CN111327474A - 基于拓扑分析的电力系统故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种基于拓扑分析的电力系统故障诊断方法，包括：将电力系统的测点信息进行电网的拓扑绑定，使所述测点信息具有拓扑性质；采集所述电力系统运行时的测点信息，作为第一信息，根据所述第一信息，判断是否有扰动事件发生；当有扰动事件发生时，提取出用于判断所述扰动事件发生的所述第一信息，作为第二信息；根据所述第二信息对应的所述拓扑性质，确定出进行故障诊断搜索的拓扑域；在所述拓扑域内，实现对所述第二信息的相关性分析，确定故障点或故障范围。所述电力系统故障诊断方法通过拓扑域的确定和使用，能够实时准确地确定出发生故障位置，从而能够更高效地进行相应的故障处理。

Description

基于拓扑分析的电力系统故障诊断方法

技术领域

本发明涉及电力系统故障诊断领域，尤其涉及一种基于拓扑分析的电力系统故障诊断方法。

背景技术

电力系统是把很多的发电站、变电站、配电站和用户等由输电和配电线路连接起来形成的系统。它通常由发电机、变压器、母线、输配电线路及用电设备等组成。各电气元件、设备及系统通常处于正常运行状态，但也可能出现故障或异常运行状态。

电力系统故障是指电气元件和设备不能按照预期的指标进行工作的一种状态，也就是说电气元件和设备未达到其应该达到的功能，故障包括有发电机组故障、变压器故障、输电线路故障、变电所故障和母线故障等。

随着电力系统的规模越来越大，结构越来越复杂，故障产生不可避免。电力系统故障处理过程可以是，从系统的运行状态中检测到拓扑变化，从拓扑变化相关联的区域(单元)内检测故障征兆信息，经过对这些信息进行分析处理，重点根据保护动作的信号，判断故障发生的具体区域与位置(如故障范围或故障点)。故障范围或故障点确定后，先确保故障区域(单元)可靠切除或被可靠隔离，再完成失电负荷的供电恢复，最后进行故障原因排查与故障消缺处理。

用于电力系统诊断的专门系统，为相应的电力系统故障诊断专家系统。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种基于拓扑分析的电力系统故障诊断方法，包括：将电力系统的测点信息进行电网的拓扑绑定，使所述测点信息具有拓扑性质；采集所述电力系统运行时的测点信息，作为第一信息，根据所述第一信息，判断是否有扰动事件发生；当有扰动事件发生时，提取出用于判断所述扰动事件发生的所述第一信息，作为第二信息；根据所述第二信息对应的所述拓扑性质，确定出进行故障诊断搜索的拓扑域；在所述拓扑域内，实现对所述第二信息的相关性分析，确定故障点或故障范围。

可选的，进行所述拓扑绑定，使所述测点信息具有所述拓扑性质，包括：对所述测点信息赋予宿主设备属性；通过图形化组态，完成所述宿主设备的图形化拓扑连接，绘制电网的主接线图；通过在所述主接线图上确定所述宿主设备的开关位置信息，确定电网的拓扑结构；绑定所述测点信息在所述拓扑结构的来源位置；根据所述拓扑结构的所述来源位置，确定所述测点信息的所述拓扑性质。

可选的，根据所述第二信息对应的所述拓扑性质，确定出进行故障诊断搜索的所述拓扑域包括：根据所述第二信息对应的所述拓扑性质，在所述拓扑结构中，确定所述第二信息在所述拓扑结构的绑定位置；根据所述第二信息的所述绑定位置，确定出进行故障诊断搜索的所述拓扑域。

可选的，所述方法还包括：在确定所述故障点或所述故障范围后，给出诊断结论。

可选的，所述方法还包括：在确定所述故障点或所述故障范围后，给出事故处理措施。

可选的，所述方法还包括：在在确定所述故障点或所述故障范围时，同时确定故障影响区域。

可选的，所述第一测点信息包括电力系统的遥测信息、电力系统的遥信信息、继电保护动作信息和安全稳定与自动控制装置动作信息。

可选的，所述扰动事件包括：开关事故跳闸；电能品质异常；继电保护动作；安全稳定与自动控制装置动作；设备状态在线监测预警。

可选的，故障诊断搜索的所述拓扑域为：与所述故障点或所述故障范围在电气回路上相通的区域。

可选的，确定电网的所述拓扑结构包括：在厂站内根据闭合的开关及其所连接的所有支路形成母线；根据厂站间联络线的连接关系把形成的母线连接成电气岛。

本发明技术方案的其中一个方面中，所述电力系统故障诊断方法先确定拓扑域，再在相应的拓扑域进行故障诊断，能够更加及时和准确地确定出发生故障位置，从而能够更高效地进行相应的故障处理。

