CN107015111A - 一种电网故障智能告警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网故障智能告警方法，包括：从数据采集监控系统获取各报警信息的开关变位信息，从保信系统获取各报警信息的保护动作信息；根据所述获取的开关变位信息确定与报警信息对应的保护动作类型；根据所述确定的保护动作类型对应的保护路径，确定故障或故障集合；显示所述确定的故障或故障集合。另外，本发明还公开了一种电网故障智能告警系统。采用本发明，提有利于找到电网故障设备,方便了操作。

Description

一种电网故障智能告警系统及方法

技术领域

本发明涉及一种电网故障系统，特别涉及一种电网故障智能告警系统及方法。

背景技术

电网事故发生后，在很短的时间内会接到来自现场的大量的异常事故汇报，在SCADA(数据采集与监控系统)系统上出现大量的遥信变位信息和潮流越限等信息，在保信系统上也会出现保护的启动、动作、闭锁、重合闸等信号及更为详细的故障信息，短时间内重要信息会被表象的大量数据湮没。调控员无法迅速准确判断故障情况，不利于及时、准确进行故障恢复。

对电力系统智能告警系统的研究今年来逐步增多，但至今仍未有完善的解决方案，其困难主要有以下几点：

(1)信息量庞大，各种信号间的逻辑关系复杂；

(2)缺乏统一、规范的二次系统模型；

(3)缺乏冗余信息的相互印证。

研究智能告警的方法很多，包括专家系统、人工神经网络、模糊集、Petri网、贝叶斯网络、信息论、基于广域测量系统等。每种方法各有利弊，专家系统知识库的构建较难满足复杂情况的需求；人工神经网络对电网大数据系统构建较难；模糊集具有一定的主观性；贝叶斯网络诊断结果准确性依赖于样本；Petri网对复杂问题诊断速度较慢；广域测量系统不能反映故障过程等。

发明内容

本发明的目的是提供一种电网故障智能告警系统及方法，提高了电网事故的处理速度，使得电网管理人员对电网事故的原因及保护动作情况、开关跳闸情况有了直观清楚的了解。

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种电网故障智能告警方法，该方法包括：从数据采集监控系统获取的故障引起的开关变位信息，从保信系统获取的故障引起的保护装置保护动作信息；

根据所述获取的开关变位信息确定与报警信息对应的保护动作类型；

根据所述确定的保护动作类型对应的保护路径，确定故障或故障集合；

显示所述确定的故障或故障集合。

另外，所述的根据所述获取的开关变位信息确定与报警信息对应的保护动作类型的步骤包括：

根据开关变位与保护动作的对应关系，确定与变位开关对应的保护类型，所述保护类型包括主保护和后备保护；

若与所述开关变位对应的保护类型既包括主保护类型又包括后备保护类型，则判断开关的跳闸保护时间是否小于后备保护的延时时间，若是，则保护类型为主保护类型；否则，保护类型为后备保护类型。

本技术方案对保护的类型区分为主保护类型和后备保护类型，并针对于同时出现主保护和后备保护这两种类型的情况，通过限定开关跳闸时间和后备保护延时的时间，进行区分。从而提高了故障设备确定的精度。

另外，若确定的故障为故障集合C，则还包括：

按故障重数由低到高的顺序遍历G，直至i＝min{|G|，MaxFaults}，如果Δ是C中任意集合的超集，跳过；其中，Δ表示诊断结果，G表示最终诊断结果的超集；

确定Coverage(Δ)和Occurrence(Δ)；如果Cr≥CrLimit且Or≥OrLimit，那么将Δ添加进诊断结果集合C中；

其中，Expect(Δ)表示Δ预测发生的报警的集合，H为实际发生的报警的集合；Cr表示Coverage(Δ)，Or表示Occurrence(Δ)。

另外，所述的显示所述确定的故障或故障集合的告警信息的步骤具体包括：

若C＝{}，则诊断结果为无故障，H中所有报警为误报警，则输出无故障信息；否则，进入b)，其中H为实际发生的报警的集合；

b)若|C|＝1，输出故障集C；

c)若|C|＞1，遍历C，确定所有候选诊断结果中最大的出现率maxOr，即maxOr＝max{or|or＝Occurrence(Δ)andΔ∈C}，若只有一个Δ的出现率等于maxOr，输出故障集结果；若有多于一个Δ的出现率等于maxOr，再比较这些结果的覆盖率，若覆盖率有唯一的最大值，输出对应的诊断结果；否则，将多个同时具有最大出现率和最大覆盖率Δ存入集合L中，进入d)；

