一種新型分布式電網故障診斷系統

李現偉

摘 要：電網故障診斷是保證電網安全運行的重要手段。針對我國目前自動化水平的具體情況，本文提出構造基于故障暫態模擬量和開關保護動作信息的故障診斷專家系統。系統分為兩部分：子站系統分析事故起因、相別、故障類型，并向主站上傳故障簡報;主站系統綜合多個子站信息，對事故情況進一步分析，并對開關和保護的動作做出評價并給出相應對策。本系統輸入信息量大，保證了故障診斷快速可靠，評價深入，可大大減輕運行人員的工作量。

關鍵詞：電力系統;故障診斷;分布式系統;專家系統;故障錄波器

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

0 引言

隨著電力系統規模不斷擴大，確保電力系統安全穩定運行已成為關鍵問題。在電力系統發生事故的情況下，正確而快速的故障診斷，對于電力系統的恢復決策，提高供電可靠性具有重要意義。

近10年來，電力系統故障診斷問題的研究在國內外受到了廣泛重視，人工智能技術已用于解決故障診斷問題.如專家系統、模糊理論、人工神經網絡、隨機優化技術和邏輯方法等。過去的研究多是利用保護動作信息和開關跳閘信息，但是保護和開關在某些情況下存在誤動，拒動以及因信道干擾發生信息丟失等諸多不確定因素，故障診斷要保證準確度和速度十分困難。隨著我國自動化水平不斷提高，投入電網的各種故障錄波器等設備越來越多，且功能也越來越先進。故障錄波裝置提供了大量的原始電氣量信息，根據這些信息可以診斷出各種復雜類型故障。充分管理和利用好這些信息，對于運行人員正確分析事故原因、及時處理事故、評價繼電保護和開關等設備的動作情況，進而提高電網運行管理水平都有很大幫助。由于目前各變電站和調度中心的通信大多采用電話撥號方式，傳輸速度慢。為了加快診斷速度，本文引入的電網故障診斷系統采用分布式結構，各子站的故障診斷系統根據本站的錄波信息初步分析故障的類型與相別，并向調度中心上傳故障簡報;調度中心的故障診斷系統根據各子站的信息綜合分析故障，并評價保護和開關的動作行為。采用分布式結構使得系統即使在數據量大大增加的情況下，也能保證診斷的快速可靠。

1 系統概述

子主站的分布，靜態、動態數據庫，數據庫對應更新，vc和clips，保護和錄波器接入量，gps對時。通信方式。

故障信息處理系統的基本構成如圖1所示。

數字式故障錄波器及保護一般都具有在一次系統發生故障時記錄下系統故障數據，并將故障信息遠傳，供故障后分析及綜合處理之用的功能。

2 子站層故障診斷

從目前的設備運行情況來看，各繼電器和故障錄波器的數據通訊都是封閉的，不對外開放。每個制造廠甚至同一制造廠的不同型號的裝置都有一套自己的通訊、分析軟件，采用不同的通訊規約和數據格式，相互間無法進行數據共享。

圖2表示了故障數據在子站系統中的流程。

外部設備指保護裝置、故障錄波器，它們產生和形成電網故障的原始數據，這些數據首先轉換成COMTRADE文件，即原始COMTRADE文件，該文件符合IEEE 91、99標準。其中既包含了故障設備的數據，也包含了非故障設備的數據。（數據格式轉換由保護裝置和故障錄波器完成，對于不能提供標準格式的裝置，子站也提供一個轉換工具，不屬于本課題研究內容，此處不述。）COMTRADE分析器能夠解析符合IEEE 91、99標準的COMTRADE文件。利用COMTRADE分析器，就可以知道任意通道、任意采樣時刻的采樣值和開關量，即采樣數據。有了上述的詳細的采樣數據，就可以利用故障分析器進行相量分析、諧波分析，判定故障類型和故障元件。根據故障分析器的分析結果，形成標準故障概況報文。既然已經得到了故障設備，就可以從原始COMTRADE文件中抽取故障設備相關的數據，再次調用COMTRADE分析器，以存儲生成符合IEEE標準的COMTRADE文件。生成了新的COMTRADE文件，這其中包含了經智能過濾后的數據，即有效的故障元件的故障數據，可以把此數據上傳到主站。

