合失败，则故障的第二排序时刻为保护重合时刻。

(413)搜索故障w_s1到故障z_s之间发生的所有保护动作情况为三相跳闸的故障或重合结果为重合失败的故障，0<s≤k，按第二排序时刻的先后顺序依次将搜索到故障记作故障k_s11、故障k_s12……故障k_s1j。利用潮流计算软件分别计算出故障k_s11、故障k_s12、…、故障k_s1j发生后，故障z_s所在线路的稳态潮流S₁、稳态潮流S₂、…、稳态潮流S_j，利用步骤(3227)所述公式分别计算故障k_s11、故障k_s12、…、k_s1j与故障z_s连锁故障的故障线路指标，记作故障线路指标i_overload(1)、故障线路指标i_overload(2)、…、故障线路指标i_overload(j)，依次检查故障线路指标i_overload(j)、故障线路指标i_{overload(j-1)}、…、故障线路指标i_overload(1)是否均为1，若是则进入步骤(415)，否则进入步骤(414)。

(414)取故障线路指标i_overload(j)、故障线路指标i_{overload(j-1)}、…、故障线路指标i_overload(1)序列中第一个为0的故障线路指标，记作故障线路指标i_overload(L)，故障k_s1L为故障线路指标i_overload(L)对应的故障，第二排序时刻t_s1L为故障k_s1L对应的第二排序时刻，搜索步骤(412)中第二排序时刻t_sr满足t_sr≥t_s1L，0<r<i，且距离第二排序时刻t_s1L最近的第二排序时刻，记作第二排序时刻t_sd，第二排序时刻t_sd对应的故障为故障w_sd，则故障w_sd与故障z_s为连锁故障，w_st与故障z_s不是连锁故障，t≠d，进入步骤(416)。

(415)认为故障w_s1与故障z_s为连锁故障，故障w_sy与故障z_s不是连锁故障，y≠1，进入步骤(416)。

(416)判断s是否等于k，若是结束时间上非相邻的连锁故障之间的关联性修正，否则使s＝s+1进入步骤(412)。

对时间上非相邻的保护隐藏故障之间的关联性修正步骤为：

(421)假设时间窗口内共有c个底层故障，将时间窗口内的这些故障按第一排序时刻的先后顺序依次记作故障p₁、故障p₂……故障p_c，若故障的故障类型为短路故障，则上述第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述第一排序时刻为线路断开时刻；(422)搜索已辨识的所有第一排序时刻先于故障p_b的第一排序时刻且与故障p_b为保护隐藏故障关系的故障，且所述故障与故障p_b在第一排序时刻非相邻，若不存在这些故障则认为指向故障p_b的保护隐藏故障关系不需要修正，进入步骤(424)，否则，将这些故障按第一排序时刻的先后顺序依次记作q_b1、q_b2……q_ba，进入步骤(423)，0<b≤c，b的初始值为1；

(423)故障q_b1与故障p_b为保护隐藏故障关系，故障q_bx与故障p_b不是保护隐藏故障关系，x≠1；

(424)判断b是否等于c，若是结束时间上非相邻的连锁故障之间的关联性修正，否则使b＝b+1进入步骤(422)。

考虑到不仅两两故障之间可能存在关联性，而且不同几组故障之间的关联性也相互影响，即多个故障关联性之间存在耦合关系，本发明中提出了关联性修正的方法，从而使多个底层故障关联性的辨识更加准确，更加符合实际。

(5)时间窗口起点滑动至第e+1个底层故障的第一排序时刻，辨识时间窗口内所有底层故障两两之间的关联性，并基于底层故障之间的关联性将底层故障整合成复杂故障，区分复杂故障的类型，步骤(5)辨识方法与步骤(3)中辨识方法相同；

(51)任意选取新进入窗口的两个底层故障：故障u和故障v，且故障u的第一排序时刻先于故障v第一排序时刻，辨识故障u和故障v的关联性步骤与步骤(31)至步骤(33)中辨识故障m与故障n的关联性相同；

