CN111398714A - 一种多数据融合的电能质量故障诊断方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多数据融合的电能质量故障诊断方法及系统，该电能质量故障诊断方法包括执行以下步骤：步骤1：故障方向定位；步骤2：长时间停电诊断；步骤3：暂态诊断；步骤4：稳态诊断；步骤5：综合诊断。本发明的有益效果是：本发明公开的一种多数据融合的电能质量故障诊断方法融合监测系统各电能质量终端设备产生电压暂态事件、故障波形和统计定时记录数据，提取各类数据的特征量，结合对应的诊断算法模型，对系统进行电能质量长时间停电、暂态和稳态多维度故障诊断，给出全面的诊断结论、故障危害和治理建议，从多个维度综合诊断系统的电能质量问题，为用户提供最直观的诊断结果。

Description

一种多数据融合的电能质量故障诊断方法及系统

技术领域

本发明涉及电能质量领域，尤其涉及一种多数据融合的电能质量故障诊断方法及系统。

背景技术

电能质量故障诊断技术主要帮助用户诊断监测系统的电能质量问题，定位故障原因，帮助用户快速解决电能质量问题，恢复高品质供电质量，以免引起更大的事故和经济损失。

现有的电能质量诊断分析手段多数通过设备容忍度及稳态方面评估系统的电能质量状况，给出是否超过标准值的越限结论。而对于电能质量问题引起系统停电、电压暂降、暂升、谐波等问题的具体原因无法给出有效的结论，不能帮助用户快速定位故障原因以及给出有效的治理建议。

发明内容

本发明提供了一种多数据融合的电能质量故障诊断方法，包括执行以下步骤：

步骤1：故障方向定位；采集电能质量监测终端产生的故障波形，提取故障时刻特征量，结合系统参数和网络拓扑结构，定位故障方向和位置，从而实现系统故障方向定位；

步骤2：长时间停电诊断；根据故障方向，运用长时间停电诊断算法模型，对监测系统的短路、绝缘等故障进行诊断，确定故障原因，提取故障波形特征量，实现电能质量长时间停电故障诊断；

步骤3：暂态诊断；融合电压暂态事件和故障波形，根据故障方向，运用暂态诊断算法模型，对监测系统的暂升、暂降问题进行诊断，确定暂态问题的原因，实现电能质量暂态故障诊断；

步骤4：稳态诊断；采集电能质量监测终端产生的统计定时记录数据，根据故障方向，运用稳态诊断算法模型，实现电能质量稳态诊断；

步骤5：综合诊断；综合电能质量长时间停电诊断、暂态诊断和稳态诊断的结果，判断系统是否有故障，若有故障，输出总的诊断结论、危害程度和治理建议。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤1中，故障方向定位还包括执行以下步骤：

查询步骤：查询系统各监测点故障波形；

故障方向定位特征量提取步骤：通过提取各电能质量监测终端产生的故障波形时刻特征量，包含故障前后电压电流基波正序分量、瞬时有功及无功功率，分别计算扰动能量和增量阻抗，通过采用扰动能量法和基波增量阻抗法，判断单监测点故障方向；

故障方向定位计算步骤：结合系统参数和网络拓扑结构，综合所有监测点的计算结果，定位系统故障方向和位置。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤2中，长时间停电诊断还包括执行以下步骤：

长时间停电诊断查询步骤：查询故障监测点故障波形，获取定位的故障方向；

长时间停电诊断特征量提取步骤：提取故障波形特征量，包含电压电流基波幅值、相位、电压序分量及各次谐波分量，计算故障前后幅值及相位变化量；

长时间停电诊断判断及输出步骤：根据各类短路、绝缘故障算法模型，判断故障类型，并结合系统的故障方向，输出系统触发的短路或绝缘故障类型。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤3中，暂态诊断还包括执行以下步骤：

暂态诊断查询步骤：查询故障监测点暂态事件、故障波形，获取定位的故障方向；

暂态诊断特征量提取步骤：提取监测点故障波形的特征量，包含故障前后电压电流基波幅值、相位及各次谐波分量，计算故障前后幅值、相位变化量、故障后相间幅值及相位变化量、功率值；

