CN109738753A - 一种电网故障状态及故障类型的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电网故障状态及故障类型的检测方法，包括：建立模型、建立标准数据库、获取目标故障在不同时刻的实际电网故障状态、查找、获取目标故障类型等步骤。本发明涉提供的电网故障状态及故障类型的检测方法，对目标故障的实际电网故障和故障类型之间的关系进行分析和概述，并对实际故障状态在不同时刻下的故障状态进行分析，完善了现有技术中电网故障检测技术对于毫秒级实时调控业务的支撑，从而提高了故障异常事件处置效率，提升了对电网安全稳定运行的技术支撑水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种电网故障状态及故障类型的检测方法，属于电网自动化调度技术领域。
背景技术
近年来，随着智能电网、智能变电站和配网自动化建设的深度开展，以及电力系统通用服务协议、IEC 61850通信协议、数据模型描述E语言等为代表的先进通信技术的应用，电网运行、输变配电设备等信息呈几何级数增加，适用于电力调控业务的大数据分析技术需求不断增长。
其中，大运行体系的智能调度控制系统(D5000)、调度管理系统(OMS)、智能变电站的一体化调控系统，大检修体系的PMS、输变电在线监测系统、山火预警系统、覆冰预警系统，大营销体系的用电采集系统、95598系统，水文气象系统和国家电网公司外的发电企业信息系统，包含了丰富的实时电网运行数据、非实时电网模型数据和电网运行管理数据。另外，随着现代计算机技术、通信技术和大数据分析技术的发展，对大量分层分类存储在变电站、发电厂端的实时-准实时-非实时数据进行深度挖掘已经成为可能，通过自动数据分析可以生成有用的电网调控运行经验模型、多关联统计分析和趋势预警信息，从而提高电网及设备状态和趋势的可观性、可预测性。
电网故障异常事件的演变过程是在毫秒级，电磁暂态分析业务、机电暂态分析业务和保护装置开关设备动作均在毫秒级时间内依时序完成。要实现对电网故障状态的实时监视和时序分析，就需要提出满足毫秒级实时数据分析的方法。
而在现有技术中，普遍使用统计分析技术来对电网故障状态进行检测，缺乏对实际电网故障状态变化的解释和概述。另外，现有技术需要重复进行条件独立性假设检验和边际概率计算，这些计算普遍需要大量的计算时间和计算资源，无法满足故障监控业务功能的业务需要。
发明内容
本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种能够通过对故障类型和实际电网故障状态之间的关系进行解释和概述，完善现有电网故障检测技术中对于毫秒级实时调控业务的支撑，以提高电网故障异常事件的处置效率的电网故障状态及故障类型的检测方法。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种电网故障状态及故障类型的检测方法，包括如下步骤：
(1)建立有限状态自动机模型；
(2)建立标准数据库；
(3)获取目标故障在不同时刻的实际电网故障状态；
(4)使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障所对应的故障类型；
(5)获取目标故障类型。
上述方案进一步的改进在于：所述实际电网故障状态包括：潮流的状态、开关的状态、保护的状态、重合闸的状态、频率波动的状态、重过载的状态和功角的状态。
上述方案进一步的改进在于：所述故障类型包括：单向瞬时故障、单向永久性故障、相间故障、全相故障和开关跳闸故障。
上述方案进一步的改进在于：所述步骤(1)中，建立有限状态自动机模型，包括：对目标故障的发生在不同时刻的实际电网故障状态之间建立毫秒级的实时电网故障状态监测模型；穷举获取局部电网系统中可能发生的所有的故障类型，获的每个故障类型的从故障起始时刻到故障终止时刻的各个时刻对应的实际电网故障状态，将故障后时序设备的各种故障状态的情况，建模为有限状态自动机模型。
