CN108562845A - 一种基于不精确推理和概率论的变电站电气控制电路的故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明提供了一种基于不精确推理和概率论的变电站电气控制电路的故障检测方法，包括如下步骤：检测变电站电气控制电路中保护器件状态信息；根据出现故障后保护器的状态信息，构建故障后的电路拓扑结构；根据闭合的区域获取故障架构集；计算故障架构集上每个元件在保护器件状态信息下发生故障的初始故障可信度；对初始故障可信度进行分配处理，形成各条不精确推理；利用登普斯特信度函数理论，对不精确推理进行合成，得出融合故障可信度；通过不精确推理的合成和计算，获得融合故障可信度表，比较各元件的融合故障可信度精确判断故障元件或故障位置。能够在不确定状态信息下精确地检测变电站电气控制电路的故障元件和故障部位。

Description

一种基于不精确推理和概率论的变电站电气控制电路的故障 检测方法

技术领域

本发明涉及变电站故障检测技术领域，具体涉及一种基于不精确推理和概 率论的变电站电气控制电路的故障检测方法。

背景技术

变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力流向和调整电 压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。变电站电气控制 电路是电力系统的核心部分，关系到电力的正常输送,在变电站的运行过程中， 电气控制电路不可避免地会出现故障，对于故障如果不能及时诊断并处理，轻 则造成电流增大，电压下降，危及设备安全使系统无法正常运行；重则将导致 电力系统对用户的正常供电局部甚至全部遭到破坏，因此必须提高变电站电气 控制电路故障检测技术。

变电站电气控制电路故障检测是非常复杂的,特别随着电力系统的规模日 趋庞大，变电站电气控制电路结构更加复杂，当电路发生故障时，大量的报警 信息在短时间内涌入调度中心，远远超过运行人员的处理能力，往往使调度员 误判、漏判，因此需要故障检测和诊断系统进行决策。但是，保护器失误动作、 拒绝动作以及信息受干扰、畸变或丢失等因素导致了信息的不确定性与不完备 性，给电站电气控制电路故障检测带来了较大困难。目前有学者把专家系统、 人工神经网络、优化技术、模糊集理论、粗糙集理论引入到电站电气控制电路 的检测中，但都不能彻底解决由于信息的不确定性带来的检测误判问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能够解决由于保护 器失误动作、拒绝动作以及信息受干扰等因素导致变电站电气控制电路故障检 测误判的问题和能够在不确定状态信息下精确地检测变电站电气控制电路的故 障元件和故障部位的基于不精确推理和概率论的变电站电气控制电路的故障检 测方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于不精确推理和概 率论的变电站电气控制电路的故障检测方法，包括以下步骤：

(1)检测变电站电气控制电路中保护器件状态信息；

(2)根据出现故障后保护器的状态信息，构建故障后的电路拓扑结构；

(3)由保护器件状态信息构建闭合或近似闭合的区域，根据闭合的区域获 取故障架构集；

(4)计算故障架构集上每个元件在保护器件状态信息下发生故障的初始故 障可信度；

(5)对初始故障可信度进行分配处理，形成各条不精确推理；

(6)利用登普斯特信度函数理论，对不精确推理进行合成，得出融合故障 可信度；

(7)通过不精确推理的合成和计算，获得融合故障可信度表，比较各元件 的融合故障可信度精确判断故障元件或故障位置。

作为优选的，

步骤(1)，保护器件状态信息为断路器状态信息，该断路器状态信息包 括动作序列V；

步骤(3)，故障架构集B＝(B₁,B₂,…,B_n)；

步骤(4)，计算故障架构集B上每个元件在保护器件状态信息下发生故 障的初始概率P₁,P₂,…,P_n其中n为故障架构集B上元器件的总数；计算公式为：

式中，P(V)为变电站电气控制电路中保护器件(断路器)失误动作或拒绝 动作的先验概率，P(B_i＝1)是故障架构集B上第i个元件发生故障的先验概率， P(V|B_i＝1)是第i个元件邻近的保护器件正确动作的先验概率。

步骤(4)，包括以下子步骤：

(4.1)一次元件或器件故障的不确定性指标就是元器件发生故障的先验 概率。根据历年运行情况或文献资料，统计元器件连续无故障时间为T；

(4.2)根据元器件连续无故障时间为T，计算元器件在运行一段时间t发 生故障的先验概率：

式中，t为元器件运行的时间，f(t)为故障密度函数；

(4.3)假设元器件年故障频率是一个常数，则根据概率理论，则元器件 在运行一段时间t发生故障的先验概率：

P{T≤t}＝1-e^-λt

式中λ是通过T计算出来的故障率常数。

步骤(5)，对初始故障可信度进行分配处理，保证总信度为1，形成了i条 不精确推理；公式为：

步骤(6)，由于保护器件状态信息中存在失误动作或拒绝动作，根据初始 故障可信度判断检测结果存在不确定性和误判。利用登普斯特信度函数理论， 对不精确推理进行合成，得出融合故障可信度。

