基于改进D-S 证据理论的变电站继电保护二次回路故障诊断方法研究

徐永成

（国网吉林省电力有限公司榆树市供电公司，吉林榆树 130400）

1 改进D-S 证据理论应用优势

证据理论是由20 世纪60 年代的Dempster 首次提出，后来他的学生Shafer 重新定义了这一理论，提出了一种不精确推理理论，即“证据的数学理论”，也被称为D-S证据理论，该理论属于人工智能的范畴，最早是在专家系统被应用，可以提高系统对不确定信息的处理水平，具有直接表达“不确定”的性质。后续许多新技术也开始完善D-S 证据理论，比如证据合成算法，也就是ER 算法，实现D-S 证据理论的改进，并促使其应用到更多领域。以变电站继电保护二次回路故障诊断为例，研究D-S 证据理论的改进应用，使其为故障诊断工作提供更多帮助。

1.1 提升数据信息合理性

改进后的理论能够适应智能化继电保护工作落实的基本要求。改进后，可疑的故障元件能够同步进行分析，通过分析其对继电保护故障影响的概率，更加精准地判断故障所在区域[1]。同时，改进后的D-S 证据理论全面收集数据信息进行分析，解决证据之间冲突问题，保证计算结果的合规性和合理性。避免依托基础数据信息进行计算，出现结果违反常理的现象。比如，在发生回路故障时，最先进行的是排除并采集故障信息，具体包括静态配置和动态实时监控两类信息，信息完整且可靠，为后续数据分析判断故障类型提供了重要依据。

1.2 提升故障诊断精准性

由于此种计算论证方式需从细节出发，对各故障元件的实际情况进行把握。因此，在评估故障时，获得的信息要更具备细节性，能够保证在故障判断时更加精准有效地定位故障所在区域，为进一步的故障处理提供有效依据。同时，精准确认故障所在区域，便于故障处理技术人员结合故障特征、故障位置等多方面信息实现对故障的精准判断，采取有效措施处理故障[2]。通过重塑故障，设计故障诊断的精准化模型，一旦发现异常信息，就能综合诊断故障问题，使故障问题确认到位，提高人员维护处理的效率。

1.3 提升故障判断容错性

D-S 证据理论中的数据信息推理，应用不确定性推理方法对推理结果的可信度进行进一步判断。这种判断方式与传统概论方法相比，容错率更高，能够多方面考虑不同类型的实际情况。在考虑多种情况的基础上，选择更具备影响力的指标进行分析，达到提升故障判断准确性的目标。在D-S 证据理论定义时，需构建识别框架，应用互斥穷举命题进行识别分析。这种对应性更强的分析方法，必然能够取得准确的分析效果[3]。基于改进D-S 证据理论设计故障推理方案，使不确定故障判断推理执行中，能够良好匹配报警信息，部分推理规则后续也能够进行修改，以此提高推理容错性。

2 改进D-S 的证据理论变电站继电保护二次回路故障诊断步骤

2.1 初始化阶段

初始化阶段主要是指完成SCD 文件解析，获得进一步的物理链路信息表和虚回路维度信息表。得到信息表内容后，进一步完成虚回路和物理链路的映射过程，建立完整的链路告警举证表，构建具有交互性特征的映射关系，是进一步进行交互判断的基础条件。举证表也是故障类型、故障严重程度判断的重要参照表格。

2.2 故障检测阶段

故障检测阶段主要的工作任务是检测继电保护的故障状态、明确是否存在故障。确认存在故障后，方可进一步推进下一步工作。若此环节检验未发现显著故障，则应继续定期进行检测，明确继电保护状态。若再次检测时发生故障，方可进一步优化故障诊断流程[4]。

2.3 故障元件集合阶段

故障元件集合阶段需要利用虚回路通信状态以及举证信息表，对可能发生故障的元件进行定位，集中分析上述元件，完成故障元件信息的集合，为进一步的数据分析以及故障判断打好基础。该过程也要进行故障信息的预处理，在大型变电站继电保护系统中存在含噪声和不完整的信息，而为保证系统中的电路开关量和电气量信息充分融合，需要采用合适的处理方法将其转换为具有统一性质的量纲。简单来说，就是将信息处理成各故障元件的故障概率表征，使其转换成为证据体，满足基本融合信息的条件，这一过程需要将数据组织成同一种标准形式，便于开展故障分析工作，突显对数据集的良好分析效果，为故障论证提供帮助。

2.4 故障可信度论证阶段

故障可信度论证阶段主要应用改进D-S 证据理论，对可疑故障元件中各故障的数据信息进行分析。分析时，主要集中分析故障的可信度，对最可能引发故障的元件进行精准定位。明确元件对象后，进一步推进诊断流程。诊断时，按照对应流程，对单一元件进行诊断[5]。诊断确认后，方可进一步采取措施进行故障处理。

