配電網故障信息提取方法

聶志芳 劉春玲

（遼寧工業大學 遼寧省錦州市 121001）

配電網的自動化發展為故障信息獲取創造了條件。當配電網出現故障時，數據龐大且繁雜，由于存在誤報、漏報情況，使故障數據分析難度加大。因此如何對大量且復雜的開關量故障數據進行提取，成為提供配電網故障診斷判據的關鍵一步。本文主要對SCAD系統中收集到的開關量進行信息提取，并考慮誤報、漏報信息，保證準確性。配電網故障所需定義的變量包括：故障元件動作情況(S)；保護和斷路器動作情況(P、B)以及是否發生誤動或者拒動情況(M,R)。

1 基于改進粗糙集理論的開關量信息約簡

在信息提取中，屬性集約簡是非常重要的一環，本文采取差別矩陣求解核屬性，經過改進的差別矩陣M(I)中的元素可通過決策表IS 中的元素比較得出，IS 中包括論域U，條件屬性C，決策屬性D 等。M(I)中的元素可定義為：

2 基于推理鏈的貝葉斯網絡構建

2.1 疑似故障元件的判定

為減少診斷的時間，本文先對故障區域內元件進行預判。假設預判值為V，動作系數ω，保護、斷路器動作情況h，得：V=∑ω×h，當V 大于閾值Vth(1.6)后，可判斷為疑似故障線路。當主保護及相應的斷路器動作即可將母線視為疑似故障元件。

2.2 原始推理鏈的構造

推理鏈中的節點滿足因果與時序聯系，本文依據正序原則，由故障信息推算保護、斷路器動作與否。首先將故障信息分為：保護和斷路器集合(A)，獨立的保護動作集合(Ap)，獨立的斷路器動作集合(Ab)。對每個疑似故障元件，將其放在鏈首的位置，再根據相對應的保護配置關系將后續動作添加到推理鏈中，完成推理鏈的構建。

2.3 原始推理鏈的修正

從報警數據集合U 中挑選出與疑似故障元件S 相關聯的動作集合，合成US。信息識別過程如圖1、2所示，其中，m 為TCi中元素的個數，n 為MCi中元素的個數。

圖1：誤報信息檢測流程

2.4 推理鏈節點可信度計算

圖2：漏報信息檢測流程

2.5 基于推理鏈的貝葉斯網絡構建

3 基于粗糙集和貝葉斯網絡的配電網故障開關量信息提取

配電網故障下，基于粗糙集與貝葉斯網絡的開關量故障信息提取流程如下：

（1）根據SCADA 系統獲取故障的保護配置數據，然后進行等價篩選；

（2）構建決策表后以此建立差別矩陣，根據分辨矩陣進行約簡得出最佳約簡集合；

（3）確定故障區域后進行元件預判，由此建立推理鏈并修正；

（4）計算保護、斷路器信任度值，建立貝葉斯網絡；

（5）以反向推理為依據推算出元件故障概率，進行故障提取以及判定。

4 算例分析

在圖3 電網系統中生成的故障為：母線B7 出現故障，B7 主保護啟動，動斷路器CB40、CB34、CB35 動作，線路L7 與L5 相應的遠后備保護啟動，CB29 和CB19 動作，同時CB33 拒動，CB20誤動，并且CB31 發生時標錯誤。

圖3：某電網結構示意圖

表1：各類保護以及斷路器動作狀態可信度

調取調度中心故障數據，可知動作的有：母線B7 主保護、線路L7 在B5 側與L5 在B3 側的遠后備保護；動作的斷路器有：CB19、CB20、CB29-31、CB34-35、CB40。

本算例的報警數據分為：A={{B7 主保護啟動，CB40，CB34，CB35 動作}，{L7 遠后備保護啟動，CB29 動作}，{L5 遠后備保護啟動，CB19 動作}}；Ap為空集；Ab={CB20、CB31 動作}。網絡結線分析后可確定區域內包括母線B7、B8，線路L5、L6、L7。報警信息集合為U(B7)、U(B8)、U(L5)、U(L6)、U(L7)，由于數據中包含B7 的主保護及斷路器動作數據，則B7 可歸為疑似故障母線；B8 的先前預判值為：L7 遠后備保護*0.5+CB29*0.5+L5 遠后備保護*0.5+CB19*0.5+CB20*0.5+CB31*0.5=3，該值小于5.5，則B8 是正常母線。同理可判斷其余線路：L5、L7 正常，L6 故障。建立母線B7 的推理鏈并進行修正，此處分析可能錯誤的數據為CB20、CB31。經分析判斷CB20 為錯誤信息，CB31 為真實信息。改正后的推理鏈如圖4所示。

圖4：母線B7 修正后的推理鏈示意圖

B7 中各節點動作可信度值計算過程：[B7 主保護*0.95+0.45，CB34*0.95+0.45，CB35*0.95+0.45，CB40*0.95+0.45；L7 遠 后 備保護*0.85+0.45，CB29*0.95+0.45；L5 遠后備保護*0.85+0.45，CB19*0.95+0.45；CB31*0.9+0]。由貝葉斯反向推理所得得B7 故障概率超過99.9%。同理可計算L6 的故障概率為0，診斷結果如表2所示。

表2：本算例的診斷結果

5 結語

本文對開關量信息加以提取，對于歷史數據，采用粗糙集構建差別矩陣，并對屬性進行性約簡得到結果，根據配電網絡中保護和斷路器因果關系構造推理鏈并進行修正，計算保護和斷路器動作可信度后建立貝葉斯網絡模型，完成配電網基于開關量信息的提取。本文方法在現有信息不完備的情況下，仍能保證準確性。