附图说明

图1是实施例一中，电力系统的故障诊断专家系统中诊断系统主站与调度中心(或集控中心)的设置结构；

图2是实施例一中，电力系统的故障诊断专家系统的诊断系统主站部署结构；

图3是实施例二中，电力系统的故障诊断专家系统的诊断系统主站部署结构；

图4是实施例三中，电力系统的故障诊断专家系统的诊断系统主站部署结构；

图5是实施例四中，电力系统的故障诊断专家系统的诊断系统主站部署结构；

图6是实施例五中，电力系统的故障诊断专家系统的诊断系统子站部署结构；

图7是实施例六中，电力系统的故障诊断专家系统的诊断系统子站部署结构；

图8是实施例七中，实现测点信息拓扑绑定的方法步骤示意图；

图9是实施例七中，一种具体场景的拓扑域示意图。

具体实施方式

为更加清楚的表示，下面结合附图对本发明做详细的说明。

实施例一

请结合参考图1和图2，显示了本发明提供的一种电力系统故障诊断专家系统。

电力系统故障诊断专家系统包括诊断系统主站，本实施例诊断系统主站直接利用调度主站(或称集控主站)的网络来设置(以下统称为调度主站)。

图1中，虚线左侧为调度主站的结构，虚线右侧为故障诊断专家系统的诊断系统主站。

由图1可知，本实施例诊断系统主站挂设在调度主站的网络结构中。

如图1所示，相应的调度主站可以包括：调度主站数据存储结构、工程师站与操作员站、远动转发/调度通信单元和调度主站服务器等结构。

调度主站的远动转发/调度通信单元可以接入电力调度网。调度主站的服务器接入集控区域各变电站的SCADA信息。

诊断系统主站可以直接利用调度主站的通信设备接入电力系统，例如，诊断系统主站利用调度主站的站控层交换机接入调度主站系统，即诊断系统主站接入相应的电力系统和电力检测系统等，如SCADA系统(Supervisory Control And Data Acquisition系统，即数据采集与监视控制系统)等或IED系统(Intelligent Electronic Device系统，即智能电子设备)等。其中，SCADA系统是以计算机为基础的DCS(分散控制系统)与电力自动化监控系统，它可以应用于多种工业领域的数据采集与监视控制，以及过程控制等。

图2显示了诊断系统主站的一种具体部署结构。

如图2所示，诊断系统主站包括：数据存储结构(如图2中虚线框所示)、专家知识库、前置服务器、分析引擎和运行工作站。

数据存储结构用于数据的存储。专家知识库用于专家知识存储。前置服务器用于采集电力系统的运行参数，并执行数据预处理。分析引擎用于作为实时推理机，从前置服务器采集缓存推理所需的观测信息，从专家知识库搜索合适的专家知识，完成推理，并保存推理过程与推理结果。运行工作站用于作为用户客户端，以显示信息等。

如图2所示，本实施例中，数据存储结构可以包括有数据服务器和磁盘阵列。本实施例的数据存储结构包括两台数据服务器。两台数据服务器可以作为历史数据服务器，以存储历史案例、历史报告和静稳分析历史数据等。这种采用两台数据服务器的冗余配置，可以确保数据存在的安全。磁盘阵列可以用于长期历史数据的单独保存。磁盘的个数可按需选配。其它实施例中，也可以采用其它的数据存储结构，例如可以省略磁盘阵列，或者可以仅使用一台数据服务器。

如图2所示，本实施例中，专家知识库用于存储和更新各类电力系统故障诊断用的专家知识，相应的专家知识可以按一定的规则进行存储，以便调用。专家知识库适合于独立配置。

如图2所示，本实施例中，前置服务器可以是实时采集电力系统的运行参数，并执行相关的数据预处理。前置服务器适合于采用独立部署。

如图2所示，本实施例中，分析引擎作为实时推理机，可以从相应的前置服务器采集缓存推理所需的各观测信息，并且能够从专家知识库搜索合适的专家知识，进而完成推理，并实时保存推理过程与中间结论(即分析引擎的推理结果可以是包括诊断中间结论)。分析引擎宜独立部署，以使得诊断系统的分析推理过程更加高效和可靠。

如图2所示，本实施例中，运行工作站作为用户客户端，显示的信息包括用户系统(客户端系统)的运行信息。运行工作站具体可以显示用户系统的实时运行信息，也可以用于显示专家预警信息和专家诊断报告，还可以利用于启动诊断追踪、启动案例反演等功能。并且，运行工作站可以用于启动远程问诊云端专家系统功能。运行工作站采用与服务器分开部署的方式设置。

需要说明的是，结合图1和图2，可知，本实施例的诊断系统布置方案是一种站端部署方案(设置在站控层站端)。但是，其它实施例中，诊断系统布置方案也可部署在其它结构位置中。

请继续参考图2，诊断系统主站还可以包括维护工作站。维护工作站用于实现对诊断系统的维护。维护工作站具体可以供用户工程师(知识工程师)通过该工作站，实现对诊断系统的维护。例如实现对电力系统建模组态和专家库知识维护等。本实施例中，维护工作站独立部署，有利于其维护功能的更好实现。其它实施例中，维护工作站也可与诊断系统的运行工作站合并。