3 改进D-S 证据理论的原理分析

用D-S 证据理论是相对于传统证据理论提出的创新概念。对证据理论进行改进，主要是因为传统的证据理论存在一定的缺陷。应用传统理论进行继电保护、二次回路原件检测时，信息冲突的问题较为明显。虽然计算过程能够有效推进，但计算结果会由于证据本身的冲突性而出现反常表现。因此，需要结合实际对继电保护二次回路元件的相关证据信息进行细化分析，明确自检告警证据源的特征，进一步提出经过改进后的证据理论。在经过改进后，证据理论是吸收传统证据理论优势，消除各元件之间告警证据原冲突特征信息后，形成的新理论[6]。在发挥作用时，经过改进的D-S 证据理论需设置多个证据源，并设置相应的冲突值。用冲突值和证据源之间的数据关系表示证据源之间的冲突，具体的冲突值计算方法：

其中，Ax和Ay表示证据源不同的命题名称，在具体进行计算时，这两个数据代表存在故障，具有可疑性的不同元件[7]。在公式中需设置m1到mn，n个证据源，冲突值为kij，表示mi和mj之间存在的冲突状态。证据可信度的计算公式：

其中，计算结果与kij呈反比关系，这意味着证据源之间的冲突程度越高，可信度越低。在新的合成规则构建完成后，可得到一个综合性的年例计算公式：

其中，k表示冲突因子，反映所有证据来源的冲突程度。在计算公式中，用q(A)表示证据源对结论A 的支持平均水平，m(A)则表示结论A 的证据合成结果。通过对上述公式的结果观察可知，若证据源的冲突相对较小，冲突因子k则会逐步减小到极值，而m(A)的大小主要受到p(A)数据结果的影响。冲突程度越大，冲突因子越接近1，m(A)主要受k×ε×q(A)的影响。

新公式与传统公式相比，主要的优点表现在以下几方面。首先，能够将冲突概率通过赋值进行显示，未知部分设置为X。高度冲突的证据可基于这一设置被剔除在结论推导的参照数据指标之外。在本研究中，前期对矩阵表的部分故障合集进行了限定，从而获得了具有一定范围的可疑故障集合。将未知部分剔除故障结果，能够更加精确地定位具体的故障元件。另外，经过改进D-S 证据理论的合成公式计算后，证据可信度和证据冲突程度也得到兼顾考量，证据源在这种情况下能够得到更加充分的利用。

4 元件自检告警记录表分析

4.1 记录表具体信息分析

在D-S 证据理论BPA 计算过程中，计算的依据主要来源于变电站元件的告警数据信息。在变电站继电保护综合信息数据库中，这些数据信息已经经过了多元易购的数据抽取、校核和配对过程[8]。因此，在前期数据统计的基础上，进一步建立元件自检报告记录表，能够更准确地定位告警信息具体内容，确定相应的告警信息属性，进一步从变电站继电保护的综合信息库中抽取，原件的质检报警信息记录表样表如表1 所示。

表1 元件自检报警记录表样表

对表1 的数据进行分析可知，数据来源主要集中在数据库的告警记录表和相关台账信息表部分。各个数据之间可基于二次设备的ID 信息、变电站的ID 信息相互交互沟通。这种数据交互突破了传统的数据交互壁垒，信息之间的相互匹配更加便捷，匹配度也会进一步提升。

由此可见，在变电站继电保护综合信息数据库中，只要合理抽取相关数据信息，就能自主形成自检报警记录表表格数据信息，可为后续的计算工作提供重要依据。

4.2 元件自检报警的BPA 算法分析

证据理论的构建需要基于证据源以及各命题BPA 信息进行构建，在本研究中BPA 计算的具体流程主要包括以下几方面内容。一是针对可疑故障元件集合的保护故障次数信息进行分析，并分析某一固定的可疑故障元件保护故障次数。二是完成上述分析，确认数据后，可根据公式计算某一可疑故障元件的BPA 具体数据。

经过数据计算后，直接获取独立证据源，对可疑故障元件集合中独立元件的BPA 数据信息进行整合，这一数据信息主要反映该证据源认为每个独立元件作为保护二次回路故障原因的发生概率。

5 结语

改进后的D-S 证据理论在变电站继电保护二次回路故障诊断中，能够构建可疑元件集合信息，利用这一证据理论解决元件自检环节告警证据源的冲突问题，使计算结果更加精准、有效，为故障诊断提供重要依据，这也体现出其在提升数据信息合理性、使故障诊断更加精准以及提高故障判断容错性等方面的优势。此种故障诊断方法依托数据信息，为故障检修人员的检修工作提供重要依据。通过元件的自检告警记录，故障处理中只要合理抽取记录信息，就能够实现有效检修。同时，故障排查工作的时间成本也能够同步降低，对变电站继电保护二次回路故障处理工作有非常重要的参考价值。