暂态诊断判断及输出步骤：通过暂态故障诊断模型，结合暂态事件特征值，判断引起暂态事件的故障类型，并结合系统的故障方向，诊断监测系统触发暂态故障的具体原因。

作为本发明的进一步改进，在所述步骤4中，稳态诊断还包括依次执行以下步骤：

稳态诊断查询步骤：查询各监测点指定时间段内频率偏差、电压偏差、长时间闪变、电压波动、不平衡、谐波等参数的统计定时记录数据，计算各参数的运行最值；

稳态诊断的判断和输出步骤：结合诊断参数对应的标准限值，判断诊断参数是否越限，对于越限的参数，计算越限持续时间、越限最值触发时刻等数据，并输出详细的诊断结果。

本发明公开了一种多数据融合的电能质量故障诊断系统，包括以下单元：

故障方向定位单元：用于采集电能质量监测终端产生的故障波形，提取故障时刻特征量，结合系统参数和网络拓扑结构，定位故障方向和位置，从而实现系统故障方向定位；

长时间停电诊断单元：用于根据故障方向，运用长时间停电诊断算法模型，对监测系统的短路、绝缘等故障进行诊断，确定故障原因，实现电能质量长时间停电故障诊断；

暂态诊断单元：用于融合电压暂态事件和故障波形，根据故障方向，运用暂态诊断算法模型，对监测系统的暂升、暂降问题进行诊断，确定暂态问题的原因，实现电能质量暂态故障诊断；

稳态诊断单元：用于采集电能质量监测终端产生的统计定时记录数据，根据故障方向，运用稳态诊断算法模型，实现电能质量稳态诊断；

综合诊断单元：用于综合电能质量长时间停电、暂态和稳态诊断的结果，判断系统是否有故障，若有故障，输出总的诊断结论、危害程度和治理建议。

作为本发明的进一步改进，在所述故障方向定位单元中，还包括以下单元：

查询步骤：查询系统各监测点故障波形；

故障方向定位特征量提取单元：用于通过提取各电能质量监测终端产生的故障波形时刻特征量，包含故障前后电压电流基波正序分量、瞬时有功及无功功率，分别计算扰动能量和增量阻抗，通过采用扰动能量法和基波增量阻抗法，判断单监测点故障方向；

故障方向定位计算单元：用于结合系统参数和网络拓扑结构，综合所有监测点的计算结果，定位系统故障方向和位置。

作为本发明的进一步改进，在所述长时间停电诊断单元中还包括以下单元：

长时间停电诊断查询单元：用于查询故障监测点故障波形，获取定位的故障方向；

长时间停电诊断提取单元：用于提取故障波形特征量，包含电压电流基波幅值、相位、电压序分量及各次谐波分量，计算故障前后幅值及相位变化量；

长时间停电诊断判断及输出单元：用于根据各类短路、绝缘故障算法模型，判断故障类型，并结合系统的故障方向，输出系统触发的短路或绝缘故障类型。

作为本发明的进一步改进，在所述暂态诊断单元中，还包括以下单元：

暂态诊断查询单元：用于查询故障监测点暂态事件、故障波形，获取定位的故障方向；

暂态诊断特征量提取单元:用于提取监测点故障波形的特征量，包含故障前后电压电流基波幅值、相位及各次谐波分量，计算故障前后幅值、相位变化量、故障后相间幅值及相位变化量、功率值；

暂态诊断的判断及输出单元：用于通过暂态故障诊断模型，结合暂态事件特征值，判断引起暂态事件的故障类型，并结合系统的故障方向，诊断监测系统触发暂态故障的具体原因并输出。

作为本发明的进一步改进，在所述稳态诊断单元中，还包括以下单元：稳态诊断查询单元：用于查询各监测点指定时间段内频率偏差、电压偏差、长时间闪变、电压波动、不平衡、谐波等参数的统计定时记录数据，计算各参数的运行最值；