(52)检查是否已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性进行辨识，若已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性进行辨识，则进入步骤(53)，否则，进入步骤(51)。

(53)任意选取新进入时间窗口的底层故障p，任意选取非新进入时间窗口的底层故障q，且故障q的第一排序时刻先于故障p第一排序时刻，辨识故障p和故障q的关联性步骤与步骤(31)至步骤(33)中辨识故障m与故障n的关联性相同；

(54)检查是否已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障与非新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性辨识，若已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障与非新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性进行辨识，则进入步骤(6)，否则，进入步骤(53)；

若故障的故障类型为短路故障，则上述第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述第一排序时刻为线路断开时刻。

先辨识新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性，后辨识新进入时间窗口底层故障与非新进入时间窗口的底层故障之间的关联性，避免重复辨识非新进入时间窗口的底层故障之间的关联性，减少计算时间。

(6)对步骤(5)中辨识出的第一排序时刻上非相邻的连锁故障和第一排序时刻非相邻的保护隐藏故障进行修正，步骤(6)中修正方法与步骤(4)中修正方法相同；

(7)检查是否已对N个底层故障两两之间的关联性辨识，若是，则输出复杂故障的串联整合结果，否则返回步骤(5)。

本发明通过提高复杂故障辨识的针对性，简化复杂故障辨识过程中的计算，提高辨识准确性，得到易于理解的故障发展演进过程，为实际运行人员在海量故障数据中获取关键故障信息提供了参考依据，有利于电网快速恢复稳定。

实施例

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好地验证所发明的基于电力系统底层故障信息的复杂故障串联整合方法，本发明实施例对复杂故障场景下的故障串联整合进行了讨论。

实例1

图2为新英格兰10机39节点系统结构示意图，假设新英格兰10机39节点系统中线路4-14为同塔双回线架设，线路全长101.6km，共架设254基杆塔。系统中各线路容量极限参考标准工况下的潮流加以设定，如表1所示。

表1新英格兰10机39节点系统线路容量极限

假设该系统在短时间内发生如下故障，设第一个故障发生时刻为时间原点：

1)0s时雷击同塔双回线4-14第250基杆塔，导致4-14(Ⅰ)线和4-14(Ⅱ)线于0.1s发生A相跳闸事件，1.1s时线路重合成功；

2)8s时，线路6-7发生BC两相永久性短路，导致8.1s时线路6-7三相跳闸。由于系统采用单相重合闸机制，因此跳开三相后，线路6-7不再重合。

3)10.2s时，线路5-6三相跳闸。

下面采用本文提出的复杂故障串联整合方法对以上故障进行串联整合。

首先，上传底层故障详细信息，各底层故障信息表如表2所示。由于精确的故障定位结果从故障录波系统获得，而初始上传的故障信息仅基于WAMS数据、开关SOE信息和保护信息系统数据，因此初始上传的底层故障详细信息中不包含故障定位结果。

表2底层故障详细信息

然后，将这4个故障排列于时间轴上，取时间窗口为10s，即首先利用本发明中步骤(3)辨识故障1～故障3两两之间的关联性。

1)由于故障1和故障2均为短路故障，因此进入共模故障辨识流程。由于两故障发生时刻时间差为0s，属于[0s,1s]，故满足共模故障的动作时间指标；由于故障1和故障2所在线路连于同一母线，电气距离为1级，故满足共模故障的故障线路指标；故障1和故障2均发生在第250基杆塔上，考虑一定的测量误差，调取故障录波系统提供的测距信息，获得故障1发生位置测距为距4母线[99,101]km处，故障2发生位置测距为距4母线[99,101]km处，满足共模故障的故障定位指标，因此故障1与故障2为共模故障。

2)由于故障1和故障3均为短路故障，因此进入共模故障辨识流程。由于两故障发生时刻时间差为8s，不属于[0s,1s]，不满足共模故障的动作时间指标，故故障1与故障3为独立故障。

