一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法，包括以下步骤：首先基于态势感知进行配电网各节点设备的静态故障诊断，通过从电力系统获取电网基础数据，综合判断故障信息验证判定结果；然后基于态势感知进行故障时刻设备状态变化诊断，对多节点故障设备即时招测故障时刻电流计算跳变信息，分析状态变化，对单一设备故障诊断进行正确性校验；最后基于态势感知综合分析配电网设备故障间关系，根据电网拓扑对各节点故障进行事件关联性诊断，合并关联故障，通过上下游设备故障相互校验准确性。

权利要求

1.一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：基于态势感知进行配电网各节点设备的静态故障诊断，通过从电力系统获取电网基础数据，综合判断故障信息验证判定结果；

S2：基于态势感知进行故障时刻设备状态变化诊断，对多节点故障设备即时招测故障时刻电流计算跳变信息，分析状态变化，对单一设备故障诊断进行正确性校验；

S3：基于态势感知综合分析配电网设备故障间关系，根据电网拓扑对各节点故障进行事件关联性诊断，合并关联故障，通过上下游设备故障相互校验准确性；

其中，步骤S1所述电力系统包括EMS系统、DMS系统、计量自动化系统、GIS系统；

步骤S1所述电网基础数据包括电网模型信息、设备遥信遥测信息、电网方式转换业务信息；

其中电网模型信息包括子控区、出线开关、故障指示器、配网变电器、厂区、馈线、负荷开关、量测、间隔、支线、断路器、拓扑；

设备遥信遥测信息包括开关状态、保护信号、设备电流；

电网方式转换业务信息包括站内挂牌信息、配网计划停电信息、配网临时转供信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法，其特征在于，步骤S1所述配电网各节点设备静态故障诊断包括：

1)全站失压、母线失压直接获取EMS主站判定失压复电结果；

2)变电站出线开关、馈线干/支线断路器获取EMS、DMS主站保护动作、开关变位信号进行瞬时/永久故障诊断；保护动作主要有零序动作、速断动作、过流动作、接地动作、保护动作、事故总和，开关变位信息为重合闸、分闸、合闸信号；保护动作用作故障类型诊断，开关变位信息用做故障结果分析，若只有分闸信号则输出保护动作类永久故障，若有重合闸、一次分闸、一次合闸则输出保护动作重合成功类瞬时故障，若有重合闸、两次分闸、一次合闸则输出保护动作重合不成功类永久故障；瞬时故障招测开关状态应为合闸，永久故障招测开关状态应为分闸；

3)馈线干/支线负荷开关获取DMS主站分闸、合闸、及闭锁信号进行分、合、故障隔离诊断；

4)故障指示器获取DMS主站故障类型进行故障动作诊断；

5)配变获取计量自动化系统停复电缺相告警进行失压、缺相复电诊断。

3.根据权利要求1所述的一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法，其特征在于，步骤S2包括以下步骤：S2.1：连续取故障时刻前后5分钟实时三相电流曲线，计算每隔10秒前后各相电流的跳变率；其中取30个跳变率中最大值，若大于20％或等于100％则分别诊断为设备电流跳变、电流归零，否则诊断为无跳变；

S2.2：若故障设备诊断为电流归零则通过校验，或无跳变则检验不能通过。

4.根据权利要求1所述的一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：S3.1：首先根据上游自动化开关故障状态，校验配变停复电信息，永久故障设备下游配变应全部失压，瞬时故障设备下游配变应短时停复电，上游配网自动化设备无故障但配变有失压缺相时，根据电网拓扑由配变反推出变电站出线开关或断路器故障跳闸信息，并补充至树型分组中；

S3.2：从根节点以广度遍历算法寻找自动化开关，包含变电出线开关或干支线断路器；

S3.3：以步骤S3.2中自动化开关为起点运用深度遍历算法寻找第一个永久故障的自动化开关或负荷开关或配变，故障点为第一个永久故障的自动化开关或负荷开关或配变、或第一个永久故障的自动化开关或负荷开关或配变的下游最接近负荷侧的故障指示器后侧；

S3.4：若步骤S3.3中无法找到永久故障设备，则故障点为步骤S3.2中自动化开关或自动化开关下游最接近负荷侧的故障指示器后侧，并且处于无告警动作的故障指示器的前侧。

说明书

一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统的故障诊断领域，更具体地，涉及一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法。

