CN110398666B - 一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法，该方法先利用配电网已有故障信息得出诊断决策表，通过比较故障后的断路器、保护动作情况与决策表中的诊断规则，得到故障发生的区域和时刻。本发明通过预处理的步骤表示出复杂配电网中线路之间的关系，简化了决策表中条件属性和决策属性的表示，解决了利用传统决策表进行复杂电网故障诊断时出现的组合爆炸问题；考虑了配电网故障后在三段式电流保护中表现出来的时序信息特征，补充了故障诊断中对故障发生时刻的诊断结果；能够快速有效地实现故障诊断，大大增加了系统运行的可靠性、安全性和灵活性。
Description
技术领域
本发明属于配电网故障诊断应用领域，具体涉及一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法。
背景技术
我国在进行电力系统发展的过程中，对发电和输电设施的建设力度较大，且规模、技术也非常完善，相对而言，对配电网系统的投资和改进较少。这种电力系统发展不平衡的现状造成了供电可靠性和电能的质量较低的问题，配电线路负载过高或者出现自然灾害很容易影响到正常供电。目前配电网主要采用技术最成熟的SCADA系统进行监控运行和数据采集。配电网中出现异常或事故之后，各级保护自动装置动作，并产生海量报警信息，在很短的时间内这些装置动作信息不加选择地提供给监控人员，监控人员很难在短时间内做出正确的判断，为排除故障迅速恢复供电带来了很大的困难。针对这种情况，一方面需要快速准确地从海量信息中识别出故障分析所需信息；另一方面，筛选过故障信息之后，通过信息迅速完成故障诊断，将诊断出来的故障反馈给监控人员一个明确的信息，这样可以及时发现设备的异常情况，提高配电网的安全可靠性。
考虑到故障的演变通常要持续一段时间，各种保护因为有动作时限和动作延迟，故而其相继动作存在一定的时序关系。然而，在关于故障的演变过程的研究中，很少将保护动作跳闸的时序特性用于故障诊断，时序中包含的故障信息没有得到充分反映。SCADA系统作为电力系统中应用最为广泛，技术发展也最为成熟的数据采集与监视控制系统，在配电网中发生故障后，将收集相关的保护断路器信息以SOE(Sequence of event)记录的形式上传至调度中心。
配电网中的单个故障诊断问题可以表示成模式识别分类问题，可应用粗糙集理论中的决策表作为故障诊断方法。由于一般选择选择线路配备的保护和断路器的开断信号作为对故障分类的条件属性，将可能发生的故障情况作为决策属性建立决策表，导致这种方法在诊断复杂配电网的时候会出现组合爆炸的情况。
就上述分析，现有的配电网故障诊断方法不完善或者太复杂，前者导致动作逻辑简单，无法准确描述配电网的保护配置和保护之间相互配合的复杂特性，后者导致诊断效率低下，实用化困难。简单地将每条线路对为一个对象进行分析，没有考虑到配电网中线路之间的关联关系，导致诊断方法过于复杂。因此，针对配电网故障后保护动作的时序性对故障信息的影响，考虑到配电网中线路之间的关联关系，发明一种考虑时序信息特征的配电网故障诊断方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明能够实现当配电网发生故障时，先利用配电网已有故障信息得出诊断决策表，通过比较故障后的断路器、保护动作情况与决策表中的诊断规则，得到故障发生的区域和时刻，可以提高配电网故障诊断的准确性和快速性，对缩短停电时间、减少经济损失等方面都具有很重要的现实意义。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法，包括以下步骤：
步骤1、在配电网中每条线路配备三段式电流保护；
步骤2、收集配电网中已发生的故障信息，对每条故障信息进行预处理；
步骤3、以预处理后故障信息中的断路器、保护动作情况作为条件属性，以对应的故障区段、故障时刻及故障位置作为决策属性建立决策表；
步骤4、对步骤3中得到的决策表进行属性约简；
步骤5、对步骤4中得到的决策表进行值约简得到诊断决策表；
步骤6、当配电网线路发生故障时，故障点附近线路上的三段式电流保护装置能够检测到电流突变量，由三段式保护的时间配合关系其中一种保护跳闸，并引起断路器跳闸。记录此时所有启动的保护、跳闸的断路器和跳闸时刻；
步骤7、对记录的跳闸断路器，找到它所在的线路，作为本级线路；
步骤8、将记录下来的保护启动情况以本级线路为标准，分为上级保护、本级保护和下级保护；