3)由于故障2和故障3均为短路故障，因此进入共模故障辨识流程。由于两故障发生时刻时间差为8s，不属于[0s,1s]，不满足共模故障的动作时间指标，故故障2与故障3为独立故障。

辨识结果如表3所示。

表3故障1～故障3关联性辨识结果

由于该算例不涉及关联性的修正问题，于是将辨识窗口起始点后移至故障2处，但此时没有新故障进入窗口，继续将辨识窗口起始点后移至故障3处，此时故障4进入辨识窗口，该窗口内仅有故障3和故障4两个故障。下面辨识故障3和故障4的关联性。

由于故障4的故障类型既非短路故障又非保护误动，于是进入连锁故障辨识流程。根据步骤(3321)和步骤(3322)，由于故障3和故障4均包含三相跳闸，因此进入步骤(3323)继续辨识；由于故障3和故障4三相跳闸时间差为2.1s，属于[1.5s,4s]，故满足连锁故障的第一动作时间指标；利用潮流计算软件得出故障3所在线路三相跳闸后，故障4所在线路的稳态潮流为910.2MVA，大于其极限潮流的70％(即700MVA)，故满足连锁故障的故障线路指标。辨识得故障3和故障4为连锁故障。

辨识结果如表4所示。

表4故障3与故障4关联性辨识结果

由于没有辨识出时间上非相邻的连锁故障和保护隐藏故障，故该时间窗口内不需进行关联性的修正。

综上所述，故障1、2、3、4串联整合的结果为故障1与故障2为共模故障，故障3与故障4为连锁故障，与实际情况一致。

实例2：

假设实例1中系统在短时间内发生如下故障，设第一个故障发生时刻为时间原点：

1)0s时线路3-18遭受雷击，0.1s时跳开A相，1.1s时线路重合成功；

2)0.04s时线路16-17遭受雷击，0.14s时跳开B相，1.2s时线路重合成功；

3)高频收发信机在受到较强的短路干扰的影响下，由于结合设备与接地铜排未连接，停讯光耦动作电压过低，造成高频保护停讯，导致线路18-17靠近母线17侧于0.1s误动，切除线路18-17，而后线路重合成功。

4)15s时雷击同塔双回线4-14第250基杆塔，导致4-14Ⅰ线和4-14Ⅱ线15.1s时发生A相跳闸事件，16.1s时线路重合成功。

下面采用本文提出的复杂故障串联整合方法对以上故障进行串联整合。

首先，上传底层故障详细信息，各底层故障信息表如表5所示。由于精确的故障定位结果从故障录波系统获得，而初始上传的故障信息仅基于WAMS数据、开关SOE信息和保护信息系统数据，因此初始上传的底层故障详细信息中不包含故障定位结果。

表5底层故障详细信息

然后，将这5个故障排列于时间轴上，取时间窗口为10s，采用本发明中步骤(3)所示流程辨识故障1～故障3两两之间的关联性。

1)由于故障1和故障2的故障类型均为短路故障，因此进入共模故障辨识流程。由于两故障发生时刻时间差为0.04s，属于[0s,1s]，故满足共模故障的动作时间指标；由于故障1和故障2所在线路的电气距离为2级，故不满足共模故障的故障线路指标，故故障1与故障2为独立故障。

2)下面辨识故障1与故障3的关联性。由于故障3为误动故障，因此进入保护隐藏故障辨识流程。由于故障1为短路故障，因此检查故障3线路断开时刻与故障1故障发生时刻时间差为0.1s，属于[0s,10s]，满足保护隐藏故障的第一动作时间指标；由于故障1和故障3所发生的线路相连，电气距离为1级，因此满足保护隐藏故障的线路位置指标，故可认为故障1触发了故障3的误动。