请继续参考图2，诊断系统主站还可以包括应急指挥中心接口服务器。应急指挥中心接口服务器用于与企业应急指挥中心通信连接。应急指挥中心接口服务器具体可以是负责与企业应急指挥中心的实时通信。本实施例中，应急指挥中心接口服务器采用独立部署，这种结构能够更加发挥其作用。其它实施例中，应急指挥中心接口服务器也可与分析引擎或运行工作站合并。

请继续参考图2，诊断系统主站还可以包括WEB服务器。WEB服务器用于实现信息的WEB发布和短信(移动信息)推送。WEB服务器具体可以是将电子系统故障的报告用WEB发布，并且，可以将相应的故障信息通过短信(移动信息)推送等方式及时通知相关人员。其它实施例中，WEB服务器也可以不必采用，即省略。

请继续参考图2，诊断系统主站还可以包括云端专家系统接口服务器。云端专家系统接口服务器用于与云端专家系统通信连接。云端专家系统接口服务器在实现与云端专家系统的通信时，拓展了诊断系统的故障诊断能力，并且保证了故障云诊断的实现。本实施例中，采用独立的服务器，即采用独立部署结构，从而使云诊断更加高效、安全、可靠和及时。其它实施例中，云端专家系统接口服务器也可以与WEB服务器合并。

请继续参考图2，诊断系统主站还可以包括防火墙。WEB服务器和云端专家系统接口服务器被隔离在防火墙外部。防火墙用于系统的安全分区，本实施例将WEB服务器和云端专家系统接口服务器与系统的其它部分隔开，达到对其它结构的更好保护，使系统更加稳定。

请继续参考图2，诊断系统主站还可以包括各个网络设备。这些网络设备用于保证系统的通讯。如图2中所示，网络设备具体选择采用交换机实现，图2所示诊断系统主站包括前置交换机一、交换机二和交换机三。对于诊断系统主站的前置交换机一，根据接入系统的具体情形，可以采用光纤接口，宜选用千兆带宽的交换机。交换机二和交换机三同样可以采用千兆带宽的交换机。

请继续参考图2，诊断系统主站还可以包括输出设备。输出设备具体可以为打印机，如图2所示。打印机用于随时打印相应的故障报告和诊断报告等。

请继续参考图2，本实施例中，通过前置服务器，使诊断系统主站接入的系统包括同步时钟(系统)、SCADA系统和IED(系统)，以及保信系统和安全管控平台系统等。同步时钟即电力系统同步时钟，用于保证数据的时钟同步。保信系统为继电保护信息处理系统，用于管理继电保护定值与故障报文信息等。

如图2，本实施例采用单一的前置服务器，因此，此结构可以称为单前置单网结构。单前置单网结构使诊断系统主站的内部网络结构为单网结构，结构更加简单，因此，系统成本可以降低。

需要说明的是，结合图1和图2的上述内容可知，图2的各节点是逻辑功能定义节点，实际部署时，可以按图中方案，将逻辑功能节点与物理节点完全一一对应，也可以根据需要，进行功能节点的剪裁、物理节点合并等。比如前面所述，对于运行工作站和维护工作站两个逻辑功能节点，在物理实现时，可以用一台工作站计算机实现。

结合图1和图2可知，本实施例中，在站控层部署电力系统故障诊断专家系统的站端，诊断系统主站具体可以部署在调度中心站端、集控中心站端或变电所站端。通过SCADA系统开通与专家系统站端的转发通道，可以以IEC 60870-5-104或IEC61850标准规约，将全厂各变电站内专家系统所需的实时信息转发至专家系统站端。该部署方案可充分复用资源，对新建项目和已有项目改造均有很好的实用性。

实施例二

请参考图3，显示了本发明提供的另一种电力系统故障诊断专家系统。

本实施例所提供的故障诊断专家系统大部分结构与前述实施例相同，因此，可以结合参考前述实施例相应内容。

这些相同包括诊断系统主站的相同部分，具体是诊断系统主站包括：数据存储结构、专家知识库、前置服务器、分析引擎和运行工作站；其中，数据存储结构可以包括有数据服务器和磁盘阵列；另外，同样还包括维护工作站、应急指挥中心接口服务器、WEB服务器、云端专家系统接口服务器、防火墙、网络设备和输出设备(输出设备具体可以为打印机)等；通过前置服务器，诊断系统主站接入同步时钟、SCADA系统和IED系统，以及保信系统和安全管控平台系统等。这些结构的性质、特点和优势可以参考前述实施例相应内容。

与图1和图2所示诊断系统不同的，图3所示诊断系统中，诊断系统主站具有两台的前置服务器。

虽然诊断系统主站具有两台的前置服务器，但是，本实施例的诊断系统主站中，前置服务器以内的网络结构仍然是单网结构，因此，这种部署结构可以称为双前置单网结构。

这种结构中，两台前置服务器不仅可以是实时采集电力系统的运行参数，并更快速有效地执行相关的数据预处理，而且，采用两台服务器的冗余部署，能够更好地实现负载均衡。

另一个与图1和图2所示诊断系统不同的结构在于，图3所示诊断系统中，还包括诊断系统子站。

图3中，诊断系统子站被设置为与前置服务器连接。诊断系统子站的设置，使得整个故障诊断专家系统的应用范围能够得到进一步拓展，适用区域能够进一步扩大。

另外，由于子站的设置，本实施例提供的电力系统的故障诊断专家系统，可以使系统或者系统主体部分(诊断系统主站)进一步不必一定设置在调度主站的站端等位置，而是可以设置部署在调度中心、集控中心或变电所内，因此，适用性更强。

