基于多源数据特征单元组合判断的在线电网故障诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于多源数据特征单元组合判断的在线电网故障诊断方法，包括如下步骤：S1，从多源数据中获取单个数据源，根据数据源的特点，将每个数据源拆分出多个特征单元；S2，通过对不同数据源的特征单元进行组合，形成多项故障推理规则，将所述故障推理规则存储到规则库中；S3，在线获取电网运行过程中设备的运行数据，对规则库中的故障推理规则进行逐一匹配，如果匹配成功，则进行告警，并提供判断依据。该方法能及时有效地对电网故障进行诊断，并及时准确地发出告警，很好地满足了电网的实时运行需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在线电网故障诊断方法，尤其涉及一种基于多源数据特征单元组合判断的在线电网故障诊断方法，属于电力系统调度自动化技术领域。

背景技术

随着计算机技术、网络通讯技术的不断发展，电网调度自动化系统也得到了长足的发展，接入能力更强、处理速度更快、运行更加可靠、应用软件智能化水平更高。目前，省级及以上调度机构的调度自动化系统基本上完成了一体化平台的建设，使不同厂家的各类应用部署在同一套平台上，通过平台提供的标准接口，实现了应用间的数据共享。

为了满足电网实时运行以及安全运行的需求，电网故障的诊断方法由离线诊断发展到在线诊断。加之调度自动化系统一体化平台的建设，电网故障的在线诊断技术也从原来的应用检测、应用告警发展为应用检测、统一告警，通过对多源告警信息的综合和分析，告警的准确性和故障信息的全面性有了较大的提升。

但是，由于当前故障的诊断仍然由各个应用实现，使用单一应用数据，致使故障诊断结果严重依赖该单个应用的基础数据质量。为了保证应用告警功能的准确指标，提高故障诊断以及告警的效率，必然需要在保证电网故障时的可靠报出和减少非故障时的误报两个努力方向上进行折衷处理。电网故障检测属于该应用的内部功能，判据也分布于应用软件中，给用户的判据管理带来了很大的困难。由于各应用数据特征不同，判断方法不同，诊断过程不透明，诊断与告警由不同功能实现，也阻碍了故障信息全面性的进一步提高。不能及时有效地对电网故障进行诊断，并及时准确地发出告警，严重影响了电网的实时运行需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于多源数据特征单元组合判断的在线电网故障诊断方法。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于多源数据特征单元组合判断的在线电网故障诊断方法，包括如下步骤：

S1，从多源数据中获取单个数据源，并根据数据源的特点，将每个数据源拆分出多个特征单元；

S2，通过对不同数据源的特征单元进行组合，形成多项故障推理规则，将所述故障推理规则存储到规则库中；

S3，在线获取电网运行过程中设备的运行数据，对规则库中的故障推理规则进行逐一匹配，如果匹配成功，则进行告警，并提供判断依据。

其中较优地，在步骤S2中，形成多项故障推理规则，将其存储到规则库中之后，通过对历史数据进行分析处理，进行所述规则库的完善。

其中较优地，通过对历史数据进行分析处理，进行所述规则库的完善，包括如下步骤：

S21，获取电力系统中存储的历史数据；

S22，对历史数据中的告警信息进行分析，拆分出多个特征单元；

S23，将拆分出的多个特征单元组合成一条故障推理规则在规则库中进行查找，当规则库中不存在所述故障推理规则时，将所述故障推理规则添加到规则库中；否则，转向步骤S24；

S24，重复步骤S21～S23，直至将电力系统中存储的历史数据遍历完毕。

其中较优地，根据电力系统的运行需求，为规则库中的故障推理规则设置优先级，当一次设备的运行数据同时满足多项故障推理规则时，优先级高的故障推理规则优先进行显示。

其中较优地，在步骤S3中，在线获取电网运行过程中的数据，对规则库中的故障推理规则进行逐一匹配，如果匹配成功，则进行告警，并提供判断依据，包括如下步骤：

S31，以遥信变位信号作为故障诊断的触发条件，通过结线分析查找到相关的一次设备，将一次设备纳入到监视范围；

S32，对纳入监视范围的所述一次设备进行周期性扫描，在线获取电网运行过程中所述一次设备的运行数据；

S33，将获取的所述一次设备的运行数据对规则库中存储的故障推理规则进行逐一匹配，当满足条件时进行告警，并提供判断依据。

其中较优地，在步骤S3中，还包括如下子步骤：

S34，如果获取的一次设备的运行数据同时满足规则库中的多条故障推理规则，选择优先级高的故障推理规则进行告警，继续对所述一次设备进行监视，如果发现获取的所述一次设备的运行数据匹配优先级更高的故障推理规则，对之前的告警进行更新。

