基于與或樹模型的電網故障診斷方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力系統電網故障診斷領域，尤其是涉及一種基于與或樹模型的電網故障診斷方法。
【背景技術】
[0002]電力系統故障診斷是電網發生停電事故后迅速恢復供電的前提條件。在故障發生后的第一時間，保護啟動信息、保護動作信息及斷路器跳閘信息幾乎同時從本地的信號發生裝置向調度中心匯集，大量報警信息在調度端極易形成網絡擁塞。另外考慮到數據包中間經過多次路由中轉并且與SCADA、WAMS等系統共享電力通信網絡帶寬，報警信息到達故障診斷服務器時，經常出現信息缺失、畸變等情況。因此，發明一種適應于各類情況的電網故障診斷方法，進而提高故障診斷模型的容錯性，在報警信息不完善的情況下仍然能夠對故障元件進行準確判定，并對缺失的信息進行追蹤以便后期維護，是具有現實意義的。
[0003]目前電網故障診斷中面臨的主要問題是:
[0004](I)故障報警信息到達調度端時經常發生缺失的情況。在故障發生后的第一時間，保護及斷路器動作信息幾乎同時從本地的信號發生裝置向調度中心匯集，大量報警信息在調度端極易形成網絡擁塞。另外考慮到數據包中間經過多次路由中轉并且與SCADA、WAMS等系統共享電力通信網絡帶寬，因此報警信息到達故障診斷服務器時，經常出現信息缺失、畸變等情況。
[0005](2)針對報警信息缺失的情況，目前提高故障診斷模型容錯性的方法主要依靠窮舉的方式將所有可能的報警信息進行組合，然后通過優化算法與調度中心實際收集到的報警信息即期望值進行比較，從而判定故障元件及漏報的報警信息。然而隨著電網的不斷擴大以及雙重化保護的配置，報警信息的組合數量急劇增加，導致該方法收斂性差且復雜度較高。
[0006]另一方面，許多被傳統故障診斷算法所忽略的數據也能夠為故障元件的判定提供有價值的信息，例如電網拓撲以及保護啟動信息。其中，電網拓撲能夠將可疑故障元件與斷路器及保護串連起來，形成一個完整的診斷模型；而保護啟動信息可以在保護出口信息丟失的情況下為提供故障元件的判定提供可靠的依據。
【發明內容】
[0007]為解決上述問題，本發明提供了一種基于與或樹模型的電網故障診斷方法。
[0008]本發明采用如下技術方案:
[0009]一種基于與或樹模型的電網故障診斷方法，包括以下步驟:
[0010]步驟(I):采集電網中斷路器跳閘信息形成停電區域；
[0011]步驟(2):選定停電區域內的一個元件為可疑故障元件，對其進行廣度優先遍歷運算形成遍歷生成樹；
[0012]步驟(3):建立停電區域內的可疑故障元件的與或樹故障診斷模型；
[0013]步驟(4):采集斷路器故障信息，并將采集到故障信息代入可疑故障元件的與或樹故障診斷模型，若該與或樹模型可解，則可判定為故障元件，否則不是故障元件；重復上述步驟直至找到故障元件；
[0014]步驟(5):根據與或樹診斷模型中的保護啟動節點、保護動作節點和斷路器動作節點的位置分布情況，與正確動作的與或樹模型相對比，對故障診斷結果進行事故后評價分析，確定保護的誤動和拒動情況，以及丟失的報警信息。
[0015]所述步驟(I)斷路器通過隔離故障元件對電網進行保護，所述保護情況包括:保護動作和斷路器跳閘；根據斷路器與故障元件的距離，保護分為:主保護，近后備保護和遠后備保護。
[0016]所述步驟(2)中形成遍歷生成樹的過程為:
[0017]步驟(2.1):設定遍歷出發點為可疑故障元件，搜索分支停止的條件為搜索到電源或負載節點；
[0018]步驟(2.2):將步驟(2.1)遍歷經過的頂點以及邊，按照由上到下的順序重新組合，形成以可疑故障元件為根節點的樹形結構；
[0019]步驟(2.3):在電網拓撲中，除可疑故障元件外，只保留與故障元件的發生因果關系的斷路器，簡化步驟(2.2)形成的樹形結構；
[0020]步驟(2.4):可疑故障元件，及與可疑故障元件距離最近的斷路器均位置不變，所述可疑故障元件距離最近的斷路器分別為左子樹和右子樹的根節點；
[0021]步驟(2.5):前移步驟(2.3)化簡的樹形結構中的其余斷路器，將其分別作為其所在左子樹或右子樹的根節點的下級子樹，形成最終的遍歷生成樹。