背景技术

[0002] 随着配电网设备装备水平的提高及监控自动化技术的发展与应用，配电网接入大量FTU、DTU、故障指示器等自动化设备，加之主网母线、变电站出线开关以及计量自动化系统配变终端等设备，接入配电自动化系统主站的信息量随之剧增。目前主流的主站普遍存在的问题是，采集到的设备运行数据全部按时间顺序显示，未加有效的分层或判断处理，且以离散的方式推送至告警窗，一旦发生事故，就会产生大量的相关告警信息。这种传统的配电网告警，信息量大、信息类型复杂、无分析推理过程，调度员难以分析出当前配电网运行中发生的重要事件，从而影响了事故处理效率。

[0003] 部分主站高级应用可以基于单一自动化设备的保护动作及开关变位信息实现开关的跳闸诊断，但是其主要缺点是：1)由于目前二次系统信号延时或误报，特别是计量自动化系统的配变终端的告警信号问题，造成故障诊断误诊较高；2)不能处理单一故障引起的变电站出线开关、支线断路器、支线负荷开关、支线故障指示器、配变终端的级联告警。

发明内容

[0004] 本发明的目的是解决上述一种或多种不足，提出一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法。

[0005] 为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

[0006] 一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法，包括以下步骤：

[0007] S1：基于态势感知进行配电网各节点设备的静态故障诊断，通过从电力系统获取电网基础数据，综合判断故障信息验证判定结果；

[0008] S2：基于态势感知进行故障时刻设备状态变化诊断，对多节点故障设备即时招测故障时刻电流计算跳变信息，分析状态变化，对单一设备故障诊断进行正确性校验；

[0009] S3：基于态势感知综合分析配电网设备故障间关系，根据电网拓扑对各节点故障进行事件关联性诊断，合并关联故障，通过上下游设备故障相互校验准确性。

[0010] 步骤S1所述电力系统包括EMS系统、DMS系统、计量自动化系统、GIS系统。

[0011] 步骤S1所述电网基础数据包括电网模型信息、设备遥信遥测信息、电网方式转换业务信息；

[0012] 其中电网模型信息包括子控区、出线开关、故障指示器、配网变电器、厂区、馈线、负荷开关、量测、间隔、支线、断路器、拓扑；

[0013] 设备遥信遥测信息包括开关状态、保护信号、设备电流；

[0014] 电网方式转换业务信息包括站内挂牌信息、配网计划停电信息、配网临时转供信息。

[0015] 步骤S1所述配电网各节点设备静态故障诊断包括：

[0016] 1)全站失压、母线失压直接获取EMS主站判定失压复电结果；

[0017] 2)变电站出线开关、馈线干/支线断路器获取EMS、DMS主站保护动作、开关变位信号进行瞬时/永久故障诊断。保护动作主要有零序动作、速断动作、过流动作、接地动作、保护动作、事故总等，开关变位信息为重合闸、分闸、合闸信号。保护动作用作故障类型诊断，开关变位信息用做故障结果分析，若只有分闸信号则输出保护动作类永久故障，若有重合闸、一次分闸、一次合闸则输出保护动作重合成功类瞬时故障，若有重合闸、两次分闸、一次合闸则则输出保护动作重合不成功类永久故障。瞬时故障招测开关状态应为合闸，永久故障招测开关状态应为分闸；

[0018] 3)馈线干/支线负荷开关获取DMS主站分闸、合闸、及闭锁信号进行分、合、故障隔离诊断；

[0019] 4)故障指示器获取DMS主站故障类型进行故障动作诊断；

[0020] 5)配变获取计量自动化系统停恢电缺相告警进行失压、缺相复电诊断。

[0021] 步骤S2包括以下步骤：

[0022] S2.1：连续取故障时刻前后5分钟实时三相电流曲线，计算每隔10秒前后各相电流的跳变率；其中

[0023]

[0024] 取30个跳变率中最大值，若大于20％或等于100％则分别诊断为设备电流跳变、电流归零，否则诊断为无跳变；

[0025] S2.2：若故障设备诊断为电流归零则通过校验，或无跳变则检验不能通过。

[0026] 步骤S3包括以下步骤：

[0027] S3.1：首先根据上游自动化开关故障状态，校验配变停复电信息，永久故障设备下游配变应全部失压，瞬时故障设备下游配变应短时停复电，上游配网自动化设备无故障但配变有失压缺相时，根据电网拓扑由配变反推出变电站出线开关或断路器故障跳闸信息，并补充至树型分组中；

[0028] S3.2：从根节点以广度遍历算法寻找自动化开关，包含变电出线开关或干支线断路器；

[0029] S3.3：以步骤S3.2中自动化开关为起点运用深度遍历算法寻找第一个永久故障的自动化开关或负荷开关或配变，故障点为该设备或该设备下游最接近负荷测的故障指示器后侧；