步骤9、将上级保护、本级保护和下级保护与诊断决策表中的条件属性对应得到故障区段，由跳闸时刻计算出故障时刻，并以概率的形式确定故障位置。
进一步地，步骤1中在配电网中的每条线路都要配置完整的三段式电流保护，并能够收集记录三段式保护的启动情况。
进一步地，步骤2中的预处理过程如下：
对故障信息中的断路器、保护动作情况部分，以跳闸断路器BRK(n)所在线路作为本级线路，所对应的P(n)I,P(n)II,P(n)III就分别为该线路配备的三段保护。因为配电网中是单电源辐射状网络，所以其余线路的保护信息可以归类为上级线路的三段保护和下级线路的三段保护。
对故障信息中的故障区段部分，以跳闸断路器BRK(n)所在线路作为本级线路，将故障线路归类为上级线路L(n-1),本级线路L(n),下级线路L(n+1)。
对故障信息中的故障时刻部分，以跳闸断路器BRK(n)所在线路作为本级线路，将故障时刻写为T(n)I,T(n)II,T(n)III，分别表示按照本级线路一段、二段、三段保护动作时限推算。
进一步地，步骤9中故障时刻计算如下：
Τ(n)Ι＝tΒRK-ΔΤΒRK-Τn,Ι
Τ(n)ΙI＝tΒRK-ΔΤΒRK-Τn,IΙ
Τ(n)ΙII＝tΒRK-ΔΤΒRK-Τn,IIΙ
其中，tBRK为故障信息中的断路器跳闸时刻，ΔTBRK为断路器动作时限，Tn,I,Tn,II,Tn,III分别为线路n上配备的三段式电流保护中一段、二段、三段保护的动作时限。
进一步地，步骤9中故障位置判断规则如下：
其中，对任意一个保护，pM为正确动作信息缺失的概率，pE为不存在保护动作但是误报故障信息的概率。该判断规则只考虑了一个保护误动、拒动的情况。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明方法先利用配电网中已有的故障信息为数据样本，通过预处理的步骤表示出复杂配电网中线路之间的关系，简化了决策表中条件属性和决策属性的表示，解决了利用传统决策表进行复杂电网故障诊断时出现的组合爆炸问题；另外考虑了配电网故障后在三段式电流保护中表现出来的时序信息特征，补充了故障诊断中对故障发生时刻的诊断结果，可以提高配电网故障诊断的准确性和快速性，对缩短停电时间、减少经济损失等方面都具有很重要的现实意义。
附图说明
图1标准13节点中性点不接地配电网拓扑图；
图2配电网仿真线路图；
图3本发明的配电网故障诊断流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施过程作进一步详细描述：
本发明是一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法，具体包括以下步骤：
一、基于如图1为标准13节点中性点不接地配电网拓扑图建立起如图2的配电网仿真线路图，线路长度如图中标注，变压器及负载参数如表1所示，每段线路都配备了完整三段式电流保护。考虑到上下级线路的保护配合关系，保护动作模型时间参数设定如下：对末端线路6、8、10、11，电流I段动作时限30ms；对线路7、9，电流I段动作时限40ms，电流II段动作时限0.5s，电流III段动作时限2s；对线路5，电流I段动作时限50ms，电流II段动作时限0.6s，电流III段动作时限2.1s；断路器动作时限40ms。
表1变压器及负载参数
二、按照如图3的故障诊断流程图，首先收集配电网中已发生的故障信息，对每条故障信息进行预处理；
预处理过程如下：
对故障信息中的断路器、保护动作情况部分，以跳闸断路器BRK(n)所在线路作为本级线路，所对应的P(n)I,P(n)II,P(n)III就分别为该线路配备的三段保护。因为配电网中是单电源辐射状网络，所以其余线路的保护信息可以归类为上级线路的三段保护和下级线路的三段保护。
对故障信息中的故障区段部分，以跳闸断路器BRK(n)所在线路作为本级线路，将故障线路归类为上级线路L(n-1),本级线路L(n),下级线路L(n+1)。
对故障信息中的故障时刻部分，以跳闸断路器BRK(n)所在线路作为本级线路，将故障时刻写为T(n)I,T(n)II,T(n)III，分别表示按照本级线路一段、二段、三段保护动作时限推算。
三、对二中得到的决策表进行属性约简；
四、对三中得到的决策表进行值约简得到诊断决策表，如表2所示；
表2诊断决策表
五、故障发生在配电网中线路7上，线路7上配备的三段式电流保护会检测故障电流启动并引起断路器跳闸，记录此时所有启动的保护、跳闸的断路器和跳闸时刻；
