一种非健全故障信息下的配电网多重故障诊断方法与流程

本发明属于配电网故障诊断应用领域，具体涉及一种非健全故障信息下的配电网多重故障诊断方法。
背景技术：
：我国在进行电力系统发展的过程中，对发电和输电设施的建设力度较大，且规模、技术也非常完善，相对而言，对配电网系统的投资和改进较少。这种电力系统发展不平衡的现状造成了供电可靠性和电能的质量较低的问题，配电线路负载过高或者出现自然灾害很容易影响到正常供电。目前配电网主要采用技术最成熟的scada系统进行监控运行和数据采集。配电网中出现异常或事故之后，各级保护自动装置动作，并产生海量报警信息，在很短的时间内这些装置动作信息不加选择地提供给监控人员，如果同时出现了多种故障并伴随有保护和断路器的拒动、误动时，警报信息在传输中也可能会发生丢失，问题就会变得异常复杂，监控人员很难在短时间内做出正确的判断，为排除故障迅速恢复供电带来了很大的困难。针对这种情况，一方面需要快速准确地从海量信息中识别出开关量状态、定值、电气量采样数据等故障分析所需信息；另一方面，筛选过故障信息之后，通过信息迅速完成故障诊断，将诊断出来的故障反馈给监控人员一个明确的信息，这样可以及时发现设备的异常情况，提高配电网的安全可靠性。就上述分析，目前的配电网故障诊断方法在应对多重故障时无法处理海量的报警信息；对于故障信息的时序特性和冗余特性利用较为低效，对提高诊断方法在不同模型中的适用性及准确性的帮助较小；容错性较差，当故障信息存在多种不确定性时，如保护和断路器发生拒动或误动、故障信息上传速度慢、错误或丢失的情况下，诊断结果的正确率较低。因此，针对配电网故障后上传的非健全故障信息对故障诊断过程的影响，发明一种考虑非健全故障信息的配电网多重故障诊断方法是很有必要的。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种非健全故障信息下的配电网多重故障诊断方法，以克服现有技术存在的缺陷，本发明可以提高配电网故障诊断的准确性和快速性，对缩短停电时间、减少经济损失等方面都具有很重要的现实意义。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于继电保护时序信息特征的配电网故障诊断方法，包括以下步骤：步骤1、在配电网中每条线路配备三段式电流保护；步骤2、收集配电网中已发生的故障信息，对每条故障信息进行预处理；步骤3、以故障信息中的断路器、保护动作情况作为条件属性，以对应的故障元件及故障时刻作为决策属性建立决策表，并进行属性约简和值约简，得到诊断决策表；步骤4、当配电网线路发生故障时，故障点附近线路上的三段式电流保护装置启动，并引起断路器跳闸。记录此时所有启动的保护、跳闸的断路器和跳闸时刻；步骤5、判断有多少个断路器信息；步骤6、如果没有断路器信息但是有保护启动信息，计算所有线路保护启动情况；否则进入步骤10；步骤7、如果保护启动数最多的线路只有一条，以该线路为本级线路将保护情况归类为上级保护、本级保护、下级保护，否则进入步骤9；步骤8、计算待诊断样本中上级保护、本级保护和下级保护的启动情况满足诊断决策表中每条诊断规则的概率，找到概率最大的诊断规则，对应得到决策属性中的故障区域，并由跳闸时刻计算出故障时刻，进入步骤19；步骤9、在保护启动数最多的线路中，以最下游线路为本级线路将保护情况归类为上级保护、本级保护、下级保护，进入步骤8；步骤10、如果只有一个断路器信息，以上传了故障信息的断路器所在线路为本级线路，计算上级、本级、下级线路的保护启动数；否则进入步骤16；步骤11、如果相邻线路中本级保护启动数最大，判断本级保护启动数是否多于下级保护启动数；否则进入步骤14；步骤12、如果本级保护启动数是多于下级保护启动数，将保护情况归类为上级保护、本级保护、下级保护，进入步骤8；否则进入步骤13；步骤13、以下级线路为新的本级线路，将保护情况归类为上级保护、本级保护、下级保护，进入步骤8；步骤14、如果相邻线路中下级保护启动数最大，进入步骤13；否则进入步骤15；步骤15、以上级线路为新的本级线路，将保护情况归类为上级保护、本级保护、下级保护，进入步骤8；步骤16、判断两个断路器是否位于相邻线路上；步骤17、如果位于相邻线路，以更下级的线路为本级线路，计算上级、本级、下级线路的保护启动数，进入步骤11；否则进入步骤18；步骤18、判断出现多重故障，分别以每个上传了故障信息的断路器所在线路为本级线路，计算上级、本级、下级线路的保护启动数，进入步骤11；步骤19、判断是否还有没处理的断路器信息；步骤20、如果还有没处理的断路器信息，进入步骤16；否则进入步骤21；步骤21、计算所有线路保护启动情况；步骤22、如果有保护启动数不为零的线路，进入步骤23；否则结束诊断；步骤23、寻找保护启动数不为零的线路，判断它是否是已经诊断出的故障区域或故障区域的相邻线路；步骤24、如果该线路是已经诊断出的故障区域或故障区域的相邻线路，则进入步骤22；否则进入步骤25；步骤25、以该线路为本级线路，计算上级、本级、下级线路的保护启动数，进入步骤11；进一步地，步骤1中在配电网中的每条线路都要配置完整的三段式电流保护，并能够收集记录三段式保护的启动情况。