CN109001596A - 一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，包括故障特征分析模块、故障智能诊断模块、电网故障推演模块、线路参数辨识模块、保护信息管理主站FIS应用和可视化人机界面；故障特征分析模块、故障智能诊断模块、电网故障推演模块和线路参数辨识模块的输入端均与保护信息管理主站FIS应用连接，输出端则均连接至可视化人机界面。本发明实施例提供的一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，为电网专业管理及运行人员快速定位电网故障问题和输电线路参数校核提供了辅助工具和便利手段。

Description

一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统

技术领域

本发明实施例涉及电力系统保护信息管理主站技术领域，尤其涉及一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统。

背景技术

目前每年电网会产生海量的故障录波数据，但是对于故障录波数据的应用仅限于继电保护专业进行故障诊断、故障排查，故障录波数据应用范围小、应用深度浅，无法适应智能电网运行的要求。主要存在以下问题：

(1)当电网发生复杂故障、保护异常动作时，专业管理及运行人员仅基于保护动作事件、故障录波信息、断路器变位等众多离散故障信息无法快速、准确判断故障性质，容易造成专业管理及运行人员的误判、漏判。

(2)电网历年积累的海量故障录波数据数据是反映电网实际故障特征的重要基础数据，现阶段故障录波数据应用仅限于继电保护专业的故障分析、排查，应用深度浅，范围小，现有工作模式已不适应智能电网运行的要求。

(3)电网发生复杂故障、保护异常动作后，如何直观感知故障发展过程及影响范围对于运行管理人员非常重要，有必要研究以事件自动触发的故障录波数据关联技术，实现基于多变电站故障录波数据的电网故障推演方法。

(4)同杆并架线路多，存在500kV线路与220kV线路同杆四回、甚至六回同杆架设情况，受同杆并架线路互感影响，感应电压高导致线路实测参数风险高、难度大。线路电气参数直接与短路故障电流、电压相关，尤其不对称故障与零序参数密切相关，利用电网真实故障录波数据来辨识线路参数具有实际意义。

发明内容

本发明提供一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，以解决现有技术不能快速准确推演定位电网故障的难题，可大大便利电网专业管理及运行人员对电网故障情况进行实时管控。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，包括故障特征分析模块、故障智能诊断模块、电网故障推演模块、线路参数辨识模块、保护信息管理主站FIS应用和可视化人机界面；

所述故障特征分析模块、故障智能诊断模块、电网故障推演模块和线路参数辨识模块的输入端均与所述保护信息管理主站FIS应用连接，输出端则均连接至所述可视化人机界面；

所述故障特征分析模块用于读取所述保护信息管理主站FIS应用的故障录波数据，计算故障特征指标，并将所述故障特征指标归档存储，输出至所述可视化人机界面；

所述故障智能诊断模块用于读取所述保护信息管理主站FIS应用的故障录波数据，实时检测计算保护拒动误动的分析结果，并将所述保护拒动误动的分析结果归档存储，输出至所述可视化人机界面；

所述电网故障推演模块用于读取所述保护信息管理主站FIS应用的故障录波数据，实时检测计算电网故障推演结果，并将所述电网故障推演结果归档存储，输出至所述可视化人机界面；

所述线路参数辨识模块用于读取所述保护信息管理主站FIS应用的故障录波数据，离线计算线路参数结果，并将所述线路参数结果归档存储，输出至所述可视化人机界面。

进一步地，所述电网故障诊断与输电线路参数辨识系统中，所述故障特征指标、保护拒动误动的分析结果、电网故障推演结果和线路参数结果的存储位置均为商用库。

进一步地，所述电网故障诊断与输电线路参数辨识系统中，所述故障特征指标包括故障元件及位置、故障性质、故障类型、过渡电阻值、故障电流大小、保护动作时间、保护动作元件、开关分合闸时间和分合闸电流大小。

进一步地，所述电网故障诊断与输电线路参数辨识系统中，所述保护拒动误动的分析结果包括故障元件、保护动作概率、实际动作情况和差值。

进一步地，所述电网故障诊断与输电线路参数辨识系统中，所述电网故障推演结果包括故障元件、期望动作概率、实际动作情况、差值和分析结论。

进一步地，所述电网故障诊断与输电线路参数辨识系统中，所述线路参数结果包括线路电阻、电抗和电纳。

本发明实施例提供的一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，可以有效解决专业管理及运行人员仅基于保护动作事件、故障录波信息、断路器变位等众多离散故障信息无法快速准确判断故障性质等的问题；而基于故障录波信息构建的系统作为智能电网调度技术支持系统的FIS应用下的子单元，可以为专业管理及运行人员快速掌握电网故障的各项指标提供了便利，为进一步地分析电网复杂故障提供更为详细的辅助决策依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统的系统结构框图；

