一种新型分布式电网故障诊断系统

李现伟

摘 要：电网故障诊断是保证电网安全运行的重要手段。针对我国目前自动化水平的具体情况，本文提出构造基于故障暂态模拟量和开关保护动作信息的故障诊断专家系统。系统分为两部分：子站系统分析事故起因、相别、故障类型，并向主站上传故障简报;主站系统综合多个子站信息，对事故情况进一步分析，并对开关和保护的动作做出评价并给出相应对策。本系统输入信息量大，保证了故障诊断快速可靠，评价深入，可大大减轻运行人员的工作量。

关键词：电力系统;故障诊断;分布式系统;专家系统;故障录波器

中图分类号：TM76 文献标识码：A

0 引言

随着电力系统规模不断扩大，确保电力系统安全稳定运行已成为关键问题。在电力系统发生事故的情况下，正确而快速的故障诊断，对于电力系统的恢复决策，提高供电可靠性具有重要意义。

近10年来，电力系统故障诊断问题的研究在国内外受到了广泛重视，人工智能技术已用于解决故障诊断问题.如专家系统、模糊理论、人工神经网络、随机优化技术和逻辑方法等。过去的研究多是利用保护动作信息和开关跳闸信息，但是保护和开关在某些情况下存在误动，拒动以及因信道干扰发生信息丢失等诸多不确定因素，故障诊断要保证准确度和速度十分困难。随着我国自动化水平不断提高，投入电网的各种故障录波器等设备越来越多，且功能也越来越先进。故障录波装置提供了大量的原始电气量信息，根据这些信息可以诊断出各种复杂类型故障。充分管理和利用好这些信息，对于运行人员正确分析事故原因、及时处理事故、评价继电保护和开关等设备的动作情况，进而提高电网运行管理水平都有很大帮助。由于目前各变电站和调度中心的通信大多采用电话拨号方式，传输速度慢。为了加快诊断速度，本文引入的电网故障诊断系统采用分布式结构，各子站的故障诊断系统根据本站的录波信息初步分析故障的类型与相别，并向调度中心上传故障简报;调度中心的故障诊断系统根据各子站的信息综合分析故障，并评价保护和开关的动作行为。采用分布式结构使得系统即使在数据量大大增加的情况下，也能保证诊断的快速可靠。

1 系统概述

子主站的分布，静态、动态数据库，数据库对应更新，vc和clips，保护和录波器接入量，gps对时。通信方式。

故障信息处理系统的基本构成如图1所示。

数字式故障录波器及保护一般都具有在一次系统发生故障时记录下系统故障数据，并将故障信息远传，供故障后分析及综合处理之用的功能。

2 子站层故障诊断

从目前的设备运行情况来看，各继电器和故障录波器的数据通讯都是封闭的，不对外开放。每个制造厂甚至同一制造厂的不同型号的装置都有一套自己的通讯、分析软件，采用不同的通讯规约和数据格式，相互间无法进行数据共享。

图2表示了故障数据在子站系统中的流程。

外部设备指保护装置、故障录波器，它们产生和形成电网故障的原始数据，这些数据首先转换成COMTRADE文件，即原始COMTRADE文件，该文件符合IEEE 91、99标准。其中既包含了故障设备的数据，也包含了非故障设备的数据。（数据格式转换由保护装置和故障录波器完成，对于不能提供标准格式的装置，子站也提供一个转换工具，不属于本课题研究内容，此处不述。）COMTRADE分析器能够解析符合IEEE 91、99标准的COMTRADE文件。利用COMTRADE分析器，就可以知道任意通道、任意采样时刻的采样值和开关量，即采样数据。有了上述的详细的采样数据，就可以利用故障分析器进行相量分析、谐波分析，判定故障类型和故障元件。根据故障分析器的分析结果，形成标准故障概况报文。既然已经得到了故障设备，就可以从原始COMTRADE文件中抽取故障设备相关的数据，再次调用COMTRADE分析器，以存储生成符合IEEE标准的COMTRADE文件。生成了新的COMTRADE文件，这其中包含了经智能过滤后的数据，即有效的故障元件的故障数据，可以把此数据上传到主站。