稳态诊断判断及输出单元：用于判断结合诊断参数对应的标准限值，判断诊断参数是否越限，对于越限的参数，计算越限持续时间、越限最值触发时刻等数据，并输出详细的诊断结果。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种多数据融合的电能质量故障诊断方法融合监测系统各电能质量终端设备产生电压暂态事件、故障波形和统计定时记录数据，提取各类数据的特征量，结合对应的诊断算法模型，对系统进行电能质量长时间停电、暂态和稳态多维度故障诊断，给出全面的诊断结论、故障危害和治理建议，从多个维度综合诊断系统的电能质量问题，为用户提供最直观的诊断结果。

附图说明

图1是本发明电能质量故障诊断系统原理框图；

图2是本发明电能质量故障诊断方法的故障方向定位流程图；

图3是本发明电能质量故障诊断方法的电能质量长时间停电诊断流程图；

图4是本发明电能质量故障诊断方法的电能质量暂态诊断流程图；

图5是本发明电能质量故障诊断方法的电能质量稳态诊断流程图；

图6是本发明电能质量故障诊断方法的电能质量故障综合诊断流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开了一种多数据融合的电能质量故障诊断方法，包括执行以下步骤：

步骤1：故障方向定位；采集电能质量监测终端产生的故障波形，提取故障时刻特征量，结合系统参数和网络拓扑结构，定位故障方向和位置，从而实现系统故障方向定位；

步骤2：长时间停电诊断；根据故障方向，运用长时间停电诊断算法模型，对监测系统的短路、绝缘等故障进行诊断，确定故障原因，实现电能质量长时间停电故障诊断；

步骤3：暂态诊断；融合电压暂态事件和故障波形，根据故障方向，运用暂态诊断算法模型，对监测系统的暂升、暂降问题进行诊断，确定暂态问题的原因，实现电能质量暂态故障诊断；

步骤4：稳态诊断；采集电能质量监测终端产生的统计定时记录数据，根据故障方向，运用稳态诊断算法模型，实现电能质量稳态诊断；

步骤5：综合诊断；综合电能质量长时间停电、暂态和稳态诊断的结果，判断系统是否有故障，若有故障，输出总的诊断结论、危害程度和治理建议。

如图2所示，在所述步骤1中，故障方向定位还包括执行以下步骤：查询步骤：查询系统各监测点故障波形；

故障方向定位特征量提取步骤：通过提取各电能质量监测终端产生的故障波形时刻特征量，包含故障前后电压电流基波正序分量、瞬时有功及无功功率，分别计算扰动能量和增量阻抗，通过采用扰动能量法和基波增量阻抗法，判断单监测点故障方向；(备注：扰动能量和基波增量阻抗法是2种互补的方法。)

故障方向定位计算步骤：结合系统参数和网络拓扑结构，综合所有监测点的计算结果，定位系统故障方向和位置。

如图3所示，在所述步骤2中，长时间停电诊断还包括执行以下步骤：长时间停电诊断查询步骤：查询故障监测点故障波形，获取定位的故障方向；

长时间停电诊断特征量提取步骤：提取故障波形特征量，包含电压电流基波幅值、相位、电压序分量及各次谐波分量，计算故障前后幅值及相位变化量；

长时间停电诊断判断及输出步骤：根据各类短路、绝缘故障算法模型，判断故障类型，并结合系统的故障方向，输出系统触发的短路或绝缘故障类型；根据故障方向，通过故障算法模型，判断系统的短路(包含单相接地、相间、相间接地和三相短路)、绝缘闪络等故障。

如图4所示，在所述步骤3中，暂态诊断还包括执行以下步骤：

暂态诊断查询步骤：查询故障监测点暂态事件、故障波形，获取定位的故障方向；

暂态诊断特征量提取步骤：提取监测点故障波形的特征量，包含故障前后电压电流基波幅值、相位及各次谐波分量，计算故障前后幅值、相位变化量、故障后相间幅值及相位变化量、功率值；

暂态诊断判断及输出步骤：通过暂态故障诊断模型，结合暂态事件特征值，判断引起暂态事件的故障类型，并结合系统的故障方向，诊断监测系统触发暂态故障的具体原因；根据电压暂态事件记录的特征值，判断暂态的严重程度；再从故障波形中提取故障特征量，包含电压、电流有效值、相位、电压序分量、谐波等，根据故障方向，运用暂态故障诊断模型，判断引起暂态故障的具体原因(包含短路、雷击、感应电机启动、变压器投运、大容量电容器投入、大负荷退出等)。