上述方案进一步的改进在于：所述步骤(2)中，建立标准数据库，包括：获取用户录入到电网系统中的可能发生的故障类型，和与所述可能发生的故障类型对应的预设电网故障状态；所述预设电网故障状态包括每个可能发生的故障类型从故障起始时刻到故障终止时刻所对应的至少一个故障状态；将获取的每个所述故障类型和每个所述故障类型对应的预设电网故障状态存储在标准数据库中。
上述方案进一步的改进在于：所述步骤(3)中，获取目标故障在不同时刻的实际电网故障，包括：根据有限状态自动机模型获取目标故障在不同时刻的实际电网故障状态；列举局部电网系统中可能发生的所有故障类型，获得每个故障类型中每个时刻对应的实际电网故障状态包含的各个故障状态的情况集合，集合中的每个元素即为各类故障状态，每一类故障状态根据实际故障发生时电网及设备的状态又分为潮流的状态、频率波动的状态、开关的状态、保护的状态、重合闸的状态、重过载的状态、功角的状态等。
上述方案进一步的改进在于：所述步骤(4)中，使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障所对应的故障类型，包括：采用主键查找的方式，使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障所对应的故障类型。
上述方案进一步的改进在于：所述步骤(5)中，获取目标故障类型，包括：为不同的目标故障的实际电网故障状态确定不同的主关键字，对应标准数据库中预设电网故障状态的标识符，以确定故障类型。
本发明提供的电网故障状态及故障类型的检测方，首先通过获取目标故障在不用时刻的实际电网故障状态，实际电网故障状态包括以下故障状态中的至少一个：潮流的状态、开关的状态、保护的状态、重合闸的状态、频率波动的状态、重过载的状态和功角的状态，然后使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障对应的故障类型，其中，标准数据库中存储有每个故障类型所对应的预设电网故障状态。采用上述电网故障的检测方法，对目标故障的实际电网故障和故障类型之间的关系进行分析和概述，并对实际故障状态在不同时刻下的故障状态进行分析，完善了现有技术中电网故障检测技术对于毫秒级实时调控业务的支撑，从而提高了故障异常事件处置效率，提升了对电网安全稳定运行的技术支撑水平。
附图说明
图1为本发明一个优选的实施例的流程图。
图2为本发明一个优选的实施例利用有限状态机表征A相永久性故障的示意图。
具体实施方式
实施例
本实施例的电网故障状态及故障类型的检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)建立有限状态自动机模型；具体为：对目标故障的发生在不同时刻的实际电网故障状态之间建立毫秒级的实时电网故障状态监测模型；穷举获取局部电网系统中可能发生的所有的故障类型，获的每个故障类型的从故障起始时刻到故障终止时刻的各个时刻对应的实际电网故障状态，将故障后时序设备的各种故障状态的情况，建模为有限状态自动机模型。
(2)建立标准数据库；具体为：获取用户录入到电网系统中的可能发生的故障类型，和与可能发生的故障类型对应的预设电网故障状态；预设电网故障状态包括每个可能发生的故障类型从故障起始时刻到故障终止时刻所对应的至少一个故障状态；将获取的每个故障类型和每个故障类型对应的预设电网故障状态存储在标准数据库中。
(3)获取目标故障在不同时刻的实际电网故障状态；具体为：根据有限状态自动机模型获取目标故障在不同时刻的实际电网故障状态；列举局部电网系统中可能发生的所有故障类型，获得每个故障类型中每个时刻对应的实际电网故障状态包含的各个故障状态的情况集合，集合中的每个元素即为各类故障状态，每一类故障状态根据实际故障发生时电网及设备的状态又分为潮流的状态、频率波动的状态、开关的状态、保护的状态、重合闸的状态、重过载的状态、功角的状态等。
(4)使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障所对应的故障类型；具体为：采用主键查找的方式，使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障所对应的故障类型。