3)下面辨识故障2与故障3的关联性。由于故障3为误动故障，因此进入保护隐藏故障辨识流程。由于故障2为短路故障，因此检查故障3线路断开时刻与故障2故障发生时刻时间差为0.06s，属于[0s,10s]，满足保护隐藏故障的第一动作时间指标；由于故障2和故障3所发生的线路相连，电气距离为1级，因此满足保护隐藏故障的线路位置指标，故可认为故障2触发了故障3的误动。

由于以上辨识方法得出故障1和故障2均触发了故障3的误动，由于故障1的故障发生时刻先于故障2的故障发生时刻，根据关联性修正原理，认为故障2与故障3没有触发关系，即故障2与故障3为独立故障。

得到辨识结果如表6所示。

表6故障1～故障3关联性辨识结果

将辨识窗口起点移动至故障2、故障3处，均未能在辨识窗口内增加新的故障。继续将辨识窗口起点移动至故障4处，此时该辨识窗口内仅有故障4和故障5。

辨识故障4和故障5的关联性。由于故障4和故障5均为短路故障，因此进入共模故障辨识流程。由于两故障发生时刻时间差为0s，属于[0s,1s]，故满足共模故障的动作时间指标；由于故障4和故障5所在线路连于同一母线，电气距离为1级，故满足共模故障的故障线路指标；故障4和故障5均发生在第250基杆塔上，考虑一定的测量误差，调取故障录波系统所提供的故障测距信息，获得故障4发生位置测距为距4母线[99,101]km处，故障5发生位置测距为距4母线[99,101]km处，满足共模故障的故障定位指标，故故障4与故障5为共模故障。

辨识结果如表7所示。

表7故障4与故障5关联性辨识结果

由于没有辨识出时间上非相邻的连锁故障和保护隐藏故障，故该时间窗口内不需进行关联性的修正。

综上所述，故障1、2、3、4、5串联整合的结果为故障1触发了故障3的误动，故障4和故障5为共模故障，与实际情况一致。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于电力系统底层故障信息的复杂故障串联整合方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用传统故障诊断系统获取一定时间区段内发生的N个底层故障的底层故障信息，并将N个底层故障按第一排序时刻的先后顺序列于时间轴上；

(2)选取时间窗口的长度，以时间轴上第e个底层故障的第一排序时刻为时间窗口起点，并将e的初始值置为1；

(3)辨识上述时间窗口内的所有底层故障两两之间的关联性，并基于底层故障之间的关联性将底层故障整合成复杂故障，区分复杂故障的类型；

(4)对步骤(3)中辨识出的第一排序时刻非相邻的连锁故障进行修正，对步骤(3)中辨识出的第一排序时刻非相邻的保护隐藏故障进行修正；

(5)时间窗口起点滑动至第e+1个底层故障的第一排序时刻，辨识时间窗口内所有底层故障两两之间的关联性，并基于底层故障之间的关联性将底层故障整合成复杂故障，区分复杂故障的类型，步骤(5)辨识方法与步骤(3)中辨识方法相同；

(6)对步骤(5)中辨识出的第一排序时刻上非相邻的连锁故障和第一排序时刻非相邻的保护隐藏故障进行修正，步骤(6)中修正方法与步骤(4)中修正方法相同；

(7)检查是否已对N个底层故障两两之间的关联性辨识，若是，则输出复杂故障的串联整合结果，否则返回步骤(5)；

若故障的故障类型为短路故障，则上述的第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述的第一排序时刻为线路断开时刻。

2.根据权利要求1中所述的复杂故障串联整合方法，其特征在于，所述步骤(1)中底层故障的底层故障信息包含故障编号、故障线路、故障发生时刻、线路断开时刻、保护动作情况、保护重合时刻、重合结果、故障类型以及故障测距结果。

3.根据权利要求1中所述的复杂故障串联整合方法，其特征在于，所述步骤(3)中辨识上述时间窗口内的所有底层故障两两之间的关联性步骤为：

(31)任意选取时间窗口内两个底层故障，分别设为故障m和故障n，且故障m的第一排序时刻先于故障n的第一排序时刻；

(32)根据底层故障的底层故障信息，检查故障n的故障类型是否为保护误动，若是则进入保护隐藏故障的辨识流程，结束保护隐藏故障的辨识流程后进入步骤(34)，否则进入步骤(33)；