[0030] S3.4：若步骤S3.3中无法找到永久故障设备，则故障点为步骤S3.2中设备或该设备下游最接近负荷测的故障指示器后侧，并且处于无告警动作的故障指示器的前侧。

[0031] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0032] 1)本方法基于态势感知技术，基于全面电网状态获取及电网动态变化分析，提高配电网单结点故障诊断准确率，同时以准确性及可靠性较高的EMS、DMS数据为诊断核心，以配变诊断数据为辅助，通过上下游设备故障联动情况进行分析，综合验证各节点设备故障诊断准确性，提高智能诊断的可用性。

[0033] 2)本方法可综合分析配电网设备故障间关系，对故障时段内自动对属于同一个事故的、多个终端的所有相关数据进行智能分类。

附图说明

[0034] 图1为本发明的流程图；

[0035] 图2为本发明的系统架构图；

[0036] 图3为本发明方法开关类设备故障诊断逻辑图；

[0037] 图4为短路引起的故障连锁实例图；

[0038] 图5为故障跳闸重合成功电流跳变图；

[0039] 图6为故障跳闸，永久故障电流跳变图。

具体实施方式

[0040] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

[0041] 以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

[0042] 实施例1

[0043] 请参考图1、图2，一种基于态势感知的配电网多节点故障智能诊断方法，包括以下步骤：

[0044] S1：基于态势感知进行配电网各节点设备的静态故障诊断，通过从电力系统获取电网基础数据，综合判断故障信息验证判定结果；

[0045] S2：基于态势感知进行故障时刻设备状态变化诊断，对多节点故障设备即时招测故障时刻电流计算跳变信息，分析状态变化，对单一设备故障诊断进行正确性校验；

[0046] S3：基于态势感知综合分析配电网设备故障间关系，根据电网拓扑对各节点故障进行事件关联性诊断，合并关联故障，通过上下游设备故障相互校验准确性。

[0047] 步骤S1所述电力系统包括EMS系统、DMS系统、计量自动化系统、GIS系统。

[0048] 步骤S1所述电网基础数据包括电网模型信息、设备遥信遥测信息、电网方式转换业务信息；

[0049] 其中电网模型信息包括子控区、出线开关、故障指示器、配网变电器、厂区、馈线、负荷开关、量测、间隔、支线、断路器、拓扑；

[0050] 设备遥信遥测信息包括开关状态、保护信号、设备电流；

[0051] 电网方式转换业务信息包括站内挂牌信息、配网计划停电信息、配网临时转供信息。

[0052] 步骤S1所述配电网各节点设备静态故障诊断包括：

[0053] 1)全站失压、母线失压直接获取EMS主站判定失压复电结果；

[0054] 2)变电站出线开关、馈线干/支线断路器获取EMS、DMS主站保护动作、开关变位信号进行瞬时/永久故障诊断。保护动作主要有零序动作、速断动作、过流动作、接地动作、保护动作、事故总等，开关变位信息为重合闸、分闸、合闸信号。保护动作用作故障类型诊断，开关变位信息用做故障结果分析，若只有分闸信号则输出保护动作类永久故障，若有重合闸、一次分闸、一次合闸则输出保护动作重合成功类瞬时故障，若有重合闸、两次分闸、一次合闸则则输出保护动作重合不成功类永久故障。瞬时故障招测开关状态应为合闸，永久故障招测开关状态应为分闸；

[0055] 3)馈线干/支线负荷开关获取DMS主站分闸、合闸、及闭锁信号进行分、合、故障隔离诊断；

[0056] 4)故障指示器获取DMS主站故障类型进行故障动作诊断；

[0057] 5)配变获取计量自动化系统停恢电缺相告警进行失压、缺相复电诊断。

[0058] 步骤S2包括以下步骤：

[0059] S2.1：连续取故障时刻前后5分钟实时三相电流曲线，计算每隔10秒前后各相电流的跳变率；其中

[0060]

[0061] 取30个跳变率中最大值，若大于20％或等于100％则分别诊断为设备电流跳变、电流归零，否则诊断为无跳变；

[0062] S2.2：若故障设备诊断为电流归零则通过校验，或无跳变则检验不能通过。

[0063] 步骤S3包括以下步骤：

[0064] S3.1：首先根据上游自动化开关故障状态，校验配变停复电信息，永久故障设备下游配变应全部失压，瞬时故障设备下游配变应短时停复电，上游配网自动化设备无故障但配变有失压缺相时，根据电网拓扑由配变反推出变电站出线开关或断路器故障跳闸信息，并补充至树型分组中；