3 主站故障診斷

3.1 保護開關動作評價

當系統任一點發生故障時，與故障點有關的各變電站子站采集到故障信息，傳送到調度端進行綜合處理。為了完成使調度了解保護和開關動作行為這個任務，我們引入了專家系統的概念。專家系統能識別設備及與之相配合的保護關系，具備專門的知識庫（或叫規則庫），具有良好的用戶界面，在電網故障時可根據接收到的事件進行推理并給相應結論，能提示相關信息或指導用戶進行下一步的工作。知識庫能自動修正與積累。

專家系統原理是采用基于CLIPS開發的推理機引擎，利用事先確立的規則庫進行推理，并將推理結果存到數據庫中。

在CLIPS基礎上，我們研制了一個適合電力系統的先進的推理機引擎，并在多個項目中被成功應用。該引擎具有以下優點：

（1）推理效率高。模式匹配算法采用著名的Rete算法;（2）可無隙嵌入外部系統。構成所謂的“智能嵌入系統（Intelligent Embedded System）”;（3）同時支持前向推理、后向推理;（4）支持多種知識表示方法。如規則、框架、對象;（5）整個推理機封裝在一個DLL中，并對外提供面向對象接口。

這一部分故障信息的主要來源是有變電站子站自動上傳的故障元件的故障信息，其中大部分推理是基于故障元件的簡要信息和事件量信息，為此我們建立了三個專家知識庫――①故障診斷知識庫;②保護動作行為分析知識庫;③事故處理專家經驗庫。同時還在調度端主站建立一個完善的電網一、二次拓撲關系庫，供分析調用。希望這個過程能自動完成。圖3是推理的基本流程。

3.2 診斷結果輸出

系統根據用戶需求，對不同崗位的人員提供的故障分析信息的重點有所不同。子站值班人員需要監視本變電站的所有異常情況，當與本站有關的設備發生故障時，系統收集所有的繼電器和錄波裝置產生的故障信息，提供一個簡單的信息再現界面。電網中心調度人員要求在故障發生時盡快得到故障簡要信息，了解保護動作行為、開關跳閘情況和故障的準確定位，以幫助他們快速找到恢復系統的操作方法。電網發生故障后，系統將調度需求放在首位，在最短的時間將最有效的信息傳送給調度員，并提供有效正確的操作建議。而繼電保護技術人員則需要了解在故障過程中各套保護裝置動作的詳細過程和專門的信息，非常關心故障的電流電壓變化情況，以及各故障分量對保護裝置的影響，要求的信息量較大，但時間不像調度員那樣緊迫。系統將綜合各個子站的保護和故障錄波器上傳過來的信息，給出詳盡的故障數據報告。

面對巨大的數據量，通道速率和傳輸時間資源有限，不可能在調度端同時獲得和處理以上所有的數據，必須將數據按優先級別進行分別處理。故障信息需求的優先順序依次為：

（1）故障基本情況，拒動和誤動的保護與開關以及信道故障;（2）后備保護動作以及開關動作超時;（3）正確動作的開關和保護;（4）對不正確動作行為分析原因。

4 結語

故障數據和故障分析結果是電網運行的寶貴資料，分布式電力系統故障診斷系統提供有效的管理工具，將這些資料進行分類存儲，便于以后查詢統計。每次故障后，子站形成的故障錄波數據上傳至主站，以COMTRADE格式存儲在主站數據庫中，并與故障診斷結果和保護開關動作評價文件自動鏈接，形成完整的故障分析報告。系統對存儲在數據庫中的數據和故障分析文檔提供不同檢索方式，并可以設置統計分類依據，進行不同需求的統計。

參考文獻：

[1]張曉蕾，陳珊，馬曉麗.基于大數據的電力故障分析系統研究[J].電源技術，2016，40（11）：2245-2246.

[2]王少華.基于大數據技術的配電網診斷方法研究與實現[D].江蘇大學，2019.