其中较优地，在步骤S3中，还包括如下子步骤：

S35，若所获取的一次设备的运行数据超过设定时间后仍不满足任一故障推理规则，停止对所述一次设备的周期扫描。

其中较优地，所述特征单元是单一数据源的最小特征元。

其中较优地，所述多源数据包括稳态数据、动态数据、暂态数据、保护信息和变电站告警直传数据。

本发明所提供的基于多源数据特征单元组合判断的在线电网故障诊断方法，从多源数据中获取单个数据源，根据单个数据源的特点，将每个数据源拆分出多个特征单元。通过对不同数据源的特征单元进行组合，形成一套覆盖各种故障情况的故障推理规则，将其存储到规则库中，保证了当电网中的设备出现故障时，能准确分析出故障信息。最后，在线获取电网运行过程中的数据，对规则库中的故障推理规则进行逐一匹配，满足条件进行告警，并提供判断依据，能及时有效地对电网故障进行诊断，并及时准确地发出告警。

附图说明

图1为本发明所提供的基于多源数据特征单元组合判断的在线电网故障诊断方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

如图1所示，本发明所提供的基于多源数据特征单元组合判断的在线电网故障诊断方法，包括如下步骤：首先，从多源数据中获取单个数据源，根据单个数据源的特点，将每个数据源拆分出多个特征单元。然后，通过对不同数据源的特征单元进行组合，形成一套覆盖各种故障情况的故障推理规则，将其存储到规则库中。最后，在线获取电网运行过程中的数据，对规则库中的故障推理规则进行逐一匹配，满足条件进行告警，并提供判断依据。下面对这一过程做详细具体的说明。

S1，从多源数据中获取单个数据源，根据单个数据源的特点，将每个数据源拆分出多个特征单元。

根据省级及以上调度机构主站数据接入和应用部署情况，选择设备发生故障时的以下数据源作为特征分析和拆分的对象：稳态数据、动态数据、暂态数据、保护信息和变电站告警直传数据。实时获取电网中设备故障时的稳态数据、动态数据、暂态数据、保护信息和变电站告警直传数据。获取多个数据源的数据(多源数据)后，从多个数据源中将每个数据源的数据分离开，在电力系统中，每个数据源的数据都有独有的特点，根据单个数据源的特点，将每个数据源拆分出多个特征单元。特征单元是单一数据源的最小特征元，在线电网中任意设备的故障数据(设备发生故障后的运行数据)均可由单个或多个特征单元组成。

其中，稳态数据是调度主站中最可靠的告警源，具有覆盖范围广，实时性较高，模型完整，反映电网整体运行情况等优点，一直是主站侧故障诊断的主要依据，其缺点是数据采样不同时，采样周期较长。稳态数据包括断路器、道闸的动作信息和有功、无功、电压的变化特征。

来自PMU的电网动态数据，具有全网同时采样、采用频率高、数据精度高等优点，对于线路故障诊断能够提供非常有力的支持，对于其它类型设备故障的诊断也具有参考作用，但是出于对成本和数据传输量的考虑，PMU覆盖的范围有限，主要集中在500kV变电站中。

随着集中录波器单独组网，电网暂态数据向主站传输的速度大大提高，其全面的一、二次信息能够为主站故障诊断提供准实时的支持。

保护信息由报信子站系统采集并传输到主站，全部为二次信息，不具备单独进行故障诊断的能力，但是其保护出口信号和信号类型对于故障分析能够起到辅助作用。

变电站告警直传功能以文本方式将厂站设备监控信息以文本形式传输到主站，主站侧没有对应模型，仅能通过其中的关键信息对一次设备进行定位和对信号类型进行辨识。

结合电网在运行过程中，每个数据源的特点，选择实时获取设备的稳态数据、动态数据、暂态数据、保护信息和变电站告警直传数据，并对多源数据进行综合分析处理，能够全面分析电网故障，并及时准确地发出告警，满足电网的实时运行需求。将多源数据进行分离后，根据单个数据源的特点，可以将每个数据源拆分出多个特征单元。电网发生故障时，各个应用的数据均会有所反映，比如稳态数据的断路器的变位信息、厂站的事故总信号动作信息、设备遥测变化信息等，接线方式不同、故障前运行情况的不同以及断路器动作情况不同，故障时的表现也不同。在本发明所提供的实施例中，特征单元应满足以下要求：

1)特征单元代表单一数据源特征；

2)特征单元是单一数据源的最小特征元，在线电网中任意设备的故障数据均可由单个或多个特征单元组成。

例如，对于3/2接线方式的输电线路，稳态数据根据自身的数据特征拆分出的部分特征单元包括：边开关由合变分、中开关由合变分、所有开关由合变分等。

动态数据特征拆分出的部分特征单元包括：线路三相电流大于归零值、线路A相电流发生突变、线路B相电流发生突变、线路C相电流发生突变、线路三相电流均低于归零值等。

变电站告警直传数据拆分出的部分特征单元包括：跳闸出口、重合闸动作出口、断路器失灵保护动作出口、三跳动作出口等。

S2，通过对不同数据源的特征单元进行组合，形成多项故障推理规则，将其存储到规则库中。

对特征单元进行组合可生成故障诊断规则，故障诊断规则支持全部该类型设备、某电压等级该类型设备、某厂站、具体设备等多个等级，用以涵盖全网设备。在本发明所提供的实施例中，根据电力系统的运行需求，对各种接线方式下各类设备故障的判断规则进行建立，对于同类设备故障可以建立多条规则，兼顾可靠告警和复杂故障分析能力。