d)合并结合L中同一设备不同类型的故障后，输出故障集合。

相应的本发明还提供一种电网故障智能告警系统，该系统包括：

数据采集监控系统、保信系统，另外，还包括故障诊断服务器和显示设备，所述故障诊断服务器包括第一数据存储模块、第二数据存储模块以及控制器；

所述第一数据存储模块，存储有从数据采集监控系统获取的故障引起的开关变位信息；

所述第二数据存储模块，存储有从保信系统获取的故障引起的保护装置保护动作信息；

所述控制器，用于根据来自第一数据库的开关变位信息确定与报警信息对应的保护动作类型；并根据所述确定的保护动作类型对应的保护路径，确定故障或故障集；

显示设备，用于显示服务器确定的故障或故障集合。

另外，还包括移动客户端，用于显示所述服务器确定的故障或故障集合。

另外，所述控制器还用于，根据开关变位信息与保护动作的对应关系，确定与变位开关对应的保护类型；所述保护类型包括主保护和后备保护；

若与所述开关变位对应的保护类型既包括主保护又包括后备保护，则判断开关的跳闸保护时间是否小于后备保护的延时时间，若是，则保护类型为主保护；否则，保护类型为后备保护。

另外，若确定的故障为故障集合C，则所述控制器还用于：

按故障重数由低到高的顺序遍历G，直至i＝min{|G|，MaxFaults}，如果Δ是C中任意集合的超集，跳过；其中，Δ表示诊断结果，G表示最终诊断结果的超集；

确定Coverage(Δ)和Occurrence(Δ)；如果Cr≥CrLimit且Or≥OrLimit，那么将Δ添加进诊断结果集合C中；

其中，Expect(Δ)表示Δ预测发生的报警的集合，H为实际发生的报警的集合；

本发明的电网故障智能告警方法，该方法根据来自数据采集监控系统的开关变为信息以及来自保信系统的保护动作信息来确定具体的故障设备。从确定故障设备的角度上看，本发明实施例根据开关变为信息确定保护动作的类型，然后根据保护类型对应的保护路径去查找故障设备，因此可以追溯到最根本的故障设备，而不会被相关的保护装置带来的开关动作所迷惑。另外，从信息的显示上看，避免了现有技术中逐条显示告警信息，信息之间的相互覆盖的缺陷，方便了工作人员的查看，提高了工作人员的工作效率。

附图说明

图1是本发明一种电网故障智能告警系统的一种实施例的示意图；

图2是本发明一种电网故障智能告警系统的故障诊断服务器的一种实施例的示意图；

图3是本发明一种电网故障智能告警方法的第一种实施例的流程示意图；

图4是本发明一种电网故障智能告警方法的第二种实施例的流程示意图；

图5是本发明一种电网故障智能告警方法的第三种实施例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1-2所示，本发明一种电网故障智能诊断告警系统实施例包括：数据采集监控系统1、保信系统2以及故障诊断服务器3和显示设备4，其中数据采集监控系统1和保信系统2分别与故障诊断服务器3连接，故障诊断服务器3与显示器连接。

数据采集监控系统1，存储有大量的遥信变为信息和潮流越限等信息；

保信系统2，该系统上会出现保护的启动、动作、闭锁、重合闸等信号及更为详细的故障信息。

故障诊断服务器3，设置有第一数据存储模块31和第二数据存储模块32以及控制器33。第一数据存储模块31和第二数据存储模块32分别与控制器33连接，控制器33可以从第一数据存储模块和第二数据存储模块获取相应的故障信息。