(5)获取目标故障类型。具体为：为不同的目标故障的实际电网故障状态确定不同的主关键字，对应标准数据库中预设电网故障状态的标识符，以确定故障类型。
其中的实际电网故障状态包括：潮流的状态、开关的状态、保护的状态、重合闸的状态、频率波动的状态、重过载的状态和功角的状态。
其中的故障类型包括：单向瞬时故障、单向永久性故障、相间故障、全相故障和开关跳闸故障。
更进一步的，在步骤(1)中，建立有限状态自动机模型。具体的，穷举获取局部电网系统中可能发生的所有的故障类型，获的每个故障类型的从故障起始时刻到故障终止时刻的各个时刻对应的实际电网故障状态，将故障后时序设备的各种故障状态的情况，建模为有限状态自动机模型，该模型可用G(X，∑，δ，x0，xm)表达，其中，X为每个时刻对应的实际电网故障状态包含的各个故障状态的情况集合，∑表示的是电网故障，即引起故障的原因，δ表示的是故障演进过程中实际电网故障状态中各个故障状态跳转的轨迹映射关系，x0表示实际电网故障状态中包含的各个故障状态在故障初始时刻时对应的故障状态，xm表示实际电网故障状态中包含的各个故障状态在故障终止时刻时对应的故障状态。
在步骤(2)中，建立标准数据库。具体的，标准数据库中存储故障类型和预设电网故障状态的方式如下：
获取用户录入到电网系统中的可能发生的故障类型，和与所述可能发生的故障类型对应的预设电网故障状态；所述预设电网故障状态包括每个可能发生的故障类型从故障起始时刻到故障终止时刻所对应的至少一个故障状态；
将获取的每个所述故障类型和每个所述故障类型对应的预设电网故障状态存储在标准数据库中。
标准数据库中的故障类型和对应的预设电网故障状态，可以预先将可能出现的故障类型和故障对应的预设电网故障状态存储在标准数据库中。或者，将实时监测到的已发生故障的类型和已发生故障的类型所包括的各个故障时序对应的电网故障状态存储在标准数据库中。如预存的故障类型包括单向瞬时故障、单向永久性故障、相间故障、全相故障和开关跳闸故障等。单向瞬时故障是指仅单向短暂影响电气设备的介电性能，且可在短时间内自行恢复的故障；单向永久性故障是指不采取措施就不能恢复设备正常运行的故障；相间故障是指三相电力系统中出现的对地绝缘良好，但两相导线之间的绝缘破。
其中，单向瞬时故障在不同时刻时的故障状态如下：
在故障起始时刻时对应的故障状态分别是，开关处于分闸的状态，重合闸处于运行的状态，保护处于运行的状态，潮流处于无功的状态；
在下一时刻时对应的故障状态分别是，开关保持分闸的状态，重合闸处于动作的状态，保护保持运行的状态，潮流保持无功的状态；
在故障终止时刻时对应的故障状态分别是，开关保持合闸的状态，保护保持运行的状态，重合闸保持动作的状态，潮流处于有功的状态。
单向永久性故障在不同时刻时的故障状态如下：
在故障起始时刻时对应的故障状态分别是，开关处于分闸的状态，重合闸处于运行的状态，保护处于运行的状态，潮流处于无功的状态；
在下一时刻时对应的故障状态分别是，重合闸保持运行的状态，开关保持分闸的状态，潮流保持无功的状态，保护保持运行的状态；
在下一时刻时对应的故障状态分别是，保护处于动作的状态，重合闸保持运行的状态，开关保持分闸的状态，潮流保持无功的状态；
在故障终止时刻时，潮流保持无功的状态，开关保持分闸的状态，重合闸保持运行的状态，保护处于运行的状态。
全相故障的故障状态是保持开关跳闸的状态，通过分析设备分闸告警信息、线路遥信数据及保护信号，还原线路跳闸告警发生时线路真实运行情况。
在步骤(3)中，获取目标故障在不同时刻的实际电网故障状态。其中，由于实际电网故障状态的变化过程都是在毫秒级按照时序完成的，所以故障类型的实际电网故障状态在不同的时序下都对应着故障状态的不同表现状态。所以目标故障发生时，从故障起始时刻到故障终止时刻，目标故障对应的实际电网故障状态也在不断变化。获取不同时刻对应的实际电网故障状态可以是获取一个目标故障从故障起始时刻到故障终止时刻连续的至少两个故障时序对应的实际电网故障状态，可以是目标故障所有发生故障的时刻对应的实际电网故障状态，也可以是其中连续的两个时刻对应的实际电网故障状态。实际电网故障状态包括潮流的状态、开关的状态、保护的状态、重合闸的状态、频率波动的状态、重过载的状态和功角的状态等表征电网系统正常运行的故障状态。