如图5所示，在所述步骤4中，稳态诊断还包括依次执行以下步骤：

稳态诊断查询步骤：查询各监测点指定时间段内频率偏差、电压偏差、长时间闪变、电压波动、不平衡、谐波等参数的统计定时记录数据，计算各参数的运行最值；即提取诊断参数的最值(包含频率偏差、电压偏差、长时间闪变、电压波动、不平衡度、谐波等)，根据诊断参数设定的标准限值，判断各参数越限情况，并给出越限持续时间、越限最值发生时刻等结果；

稳态诊断的判断和输出步骤：结合诊断参数对应的标准限值，判断诊断参数是否越限，对于越限的参数，计算越限持续时间、越限最值触发时刻等数据，并输出详细的诊断结果。

本发明公开的一种电能质量故障诊断方法，采集、融合监测系统各电能质量终端设备产生电压暂态事件、故障波形和统计定时记录数据，针对不同数据提取对应的故障特征量。首先依据多故障波形特征量，结合系统参数和网络拓扑结构，定位系统故障的方向。然后根据故障方向，运用诊断算法模型，分别进行电能质量长时间停电、暂态和稳态多维度诊断，最后综合各维度诊断的结论，给出总的诊断结果，并给出危害程度和治理建议。

本发明还公开了一种多数据融合的电能质量故障诊断系统，包括以下单元：

故障方向定位单元：用于采集电能质量监测终端产生的故障波形，提取故障时刻特征量，结合系统参数和网络拓扑结构，定位故障方向和位置，从而实现系统故障方向定位；

长时间停电诊断单元：用于根据故障方向，运用长时间停电诊断算法模型，对监测系统的短路、绝缘等故障进行诊断，确定故障原因，，实现电能质量长时间停电故障诊断；

暂态诊断单元：用于融合电压暂态事件和故障波形，根据故障方向，运用暂态诊断算法模型，对监测系统的暂升、暂降问题进行诊断，确定暂态问题的原因，实现电能质量暂态故障诊断；

稳态诊断单元：用于采集电能质量监测终端产生的统计定时记录数据，根据故障方向，运用稳态诊断算法模型，实现电能质量稳态诊断；

综合诊断单元：用于综合电能质量长时间停电、暂态和稳态诊断的结果，判断系统是否有故障，若有故障，输出总的诊断结论、危害程度和治理建议。

在所述故障方向定位单元中，还包括以下单元：

查询步骤：查询系统各监测点故障波形；

故障方向定位特征量提取单元：用于通过提取各电能质量监测终端产生的故障波形时刻特征量，包含故障前后电压电流基波正序分量、瞬时有功及无功功率，分别计算扰动能量和增量阻抗，通过采用扰动能量法和基波增量阻抗法，判断单监测点故障方向；

故障方向定位计算单元：用于结合系统参数和网络拓扑结构，综合所有监测点的计算结果，定位系统故障方向和位置。

在所述长时间停电诊断单元中还包括以下单元：

长时间停电诊断查询单元：用于查询故障监测点故障波形，获取定位的故障方向；

长时间停电诊断提取单元：提取故障波形特征量，包含电压电流基波幅值、相位、电压序分量及各次谐波分量，计算故障前后幅值及相位变化量；

长时间停电诊断判断及输出单元：用于根据各类短路、绝缘故障算法模型，判断故障类型，并结合系统的故障方向，输出系统触发的短路或绝缘故障类型。

在所述暂态诊断单元中，还包括以下单元：

暂态诊断查询单元：用于查询故障监测点暂态事件、故障波形，获取定位的故障方向；

暂态诊断特征量提取单元:用于提取监测点故障波形的特征量，包含故障前后电压电流基波幅值、相位及各次谐波分量，计算故障前后幅值、相位变化量、故障后相间幅值及相位变化量、功率值；