第一数据存储模块31存储有从数据采集监控系统获取的各报警信息的开关变位信息；另外存储的信息还包括一次设备的描述及其拓扑连接关系

第二数据存储模块32存储有从保信系统获取的各报警信息的保护动作信息；另外，存储的信息还包括二次设备(主要是保护装置)的配置、信号的语义以及与一次设备的关联关系；并且对保护设备进行了分类，归纳为如下10类智能电子设备(IED，IntelligentElectronic Device)线路保护IED、线路就地判别IED、变压器保护IED、变压器非电量保护IED、母线保护IED、高抗保护IED、低抗保护IED、电容保护IED、断路器保护IED、短引线保护IED；每个IED对象下含若干逻辑节点，代表其具有的保护功能。例如，目前国内厂家生产的超高压线路保护装置一般都以纵联差动、相间或接地距离一段、零序过流一段等保护功能作为主保护，以相间或接地距离二段、零序过流二段等作为后备保护。归纳IED中出现的普通逻辑节点类，共有16种：PDIF(差动保护)、PDIS(距离保护)、PDIR(方向保护)、PTOC(过流保护)、PVPH(过激磁保护)、PVOC(复压闭锁过流保护)、PTOV(过电压保护)、PTUV(欠电压保护)、PPDP(三相不一致保护)、PDUP(欠功率方向保护)、SCAS(冷控失电)、RRTC(线路就地判别)、RBRF(断路器失灵保护)、RREC(重合闸)、PTRC(跳闸)、GGIO(告警)。每个逻辑节点类包括状态信息(启动信号和动作信号)、定值信息(包括投退信息)及保护类型信息。其中，保护类型信息指为了区分保护行为的更为详细的类型信息，为根据实际需要自行扩充，包括保护类型、保护子类型、动作信息来源、故障类型、延时类型、段数、时限、特殊类型。

控制器33，用于根据来自第一数据库的开关变位信息确定与报警信息对应的保护动作类型；并根据所述确定的保护动作类型对应的保护路径，确定故障或故障集。

显示设备4，可以显示器，该显示器的大小可以根据需要显示的数据情况进行确定，如果数据比较庞大可以采用比较大的显示器，比如挂在墙上的液晶显示平等。如果需要显示的数据比较少，则可以为小型的设置于服务器旁边的台式的显示屏。

另外，还可以包括移动用户终端5，该用户终端可以是手持用户终端，这样工作人员可以进行随身携带，这样就可以将接收到的告警信息直接显示给工作人员，工作人员可以在查看后第一时间赶到故障现场，对故障设备进行抢修，提高了工作人员的相应速度。

下面说明本发明的另一方面。

参见图3所示，该图是本发明一种电网故障智能告警方法的一种实施例的流程示意图，包括如下步骤：

S1，从数据采集监控系统获取各报警信息的开关变位信息，从保信系统获取各报警信息的保护动作信息；

S2，根据所述获取的开关变位信息确定与报警信息对应的保护动作类型；

S3，根据所述确定的保护动作类型对应的保护路径，确定故障或故障集合；

S4，显示所述确定的故障或故障集合。

参考图4，该图是本发明一种电网故障智能告警方法的第二种实施例流程示意图，该实施例与第一实施例不同的是步骤S2具体包括：

S21，根据开关变位与保护动作的对应关系，确定与变位开关对应的保护类型，所述保护类型包括主保护和后备保护；

S22，若保护类型为主保护类型，则根据与主保护类型对应的保护路径，确定故障或故障集合；

S23，若保护类型为后备保护类型，则根据与后备保护类型对应的保护路径，确定故障或故障集合；

S24，若与开关变位对应的保护类型是否既包括主保护类型又包括后备保护类型，则执行步骤S25；

S25判断开关的跳闸保护时间是否小于后备保护的延时时间，若是，则执行步骤S22，否则，执行步骤S23。

需要说明的，主保护类型负责在电网设备发生严重故障时第一时间切除故障，当其动作判据成立时，应无延时驱动开关将故障切除。也就是说，只要主保护投入，“故障→主保护”的因果关系是无条件成立的。遍历所有主保护，自动建立主保护动作与其所在IED对应的一次设备的相应类型故障间的规则。例如：主变故障→主变差动保护，线路相间故障→线路相间距离I段保护，线路接地故障→线路接地距离I段保护，母线故障→母线差动保护。