其中，可靠告警型规则是在满足准确的前提下，使用最少的特征单元，充分利用多源数据的优势，避免单一来源数据质量的影响。复杂分析型规则是利用较多特征元，实现了复杂电网故障情况的全面分析。

在本发明所提供的实施例中，具体的一条故障推理规则包含如下信息：

1)一个或多个故障前特征单元；

2)一个或多个故障后特征单元；

3)一个或多个故障特征单元；

4)唯一一个故障分析结果。

例如：对于可靠告警型规则：220kV线路永久故障规则包含的特征单元组合为：

故障前：运行(稳态)；

故障后：退出运行(稳态)；

特征：至少一个开关合变分(稳态)、厂站事故总动作(稳态或告警直传)；

分析结果：22kV线路发生永久故障。

对于复杂分析型规则：220kV线路永久故障规则包含的特征单元组合为：

故障前：运行(稳态)；

故障后：退出运行(稳态)；

特征：两侧开关合变分(稳态)、两侧开关分变合(稳态)、线路重合闸信号动作(稳态或告警直传或保护)、厂站事故总动作(稳态或告警直传)、A相电流存在突变(WAMS)；

分析结果：22kV***线路A相短路，重合失败，三跳。

对于复杂分析型规则：220kV线路永久故障规则包含的特征单元组合还可以为：

故障前：运行(稳态)；

故障后：退出运行(稳态)；

特征：单侧开关合变分(稳态)、厂站事故总动作(稳态或告警直传)、断路器失灵保护信号动作(稳态监控或告警直传或保护)、相邻母线退出运行；

分析结果：220kV***线路故障，一侧断路器举动，导致多设备停电。

通过对不同数据源的特征单元进行组合，形成多项故障推理规则，将其存储到规则库中，之后，通过对电力系统中存储的历史数据进行分析处理，进行规则库的完善，具体包括如下步骤：

S21，获取电力系统中存储的历史数据。

S22，对历史数据中的告警信息进行分析，拆分出多个特征单元。

S23，将拆分出的多个特征单元组合成一条故障推理规则在规则库中进行查找，当不存在该条故障推理规则时，将其添加到规则库中；否则，转向步骤S24。

S24，重复步骤S21～S23，直至将电力系统中存储的历史数据遍历完毕，规则库完善完成。

在本发明所提供的实施例中，根据电力系统的运行需求，为规则库中的故障推理规则设置优先级，当一次设备的运行数据同时满足多项故障推理规则时，优先级高的故障推理规则优先进行显示。

S3，在线获取电网运行过程中设备的运行数据，对规则库中的适用规则进行逐一判断，当满足条件时进行告警，并提供判断依据。

将故障推理规则存储到规则库之后，在线获取电网运行过程中设备的运行数据，对规则库中的适用规则进行逐一匹配，当满足条件时(匹配成功)进行告警，并提供判断依据，具体包括如下步骤：

S31，以遥信变位信号作为故障诊断的触发条件，通过结线分析查找到相关一次设备，将一次设备纳入到监视范围。

遥信功能通常用于测量下列信号：开关的位置信号、变压器内部故障综合信号、保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号等。在本发明所提供的实施例中，当这些测量信号发生变化时，出现遥信变位信号。以遥信变位信号作为故障诊断的触发条件，出现遥信变位信号之后，通过结线分析获取厂站接线方式、设备与断路器的双向关联关系，查找到相关的一次设备，将一次设备纳入到监视范围。

S32，对纳入监视范围的一次设备进行周期性扫描，在线获取电网运行过程中一次设备的运行数据。

S33，将获取的一次设备的运行数据对规则库中存储的故障推理规则进行逐一匹配，当满足条件时进行告警，并提供判断依据。

S34，如果获取的一次设备的运行数据同时满足规则库中的多条故障推理规则，选择优先级高的故障推理规则进行告警，并继续对该一次设备进行监视，如果发现获取的一次设备的运行数据匹配优先级更高的故障推理规则，对之前的告警进行更新。

S35，若所获取的一次设备的运行数据超过设定时间后仍不满足任一条故障推理规则，停止对该一次设备的周期扫描。

综上所述，本发明所提供的基于多源数据特征单元组合判断的在线电网故障诊断方法，通过获取多个数据源的数据保证了告警信息的全面、准确。从多源数据中获取单个数据源，根据单个数据源的特点，将每个数据源拆分出多个特征单元。然后，通过对不同数据源的特征单元进行组合，形成一套覆盖各种故障情况的故障推理规则，将其存储到规则库中。保证了当设备的运行数据出现故障时，能及时准确地分析出故障信息。最后，在线获取电网运行过程中的数据，对规则库中的故障推理规则进行逐一匹配，满足条件进行告警，并提供判断依据。该方法能及时有效地对电网故障进行诊断，并及时准确地发出告警，很好地满足了电网的实时运行需求。

上面对本发明所提供的基于多源数据特征单元组合判断的在线电网故障诊断方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。