其中，潮流的状态是指电力系统网络拓扑中功率的分布、流动，一般包括有功和无功；开关的状态是指电路开路或者断路的状态，一般包括开闸与合闸两种状态；重合闸的状态是指当架空线路故障清除后，在短时间内闭合断路器的情况，一般包括运行和动作两种状态；频率波动的状态是指电网频率的变化状态，正常频率允许偏差为±0.2Hz，系统容量较小时可放宽到±0.5Hz；重过载的状态是指线路的输送功率接近或大于导线允许的容量上限；保护的状态是指在电力系统出现故障或异常工作时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，一般包括动作和运行两种状态；功角的状态是指发电机的励磁电势和端电压之间的相角差。
建立步骤(1)中实时电网故障状态监测模型后，首先列举局部电网系统中可能发生的所有故障类型，获得每个故障类型中每个时刻对应的实际电网故障状态包含的各个故障状态的情况集合X，集合中的每个元素即为各类故障状态，每一类故障状态根据实际故障发生时电网及设备的状态又分为潮流的状态、频率波动的状态、开关的状态、保护的状态、重合闸的状态、重过载的状态、功角的状态等。每一类故障状态都有其各自的变化状态，比如，开关的状态包括合闸和分闸两种变化状态，重合闸的状态包括运行和动作两种变化状态，保护的状态包括运行和动作两种变化状态，潮流的状态包括有功和无功两种变化状态。
在电网系统中，每个故障类型中包含的每类故障状态从某一时刻向下一时刻的变化关系满足严格的时序逻辑关系。
在步骤(4)中，使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障对应的故障类型。将目标故障以及故障状态的变化过程，与标准数据库中的故障类型和预设电网故障状态进行匹配，实现该检测故障的识别。
采用上述方法，将获取的目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，与预先存储在标准数据库中的预设电网故障状态进行匹配查找，确定目标故障的故障类型。通过对故障类型和实际电网故障状态之间的关系进行解释和概述，完善现有电网故障检测技术中对于毫秒级实时调控业务的支撑，以提高电网故障异常事件的处置效率。
另外，使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障所对应的故障类型，包括：
采用主键查找的方式，使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障所对应的故障类型。
为不同的目标故障的实际电网故障状态确定不同的主关键字，对应标准数据库中预设电网故障状态的标识符，以确定故障类型。
如图2所示，为利用有限状态机表征A相永久性故障的示意图。图中，A相永久性故障即为目标故障。从故障起始时刻到故障终止时刻，A相永久性故障包括五个时刻下的实际电网故障状态。其中，分别选取以下四个故障状态表示故障的变化过程：开关的状态(分、合)、保护的状态(运行、动作)、重合闸(运行、动作)、潮流的状态(有功、无功)。从故障起始时刻x0开始，到故障终止时刻xm，实际电网故障状态中包括连续时刻发生的故障状态，如x0对应的各个故障状态包括开关处于合闸的状态，重合闸处于运行的状态，保护处于运行的状态，潮流处于有功的状态；x1对应的是A相开关处于分闸的状态，重合闸处于动作的状态，保护保持运行的状态，潮流处于无功的状态；x2对应的是开关处于合闸的状态，重合闸处于运行的状态，保护处于动作的状态，潮流处于有功的状态；x3对应的是三相开关处于合闸的状态，重合闸处于动作的状态，保护处于运行的状态，潮流处于无功的状态；xm对应的是三相开关处于分闸的状态，重合闸处于运行的状态，保护保持运行的状态，潮流保持无功的状态。从x0到xm，A相永久性故障保持在xm对应的故障状态。根据实际电网故障状态包含的各个故障状态的情况集合X，获得该集合中每一类故障状态向下一类故障状态演变的轨迹映射δ，每一映射表征了上一故障状态向当前故障状态过渡的函数关系。如图2所示，A相永久性故障从初始状态x0演化至终止状态xm的演化关系用δ＝{δ1，δ2，δ3，δ4}表示，轨迹映射集δ元素的上标代表故障转化的时序。δ1表示表征从初始状态x0跳转到第二故障状态x1，开关从合闸的状态到A相分闸的状态，重合闸从运行的状态到动作的状态，保护保持运行的状态不变，潮流从有功的状态变化到无功的状态，其它δ2、δ3、δ4的映射关系与δ1一样。