实施例三

请参考图4，显示了本发明提供的另一种电力系统故障诊断专家系统。

本实施例所提供的故障诊断专家系统大部分结构与前述实施例相同，因此，可以结合参考前述实施例相应内容。

这些相同包括了诊断系统主站结构的相应相同结构，具体是诊断系统主站包括：数据存储结构、专家知识库、前置服务器、分析引擎和运行工作站；其中，数据存储结构可以包括有数据服务器和磁盘阵列；另外，同样还包括维护工作站、应急指挥中心接口服务器、WEB服务器、云端专家系统接口服务器、防火墙、网络设备和输出设备(输出设备具体可以为打印机)等；通过前置服务器，诊断系统主站接入同步时钟、SCADA系统和IED(系统)，以及保信系统和安全管控平台系统，以及诊断系统子站等。这些结构的性质、特点和优势可以参考前述实施例相应内容。

与图3所示诊断系统不同的，图4所示诊断系统中，诊断系统主站前置服务器以内的网络结构为双网结构。

为适应上述双网结构，本实施例采用了双交换机这样的双网络通讯结构，使得诊断系统主站主要内部网络的可靠性更高。

这种双前置服务器，并且前置服务器以内的网络结构为双网结构的布置，可以称为双前置站控层双网结构。

本实施例的双前置站控层双网结构进一步提高了故障诊断专家系统的可靠性，即便站控层其中一层网络结构故障，系统仍然可以利用另一层网络结构继续可选运行。并且，在正常情况下，两个网络结构可以充分平稳使用，使相应的系统诊断能力能够进一步提高，诊断速度也进一步提高。

实施例四

请参考图5，显示了本发明提供的另一种电力系统故障诊断专家系统。

本实施例所提供的故障诊断专家系统大部分结构与前述实施例相同，因此，可以结合参考前述实施例相应内容。

这些相同包括了，诊断系统主站包括：数据存储结构、专家知识库、前置服务器、分析引擎和运行工作站；其中，数据存储结构可以包括有数据服务器和磁盘阵列；另外，同样还包括维护工作站、应急指挥中心接口服务器、WEB服务器、云端专家系统接口服务器、防火墙、网络设备和输出设备(输出设备具体可以为打印机)等；通过前置服务器，诊断系统主站接入同步时钟、SCADA系统和IED系统，以及保信系统和安全管控平台系统，以及诊断系统子站等。这些结构的性质、特点和优势可以参考前述实施例相应内容。

与图3所示诊断系统不同的，图5所示诊断系统中，诊断系统主站不仅前置服务器以内的网络结构为双网结构。而且，相比于图4，图5所示诊断系统中，前置服务器外部的网络结构也为双网结构。

此时，不仅前置服务器内部的网络采用了双交换机这样的双网络通讯结构，使得前置服务器以内的网络的可靠性更高；而且前置服务器外部的网络也采用了双交换机这样的双网络通讯结构，使得前置服务器以外的网络的可靠性也更高。

由上述内容可知，本实施例诊断系统主站与电力系统的网络连接结构也为双网结构，即前置服务器以内和以外的网络均为双网结构，这种结构可以称为双前置(全站)双网结构。

这种双前置(全站)双网结构进一步提高了电力系统故障诊断专家系统的稳定性和可靠性，并且，进一步加强了系统的信息获得能力和信息处理能力。

实施例五

请参考图6，显示了本发明提供的另一种电力系统故障诊断专家系统。

电力系统的故障诊断专家系统包括诊断系统主站，诊断系统主站的结构可以参考前述各实施例相应内容。

本实施例中，故障诊断专家系统还包括诊断系统子站，并且图6显示了诊断系统子站与电力系统的SCADA系统通过网络连接。

如图6所示，SCADA区域用左边的点划线框显示，由图6可知，SCADA系统包括有SCADA(系统)交换机和同步时钟(GPS或北斗)，SCADA系统还具有通信管理机和保护交换机等结构。

如图6所示，通信管理机连接至相应的串口设备，保护交换机连接至相应的微机保护装置。

通讯管理机具有多个下行通讯接口及一个或者多个上行网络接口，相当于前置机即监控计算机，可以用于将一个变电所内所有的智能监控/保护装置的通讯数据整理汇总后，实时上送上级主站系统(监控中心后台机和DCS)，完成遥信、遥测功能。通讯管理机也用于接收后台机或DCS下达的命令，并转发给变电所内的智能系列单元，完成对厂站内各开关设备的分、合闸远方控制或装置的参数整定，实现遥控和遥调功能。同时通讯管理机还应该配备多个串行接口，以便于厂站内的其它智能设备进行通讯。