式中，为冲突权值，表示多组不精确推理的一致或部分 一致。

本发明的有益效果：本发明将动作的保护器围成的闭合或近似闭合区域中 可能故障的元件确立为故障架构集；基于概率理论，推导出元件故障的初始故 障可信度，将元件故障初始故障可信度进行处理，形成各条不精确推理；根据 登普斯特信度函数理论，对不精确推理进行合成，得出融合故障可信度，推断 出故障结果。

本发明解决了由于保护器失误动作、拒绝动作以及信息受干扰等因素导致 变电站电气控制电路故障检测误判的关键技术，能够在不确定状态信息下精确 地检测变电站电气控制电路的故障元件和故障部位。

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例110千伏的变电站电气控制电路局部结构图；

图3为本发明实施例构建故障后的电路拓扑结构图；

图4为本发明实施例由保护器件状态信息构建闭合区域示意图。

具体实施方式

参见图1、图2、图3和图4，本发明公开的一种基于不精确推理和概率论 的变电站电气控制电路的故障检测方法，包括以下步骤：

(1)检测变电站电气控制电路中保护器件状态信息；

(2)根据出现故障后保护器的状态信息，构建故障后的电路拓扑结构；

(3)由保护器件状态信息构建闭合或近似闭合的区域，根据闭合的区域获 取故障架构集；

(4)计算故障架构集上每个元件在保护器件状态信息下发生故障的初始故 障可信度；

(5)对初始故障可信度进行分配处理，形成各条不精确推理；

(6)利用登普斯特信度函数理论，对不精确推理进行合成，得出融合故障 可信度；

(7)通过不精确推理的合成和计算，获得融合故障可信度表，比较各元件 的融合故障可信度精确判断故障元件或故障位置。

作为优选的，

步骤(1)，保护器件状态信息为断路器状态信息，该断路器状态信息包 括动作序列V；

步骤(3)，故障架构集B＝(B₁,B₂,…,B_n)；

步骤(4)，计算故障架构集B上每个元件在保护器件状态信息下发生故 障的初始概率P₁,P₂,…,P_n其中n为故障架构集B上元器件的总数；计算公式为：

式中，P(V)为变电站电气控制电路中保护器件(断路器)失误动作或拒绝 动作的先验概率，P(B_i＝1)是故障架构集B上第i个元件发生故障的先验概率， P(V|B_i＝1)是第i个元件邻近的保护器件正确动作的先验概率。

步骤(4)，包括以下子步骤：

(4.1)一次元件或器件故障的不确定性指标就是元器件发生故障的先验 概率。根据历年运行情况或文献资料，统计元器件连续无故障时间为T；

(4.2)根据元器件连续无故障时间为T，计算元器件在运行一段时间t发 生故障的先验概率：

式中，t为元器件运行的时间，f(t)为故障密度函数；

(4.3)假设元器件年故障频率是一个常数，则根据概率理论，则元器件 在运行一段时间t发生故障的先验概率：

P{T≤t}＝1-e^-λt

式中λ是通过T计算出来的故障率常数。

步骤(5)，对初始故障可信度进行分配处理，保证总信度为1，形成了i条 不精确推理；公式为：

步骤(6)，由于保护器件状态信息中存在失误动作或拒绝动作，根据初始 故障可信度判断检测结果存在不确定性和误判。利用登普斯特信度函数理论， 对不精确推理进行合成，得出融合故障可信度。

式中，为冲突权值，表示多组不精确推理的一致或部分 一致。

下面以110千伏的变电站输电的电气控制电路故障检测作具体说明：

(1)110千伏的变电站电气控制电路局部结构如图2所示，出现故障后检 测变电站电气控制电路中断路器的状态信息V如表1：

序号	1	2	3	4
					故障信息	BK7跳闸	BK2跳闸	BK5跳闸	BK1跳闸

表1

(2)根据出现故障后断路器的状态信息V，构建故障后的电路拓扑结构如图 3所述。

(3)由保护器件状态信息构建闭合区域如图4虚线所示，根据闭合的区域 获取故障架构集B＝(cs₃,PL₁,PL₃)。

(4)元件的失效先验概率和相关断路器的失误动作或拒绝动作的先验概率 如表2，表3所示。根据表2，3计算故障架构集B上每个元件在断路器状态信 息下发生故障的初始概率(称为初始故障可信度)P₁,P₂,P₃。