图2是本发明实施例一提供的电网故障诊断与输电线路参数辨识系统及智能电网调度技术支持与电网调度的关系示意图；

图3是本发明实施例一提供的故障特征分析模块的流程图；

图4是本发明实施例一提供的故障智能诊断模块的流程图；

图5是本发明实施例一提供的电网故障推演模块的流程图；

图6是本发明实施例一提供的输电线路参数辨识模块的流程图；

图7是本发明实施例一提供的电网故障诊断与输电线路参数辨识系统整体可视化界面；

图8是本发明实施例一提供的故障特征分析模块的可视化界面效果图；

图9是本发明实施例一提供的故障智能诊断模块的可视化界面效果图；

图10是本发明实施例一提供的电网故障推演模块的可视化界面效果图；

图11是本发明实施例一提供的输电线路参数辨识模块的可视化界面效果图。

附图标记：

故障特征分析模块10，故障智能诊断模块20，电网故障推演模块30，线路参数辨识模块40，保护信息管理主站FIS应用50，可视化人机界面60。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，该系统适用于实施部署了智能电网调度技术支持系统平台且部署了FIS应用的电网。电网故障诊断与输电线路参数辨识系统属于FIS应用下的一个子单元，基于智能电网调度技术支持系统平台，通过电网故障诊断与输电线路参数辨识系统为专业管理及运行人员快速掌握电网故障的各项指标提供了便利，为进一步地分析电网复杂故障提供更为详细的辅助决策依据。

所述电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，包括故障特征分析模块10、故障智能诊断模块20、电网故障推演模块30、线路参数辨识模块40、保护信息管理主站FIS应用50和可视化人机界面60；

所述故障特征分析模块10、故障智能诊断模块20、电网故障推演模块30和线路参数辨识模块40的输入端均与所述保护信息管理主站FIS应用50连接，输出端则均连接至所述可视化人机界面60；

所述故障特征分析模块10用于读取所述保护信息管理主站FIS应用50的故障录波数据，计算故障特征指标，并将所述故障特征指标归档存储，输出至所述可视化人机界面60；

所述故障智能诊断模块20用于读取所述保护信息管理主站FIS应用50的故障录波数据，实时检测计算保护拒动误动的分析结果，并将所述保护拒动误动的分析结果归档存储，输出至所述可视化人机界面60；

所述电网故障推演模块30用于读取所述保护信息管理主站FIS应用50的故障录波数据，实时检测计算电网故障推演结果，并将所述电网故障推演结果归档存储，输出至所述可视化人机界面60；

所述线路参数辨识模块40用于读取所述保护信息管理主站FIS应用50的故障录波数据，离线计算线路参数结果，并将所述线路参数结果归档存储，输出至所述可视化人机界面60。

在本发明实施例中，系统与电网专业管理运行人员以及智能调度技术支持系统的连接功能关系如图2所示。电网专业管理运行人员通过登录到智能电网调度技术支持系统，访问到FIS应用主画面，通过操作“电网故障高级应用”按钮，登录到本发明实施例提供的电网故障诊断与输电线路参数辨识系统。在此系统上，包括故障特征分析、故障智能诊断、电网故障推演、和线路参数辨识独立四个子功能界面，可以分别查看和分析电网故障诊断与输电线路参数辨识系统的对应功能业务。

下面对本发明的技术方案进一步详细描述：

本发明使用基于智能电网调度技术支持系统平台的保护信息管理主站FIS应用50，利用故障录波信息的电网故障诊断与输电线路参数辨识方法及软件架构、电网故障特征提取技术、故障智能诊断技术、故障推演技术、输电线路参数辨识技术和可视化人机界面60展示技术，最终可构建形成基于故障录波信息的电网故障诊断与输电线路参数辨识系统。