进一步地，步骤2中的预处理过程如下：对故障信息中的断路器、保护动作情况部分，以跳闸断路器brk(n)所在线路作为本级线路，所对应的p(n)i,p(n)ii,p(n)iii就分别为该线路配备的三段保护。因为配电网中是单电源辐射状网络，所以其余线路的保护信息可以归类为上级线路的三段保护和下级线路的三段保护。对故障信息中的故障区段部分，以跳闸断路器brk(n)所在线路作为本级线路，将故障线路归类为上级线路l(n-1),本级线路l(n),下级线路l(n+1)。对故障信息中的故障时刻部分，以跳闸断路器brk(n)所在线路作为本级线路，将故障时刻写为t(n)i,t(n)ii,t(n)iii，分别表示按照本级线路一段、二段、三段保护动作时限推算。进一步地，步骤8中待诊断样本满足诊断决策表中每条诊断规则的概率的计算方法如下：test＝[p(n)ip(n)iip(n)iiip(n+1)ip(n+1)ii]rule(1)＝[11100]error(1)＝test-rule(1)rule(2)＝[01100]error(2)＝test-rule(2)rule(3)＝[01111]error(3)＝test-rule(3)rule(4)＝[00101]error(4)＝test-rule(4)rule(5)＝[00111]error(5)＝test-rule(5)rule(6)＝[00100]error(6)＝test-rule(6)rule(7)＝[00000]error(7)＝test-rule(7)其中i＝1,2,...,7其中，test表示待诊断样本的矩阵形式；p(n)i,p(n)ii,p(n)iii,p(n+1)i,p(n+1)ii分别对应待诊断样本保护启动情况中本级一段保护、本级二段保护、本级三段保护、下级一段保护、下级二段保护的启动情况，启动取‘1’，未启动取‘0’。rule(1)～rule(7)分别为诊断决策表写开来的每一条诊断规则，error(1)～error(7)分别为待诊断样本与每一条诊断规则之间的区别，其中error中的‘-1’代表信息缺失，‘1’代表误动增加的错误信息。p(i)代表对应每条诊断规则的概率，由error(i)中缺失信息和错误信息个数计算得出，a是error(i)中‘-1’的个数，b是error(i)中‘1’的个数；对任意一个保护，pm为正确动作信息缺失的概率，pe为不存在保护动作但是误报故障信息的概率。按经验值和长期运行的配电系统的统计值，pm＝0.1～0.2,pe＝0.05～0.1。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明方法先利用配电网中已有的故障信息建立了诊断决策表，以跳闸断路器为标准把多重故障的报警信息划分为不同的单个故障的故障信息，解决了海量报警信息的问题；方法通过配电网中三段式保护之间的启动配合关系更正了上传过程中错误或缺失的故障信息，并量化了待诊断样本符合诊断规则的概率，解决了传统故障诊断方法在非健全故障信息时出现的正确率太低问题，且能够快速有效地实现故障诊断，大大增加了系统运行的可靠性、安全性和灵活性。附图说明图1标准13节点中性点不接地配电网拓扑图；图2配电网仿真线路图；图3本发明的配电网故障诊断流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明的实施过程作进一步详细描述：一种非健全故障信息下的配电网多重故障诊断方法，本发明能够实现当配电网发生多重故障时，先利用配电网已有故障信息得出诊断决策表，然后通过一个完备的流程分类提取海量报警信息中的有效信息，并更正上传故障信息中的错误信息，最后将诊断规则写为矩阵形式，量化待诊断样本符合诊断规则的概率，得到最大概率的诊断结果。具体包括以下步骤：一、基于如图1为标准13节点中性点不接地配电网拓扑图建立起如图2的配电网仿真线路图，线路长度如图中标注，变压器及负载参数如表1所示，每段线路都配备了完整三段式电流保护。