暂态诊断的判断及输出单元：用于通过暂态故障诊断模型，结合暂态事件特征值，判断引起暂态事件的故障类型，并结合系统的故障方向，诊断监测系统触发暂态故障的具体原因并输出。

在所述稳态诊断单元中，还包括以下单元：

稳态诊断查询单元：用于查询各监测点指定时间段内频率偏差、电压偏差、长时间闪变、电压波动、不平衡、谐波等参数的统计定时记录数据，计算各参数的运行最值；

稳态诊断判断及输出单元：用于判断结合诊断参数对应的标准限值，判断诊断参数是否越限，对于越限的参数，计算越限持续时间、越限最值触发时刻等数据，并输出详细的诊断结果。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种多数据融合的电能质量故障诊断方法融合监测系统各电能质量终端设备产生电压暂态事件、故障波形和统计定时记录数据，提取各类数据的特征量，结合对应的诊断算法模型，对系统进行电能质量长时间停电、暂态和稳态多维度故障诊断，给出全面的诊断结论、故障危害和治理建议，从多个维度综合诊断系统的电能质量问题，为用户提供最直观的诊断结果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多数据融合的电能质量故障诊断方法，其特征在于，包括执行以下步骤：

步骤1：故障方向定位；采集电能质量监测终端产生的故障波形，提取故障时刻特征量，结合系统参数和网络拓扑结构，定位故障方向和位置，从而实现系统故障方向定位；

步骤2：长时间停电诊断；根据故障方向，运用长时间停电诊断算法模型，对监测系统的短路、绝缘等故障进行诊断，确定故障原因，实现电能质量长时间停电故障诊断；

步骤3：暂态诊断；融合电压暂态事件和故障波形，根据故障方向，运用暂态诊断算法模型，对监测系统的暂升、暂降问题进行诊断，确定暂态问题的原因，实现电能质量暂态故障诊断；

步骤4：稳态诊断；采集电能质量监测终端产生的统计定时记录数据，根据故障方向，运用稳态诊断算法模型，实现电能质量稳态诊断；

步骤5：综合诊断；综合电能质量长时间停电诊断、暂态诊断和稳态诊断的结果，判断系统是否有故障，若有故障，输出总的诊断结论、危害程度和治理建议。

2.根据权利要求1所述的电能质量故障诊断方法，其特征在于,在所述步骤1中，故障方向定位还包括执行以下步骤：

查询步骤：查询系统各监测点故障波形；

故障方向定位特征量提取步骤：通过提取各电能质量监测终端产生的故障波形时刻特征量，包含故障前后电压电流基波正序分量、瞬时有功及无功功率，分别计算扰动能量和增量阻抗，通过采用扰动能量法和基波增量阻抗法，判断单监测点故障方向；

故障方向定位计算步骤：结合系统参数和网络拓扑结构，综合所有监测点的计算结果，定位系统故障方向和位置。

3.根据权利要求1所述的电能质量故障诊断方法，其特征在于,在所述步骤2中，长时间停电诊断还包括执行以下步骤：

长时间停电诊断查询步骤：查询故障监测点故障波形，获取定位的故障方向；

长时间停电诊断特征量提取步骤：提取故障波形特征量，包含电压电流基波幅值、相位、电压序分量及各次谐波分量，计算故障前后幅值及相位变化量；

长时间停电诊断判断及输出步骤：根据各类短路、绝缘故障算法模型，判断故障类型，并结合系统的故障方向，输出系统触发的短路或绝缘故障类型。

4.根据权利要求1所述的电能质量故障诊断方法，其特征在于,在所述步骤3中，暂态诊断还包括执行以下步骤：

暂态诊断查询步骤：查询故障监测点暂态事件、故障波形，获取定位的故障方向；

暂态诊断特征量提取步骤：提取监测点故障波形的特征量，包含故障前后电压电流基波幅值、相位及各次谐波分量，计算故障前后幅值、相位变化量、故障后相间幅值及相位变化量、功率值；