相应的，后备保护类型负责在故障未被第一时间有效切除的情况下作为后备手段切除故障。与主保护相比，后备保护有两个特点：一是经延时动作，二是同时保护多个设备。所以建立后备保护的规则时，应使用一次模型中的拓扑连接关系进行拓扑搜索，结合该后备保护的段次判断其保护的范围。例如，线路二段后备保护，除保护本线路全长外，还保护线路对端的母线；线路三段后备保护的保护范围将进一步扩大到本线路对端母线连接的其它设备及其对端母线。应遍历所有后备保护，从每一后备保护的安装位置开始拓扑搜索，建立后备保护动作与其保护范围内设备的相应类型故障间的规则。例如：线路相间故障→线路相间距离II段保护，线路相间故障→线路相间距离III段保护，线路接地故障→线路接地距离II段保护，线路接地故障→线路接地距离III保护，线路对端母线故障→线路相间距离II段保护，线路对端母线故障→线路接地距离III段保护。

上述拓扑搜索针对后备保护的第二个特点，而后备保护的第一个特点表明，若故障在其延时结束前已被切除，则后备保护无需动作。所以，后备保护延时结束时，若其安装位置仍与故障设备连接，则“故障→后备保护”的规则有效；反之无效。为此，在拓扑搜索时记录沿搜索路径的所有开关，诊断前检查这些开关是否在后备保护延时结束前已跳开。但是，由于我们不知道故障发生的准确时间，也就不知道后备保护延时结束的时间。为此，采用以下方法间接判断：

(1)若搜索路径上的开关未跳闸，则“故障→后备保护”的规则无效，此时说明不是这个保护动作切除故障，是其他保护使开关跳闸；

(2)若搜索路径上的开关跳闸，且驱使其跳闸的保护的延时短于后备保护，则“故障→后备保护”的规则无效；否则有效。以线路对端母线故障为例，线路相间距离II段保护为后备保护，从保护安装处首先是线路开关，然后是母线开关，如果母线主保护动作，母线开关会跳闸，即驱使母线开关跳闸的母线主保护动作延时短于线路相间距离II段保护，所以“线路对端母线故障→线路相间距离II段保护”的规则无效，即母线的故障应该由“母线故障→母线差动保护”的主保护规则来判断。

这样就将无法确知的后备保护延时瞬间开关是否跳闸的判断，转化成了可以准确知道的保护延时的比较问题。

另外，针对于保护功能与变为开关的关系，一般来讲，保护功能控制其安装位置的开关跳闸。例如，线路保护控制线路本侧的开关跳闸，变压器保护控制变压器各侧开关跳闸。因此，可以拓扑搜索被保护设备周围的开关，建立“保护→开关”的规则。

但是，也会存在比较复杂的跳闸逻辑。例如，主变高压侧后备保护第一时限跳主变中压侧开关，第二时限跳主变各侧开关。这时，就需要按照跳闸规则，为不同类型的保护自动搜索相应开关，并建立“保护→开关”的规则。例如，主变差动保护→主变各侧开关跳闸，主变高压侧后备保护→主变中压侧开关跳闸，主变高压侧后备保护→主变各侧开关跳闸，线路相间距离II段保护→线路开关跳闸，线路相间距离I段保护→线路开关跳闸，线路相间距离III段保护→线路开关跳闸，控制器在故障诊断的过程中。

符合最简原则，即能假设较少的故障来解释的现象，就不假设更多的故障来解释。但这并不等价于假设故障的个数最小。例如，若{c1}和{c1，c2}都可以准确解释报警，那么只选用{c1}。但如果除{c1}外，{c2，c3}也可以准确解释报警，那{c1}并不能排除{c2，c3}。