P₁＝71.66％,P₂＝19.8％,P₃＝70.87％；

元件	线路/百公里	母线/百公里	变压器/台
				概率	0.162	0.006	0.004

表2

器件	线路保护/台	母线保护/台	变压器保护/台	断路器/台
					概率/％	0.23	0.06	0.15	0.5

表3

(5)对初始故障可信度进行分配处理，保证总信度为1，形成了i条不精确 推理。

(6)由于保护器件状态信息中存在失误动作或拒绝动作，根据初始故障可 信度判断检测结果存在不确定性和误判。利用登普斯特信度函数理论，对不精 确推理进行合成，得出融合故障可信度。

式中，为冲突权值，表示多组不精确推理的一致或部分一致。

(7)通过步骤(5)(6)对不精确推理进行合成和计算，获得融合故障可 信度表如表4所示，比较各元件的融合故障可信度精确判断故障元件是PL3。可 见，BK6出现了拒绝动作，BK1出现了失误动作，经检测和实际的结果是一致的。

元件	CS3	PL1	PL3
				融合故障可信度	0.385	0.017	0.598

表4

可见，在保护器件存在失误动作或拒绝动作等不确定状态信息下，本发明 能够精确地检测变电站电气控制电路的故障元件和故障部位。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能 理解为对本发明保护范围的限定，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容， 可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结 构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于不精确推理和概率论的变电站电气控制电路的故障检测方法，包括以下步骤：

(1)检测变电站电气控制电路中保护器件状态信息；

(2)根据出现故障后保护器的状态信息，构建故障后的电路拓扑结构；

(3)由保护器件状态信息构建闭合或近似闭合的区域，根据闭合的区域获取故障架构集；

(4)计算故障架构集上每个元件在保护器件状态信息下发生故障的初始故障可信度；

(5)对初始故障可信度进行分配处理，形成各条不精确推理；

(6)利用登普斯特信度函数理论，对不精确推理进行合成，得出融合故障可信度；

(7)通过不精确推理的合成和计算，获得融合故障可信度表，比较各元件的融合故障可信度精确判断故障元件或故障位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于不精确推理和概率论的变电站电气控制电路的故障检测方法，其特征在于：

步骤(1)，保护器件状态信息为断路器状态信息，该断路器状态信息包括动作序列V；

步骤(3)，故障架构集B＝(B₁,B₂,…,B_n)；

步骤(4)，计算故障架构集B上每个元件在保护器件状态信息下发生故障的初始概率P₁,P₂,…,P_n其中n为故障架构集B上元器件的总数；计算公式为：

式中，P(V)为变电站电气控制电路中保护器件失误动作或拒绝动作的先验概率，P(B_i＝1)是故障架构集B上第i个元件发生故障的先验概率，P(V|B_i＝1) 是第i个元件邻近的保护器件正确动作的先验概率。

3.根据权利要求1所述的一种基于不精确推理和概率论的变电站电气控制电路的故障检测方法，其特征在于：步骤(4)，包括以下子步骤：

(4.1)一次元件或器件故障的不确定性指标就是元器件发生故障的先验概率；根据历年运行情况或文献资料，统计元器件连续无故障时间为T；

(4.2)根据元器件连续无故障时间为T，计算元器件在运行一段时间t发生故障的先验概率：

式中，t为元器件运行的时间，f(t)为故障密度函数；

(4.3)假设元器件年故障频率是一个常数，则根据概率理论，则元器件在运行一段时间t发生故障的先验概率：

P{T≤t}＝1-e^-λt

式中λ是通过T计算出来的故障率常数。

4.根据权利要求1所述的一种基于不精确推理和概率论的变电站电气控制电路的故障检测方法，其特征在于：

步骤(5)，对初始故障可信度进行分配处理，保证总信度为1，形成了i条不精确推理；公式为：

。

5.根据权利要求1所述的一种基于不精确推理和概率论的变电站电气控制电路的故障检测方法，其特征在于：

步骤(6)，由于保护器件状态信息中存在失误动作或拒绝动作，根据初始故障可信度判断检测结果存在不确定性和误判；利用登普斯特信度函数理论，对不精确推理进行合成，得出融合故障可信度；

式中，为冲突权值，表示多组不精确推理的一致或部分一致。