[0065] S3.2：从根节点以广度遍历算法寻找自动化开关，包含变电出线开关或干支线断路器；

[0066] S3.3：以步骤S3.2中自动化开关为起点运用深度遍历算法寻找第一个永久故障的自动化开关或负荷开关或配变，故障点为该设备或该设备下游最接近负荷测的故障指示器后侧；

[0067] S3.4：若步骤S3.3中无法找到永久故障设备，则故障点为步骤S3.2中设备或该设备下游最接近负荷测的故障指示器后侧，并且处于无告警动作的故障指示器的前侧。

[0068] 请参考图3，对于开关类设备的故障诊断主要以保护动作及开关开变位信号为基础，通过信号组合的方式进行判断，

[0069] a)若报文中出现速断或过流1段信号则故障类型为速断；

[0070] b)同时参照开关变位信号:

[0071] i.若只有一次分闸，无合闸则判定为速断动作；

[0072] ii.若有一次分闸一次合闸且重合闸动作，则判定为速断动作，重合成功；

[0073] iii.若有两次分闸一次合闸且重合闸动作，则判定为速断动作，重合不成功。

[0074] 其它故障类型同理。

[0075] 请参考图4，若故障为短路引起的永久故障，具体步骤如下：

[0076] 1)基于态势感知配电网各节点设备静态故障诊断

[0077] a)实时获取EMS系统中全站失站及母线失压告警，无告警信号继续进行配网故障分析

[0078] b)实时获取EMS系统中变电站出线开关、DMS系统中馈线干/支线断路器/负荷开关/故障指示器/配网变压器相关信号进行故障跳闸情况诊断：

[0079] i.变电站出开关未发现告警信号，即变电站出线开关未发生故障跳闸，未造成全线停电；

[0080] ii.1号元基站/713高村甲线/干线/N1杆塔_故障指示器信号如下：

[0081] 告警信号

[0082] 713高村甲线干线N1塔小号侧故障指示器_短路 动作2015/09/07 09:36:16诊断结果为“单一短路动作”

[0083] iii.2号元基站/713高村甲线/干线/1T1断路器信号如下：

[0084] 告警信号

[0085] 713高村甲线干线#1杆1T1断路器保护动作动作2015/09/07 09:35:27[0086] 713高村甲线干线#1杆1T1断路器过流告警动作2015/09/07 09:35:27[0087] 713高村甲线干线#1杆1T1断路器断开2015/09/07 09:35:27

[0088] 713高村甲线干线#1杆1T1断路器重合闸动作动作2015/09/07 09:35:35[0089] 713高村甲线干线#1杆1T1断路器闭合2015/09/07 09:35:35

[0090] 按图3说明诊断结果为“过流动作，重合成功”，实时招测开关状态为合闸状态，校验通过。

[0091] iv.3号元基站/713高村甲线/干线/N22杆塔_故障指示器信号如下：

[0092] 告警信号

[0093] 713高村甲线干线N22塔小号侧故障指示器_短路 动作2015/09/07 09:36:14诊断结果为“单一短路动作”

[0094] v.4号元基站/713高村甲线/干线/32T1负荷开关信号如下：

[0095] 告警信号

[0096] 713高村甲线干线#32塔32T1负荷开关断开2015/9/07 09:35:56

[0097] 713高村甲线干线#32塔32T1负荷开关闭合2015/9/07 09:36:03

[0098] 713高村甲线干线#32塔32T1负荷开关闭锁合闸动作2015/9/07 09:36:05[0099] 713高村甲线干线#32塔32T1负荷开关断开2015/9/07 09:36:08

[0100] 诊断结果为“负荷开关后段故障已隔离”，实时招测开关状态为分闸状态，校验通过。vi.5号713高村甲线/新达电器厂/Z3031-0350新达电器厂/01佛山市顺德区北滘镇新达电器有限公司配变信号如下：

[0101] 告警信号

[0102] 停电时间：2015/09/07 09:35:00

[0103] 诊断结果为“永久故障”

[0104] vii.6号故障指示器无故障动作

[0105] viii.7号元基站/713高村甲线/干线/38T2负荷开关信号如下：

[0106] 告警信号

[0107] 713高村甲线干线38塔38T2负荷开关断开2015/9/07 09:35:56

[0108] 713高村甲线干线38塔38T2负荷开关闭合2015/9/07 09:35:58诊断结果为“负荷开关无保信瞬时分合闸”

[0109] ix.8号713高村甲线/佛山市星澳包装有限公司#2专用配电站/02佛山市星澳包装有限公司配变信号如下：

[0110] 告警信号

[0111] 停电时间：2015/09/07 09:36:00

[0112] 复电时间：2015/09/07 09:36:00

[0113] 诊断结果为“瞬时故障”