下面定义一些概念，作为诊断算法的基础：

(1)定义为F为所有可能故障的集合，A为所有可能报警的集合，H为实际发生报警的集合。

(2)定义诊断结果Δ为故障集合F的一个子集，即

(3)某诊断结果的出现率

其中，Expect(Δ)表示Δ预测发生的报警的集合，H为实际发生的报警的集合。

(4)某诊断结果的覆盖率

显然，出现率和覆盖率都为1的诊断结果等价于严格符合逻辑的诊断结果。

(5)某诊断结果下的漏报警

MA＝Expect(Δ)-H∩Expect(Δ) (3)

表示Δ预测发生但实际未发生的报警的集合。

(6)某诊断结果下的误报警

FA＝H-H∩Expect(Δ) (4)

表示实际发生但Δ无法解释的报警的集合。

(7)定义漏警率

MissingRate(Δ)＝1-Occurrence(Δ) (5)

(8)定义误警率

FalseRate(Δ)＝1-Coverage(Δ) (6)

(9)最大故障重数MaxFaults。表示算法考虑的故障的最大重数，故障重数指诊断结果中故障的个数。它表征了算法处理多重故障的能力。

(10)出现率下限OrLimit(∈(0，1])和覆盖率下限CrLimit(∈(0，1])。

具体实现时通常按照下列三个步骤：

(1)解释报警：在溯因图中，从每一个实际发生的报警向上回溯，找到所有可能的故障c_i∈F，所有这样得到的c_i组成集合G。显然G一定是最终诊断结果的超集。

(2)筛选故障：定义C为诊断结果的集合。按故障重数由低到高的顺序遍历G，直至i＝min{|G|，MaxFaults}。在此过程中，如果Δ是C中任意集合的超集，跳过；计算Coverage(Δ)，Occurrence(Δ)

如果Cr≥CrLimit且Or≥OrLimit，那么将Δ添加进诊断结果集合C中。

(3)处理结果：

a)若C＝{}，则诊断结果为无故障，H中所有报警为误报警；否则，进入b)。

b)若|C|＝1，输出诊断结果；

c)若|C|＞1，遍历C，确定所有候选诊断结果中最大的出现率maxOR，即maxOr＝max{or|or＝Occurrence(Δ)andΔ∈C}，若只有一个Δ的出现率等于maxOR，输出该结果；若有多于一个Δ的出现率等于maxOR，再比较这些结果的覆盖率，若覆盖率有唯一的最大值，输出对应的诊断结果；否则，将多个同时具有最大出现率和最大覆盖率Δ存入集合L中，进入d)。

d)当L中存在多个元素时，往往意味着当前规则难以有效分辨同一设备的不同类型的故障，此时应对代表同一设备不同类型的故障进行融合。若Δ1∈L与Δ2∈L反映了同样一组一次设备的故障，则将Δ1与Δ2合并。例如，如果Δ1表示线路L两相短路，Δ2表示线路L三相短路，则合并为线路L短路。若融合后L中仅有一个诊断结果，输出该结果；否则，输出L中所有不同的诊断结果。

本诊断方法充分利用已有规则信息，很好地处理不确定诊断问题和多重故障诊断问题，给出“最可能的”一种或几种诊断结果。另外，由于本方法首先由已发生的报警找出所有可能的故障，再进一步筛选，所以筛选的空间小，诊断速度快。

另外，显示设备在显示故障信息的时候通常通过三种方式，

(1)在分类报警显示的诊断结果列表中显示根源事件(即故障)，在其他报警列表中显示原始报警信号及其对应的根源事件；

(2)显示诊断结果简报，包括故障、漏警率、误警率、漏报警和误报警；

(3)显示故障对应的事件树，以图形化方式表达根源事件、报警间的因果关系、误报警和漏报警。

参考图5，该图是本发明的一种电网故障智能告警系统进行智能展示的一种实施例的示意图，图中示出了百桃变#1主变箱体故障的故障信息。通过这样的智能展示，是的调控员对电网事故原因及保护动作情况、开关跳闸情况有直观清除的了解，对快速处理电网事故提供了有利的支撑。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电网故障智能告警方法，其特征在于，包括：