通讯管理机一般运用于变电所和调度站。通讯管理机通过控制平台控制下行的RTU设备，实现遥信、遥测和遥控等信息的采集，将消息反馈回调度中心，然后，控制中心管理员通过消息的处理分析，选择将执行的命令，达到远动输出调度命令的目标。

图6显示，SCADA区域的结构，即SCADA系统，是通过专网结构与诊断系统子站连接的。相应的专网还可以同时用于将同步时钟(GPS或北斗)连接至诊断系统子站。

图6显示，在诊断系统子站所在的诊断系统子站区域(图6中右边的点划线框)，显示诊断系统子站还可以包括诊断系统子站的数据采集服务器，该数据采集服务器可以采用工控机实现。同时，诊断系统子站内也可以具有交换机。诊断系统子站可以通过交换机与诊断系统主站连接。

图6实现的是一种诊断系统子站与SCADA系统以专网直接交互数据的布置方案。诊断系统子站相当于设置在SCADA系统和诊断系统主站之间。诊断系统子站可以为多个，一个诊断系统子站对应于一个特定范围内的相应SCADA系统，这样，就能够使整个诊断系统实现更大范围的故障诊断。

本实施例中，故障诊断专家系统包括诊断系统子站和诊断系统主站。根据本实施例提供的布置结构，在一些运用场景中，可以是在企业内各区域变电所、联合变电所、220kV及110kV变电所内部署诊断系统子站，负责采集所在区域内的各电力系统间隔层实时运行的全景信息，再通过系统专网，将信息送达诊断系统主站。

对于大型的用户企业，诊断系统采集可以是分区域部署的，即按企业电网的系统架构，在区域变电所或联合变电所，甚至装置区变电所等位置，部署诊断系统子站。诊断系统子站的核心任务即为采集本区域内电力系统的实时运行数据。图6中，诊断系统子站能够与当地的SCADA系统在转发层面交换信息。

实施例六

请参考图7，显示了本发明提供的另一种电力系统故障诊断专家系统。

电力系统故障诊断专家系统包括诊断系统主站，诊断系统主站的结构可以参考前述各实施例相应内容。

本实施例中，故障诊断专家系统还包括诊断系统子站，并且显示了诊断系统子站与电力系统的SCADA系统通过网络连接。

如图7所示，SCADA区域用左边的点划线框显示，它显示了SCADA系统包括有SCADA(系统)交换机，同步时钟(GPS或北斗)。SCADA系统还具有通信管理机和保护交换机等结构。通信管理机连接至相应的串口设备，保护交换机连接至相应的微机保护装置。

图7显示，诊断系统子站与SCADA系统的微机继电保护装置直接通信连接。诊断系统子站包括了相应的交换机。

图7中，微机继电保护装置设置独立的网口，直接与诊断系统子站的交换机连接，而并不像图6那样，是诊断系统子站与当地的SCADA系统在转发层面交换信息。

图7中，变电站内的同步时钟(GPS或北斗)可同时接入诊断系统子站。

图7中，诊断系统子站区域(图7中右边的点划线框)，显示了诊断系统子站还可以包括诊断系统子站的数据采集服务器。该数据采集服务器可以采用工控机实现。诊断系统子站可以通过交换机与诊断系统主站连接。

图7实现的是诊断系统子站与SCADA系统中微机继电保护装置直采的布置方案。诊断系统子站仍相当于设置在SCADA系统和诊断系统主站之间。诊断系统子站可以为多个，一个诊断系统子站对应于一个特定范围内的相应SCADA系统，这样，就能够使整个诊断系统实现更大范围的故障诊断。

本实施例中，故障诊断专家系统同样包括诊断系统子站和诊断系统主站。根据本实施例提供的布置结构，在一些运用场景中，同样可以是在企业内各区域变电所、联合变电所、220kV及110kV变电所内部署诊断系统子站，负责采集所在区域内的各电力系统间隔层实时运行的全景信息，再通过诊断系统子站与诊断系统主站的网络直接连接结构，将信息送达诊断系统主站。

图7中，诊断系统子站可以充分利用了基于IEC61850标准的微机综保设备(微机继电保护装置等)的独立双网通讯能力，构建单独的通信专网，实现信息直接采集。图7部署结构下的信息采集实时性更强。

需要说明的是，图中虽未显示，但其它实施例中，根据需要，也可以在诊断系统子站端设置诊断系统客户端。

综合上述内容可知，本发明提供的电力系统故障诊断专家系统中，可以采用专网方案，即诊断系统采用专家系统专网，专网的物理路径可依从于SCADA系统，并采用专用的网络通讯设备(交换机)和专用光缆纤芯。

本发明提供的电力系统故障诊断专家系统，构成的是一种客户端/服务器模式的部署结构，这种客户端/服务器模式的部署架构，使系统允许根据具体工程条件，构建专家诊断专网或专家诊断站端等部署方案，从而可以实现灵活的系统部署。

