專利名稱：一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法
技術領域：
本發明涉及一種變電站故障診斷判斷方法，尤其涉及一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法。
背景技術：
變電站作為電力系統中輸配電的重要樞紐，其故障診斷與事故處理對提高電力系統安全可靠性、預防惡性停電事故具有重要意義。變電站智能化之后，其二次系統結構和形態與常規變電站相比發生革命性變化，常規變電站中二次回路采用硬接線，這種物理接線與變電站的功能配置以及功能之間信息或信號的輸入輸出存在一一對應的映射關系，因此具有物理實體的二次接線是常規變電站二次系統的表現形式，通過二次接線的檢測可以監測和分析變電站故障。智能變電站二次系統則表現為物理的通信網絡承載功能邏輯信號，常規二次回路變為通信網絡，信號之間的連接變為虛擬端子和虛擬回路。網絡物理拓撲與功能信息及信號的輸入輸出之間不再存在一一對應關系，基于二次電氣回路的故障檢測和分析方法完全無法應用于智能變電站，導致對智能變電站故障檢測和分析等業務很難開展。由此可見，智能變電站二次系統結構的變化及其對管理和維護手段的自動化和智能化要求提高，傳統的故障診斷和評估方法在診斷深度和診斷方法上已不能滿足變電站智能化運行的需求。但同時二次系統網絡化也為實現更加高效、全面、深入的變電站故障診斷和評估方法提供了機會和實現手段。現有的變電站輸變電設備故障診斷模型大多僅涉及一次系統的故障元件定位，二次系統故障診斷鮮有涉及，且利用智能變電站一次系統、二次系統網絡拓撲及邏輯關聯相結合方法進行故障診斷推理，至今尚未形成系統理論。
發明內容
本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種智能變電站故障診斷判斷方法，它具有過程簡單、快速實用，為智能變電站故障診斷奠定良好基礎的優點。為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法，具體步驟為步驟一將一次設備、二次裝置、網絡設備中的各個元件分別映射為節點，形成反映智能變電站物理拓撲連接的無向
圖1 ;步驟二 在無向圖1中查找所有節點數為3及以上的團，并將其分別等效替換成一個團節點，替換后形成無向圖1I ；步驟三對無向圖1I從任一起點開始廣度優先搜索，途中按節點及團節點搜索的先后順序進行連接形成有向弧；步驟四搜索的終點為電源、負載饋線及網絡葉節點設備，搜索完成后生成連接樹T ；步驟五對連接樹T中的團節點按照其三邊訪問的先后順序，生成原團的連接樹，將團節點進行替換，最終形成連接樹II;步驟六將連接樹II描述的一次設備、二次裝置及其物理連接關系，映射到Petri網中，形成各自的庫所，同時形成故障診斷的Petri網模型；步驟七形成故障診斷的Petri網模型后，Petri網故障診斷模型按照收到的保護動作信息、斷路器動作信息和相關節點電流電壓采樣值，將此信息以托肯的形式布入相關的繼電保護裝置及斷路器庫所；步驟八定義延展系數、躍遷函數及轉移函數；步驟八在托肯躍遷的診斷過程中，通過延展系數、躍遷函數、轉移函數來配合Petri網的邏輯推理，得到最終的故障診斷結果，定位故障的一次設備。所述步驟二中的團為變電站內部存在3/2接線等復雜一次接線方式時，抑或通信網絡存在雙環網等復雜拓撲時，在關聯圖中將表現為的環形子圖，將這種環形子圖用“團”結構表示，“團結構”定義為在無向圖1IG(V，E)中存在的頂點子集1/^頂點集合V，頂點子集V’中含有的元素個數I V I =正整數J且在V’中任意兩頂點都有G (V，E)中的邊關聯E，“團”用于將復雜的環結構解耦為輻射狀樹形結構。所述步驟六中所述Petri網是通過一個四元組(S(t), Tt, F, Mtl)描述一個動態邏輯網，其中S(t)的元素稱為庫所，庫所表示相應元件的初始或可能存在的中間狀態；Tt的元素稱為變遷，變遷表示欲使庫所中布入托肯所滿足的條件，系統的動態行為通過托肯在庫所匯總的分布變化來反映，而托肯數目的變化是通過變遷的觸發實現的；F描述Petri網的流關系，通過有向邊表示；向量M0表示Petri網的初始標識,初始標識即有托肯的相應庫所對應元素所組成的向量。所述步驟六的具體步驟為(6-1)將連接樹映射到Petri網時，將一次設備、二次繼電保護裝置及其邏輯信息號映射為Petri網中的庫所，在圖中用圓圈表示；(6-2)庫所根據連接樹描述的拓撲關系和保護在整定時間上的配合關系進行優先級排序；當某個庫所有托肯時，表示該分支方向上的保護最終動作，對于每一個分支，均是按照保護、斷路器在時空方向上的邏輯配合來實現庫所和變遷配置，形成故障診斷的Petri網模型。(6-3)在圖形上，庫所S(t)用圓圈表示，變遷Tt用豎線表示，流關系用帶箭頭的弧表示，托肯用庫所中的小黑點表示。所述步驟八中的延展系數在診斷過程中，為了在繼電保護裝置整定原則或電網的運行方式發生變化時，能夠動態的表示繼電保護裝置與一次設備的關聯情況，將繼電保護保護裝置的保護范圍量化為一個常數n，常數η為延展系數；所述躍遷函數為了計算不同優先級保護或存在配合邏輯的保護在Petri網每一條分支上動作的可信度，定義一個躍遷函數，躍遷函數以單個繼電保護裝置和一次設備的置信度作為變量，躍遷函數的定義如式(I)
權利要求