(33)根据底层故障的底层故障信息，检查故障n的故障类型是否为短路故障，若是则进入共模故障的辨识流程，结束共模故障的辨识流程后进入步骤(34)，否则进入连锁故障的辨识流程，结束连锁故障的辨识流程后进入步骤(34)；

(34)检查是否已对时间窗口内的所有底层故障两两之间的关联性辨识，若是则结束时间窗口内所有故障两两之间的关联性辨识，否则进入步骤(31)；

若故障的故障类型为短路故障，则上述的第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述的第一排序时刻为线路断开时刻。

4.根据权利要求3中所述的复杂故障串联整合方法，其特征在于，所述步骤(32)的保护隐藏故障的辨识流程为：

(321)根据底层故障的底层故障信息，检查故障m的故障类型是否为短路故障，若是则进入步骤(322)，否则进入步骤(323)；

(322)通过公式检查故障m和故障n是否满足保护隐藏故障的第一动作时间指标，若i_hidtime1为1，则进入步骤(324)，否则，辨识出故障m和故障n为多重独立故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)；

(323)通过公式检查故障m和故障n是否满足保护隐藏故障的第二动作时间指标，若i_hidtime2为1，则进入步骤(324)，否则，辨识出故障m和故障n为多重独立故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)；

(324)利用公式检查故障m和故障n是否满足保护隐藏故障的线路位置指标，若i_hidline为1，辨识出故障m和故障n为保护隐藏故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束保护隐藏故障的辨识流程进入步骤(34)；

式中，i_hidtime1为保护隐藏故障的第一动作时间指标，t_nd表示故障n线路断开时刻，t_mg表示故障m的故障发生时刻，i_hidtime2为保护隐藏故障的第二动作时间指标；t_md表示故障m的线路断开时刻，i_hidline表示保护隐藏故障的线路位置指标，line_m表示故障m所在的故障线路；line_n表示故障n所在的故障线路，[0,△t_hide]为时间差阈值，时间差阈值表示考虑的时间窗口长度内电力系统所有继电保护时间整定值范围；

将line_m的两端母线定义为一级母线，与一级母线相连的除line_m外的支路和line_m的电气距离定义为一级，与line_m电气距离为一级的线路的另一端母线定义为二级母线，K级母线与K+l级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K级母线与K级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K＝1，2，3，4，……。

5.根据权利要求3中所述的复杂故障串联整合方法，其特征在于，所述步骤(33)的共模故障的辨识流程为：

(3311)根据底层故障信息，检查故障m的故障类型是否为短路故障，若是则进入步骤(3312)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3312)根据公式检查故障m和故障n是否满足共模故障的动作时间指标，若i_comtime为1，则进入步骤(3313)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3313)根据公式检查故障m和故障n是否满足共模故障的故障线路指标，若i_comline为1，则进入步骤(3314)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3314)根据公式检查故障m和故障n是否满足共模故障的故障定位指标，若i_comloc为1，则认为故障m和故障n为共模故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束共模故障的辨识流程进入步骤(34)；

式中，i_comtime为共模故障动作时间指标，t_ng表示故障n的故障发生时刻，t_mg表示故障m的故障发生时刻，△t_common为时间差阈值，时间差阈值表示允许的测量时间差范围，i_comline表示共模故障的线路位置指标，line_m表示故障m所在的故障线路，line_n表示故障n所在的故障线路，i_comloc表示共模故障的故障定位指标，d_m表示故障m在line_m上的发生位置与line_m和line_n的公共母线Bus_mn的距离，d_n表示故障n在line_n上的发生位置与line_m和line_n的公共母线Bus_mn的距离，d_set表示测量误差阈值，d_n和d_m是故障测距信息，通常可以通过故障录波系统中所集成的行波测距或故障录波测距信息获得，将line_m的两端母线定义为一级母线，与一级母线相连的除line_m外的支路与line_m的电气距离定义为一级，与line_m电气距离为一级的线路的另一端母线定义为二级母线，K级母线与K+l级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K级母线与K级母线之间的支路和line_m的电气距离定义为K级，K＝1，2，3，4，……。