本发明提供的电力系统故障诊断专家系统，由于采用的是服务器与客户端分离的结构，其核心算法、操作、数据处理等均可以在服务器(分析引擎等)上完成，而客户端可以仅实现与用户的人机图形化接口功能。这样，故障诊断专家系统在部署时，就可以先标准化服务器部署方案，然后客户端根据实际工程需要，灵活设置。

本发明提供的电力系统故障诊断专家系统，由于采用的是分布式结构，可根据用户企业具体的系统规模、当前SCADA系统网络架构形式、间隔层微机综保接口数量及规约类型，以及企业电气值班、集控的管理设置等要素，灵活部署系统。

本发明提供的电力系统故障诊断专家系统，可以实现基于电网全景信息的电力系统故障专家诊断分析系统。并且，本发明提供的电力系统故障诊断专家系统可以进一步运用于其它相关电力故障诊断和演示方法，以及对应的系统。

实施例七

本发明实施例提供一种基于拓扑分析的电力系统故障诊断方法，所述方法包括：

步骤一，将电力系统的测点信息进行电网的拓扑绑定，使测点信息具有拓扑性质；

步骤二，采集电力系统运行时的测点信息，作为第一信息，实时分析第一信息的拓扑性质，并根据第一信息，判断是否有扰动事件发生；

步骤三，当有扰动事件发生时，提取出用于判断扰动事件发生的第一信息，作为第二信息；

步骤四，根据第二信息对应的拓扑性质，确定出进行故障诊断搜索的拓扑域；

步骤五，在拓扑域内，实现对第二信息的相关性分析，确定故障点或故障范围。

上述五个步骤中，后两个步骤的是基于电力系统扰动信息(扰动事件对应的信息)的性质，确定拓扑搜索的范围，即拓扑域。

本实施例中，故障诊断搜索的拓扑域为：与故障点或故障范围在电气回路上相通的区域。

本实施例中，故障点通常是相应的单个电气元件，或单个设备。故障范围则可以是例如同一线路相互关联的多个电气元件或多个设备。

本实施例中，测点信息是各个电力系统被测试点(被监控点)反馈的信息，包括各类设备信息和开关信息等。例如，测点信息可以包括变电站SCADA系统数据、电力集控SCADA系统数据、电力调度SCADA系统数据、保护信息系统数据、继电保护装置数据、安全稳定与自动控制装置数据、智能测控装置数据和故障录波装置数据等。

经发明人经过长期的行业经验，并进行探索、试验、设计和整理，采用上述各数据，能够较为完整的反应电网的拓扑连接、潮流分布和故障信息等电网运行的实时电气特征，且由于目前变电站综合自动化系统普遍应用了同步时钟校时技术，上述各类数据间的时间窗口同步性较好，因此，本实施例选择将它们作为专家诊断的数据，从而为实现准确的故障诊断结果打下了数据基础。

另外，测点信息还可以包括电力设备状态监测数据和生产工艺过程数据。电力设备状态监测数据和生产工艺过程数据可以作为专家诊断的辅助数据。例如对于电动机绕组温升(或过载行为)进行进一步原因挖掘时，可结合电动机驱动的机械设备的工艺过程数据(如泵的流量)做进一步的轴系负载分析，从而进一步提高本实施例所提供方法的故障诊断分析能力。

本实施中，扰动事件可以是以下事件的任意其中一种：开关事故跳闸；电能品质异常；继电保护动作；安全稳定与自动控制装置动作；设备状态在线监测预警。其中，电能品质包括频率、电压和潮流等的品质。

电力系统运行包括全网运行状态，因此，电力系统运行时的测点信息包括电力系统全网运行时的测点信息。即测点信息可以为实时测点信息，并进一步可以是全网运行时的实时测点信息。

本实施中，第一测点信息可以包括电力系统的遥测信息、电力系统的遥信信息、继电保护动作信息和安全稳定与自动控制装置动作信息。

其中，第一测点信息包括了上述信息内容，也表示：本实施例对专家诊断所需的电力系统的遥测、遥信、继电保护动作信息、安全稳定与自动控制装置动作信息等，能够进行电网的拓扑绑定。

本实施中，判断是否有扰动事件发生，采用的可以是实时判断，即实时判断是否有扰动事件发生。因此，本实施例可以是实时采集电力系统全网运行信息数据，并实时判断是否有扰动事件发生。

本实施中，通常每个测点信息对应的拓扑性质，都能够确定出对应的拓扑域。进一步的，为了确定拓扑域，当扰动事件发生时，相应的诊断系统将遍历诊断规则所需的全景信息。更进一步的，当扰动事件发生，诊断系统将遍历专家库诊断规则所需的全景信息。