1.一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法，其特征是，具體步驟為 步驟一將一次設備、二次裝置、網絡設備中各個元件映射為節點，形成反映智能變電站物理拓撲連接的無向圖1; 步驟二 在無向圖1中的所有復雜環結構解環，查找所有節點數為3的團，并將其分別等效替換成一個團節點，替換后形成無向圖1I ; 步驟三對無向圖1I從任一起點開始廣度優先搜索，途中按節點及團節點搜索的先后順序進行連接形成有向弧； 步驟四搜索的終點為電源、負載饋線及網絡葉節點設備，搜索完成后生成連接樹T ; 步驟五對連接樹T中的團節點按照其三邊訪問的先后順序，生成原團的連接樹，將團節點進行替換，最終形成連接樹II ; 步驟六將連接樹II描述的一次設備、二次裝置的物理連接關系，映射到Petri網中，形成故障診斷的Petri網模型； 步驟七形成故障診斷的Petri網模型后，Petri網故障診斷模型按照收到的保護動作信息、斷路器動作信息和相關節點電流電壓采樣值，將此信息以托肯的形式布入相關的繼電保護裝置及斷路器庫所； 步驟八定義延展系數、躍遷函數及轉移函數； 步驟九在托肯躍遷的診斷過程中，通過延展系數、躍遷函數、轉移函數來配合Petri網的邏輯推理，得到最終的故障診斷結果，定位故障的一次設備。
2.如權利要求1所述一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法，其特征是，所述步驟二中的團為變電站內部存在3/2接線等復雜一次接線方式時，抑或通信網絡存在雙環網等復雜拓撲時，在關聯圖中將表現為的環形子圖，將這種環形子圖用“團”結構表示，定義為在無向圖1IG(V，E)中存在的頂點子集頂點集合V，頂點子集元素個數IV’ I=正整數J且在頂點子集V’中任意兩頂點都有G(V，E)中的邊關聯E，“團”用于將復雜的環結構解耦為輻射狀樹形結構。
3.如權利要求1所述一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法，其特征是，所述步驟六中所述Petri網是通過一個四元組(S(t) ,TpFjtl)描述一個動態邏輯網，其中S(t)的元素稱為庫所，庫所表示相應元件的初始或可能存在的中間狀態；Tt的元素稱為變遷，變遷表示欲使庫所中布入托肯所滿足的條件，系統的動態行為通過托肯在庫所匯總的分布變化來反映，而托肯數目的變化是通過變遷的觸發實現的；F描述Petri網的流關系，通過有向邊表示；向量M0表示Petri網的初始標識,初始標識即有托肯的相應庫所對應元素所組成的向量。
4.如權利要求1所述一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法，其特征是，所述步驟六的具體步驟為 (6-1)將連接樹映射到Petri網時，將一次設備、二次繼電保護裝置及其邏輯信息號映射為Petri網中的庫所，在圖中用圓圈表示； (6-2)庫所根據連接樹描述的拓撲關系和保護在整定時間上的配合關系進行優先級排序；當某個庫所有托肯時，表示該分支方向上的保護最終動作，對于每一個分支，均是按照保護、斷路器在時空方向上的邏輯配合來實現庫所和變遷配置，形成故障診斷的Petri網模型。
(6-3)在圖形上，庫所S(t)用圓圈表示，變遷Tt用豎線表示，流關系用帶箭頭的弧表示，托肯用庫所中的小黑點表示。
5.如權利要求1所述一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法，其特征是，所述步驟八中的延展系數在診斷過程中，為了在繼電保護裝置整定原則或電網的運行方式發生變化時，能夠動態的表示繼電保護裝置與一次設備的關聯情況，將繼電保護保護裝置的保護范圍量化為一個常數n，常數n為延展系數。
6.如權利要求1所述一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法，其特征是，所述步驟八中的躍遷函數為了計算不同優先級保護或存在配合邏輯的保護在Petri網每一條分支上動作的可信度，定義一個躍遷函數，躍遷函數以單個繼電保護裝置和一次設備的置信度作為變量，躍遷函數的定義如式(I)
7.如權利要求1所述一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法，其特征是，所述轉移函數包括邏輯信號轉移函數和故障元件轉移函數，在診斷過程中，變電站的邏輯配合會出現以下情況某個繼電保護裝置的邏輯輸出需要多個裝置的邏輯輸入決定；多套繼電保護裝置共同作用，切除故障元件；這種知識在Petri網中表現為躍遷具有多個同類庫所托肯輸入，定義轉移函數。
8.如權利要求7所述一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法，其特征是，所述轉移函數包括邏輯信號轉移函數和故障元件轉移函數； 所述邏輯信號轉移函數
全文摘要
本發明公開了一種結合拓撲與繼電保護邏輯的智能變電站故障診斷方法，分析了智能變電站一次系統、二次系統的網絡拓撲建模過程，提出將所有節點數為3的團等效替換成一個團節點，將無向圖進行簡化處理的方法，提出了根據延展系數、躍遷函數、轉移函數配合Petri網理論的邏輯推理方法，以整個智能變電站系統為整體，研究一次系統和二次系統的邏輯關聯，通過二者之間的邏輯關聯進行故障診斷推理過程，在智能變電站故障診斷推理中應用本發明，網絡拓撲建構及搜索過程簡單、高效快速，故障診斷過程實用、結果準確，可為智能變電站故障診斷等工作奠定良好基礎。
文檔編號G06N5/04GK103020713SQ201210470078
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者高湛軍, 陳青, 聶德楨, 王磊 申請人:山東大學