电网故障诊断与输电线路参数辨识系统中的故障特征分析模块10，其分析处理流程如图3所示。所述故障特征分析模块10读取保护信息管理主站FIS应用50中的故障录波数据信息，提取主要故障特征分量，如：故障元件及位置、故障性质、故障类型、过渡电阻值、故障电流大小、保护动作时间、保护动作元件、开关分合闸时间、分合闸电流大小等，故障指标提取后台程序计算完上述指标后，保存到商用库的故障特征指标表中，如表1所示，最后通过故障特征分析的人机界面展示。

表1：故障特征指标表

电网故障诊断与输电线路参数辨识系统中的故障智能诊断模块20，其分析处理流程如图4所示。所述故障智能诊断模块20的主要诊断流程为：

步骤1：根据系统中断路器与保护信息，通过已知动作信息识别疑似故障区域。

步骤2：贝叶斯网络模型的构建。根据电网拓扑结构、保护配置情况和保护动作原理，形成元件-保护装置、保护装置-断路器与断路器-远后备保护的关联矩阵，建立相应的故障诊断贝叶斯网络。

步骤3：贝叶斯网络的赋值。综合历史运行数据以及人工经验，对贝叶斯网络中各元件节点、主保护节点、近后备保护节点、远后备保护节点、断路器节点分别赋先验概率。

步骤4：故障元件的确定。通过反向贝叶斯推理，将保护装置动作信息带入到可以故障区域中的元件贝叶斯网络中，确定元件的故障概率，与给定值相比，推断出故障元件。

步骤5：保护装置以及断路器动作行为分析。根据第4步诊断出故障元件，通过正向贝叶斯推理，得到节点期望动作概率，与动作信息做差，进行保护装置与断路器动作行为初步分析，通过反馈识别导致远后备保护以及近后备保护的两类动作情况，结合专家系统规则，对其目标节点期望概率进行修正，最终形成保护装置以及断路器拒动、误动的识别。所述拒动误动识别结果存储在商用库中的保护拒动误动分析结果表中，如表2所示。

表2：保护拒动误动分析结果表

电网故障诊断与输电线路参数辨识系统中的电网故障推演模块30，其分析处理流程如图5所示。所述电网故障推演模块30的故障推演流程为：

步骤1：期望概率的求取。根据贝叶斯正向推理，在元件故障的前提下，求取各个元件贝叶斯网络中保护装置节点与断路器节点期望动作的概率。

步骤2：保护装置与断路器的分类。根据期望概率大小，将保护装置与断路器分为四类：主保护、近后备、远后备、断路器。

步骤3：初步故障推演。将保信系统上送的保护装置与断路器动作信息按贝叶斯网络分类结果进行归类。

步骤4：将故障诊断结果中拒动、误动的断路器以及保护装置按上述层次分类。

步骤5：故障推演。将初步故障推演结果与拒动、误动信息分层结果进行整合，得出每一层包含动作信息、误动信息、拒动信息，对层次化信息进行整合，生成最终故障推演结果。故障推演结果存放在商用库的故障推演结果表中，如表3所示。

表3：故障推演结果表

电网故障诊断与输电线路参数辨识系统中的线路参数辨识模块40，其分析处理流程如图6所示。所述线路参数辨识模块40的处理流程为：

步骤1：根据装置上送告警时间，确定两端同一次故障录波；

步骤2：以相同算法检测两端录波故障起始点；

步骤3：以故障起始点为参考，预对齐两端录波数据；

步骤4：分别采用不同步辨识法和同步辨识法计算线路参数。计算出的线路参数结构存储在商用库中的线路参数辨识结果表中，如表4所示。

步骤5：把步骤4计算出的线路参数结果，与继电保护整定计算软件、电力系统暂态计算中的电气参数进行比对，偏差大于阈值则推送告警。

表4：线路参数辨识结果表

序号	字段名	字段含义	数据类型	备注
					1	Occurtime	时间	Datetime
2	LineID	线路设备ID	int64
					3	Linename	线路设备名称	char[256]
4	Resistance	电阻	float	单位：欧姆
					5	ResistanceLowerlimit	电阻置信区间下限值	float	单位：欧姆
6	ResistanceUpperlimit	电阻置信区间上限值	float	单位：欧姆
					7	ResistanceDesign	电阻设计值	float	单位：欧姆
8	Reactance	电抗	float	单位：欧姆
					9	ReactanceLowerlimit	电抗置信区间下限值	float	单位：欧姆
10	ReactanceUpperlimit	电抗置信区间上限值	float	单位：欧姆
					11	ReactanceDesign	电抗设计值	float	单位：欧姆
12	Admittance	电纳	float	单位：西门子
					13	AdmittanceLowerlimit	电纳置信区间下限值	float	单位：西门子
14	AdmittanceUpperlimit	电纳置信区间上限值	float	单位：西门子
					15	AdmittanceDesign	电纳设计值	float	单位：西门子