[0022]所述步驟(3)中可疑故障元件的與或樹診斷模型的生成方法為:
[0023]用并行的保護-斷路器二元與樹以及后備保護-斷路器失靈保護的或樹模型代替步驟(2)中的遍歷生成樹中的斷路器節點，得到可疑故障元件的與或樹故障診斷模型。
[0024]所述步驟(3)中的保護-斷路器二元與樹的生成過程為:
[0025]根據保護與斷路器在配置上存在動作前后的邏輯關系，將電網中的保護動作和保護啟動信息作為左子樹的根節點的下級子樹，且保護動作信息與保護啟動信息是與的邏輯關系；保護關聯斷路器作為右子樹的根節點的下級子樹，所述保護關聯斷路器之間也是與的邏輯關系。
[0026]所述步驟(3)中的后備保護-斷路器失靈保護的或樹的生成過程為:
[0027]當電網中出現保護或斷路器拒動的情況，后備保護或者斷路器失靈保護會跳開遠端斷路器切斷故障電流，此時后備保護-斷路器二元與樹和斷路器失靈保護-斷路器二元與樹組合成一棵或樹，得到后備保護-斷路器失靈保護的或樹。
[0028]所述步驟(4)中的斷路器故障，包括:保護及斷路器正確動作；斷路器失靈保護未投入運行；斷路器失靈保護投入運行；及保護拒動。
[0029]所述步驟(4)中的斷路器故障信息，包括:跳閘信息、保護啟動信息和保護動作信息。
[0030]本發明的有益效果為:
[0031](I)本發明在傳統診斷模型的基礎上加入了電網拓撲元素以及保護啟動信息，形成了對電網故障元件的與或樹診斷模型；
[0032](2)本發明的診斷模型包含電網拓撲、保護啟動信息、保護動作信息以及斷路器跳閘信息，相對于傳統診斷模型，包含的數據量更加豐富，有良好的信息冗余功能；
[0033](3)本發明的與或樹模型基于電網拓撲且對結果有可解釋性，因此該模型具有更好的通用性，分析結果可輔助運行人員建立及時有效的電網故障修復策略，提高電網的供電可靠性。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明所用的電網示例圖；
[0035]圖2(a)為本發明所用的電網示例圖的線路LI的遍歷生成樹模型；
[0036]圖2(b)為本發明的遍歷生成樹經過剪枝處理后模型；
[0037]圖2(c)為本發明除可疑故障元件外只保留斷路器節點簡化后的遍歷生成樹模型；
[0038]圖2(d)為本發明的最終的遍歷生成樹；
[0039]圖3 (a)為保護-斷路器二元與樹；
[0040]圖3 (b)為后備保護-斷路器失靈保護的或樹模型；
[0041]圖4為針對可疑故障元件形成的與或樹診斷模型；
[0042]圖5 (a)為保護及斷路器正確動作情況下與或樹診斷模型的解法；
[0043]圖5 (b)為斷路器失靈保護未投入運行情況下與或樹診斷模型的解法；
[0044]圖5 (C)為斷路器失靈保護投入運行情況下與或樹診斷模型的解法；
[0045]圖5(d)為保護拒動情況下與或樹診斷模型的解法。
【具體實施方式】
[0046]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0047]本發明的工作原理:
[0048]首先通過斷路器跳閘信息對電網拓撲進行分析，劃定停電區域；由于故障元件一定會在停電區域內，因此可將停電區域內的元件視為可疑故障元件；然后，對每一個可疑故障元件建立與或樹診斷模型，并將收集到的斷路器跳閘信息、保護啟動信息和保護動作信息代入到該模型，若該模型可解，則為故障元件。
[0049]圖1中，線路LI兩邊配置兩個主保護P1、P2。若線路LI發生故障，故障電流觸發保護P1、P2，進而使斷路器CBl和CB2跳閘。
[0050]圖2所示是得到線路LI遍歷生成樹的步驟為:
[0051]I)由于故障電流方向是從電源到故障元件，因此本發明將遍歷出發點設定為可疑故障元件，搜索分支停止的條件為搜索到電源或負載節點。
[0052]2)將遍歷經過的頂點以及邊，按照由上到下的順序重新組合，形成的樹形結構，本發明定義為遍歷生成樹。據此定義，圖1中LI的遍歷生成樹如圖2(a)所示。若遠后備保護的整定范圍為N條線路，則當電網中的元件發生故障，沿其遍歷生成樹各分支向下搜索，N條線路之內的線路保護均會發出啟動信息，N條線路之外的樹枝可做剪枝處理。圖2(a)所