请参考图8，本实施例中，对于步骤一，在进行拓扑绑定，使测点信息具有拓扑性质时，可以包括的步骤进一步有：

步骤1.1，对测点信息赋予宿主设备(其它实施例中也可能是宿主电气元件)属性；

步骤1.2，通过图形化组态(图形化分析)，完成宿主设备的图形化拓扑连接，绘制电网的主接线图；

步骤1.3，通过在主接线图上确定宿主设备的开关位置信息，确定电网的拓扑结构；

步骤1.4，绑定测点信息在拓扑结构的来源位置；

步骤1.5，根据拓扑结构的来源位置，确定测点信息的拓扑性质。

其中，步骤1.1对测点信息赋予宿主设备属性时，一种具体场景可以是，比如进线过流保护动作这一测点信息的宿主设备属性为进线间隔。

步骤1.3中的开关位置信息可以是相应的实时的开关位置信息，因此，相应的，确定电网拓扑结构也相应是实时的拓扑结构。此时即通过实时的开关位置信息，获取电网实时的拓扑结构。

上述过程中，通过宿主设备，实现了对测点信息的拓扑绑定，拓扑相关的各宿主设备的信息之间，就可以按具体的诊断规则进行相关性分析。即在拓扑域内实现用于诊断的测点信息与拓扑结构的相关性分析，从而确定故障点或范围与故障影响区域。

本实施例中，步骤四，根据第二信息对应的拓扑性质，确定出进行故障诊断搜索的拓扑域可以包括：

步骤4.1，根据第二信息对应的拓扑性质，在拓扑结构中，确定第二信息在拓扑结构的绑定位置；

步骤4.2，根据第二信息的绑定位置，确定出进行故障诊断搜索的拓扑域。

一旦诊断所需测点信息产生，通过信息的宿主设备属性，可以定位该诊断用测点信息所属的电气主设备(宿主设备)，再通过电气主设备所在电网主接线的实时连接，即可以得出主网结构此时对应的拓扑域。

专家库即可在拓扑域内，对各电气主设备的相关诊断信息按规则进行关联性诊断分析。

随着对母线和变压器等电气主设备的用电安全性及可靠性的要求的提高，确定它们所在的拓扑域后再进行进一步诊断，能够使诊断更加精准高效。

本实施例的故障诊断方法还可以包括步骤六：在确定故障点或故障范围后，给出诊断结论。

上述诊断结论的内容可以从专家库中调出。故障点或故障范围确定之后，再结合相应的信息，是可以得到相应的具体诊断结论，这样整个诊断方法更有价值。

本实施例的故障诊断方法还可以包括步骤七：在确定故障点或故障范围时，同时确定故障影响区域。

故障影响区域不同于故障范围。故障范围内的相应的电气元件和设备是均直接发生故障的，它们需要有相应的修复措施等操作。而故障影响区域是指故障发生后，受到实质影响的范围，这些范围内的电气元件和设备很多可能只需要重新更新数据或者调试就可以。

本实施例中，通过进一步确定故障影响区域，可以更好地控制和防止故障进一步影响其它范围，也有助于在后续排查过程中，限定相应的排查范围，提高后续电力系统全面恢复正常工作的效率。确定故障影响区域的具体做法，可以是根据专家知识库中的具体内容进行设定。

本实施例的故障诊断方法可以还包括步骤八：在确定故障点或故障范围后，给出事故处理措施。

本实施例方法对应的系统中，可以存储有每个故障点或故障范围发生故障时，对应的事故处理措施，例如可以存在专家知识库中。本实施例的方法，可以设置自动给出这些故障对应的处理措施(解决方法)，使得整个诊断过程更加快速、有效和完整。

确定电网的所述拓扑结构包括：在厂站内，根据闭合的开关及其所连接的所有支路形成母线；根据厂站间联络线的连接关系把形成的母线连接成电气岛。

电气回路上能导通，属于同一拓扑域。而电气回路又是实时变化的，因此，本实施例中，拓扑域也是实时变化的。

因此，对于两个设备而言，即便它们是相邻的，在判断它们属于不属于同一个拓扑域，仍需要看它们在发生扰动事件时，是否处于电气相通的状态。反过来，属于同一个拓扑域的两个设备中间可以有第三个设备和第四个设备等等。比如母线和电动机，它们之间还会有电缆(电缆设备)，也会有开关设备。只要在扰动事件发生时，两个设备之间的这些开关闭合，它们之间的母线、开关、电缆和电动机都电气相通(联通)，则它们就在一个拓扑域内。相反，当它们之间在扰动事件发生时，相应的开关断开使它们断开电气连接时，则它们不属于同一个拓扑域。

需要说明的是，结合上述可知，本实施例中，测点信息所具有的拓扑性质是一个变化的性质。原因就在于，电网的拓扑结构是一个动态变化的结构(拓扑域是一个动态变化的拓扑结构域)。因此，本实施例的步骤二，是在每个信息采集周期内均实时分析测点信息的拓扑结构性质，而不是只要进行一次就可以固定下来的。步骤二更新进行之后，后续的步骤当然也相应更新进行。因此，其它的定义也相应更新。