暂态诊断判断及输出步骤：通过暂态故障诊断模型，结合暂态事件特征值，判断引起暂态事件的故障类型，并结合系统的故障方向，诊断监测系统触发暂态故障的具体原因。

5.根据权利要求1所述的电能质量故障诊断方法，其特征在于,在所述步骤4中，稳态诊断还包括依次执行以下步骤：

稳态诊断查询步骤：查询各监测点指定时间段内频率偏差、电压偏差、长时间闪变、电压波动、不平衡、谐波等参数的统计定时记录数据，计算各参数的运行最值；

稳态诊断的判断和输出步骤：结合诊断参数对应的标准限值，判断诊断参数是否越限，对于越限的参数，计算越限持续时间、越限最值触发时刻数据，并输出详细的诊断结果。

6.一种多数据融合的电能质量故障诊断系统，其特征在于，包括以下单元：

故障方向定位单元：用于采集电能质量监测终端产生的故障波形，提取故障时刻特征量，结合系统参数和网络拓扑结构，定位故障方向和位置，从而实现系统故障方向定位；

长时间停电诊断单元：用于根据故障方向，运用长时间停电诊断算法模型，对监测系统的短路、绝缘等故障进行诊断，确定故障原因，实现电能质量长时间停电故障诊断；

暂态诊断单元：用于融合电压暂态事件和故障波形，根据故障方向，运用暂态诊断算法模型，对监测系统的暂升、暂降问题进行诊断，确定暂态问题的原因，实现电能质量暂态故障诊断；

稳态诊断单元：用于采集电能质量监测终端产生的统计定时记录数据，根据故障方向，运用稳态诊断算法模型，实现电能质量稳态诊断；

综合诊断单元：用于综合电能质量长时间停电、暂态和稳态诊断的结果，判断系统是否有故障，若有故障，输出总的诊断结论、危害程度和治理建议。

7.根据权利要求6所述的电能质量故障诊断系统，其特征在于,在所述故障方向定位单元中，还包括以下单元：

查询步骤：查询系统各监测点故障波形；

故障方向定位特征量提取单元：用于通过提取各电能质量监测终端产生的故障波形时刻特征量，包含故障前后电压电流基波正序分量、瞬时有功及无功功率，分别计算扰动能量和增量阻抗，通过采用扰动能量法和基波增量阻抗法，判断单监测点故障方向；

故障方向定位计算单元：用于结合系统参数和网络拓扑结构，综合所有监测点的计算结果，定位系统故障方向和位置。

8.根据权利要求6所述的电能质量故障诊断系统，其特征在于,在所述长时间停电诊断单元中还包括以下单元：

长时间停电诊断查询单元：用于查询故障监测点故障波形，获取定位的故障方向；

长时间停电诊断提取单元：用于提取故障波形特征量，包含电压电流基波幅值、相位、电压序分量及各次谐波分量，计算故障前后幅值及相位变化量；

长时间停电诊断判断及输出单元：用于根据各类短路、绝缘故障算法模型，判断故障类型，并结合系统的故障方向，输出系统触发的短路或绝缘故障类型。

9.根据权利要求6所述的电能质量故障诊断系统，其特征在于,在所述暂态诊断单元中，还包括以下单元：

暂态诊断查询单元：用于查询故障监测点暂态事件、故障波形，获取定位的故障方向；

暂态诊断特征量提取单元:用于提取监测点故障波形的特征量，包含故障前后电压电流基波幅值、相位及各次谐波分量，计算故障前后幅值、相位变化量、故障后相间幅值及相位变化量、功率值；

暂态诊断的判断及输出单元：用于通过暂态故障诊断模型，结合暂态事件特征值，判断引起暂态事件的故障类型，并结合系统的故障方向，诊断监测系统触发暂态故障的具体原因并输出。

10.根据权利要求6所述的电能质量故障诊断系统，其特征在于,在所述稳态诊断单元中，还包括以下单元：

稳态诊断查询单元：用于查询各监测点指定时间段内频率偏差、电压偏差、长时间闪变、电压波动、不平衡、谐波参数的统计定时记录数据，计算各参数的运行最值；

稳态诊断判断及输出单元：用于判断结合诊断参数对应的标准限值，判断诊断参数是否越限，对于越限的参数，计算越限持续时间、越限最值触发时刻等数据，并输出详细的诊断结果。

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