基于數據挖掘的廣域繼電保護故障定位技術優化

關鍵詞：數據挖掘；廣域繼電保護；故障定位；粗糙集；遺傳算法

中圖分類號：TM77；TP277 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0178-05

隨著人工智能、計算機及電子技術的發展，社會用電需求與日俱增，電網結構逐漸趨于復雜化，隨之產生的電網運行安全問題也被廣泛關注[1-2]。當電網出現故障時，需要及時確定故障點位置并迅速消除故障，以免因電網故障導致設備損壞或發生大面積停電事故。繼電保護能夠檢測電網故障及異常情況，考慮到電網結構的復雜性，采用廣域繼電保護對復雜電網進行故障定位并保護[3-4]。由于電網中信息數據量極大，如何從眾多信息數據中精準且快速地找出故障信息成為相關人員的研究重點[5]，如提出將時序網絡與深度學習相融合，確定變電站繼電保護故障位置[6]；在故障樹與貝葉斯網絡的基礎上搜索故障信息，對繼電保護系統進行故障定位[7]；以上2種方法都能夠對電網中單獨出現的故障點進行精準定位，但不適用于電網中同時出現多個故障點時的搜索及定位。本文提出基于數據挖掘的廣域繼電保護故障定位方法，對采集到的全部電網信息數據進行粗糙集屬性約簡，得到初步的廣域繼電保護決策表，并采用遺傳算法對其進行優化，通過優化后的最終決策表對廣域繼電保護故障位置進行定位。

1廣域繼電保護的故障定位

1.1廣域繼電保護結構

利用變電站區域集中模式作為廣域繼電保護的結構，該模式結合集中式與分布式的結構優點。廣域繼電保護的結構由廣域決策系統處理單元、路由器、廣域網、中央處理器、變電站內局域網與主動分配網絡的智能電子裝置（IED）組成，總體結構如圖1所示。

圖1中，利用變電站IED采集變電站Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的元件開關狀態量、模擬量以及線路的全部數據，并將采集到的數據通過變電站內局域網傳輸至中央處理器，中央處理器接收到各變電站的元件及線路數據后，依據故障特征對其進行粗糙集屬性約簡的數據挖掘，挖掘出故障決策表后，通過廣域網將故障決策表統一傳輸至廣域決策系統處理單元，在處理單元內進行保護算法運算，判別故障位置選取相應的斷路器對其進行跳閘處理，完成廣域繼電保護故障定位。

1.2基于粗糙集屬性約簡的故障數據挖掘

粗糙集理論被廣泛應用于數據挖掘與處理方面[8-9]。在對海量原始數據進行挖掘時，若待挖掘數據無明顯特征且存在具體信息、數據屬性模糊不清問題，此時粗糙集理論依據數據模糊屬性特征集，通過等價關系劃分數據特征近似域，分析數據特征并提取所需數據[10-11]。在廣域繼電保護總體結構中，設置由各變電站IED采集的元件開關狀態量、模擬量以及線路的全部運行數據為一個粗糙集信息系統S，該信息系統的表達式為：

2驗證結果分析

為了驗證所研究基于數據挖掘的廣域繼電保護故障定位方法對廣域繼電保護的故障定位性能，將該方法應用于某110kV變電站中。該變電站中設置了廣域繼電保護結構，實現變電站的繼電保護。該變電站的設備相關參數如表1所示。

本文方法采用數據挖掘技術中的粗糙集算法對廣域繼電保護實施故障定位的決策約簡，利用決策約簡獲取的決策屬性作為廣域繼電保護的故障定位決策集[16-17]。廣域繼電保護故障定位的條件集合和故障集合設置如表2所示。

依據表2的廣域繼電保護故障定位條件集合以及故障集合，計算廣域繼電保護故障定位的故障集合與條件集合的互信息。依據廣域繼電保護故障定位的故障集合以及條件集合的互信息結果，構建廣域繼電保護故障定位決策表，結合決策約簡處理獲取廣域繼電保護的最終故障定位決策，用于完成故障定位。

統計采用本文方法對變電站于2019-10-11～2019-10-18運行過程中的廣域繼電保護故障定位，廣域繼電保護故障定位結果如表3所示。

由表3可以看出，采用本文方法可以有效檢測廣域繼電保護故障，定位廣域繼電保護故障位置。其中故障位置6的故障類型為三相短路故障，結合表2數據可知該故障的產生導致三相電流夾角由180°變為120°，經本文方法定位獲取故障定位結果為高壓側三相出線至端子排出現短路。依據該故障定位結果廣域繼電保護可及時給予相應保護措施，保障變電站運行安全。

對比本文方法定位獲取上述10個廣域繼電保護故障點的故障位置與實際故障位置結果，分析本文方法的故障定位效果，結果如圖2所示。

由圖2可以看出，采用本文方法對廣域繼電保護的10個故障點進行定位，本文方法的廣域繼電保護故障定位結果與實際故障結果極為接近。實驗結果驗證本文方法具有較高的廣域繼電保護故障定位性能。本文方法可以有效定位廣域繼電保護故障中的故障，故障點定位精準，有助于變電站安全運行。

統計采用本文方法對廣域繼電保護的A相斷路、C相斷路、三相短路以及BC相接地短路4種故障進行定位的定位誤差，統計結果如圖3所示。

由圖3可以看出，采用本文方法對廣域繼電保護故障進行定位，不同類型的繼電保護故障定位誤差均低于0.5%，驗證采用本文方法定位廣域繼電保護故障，定位精度較高。本文方法可以精準定位不同類型的廣域繼電保護故障，提升變電站運行可靠性。綜合上述實驗結果可知，本文方法可以實現廣域繼電保護的故障定位，將該方法應用于變電站的廣域繼電保護中，繼電保護管理員可以依據廣域繼電保護故障定位結果，及時制定故障維修策略，提升變電站廣域繼電保護性能[18-20]。

3結語

數據挖掘技術可以高效分析海量電力數據中包含的冗余數據，利用數據挖掘結果實現廣域繼電保護故障的精準定位。本文利用數據挖掘技術中的粗糙集算法實現故障定位決策表的約簡，快速獲取最佳故障定位決策約簡結果，利用數據挖掘技術獲取的屬性約簡結果，建立可以實現廣域繼電保護故障定位的決策表。廣域繼電保護故障定位結果，有助于繼電保護管理員及時分析廣域繼電保護的故障情況，精準定位故障點，提升管理員對廣域繼電保護的處理效率，保障電力系統安全可靠運行。