[0114] x.查询营销系统停电池，未发现本线路计划停电工单。

[0115] 2)基于态势感知故障时刻设备状态变化诊断，设备故障时刻状态变化主要监控电流跳变：

[0116] i.如图5所示，2号断路器最大跳变率为100％，状态变化符合故障跳闸重合成功电流曲线。

[0117] ii.如图6所示，4号负荷开关最大跳变率为100％，状态变化符合永久故障电流曲线。

[0118] 3)基于态势感知进行配电网设备故障连锁分析

[0119] i.当发生短路时，故障电流引起上下游设备动作，上游1、3号故障指示器检测到故障电流，进行短路告警；2号断路器过流保护动作动作、分闸，重合闸，合闸成功；4号负荷开关先分闸，在上游断路器重合闸成功送电后，尝试合闸，由于短路故障并没有排除，负荷开关闭锁合闸、分闸将故障隔离；5号配变失压停电；断路器后侧其它支线上负荷开关、配变先停电，在断路器重合成功后复电；断路器上游设备无告警。

[0120] ii.以树型结构将第一步中故障进行分组

[0121] 1.5号配变永久故障对应4号负荷开关永久故障、8号配变瞬时故障对应7号瞬时故障，校验通过

[0122] 2.从1号故障指示器开始找到2号断路器，以此为起点；

[0123] 找到第一个永久故障4号负荷开关，4号开关后端无故障指标器进一步缩小故障范围，所以故障区间为4号负荷开关后侧，即4到5区间段。

[0124] 若故障为短路引起的瞬时故障，则方法步骤为：

[0125] 1)基于态势感知配电网各节点设备静态故障诊断

[0126] a)实时获取EMS系统中全站失站及母线失压告警，无告警信号继续进行配网故障分析

[0127] b)实时获取EMS系统中变电站出线开关、DMS系统中馈线干/支线断路器/负荷开关/故障指示器/配网变压器相关信号进行故障跳闸情况诊断：

[0128] i.变电站出开关未发现告警信号，即变电站出线开关未发生故障跳闸，未造成全线停电；

[0129] ii.1号元基站/713高村甲线/干线/N1杆塔_故障指示器，诊断结果为“单一短路动作”

[0130] iii.2号元基站/713高村甲线/干线/1T1断路器，诊断结果为“过流动作，重合成功”，实时招测开关状态为合闸状态，校验通过。

[0131] iv.3号元基站/713高村甲线/干线/N22杆塔_故障指示器诊断结果为“单一短路动作”

[0132] 4号元基站/713高村甲线/干线/32T1负荷开关诊断结果为“负荷开关无保信瞬时分合闸”

[0133] v.5号713高村甲线/新达电器厂/Z3031-0350新达电器厂/01佛山市顺德区北滘镇新达电器有限公司配变诊断结果为“瞬时故障”

[0134] vi.6号故障指示器无故障动作

[0135] vii.7号元基站/713高村甲线/干线/38T2负荷开关诊断结果为“负荷开关无保信瞬时分合闸”

[0136] viii.8号713高村甲线/佛山市星澳包装有限公司#2专用配电站/02佛山市星澳包装有限公司配变诊断结果为“瞬时故障”

[0137] ix.查询营销系统停电池，未发现本线路计划停电工单。

[0138] 2)基于态势感知故障时刻设备状态变化诊断，设备故障时刻状态变化主要监控电流跳变：

[0139] i.2号断路器最大跳变率为100％，状态变化符合故障跳闸重合成功电流曲线。

[0140] ii.4号负荷开关最大跳变率为100％，电流跳为0后应逐步恢复。

[0141] 3)基于态势感知进行配电网设备故障连锁分析

[0142] i.当发生短路时，故障电流引起上下游设备动作，上游1、3号故障指示器检测到故障电流，进行短路告警；2号断路器过流保护动作动作、分闸，重合闸，合闸成功；4号负荷开关先分闸，在上游断路器重合闸成功送电后，尝试合闸，由于短路故障已经消失，负荷开关合闸；5号配变失压停电并复电；断路器后侧其它支线上负荷开关、配变先停电，在断路器重合成功后复电；断路器上游设备无告警。

[0143] ii.以树型结构将第一步中故障进行分组

[0144] 1. 5号配变永久故障对应4号负荷开关瞬时故障、8号配变瞬时故障对应7号瞬时故障，校验通过

[0145] 2.从1号故障指示器开始找到2号断路器，以此为起点；

[0146] 3.未找到永久故障设备；

[0147] 只能判定故障区间为发生短路告警的3号故障指示器后侧，未发生告警的6号故障指示器前侧，即3至5区间段。

[0148] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。