6.根据权利要求3中所述的复杂故障串联整合方法，其特征在于，所述步骤(33)的连锁故障的辨识流程为：

(3321)根据底层故障信息，检查故障n的保护动作情况是否为三相跳闸，若是则进入步骤(3322)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，退出连锁故障的辨识流程，并进入步骤(34)；

(3322)根据底层故障信息，检查故障m的保护动作情况是否为三相跳闸，若是则进入步骤(3323)，否则进入步骤(3324)；

(3323)根据公式检查故障m和故障n是否满足连锁故障的第一动作时间指标，若i_castime1为1，则进入步骤(3226)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3324)根据底层故障信息，检查故障m的重合结果是否为重合失败，若是则进入步骤(3325)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3325)根据公式检查故障m和n是否满足连锁故障的第二动作时间指标，若i_castime2为1，则进入步骤(3326)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)；

(3326)故障m所在线路断开后，利用潮流计算程序计算出其余所有线路的稳态潮流；

(3327)根据公式检查故障m和故障n是否满足连锁故障的故障线路指标，若i_overload为1，则认为故障m和故障n为连锁故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)，否则认为故障m和故障n为多重独立故障，并结束连锁故障的辨识流程进入步骤(34)；

式中，i_castime1表示连锁故障的第一动作时间指标，t_nd表示故障n的线路断开时刻，t_md表示故障m的线路断开时刻，[△t_cas1,△t_cas2]为时间差阈值，时间差阈值表示距离Ⅲ段保护设定的时间整定值范围，i_castime2表示连锁故障的第二动作时间指标，t_mc表示故障m保护重合时刻，i_overload表示连锁故障的故障线路指标，S_linen表示利用潮流计算程序求得的故障m所在线路断开后，故障n所在线路的稳态潮流，S_linenlimit表示事先设定的故障n所在线路的线路容量极限，β表示潮流的裕度。

7.根据权利要求1中所述的复杂故障串联整合方法，其特征在于，所述步骤(4)中第一排序时刻非相邻的连锁故障之间的关联性修正步骤为：

(411)假设时间窗口内共有k个底层故障，将时间窗口内的这些底层故障按第一排序时刻的先后顺序依次记作故障z₁、故障z₂、…、故障z_k；

(412)搜索已辨识的所有第二排序时刻先于故障z_s且与故障z_s为连锁故障关系的故障，若搜索不到故障，则认为指向故障z_s的连锁故障关系不需要修正，进入步骤(416)，否则，将搜索到的故障按第二排序时刻的先后顺序依次记作故障w_s1、故障w_s2……故障w_si，将故障w_s1、故障w_s2……故障w_si所对应的第二排序时刻分别记作第二排序时刻t_s1、第二排序时刻t_s2……第二排序时刻t_si，进入步骤(413)；

(413)搜索故障w_s1到故障z_s之间发生的所有保护动作情况为三相跳闸的故障或重合结果为重合失败情况的故障，按第二排序时刻的先后顺序依次将搜索到故障记作故障k_s11、故障k_s12、…、故障k_s1j，利用潮流计算软件分别计算出故障k_s11、故障k_s12、…、故障k_s1j发生后，故障z_s所在线路的稳态潮流S₁、稳态潮流S₂、…、稳态潮流S_j，利用步骤(3227)所述公式分别计算故障k_s11、故障k_s12、…、k_s1j与故障z_s连锁故障的故障线路指标，记作故障线路指标i_overload(1)、故障线路指标i_overload(2)、…、故障线路指标i_overload(j)，依次检查故障线路指标i_overload(j)、故障线路指标i_{overload(j-1)}、…、故障线路指标i_overload(1)是否均为1，若是则进入步骤(415)，否则进入步骤(414)；