特别是每次故障发生后，相应的拓扑结构(拓扑域)要重新确定，这也是本实施例的方法适用性强的原因——在不存在一个固定电网拓扑结构(拓扑域)的前提下，本实施例的方法通过相应的步骤，可以不断确定出准确的拓扑结构(拓扑域)，从而保证对正确拓扑结构(拓扑域)下，做出对电力系统故障的诊断及事故处理的辅助决策。

本实施例中，电力系统设备的连接关系即通常称为拓扑关系。本实施例的具体场景中，确定网络拓扑可以包括上述两个步骤:首先在厂站内根据闭合的开关及其所连接的所有支路形成母线(厂站结线分析)；然后根据厂站间联络线的连接关系把形成的母线连接成电气岛(系统结线分析)。

本实施例中，请结合参考图9，一种具体场景如下：

如图9，对于变电所进线P0的后备过流保护，因其为远后备配置原则，当其动作时，故障点可能在其自身间隔范围内，或在母线，或在母线上的馈出回路上(P1～Pm)；

此时，包括后备过流保护这样的动作信息，均已经在前面的步骤中作为测点信息，进行了电网的拓扑绑定；

后备过流保护这一信息，同时又能够证明有扰动事件发生，因此，这一信息又作为第二信息；

这样，当变电所进线后备过流保护动作后，故障诊断系统可以根据后备过流保护动作信号，确定其宿主设备为进线间隔；再通过拓扑相关分析，划定进线间隔所在拓扑域，在此场景中即图9所示虚线包围的区域；

在拓扑域内，遍历各个馈出回路是否有保护动作信号，若回路Pm有信号，则确定故障点在回路Pm的可能性最大，从而确定回路Pm为故障点。

这种场景下，后续可以进一步对应给出诊断结论与事故处理措施。

具体的，在这种场景下，比如当变电所进线间隔P0后备过流保护动作，最终通过拓扑域内的故障诊断分析，确定本变电所Pm出线回路上发生故障的概率最大，则故障诊断系统按远后备保护动作对应的故障类型给出对应的诊断结论与处理措施，其中，对于具体的诊断间隔，按本次诊断动态导入。

其中一种诊断结论与事故处理措施可以参考以下表1。

表1

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于拓扑分析的电力系统故障诊断方法，其特征在于，包括：

将电力系统的测点信息进行电网的拓扑绑定，使所述测点信息具有拓扑性质；

采集所述电力系统运行时的测点信息，作为第一信息，根据所述第一信息，判断是否有扰动事件发生；

当有扰动事件发生时，提取出用于判断所述扰动事件发生的所述第一信息，作为第二信息；

根据所述第二信息对应的所述拓扑性质，确定出进行故障诊断搜索的拓扑域；

在所述拓扑域内，实现对所述第二信息的相关性分析，确定故障点或故障范围。

2.如权利要求1所述的电力系统故障诊断方法，其特征在于，进行所述拓扑绑定，使所述测点信息具有所述拓扑性质，包括：

对所述测点信息赋予宿主设备属性；

通过图形化组态，完成所述宿主设备的图形化拓扑连接，绘制电网的主接线图；

通过在所述主接线图上确定所述宿主设备的开关位置信息，确定电网的拓扑结构；

绑定所述测点信息在所述拓扑结构的来源位置；

根据所述拓扑结构的所述来源位置，确定所述测点信息的所述拓扑性质。

3.如权利要求2所述的电力系统故障诊断方法，其特征在于，根据所述第二信息对应的所述拓扑性质，确定出进行故障诊断搜索的所述拓扑域包括：

根据所述第二信息对应的所述拓扑性质，在所述拓扑结构中，确定所述第二信息在所述拓扑结构的绑定位置；

根据所述第二信息的所述绑定位置，确定出进行故障诊断搜索的所述拓扑域。

4.如权利要求1、2或3所述的电力系统故障诊断方法，其特征在于，还包括：在确定所述故障点或所述故障范围后，给出诊断结论。

5.如权利要求4所述的电力系统故障诊断方法，其特征在于，还包括：在确定所述故障点或所述故障范围后，给出事故处理措施。

6.如权利要求1所述的电力系统故障诊断方法，其特征在于，还包括：在在确定所述故障点或所述故障范围时，同时确定故障影响区域。

7.如权利要求1所述的电力系统故障诊断方法，其特征在于，所述第一测点信息包括电力系统的遥测信息、电力系统的遥信信息、继电保护动作信息和安全稳定与自动控制装置动作信息。

8.如权利要求1所述的电力系统故障诊断方法，其特征在于，所述扰动事件包括：

开关事故跳闸；

电能品质异常；

继电保护动作；

安全稳定与自动控制装置动作；

设备状态在线监测预警。

9.如权利要求3所述的电力系统故障诊断方法，其特征在于，故障诊断搜索的所述拓扑域为：与所述故障点或所述故障范围在电气回路上相通的区域。

10.如权利要求9所述的电力系统故障诊断方法，其特征在于，确定电网的所述拓扑结构包括：

在厂站内根据闭合的开关及其所连接的所有支路形成母线；

根据厂站间联络线的连接关系把形成的母线连接成电气岛。

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