将获取到的实际电网状态X以及δ＝{δ1，δ2，δ3，δ4}都输入进标准数据库中，与标准数据库中的预设电网故障状态进行比较，最后确定故障类型为A相永久性故障。
在步骤(5)中，根据上述方法，获取目标故障类型。
本实施例通过获取不同时刻的实际电网故障状态，利用实际电网故障状态与故障类型的对应关系，与预设电网故障状态进行对比，判断所发生故障的故障类型，提高了电网故障异常事件的处置效率，很好的解决了多故障相继发生、关键故障信号丢失、故障信号重复发出等难题。
本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种电网故障状态及故障类型的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）建立有限状态自动机模型；
（2）建立标准数据库；
（3）获取目标故障在不同时刻的实际电网故障状态；
（4）使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障所对应的故障类型；
（5）获取目标故障类型。
2.根据权利要求1所述的电网故障状态及故障类型的检测方法，其特征在于，所述实际电网故障状态包括：潮流的状态、开关的状态、保护的状态、重合闸的状态、频率波动的状态、重过载的状态和功角的状态。
3.根据权利要求1所述的电网故障状态及故障类型的检测方法，其特征在于，所述故障类型包括：单向瞬时故障、单向永久性故障、相间故障、全相故障和开关跳闸故障。
4.根据权利要求1所述的电网故障状态及故障类型的检测方法，其特征在于，所述步骤（1）中，建立有限状态自动机模型，包括：对目标故障的发生在不同时刻的实际电网故障状态之间建立毫秒级的实时电网故障状态监测模型；穷举获取局部电网系统中可能发生的所有的故障类型，获的每个故障类型的从故障起始时刻到故障终止时刻的各个时刻对应的实际电网故障状态，将故障后时序设备的各种故障状态的情况，建模为有限状态自动机模型。
5.根据权利要求1所述的电网故障状态及故障类型的检测方法，其特征在于，所述步骤（2）中，建立标准数据库，包括：获取用户录入到电网系统中的可能发生的故障类型，和与所述可能发生的故障类型对应的预设电网故障状态；所述预设电网故障状态包括每个可能发生的故障类型从故障起始时刻到故障终止时刻所对应的至少一个故障状态；将获取的每个所述故障类型和每个所述故障类型对应的预设电网故障状态存储在标准数据库中。
6.根据权利要求1所述的电网故障状态及故障类型的检测方法，其特征在于，所述步骤（3）中，获取目标故障在不同时刻的实际电网故障，包括：根据有限状态自动机模型获取目标故障在不同时刻的实际电网故障状态；列举局部电网系统中可能发生的所有故障类型，获得每个故障类型中每个时刻对应的实际电网故障状态包含的各个故障状态的情况集合，集合中的每个元素即为各类故障状态，每一类故障状态根据实际故障发生时电网及设备的状态又分为潮流的状态、频率波动的状态、开关的状态、保护的状态、重合闸的状态、重过载的状态、功角的状态等。
7.根据权利要求1所述的电网故障状态及故障类型的检测方法，其特征在于，所述步骤（4）中，使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障所对应的故障类型，包括：采用主键查找的方式，使用目标故障在不同时刻的实际电网故障状态，在标准数据库中查找目标故障所对应的故障类型。
8.根据权利要求1所述的电网故障状态及故障类型的检测方法，其特征在于，所述步骤（5）中，获取目标故障类型，包括：为不同的目标故障的实际电网故障状态确定不同的主关键字，对应标准数据库中预设电网故障状态的标识符，以确定故障类型。
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