电网故障诊断与输电线路参数辨识系统的整体可视化界面如图7所示。

实现步骤如下：

(1)采用Qt5.5设计整体界面；

(2)该模块分为“故障特征分析”、“故障智能诊断”、“电网故障推演”和“线路参数辨识”四个子界面；

(3)故障特征分析界面主要负责故障元件及位置、故障性质、故障类型、过渡电阻值、故障电流大小、保护动作时间、保护动作元件、开关分合闸时间、分合闸电流大小等特征指标的展示，效果图如图8所示；

(4)故障智能诊断界面主要负责故障简报、保护拒动误动分析结果、录波曲线、HDR信息、压板、定值以及动作时序展示，其中动作时序图是以鱼骨图形式表现的。效果图如图9所示；

(5)电网故障推演界面主要负责初步推演结果、保护拒动误动分析结果、最终推演结果、故障简报、录波曲线、HDR信息、压板、定值和元件故障概率结果展示，效果图如图10所示；

(6)线路参数辨识界面主要以散点统计图方式把计算后线路电阻、电抗和电纳值展示，并在界面右侧给出对应的置信区间、点估计值和设计值，效果图如图11所示；

在工程实施中，在智能电网调度技术支持系统的基础环境能够正常运行且FIS应用正确部署的条件，就可以运行本系统进行操作，非常简单易用。

本发明实施例提供的一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，可以有效解决专业管理及运行人员仅基于保护动作事件、故障录波信息、断路器变位等众多离散故障信息无法快速准确判断故障性质等的问题；而基于故障录波信息构建的系统作为智能电网调度技术支持系统的FIS应用下的子单元，可以为专业管理及运行人员快速掌握电网故障的各项指标提供了便利，为进一步地分析电网复杂故障提供更为详细的辅助决策依据。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，其特征在于，包括故障特征分析模块、故障智能诊断模块、电网故障推演模块、线路参数辨识模块、保护信息管理主站FIS应用和可视化人机界面；

所述故障特征分析模块、故障智能诊断模块、电网故障推演模块和线路参数辨识模块的输入端均与所述保护信息管理主站FIS应用连接，输出端则均连接至所述可视化人机界面；

所述故障特征分析模块用于读取所述保护信息管理主站FIS应用的故障录波数据，计算故障特征指标，并将所述故障特征指标归档存储，输出至所述可视化人机界面；

所述故障智能诊断模块用于读取所述保护信息管理主站FIS应用的故障录波数据，实时检测计算保护拒动误动的分析结果，并将所述保护拒动误动的分析结果归档存储，输出至所述可视化人机界面；

所述电网故障推演模块用于读取所述保护信息管理主站FIS应用的故障录波数据，实时检测计算电网故障推演结果，并将所述电网故障推演结果归档存储，输出至所述可视化人机界面；

所述线路参数辨识模块用于读取所述保护信息管理主站FIS应用的故障录波数据，离线计算线路参数结果，并将所述线路参数结果归档存储，输出至所述可视化人机界面。

2.根据权利要求1所述的电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，其特征在于，所述故障特征指标、保护拒动误动的分析结果、电网故障推演结果和线路参数结果的存储位置均为商用库。

3.根据权利要求1所述的电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，其特征在于，所述故障特征指标包括故障元件及位置、故障性质、故障类型、过渡电阻值、故障电流大小、保护动作时间、保护动作元件、开关分合闸时间和分合闸电流大小。

4.根据权利要求1所述的电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，其特征在于，所述保护拒动误动的分析结果包括故障元件、保护动作概率、实际动作情况和差值。

5.根据权利要求1所述的电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，其特征在于，所述电网故障推演结果包括故障元件、期望动作概率、实际动作情况、差值和分析结论。

6.根据权利要求1所述的电网故障诊断与输电线路参数辨识系统，其特征在于，所述线路参数结果包括线路电阻、电抗和电纳。