(414)取故障线路指标i_overload(j)、故障线路指标i_{overload(j-1)}、…、故障线路指标i_overload(1)序列中第一个为0的故障线路指标，记作故障线路指标i_overload(L)，故障k_s1L为故障线路指标i_overload(L)对应的故障，第二排序时刻t_s1L为故障k_s1L对应的第二排序时刻，搜索步骤(412)中第二排序时刻t_sr满足t_sr≥t_s1L，且距离第二排序时刻t_s1L最近的第二排序时刻，记作第二排序时刻t_sd，第二排序时刻t_sd对应的故障为故障w_sd，则故障w_sd与故障z_s为连锁故障，w_st与故障z_s不是连锁故障，进入步骤(416)；

(415)认为故障w_s1与故障z_s为连锁故障，w_sy与故障z_s不是连锁故障，进入步骤(416)；

(416)判断s是否等于k，若是结束时间上非相邻的连锁故障之间的关联性修正，否则使s＝s+1进入步骤(412)；

其中，s的初始值为1，且0<s≤k，0<L≤j，0<r<i，t≠d，y≠1，若故障的故障类型为短路故障，则上述的第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述的第一排序时刻为线路断开时刻；若故障的保护动作情况为三相跳闸，则上述第二排序时刻为线路断开时刻，若故障的重合结果为为重合失败，则上述排序时刻为保护重合时刻。

8.根据权利要求1中所述的复杂故障串联整合方法，其特征在于，所述步骤(4)中时间上非相邻的保护隐藏故障之间的关联性修正步骤为：

(421)假设时间窗口内共有c个底层故障，将时间窗口内的这些故障按第一排序时刻的先后顺序依次记作故障p₁、故障p₂……故障p_c；

(422)搜索已辨识的所有第一排序时刻先于故障p_b的第一排序时刻且与故障p_b为保护隐藏故障关系的故障，且所述故障与故障p_b在第一排序时刻非相邻，若不存在这些故障则认为指向p_b的保护隐藏故障关系不需要修正，进入步骤(424)，否则，将这些故障按第一排序时刻的先后顺序依次记作q_b1、q_b2……q_ba，进入步骤(423)；

(423)故障q_b1与故障p_b为保护隐藏故障关系，故障q_bx与故障p_b不是保护隐藏故障关系；

(424)判断b是否等于c，若是结束时间上非相邻的连锁故障之间的关联性修正，否则，使b＝b+1进入步骤(422)；

其中，b的初始值为1，0<b≤c，x≠1，若故障的故障类型为短路故障，则上述的第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述的第一排序时刻为线路断开时刻。

9.根据权利要求1中所述的复杂故障串联整合方法，其特征在于，所述步骤(5)辨识底层故障两两之间的关联性的步骤为：

(51)任意选取新进入窗口的两个底层故障：故障u和故障v，且故障u的第一排序时刻先于故障v第一排序时刻，辨识故障u和故障v的关联性步骤与步骤(31)至步骤(33)中辨识故障m与故障n的关联性相同；

(52)检查是否已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性进行辨识，若已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性进行辨识，则进入步骤(53)，否则，进入步骤(51)；

(53)任意选取新进入时间窗口的底层故障p，任意选取非新进入时间窗口的底层故障q，且故障q的第一排序时刻先于故障p第一排序时刻，辨识故障p和故障q的关联性步骤与步骤(31)至步骤(33)中辨识故障m与故障n的关联性相同；

(54)检查是否已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障与非新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性辨识，若已对时间窗口内的所有新进入时间窗口的底层故障与非新进入时间窗口的底层故障两两之间的关联性进行辨识，则进入步骤(6)，否则，进入步骤(53)；

若故障的故障类型为短路故障，则上述的第一排序时刻为故障发生时刻，否则上述的第一排序时刻为线路断开时刻。