从数据采集监控系统获取的故障引起的开关变位信息，从保信系统获取的故障引起的保护装置保护动作信息；

根据所述获取的开关变位信息确定与报警信息对应的保护动作类型；

根据所述确定的保护动作类型对应的保护路径，确定故障或故障集合；

显示所述确定的故障或故障集合。

2.根据权利要求1所述的电网故障智能告警方法，其特征在于，所述的根据所述获取的开关变位信息确定与报警信息对应的保护动作类型的步骤包括：

根据开关变位与保护动作的对应关系，确定与变位开关对应的保护类型，所述保护类型包括主保护和后备保护；

若与所述开关变位对应的保护类型既包括主保护类型又包括后备保护类型，则判断开关的跳闸保护时间是否小于后备保护的延时时间，若是，则保护类型为主保护类型；否则，保护类型为后备保护类型。

3.根据权利要求1或2所述的电网故障智能告警方法，其特征在于，若确定的故障为故障集合C，则还包括：

按故障重数由低到高的顺序遍历G，直至i＝min{|G|，MaxFaults}，如果Δ是C中任意集合的超集，跳过；其中，Δ表示诊断结果，G表示最终诊断结果的超集；

确定Coverage(Δ)和Occurrence(Δ)；如果Cr≥CrLimit且Or≥OrLimit，那么将Δ添加进诊断结果集合C中；

其中，Expect(Δ)表示Δ预测发生的报警的集合，H为实际发生的报警的集合；Cr表示Coverage(Δ)，Or表示Occurrence(Δ)。

4.根据权利要求3所述的电网故障智能告警方法，其特征在于，所述的显示所述确定的故障或故障集合的告警信息的步骤具体包括：

若C＝{}，则诊断结果为无故障，H中所有报警为误报警，则输出无故障信息；否则，进入b)，其中H为实际发生的报警的集合；

b)若|C|＝1，输出故障集C；

c)若|C|＞1，遍历C，确定所有候选诊断结果中最大的出现率maxOr，即maxOr＝max{or|or＝Occurrence(A)andΔ∈C}，若只有一个Δ的出现率等于maxOr，输出故障集结果；若有多于一个Δ的出现率等于maxOr，再比较这些结果的覆盖率，若覆盖率有唯一的最大值，输出对应的诊断结果；否则，将多个同时具有最大出现率和最大覆盖率Δ存入集合L中，进入d)；

d)合并结合L中同一设备不同类型的故障后，输出故障集合。

5.一种电网故障智能告警系统，包括，数据采集监控系统、保信系统，其特征在于，还包括故障诊断服务器和显示设备，所述故障诊断服务器包括第一数据存储模块、第二数据存储模块以及控制器；

所述第一数据存储模块，存储有从数据采集监控系统获取的故障引起的开关变位信息；

所述第二数据存储模块，存储有从保信系统获取的故障引起的保护装置保护动作信息；

所述控制器，用于根据来自第一数据库的开关变位信息确定与报警信息对应的保护动作类型；并根据所述确定的保护动作类型对应的保护路径，确定故障或故障集；

显示设备，用于显示服务器确定的故障或故障集合。

6.根据权利要求5所述的电网故障智能告警系统，其特征在于，还包括移动客户端，用于显示所述服务器确定的故障或故障集合。

7.根据权利要求5所述的电网故障智能告警系统，其特征在于，所述控制器还用于，根据开关变位信息与保护动作的对应关系，确定与变位开关对应的保护类型；所述保护类型包括主保护和后备保护；

若与所述开关变位对应的保护类型既包括主保护又包括后备保护，则判断开关的跳闸保护时间是否小于后备保护的延时时间，若是，则保护类型为主保护；否则，保护类型为后备保护。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的电网故障智能告警系统，其特征在于，若确定的故障为故障集合C，则所述控制器还用于：

按故障重数由低到高的顺序遍历G，直至i＝min{|G|，MaxFaults}，如果Δ是C中任意集合的超集，跳过；其中，Δ表示诊断结果，G表示最终诊断结果的超集；

确定Coverage(Δ)和Occurrence(Δ)；如果Cr≥CrLimit且Or≥OrLimit，那么将Δ添加进诊断结果集合C中；

其中，Expect(Δ)表示Δ预测发生的报警的集合，H为实际发生的报警的集合；