3 主站故障诊断

3.1 保护开关动作评价

当系统任一点发生故障时，与故障点有关的各变电站子站采集到故障信息，传送到调度端进行综合处理。为了完成使调度了解保护和开关动作行为这个任务，我们引入了专家系统的概念。专家系统能识别设备及与之相配合的保护关系，具备专门的知识库（或叫规则库），具有良好的用户界面，在电网故障时可根据接收到的事件进行推理并给相应结论，能提示相关信息或指导用户进行下一步的工作。知识库能自动修正与积累。

专家系统原理是采用基于CLIPS开发的推理机引擎，利用事先确立的规则库进行推理，并将推理结果存到数据库中。

在CLIPS基础上，我们研制了一个适合电力系统的先进的推理机引擎，并在多个项目中被成功应用。该引擎具有以下优点：

（1）推理效率高。模式匹配算法采用著名的Rete算法;（2）可无隙嵌入外部系统。构成所谓的“智能嵌入系统（Intelligent Embedded System）”;（3）同时支持前向推理、后向推理;（4）支持多种知识表示方法。如规则、框架、对象;（5）整个推理机封装在一个DLL中，并对外提供面向对象接口。

这一部分故障信息的主要来源是有变电站子站自动上传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简要信息和事件量信息，为此我们建立了三个专家知识库――①故障诊断知识库;②保护动作行为分析知识库;③事故处理专家经验库。同时还在调度端主站建立一个完善的电网一、二次拓扑关系库，供分析调用。希望这个过程能自动完成。图3是推理的基本流程。

3.2 诊断结果输出

系统根据用户需求，对不同岗位的人员提供的故障分析信息的重点有所不同。子站值班人员需要监视本变电站的所有异常情况，当与本站有关的设备发生故障时，系统收集所有的继电器和录波装置产生的故障信息，提供一个简单的信息再现界面。电网中心调度人员要求在故障发生时尽快得到故障简要信息，了解保护动作行为、开关跳闸情况和故障的准确定位，以帮助他们快速找到恢复系统的操作方法。电网发生故障后，系统将调度需求放在首位，在最短的时间将最有效的信息传送给调度员，并提供有效正确的操作建议。而继电保护技术人员则需要了解在故障过程中各套保护装置动作的详细过程和专门的信息，非常关心故障的电流电压变化情况，以及各故障分量对保护装置的影响，要求的信息量较大，但时间不像调度员那样紧迫。系统将综合各个子站的保护和故障录波器上传过来的信息，给出详尽的故障数据报告。

面对巨大的数据量，通道速率和传输时间资源有限，不可能在调度端同时获得和处理以上所有的数据，必須将数据按优先级别进行分别处理。故障信息需求的优先顺序依次为：

（1）故障基本情况，拒动和误动的保护与开关以及信道故障;（2）后备保护动作以及开关动作超时;（3）正确动作的开关和保护;（4）对不正确动作行为分析原因。

4 结语

故障数据和故障分析结果是电网运行的宝贵资料，分布式电力系统故障诊断系统提供有效的管理工具，将这些资料进行分类存储，便于以后查询统计。每次故障后，子站形成的故障录波数据上传至主站，以COMTRADE格式存储在主站数据库中，并与故障诊断结果和保护开关动作评价文件自动链接，形成完整的故障分析报告。系统对存储在数据库中的数据和故障分析文档提供不同检索方式，并可以设置统计分类依据，进行不同需求的统计。

参考文献：

[1]张晓蕾，陈珊，马晓丽.基于大数据的电力故障分析系统研究[J].电源技术，2016，40（11）：2245-2246.

[2]王少华.基于大数据技术的配电网诊断方法研究与实现[D].江苏大学，2019.