六、对记录的跳闸断路器，找到它所在的线路，作为本级线路；
七、将记录下来的保护启动情况以本级线路为标准，分为上级保护、本级保护和下级保护；
八、将上级保护、本级保护和下级保护与诊断决策表中的条件属性对应得到故障区段，由跳闸时刻计算出故障时刻，并以概率的形式确定故障位置；
故障时刻计算如下：
Τ(n)Ι＝tΒRK-ΔΤΒRK-Τn,Ι(1)
Τ(n)ΙI＝tΒRK-ΔΤΒRK-Τn,IΙ(2)
Τ(n)ΙII＝tΒRK-ΔΤΒRK-Τn,IIΙ(3)
其中，tBRK为故障信息中的断路器跳闸时刻，ΔTBRK为断路器动作时限，Tn,I,Tn,II,Tn,III分别为线路n上配备的三段式电流保护中一段、二段、三段保护的动作时限。
故障位置判断规则如下：
其中，对任意一个保护，pM为正确动作信息缺失的概率，pE为不存在保护动作但是误报故障信息的概率。该判断规则只考虑了一个保护误动、拒动的情况。
通过对比诊断决策表并求解故障时刻，仿真模拟得到的诊断结果如表3：
表3线路7不同位置发生故障的诊断仿真结果
分析仿真诊断结果得到：本发明方法能够准确诊断出故障区段，初步给出故障位置及其概率，并在一定的时间误差内，能够较准确诊断出故障时刻。
Claims (5)
1.一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在配电网中配备三段式电流保护装置；
步骤2、收集配电网中已发生的故障信息，对每条故障信息进行预处理；
步骤3、以预处理后故障信息中的断路器、保护装置动作情况作为条件属性，以对应的故障区段、故障时刻及故障位置作为决策属性建立决策表；
步骤4、对步骤3中得到的决策表进行属性约简；
步骤5、对步骤4中得到的决策表进行值约简得到诊断决策表；
步骤6、当配电网线路发生故障时，故障点附近线路上的三段式电流保护装置能够检测到电流突变量，按照时间配合关系，其中一种保护装置跳闸并引起断路器跳闸，记录此时所有启动的保护装置、跳闸的断路器和跳闸时刻；
步骤7、对记录的跳闸断路器，找到它所在的线路，作为本级线路；
步骤8、将记录下来的保护装置启动情况以本级线路为标准，分为上级保护装置、本级保护装置和下级保护装置；
步骤9、将上级保护装置、本级保护装置和下级保护装置与诊断决策表中的条件属性对应得到故障区段，由跳闸时刻计算出故障时刻，并以概率的形式确定故障位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法，其特征在于，步骤1中在配电网中的每条线路均配置完整的三段式电流保护装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法，其特征在于，步骤2中的预处理过程如下：
对故障信息中的断路器、保护装置动作情况部分，以跳闸断路器BRK(n)所在线路作为本级线路，所对应的P(n)I,P(n)II,P(n)III就分别为该线路配备的三段保护装置，其余线路的保护信息归类为上级线路的三段保护装置和下级线路的三段保护装置；
对故障信息中的故障区段部分，以跳闸断路器BRK(n)所在线路作为本级线路，将故障线路归类为上级线路L(n-1),本级线路L(n),下级线路L(n+1)；
对故障信息中的故障时刻部分，以跳闸断路器BRK(n)所在线路作为本级线路，将故障时刻写为T(n)I,T(n)II,T(n)III，分别表示带入本级线路一段、二段、三段保护装置动作时限进行计算的结果。
4.根据权利要求3所述的一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法，其特征在于，步骤9中故障时刻计算如下：
Τ(n)Ι＝tΒRK-ΔΤΒRK-Τn,Ι
Τ(n)ΙI＝tΒRK-ΔΤΒRK-Τn,IΙ
Τ(n)ΙII＝tΒRK-ΔΤΒRK-Τn,IIΙ
其中，tBRK为故障信息中的断路器跳闸时刻，ΔTBRK为断路器动作时限，Tn,I,Tn,II,Tn,III分别为线路n上一段、二段、三段保护装置的动作时限。
5.根据权利要求4所述的一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法，其特征在于，步骤9中故障位置判断规则如下：
其中，对任意一个保护装置，pM为正确动作信息缺失的概率，pE为不存在保护装置动作但是误报故障信息的概率。
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