考虑到上下级线路的保护配合关系，保护动作模型时间参数设定如下：对末端线路6、8、10、11，电流i段动作时限30ms；对线路7、9，电流i段动作时限40ms，电流ii段动作时限0.5s，电流iii段动作时限2s；对线路5，电流i段动作时限50ms，电流ii段动作时限0.6s，电流iii段动作时限2.1s；断路器动作时限40ms。表1变压器及负载参数二、按照如图3的故障诊断流程图，首先收集配电网中已发生的故障信息，对每条故障信息进行预处理；预处理过程如下：对故障信息中的断路器、保护动作情况部分，以跳闸断路器brk(n)所在线路作为本级线路，所对应的p(n)i,p(n)ii,p(n)iii就分别为该线路配备的三段保护。因为配电网中是单电源辐射状网络，所以其余线路的保护信息可以归类为上级线路的三段保护和下级线路的三段保护。对故障信息中的故障区段部分，以跳闸断路器brk(n)所在线路作为本级线路，将故障线路归类为上级线路l(n-1),本级线路l(n),下级线路l(n+1)。对故障信息中的故障时刻部分，以跳闸断路器brk(n)所在线路作为本级线路，将故障时刻写为t(n)i,t(n)ii,t(n)iii，分别表示按照本级线路一段、二段、三段保护动作时限推算。三、对二中得到的决策表进行属性约简、值约简得到诊断决策表，如表2所示；表2诊断决策表四、配电网中线路6、7、9上同时发生故障，相应线路上配备的三段式电流保护会检测故障电流启动并引起断路器跳闸，记录此时所有启动的保护、跳闸的断路器和跳闸时刻；五、由上传的断路器、保护信息看出有两个断路器信息，如表3所示；表3非健全故障信息六、按照流程图步骤16，两个断路器是没有位于相邻线路上；七、以每个上传了故障信息的断路器所在线路为本级线路，计算上级、本级、下级线路的保护启动数；八、判断出新的本级线路，并以此将上级保护、本级保护和下级保护匹配诊断决策表中的诊断规则对应得到相应的故障结果；待诊断样本满足诊断决策表中每条诊断规则的概率计算方法如下：test＝[p(n)ip(n)iip(n)iiip(n+1)ip(n+1)ii]rule(1)＝[11100]error(1)＝test-rule(1)rule(2)＝[01100]error(2)＝test-rule(2)rule(3)＝[01111]error(3)＝test-rule(3)rule(4)＝[00101]error(4)＝test-rule(4)rule(5)＝[00111]error(5)＝test-rule(5)rule(6)＝[00100]error(6)＝test-rule(6)rule(7)＝[00000]error(7)＝test-rule(7)其中i＝1,2,...,7其中，test表示待诊断样本的矩阵形式；p(n)i,p(n)ii,p(n)iii,p(n+1)i,p(n+1)ii分别对应待诊断样本保护启动情况中本级一段保护、本级二段保护、本级三段保护、下级一段保护、下级二段保护的启动情况，启动取‘1’，未启动取‘0’。rule(1)～rule(7)分别为诊断决策表写开来的每一条诊断规则，error(1)～error(7)分别为待诊断样本与每一条诊断规则之间的区别，其中error中的‘-1’代表信息缺失，‘1’代表误动增加的错误信息。p(i)代表对应每条诊断规则的概率，由error(i)中缺失信息和错误信息个数计算得出，a是error(i)中‘-1’的个数，b是error(i)中‘1’的个数；对任意一个保护，pm为正确动作信息缺失的概率，pe为不存在保护动作但是误报故障信息的概率。按经验值和长期运行的配电系统的统计值，pm＝0.1～0.2,pe＝0.05～0.1。九、重复六、七、八直到没有未处理的断路器信息；十、计算所有线路保护启动情况；十一、找到保护启动数不为零的线路，且不是已经诊断出的故障区域或故障区域的相邻线路；十二、以该线路为本级线路，计算上级、本级、下级线路的保护启动数；十三、以保护启动数判断出新的本级线路，并以此将上级保护、本级保护和下级保护匹配诊断决策表中的诊断规则对应得到相应的故障结果；十四、综合所有单个故障的诊断结果得到配电网多重故障的诊断结果，如表4所示：表4配电网多重故障的诊断仿真结果故障诊断结果故障区段故障时刻故障一线路6t(6)i＝tbrk-δtbrk-t6,i＝1.091-0.04-0.04＝1.011s故障二线路7t(7)i＝tbrk-δtbrk-t7,i＝1.100-0.04-0.05＝1.010s故障三线路9t(9)i＝1.521-0.5＝1.021s分析仿真诊断结果得到：此发明方法能够在非健全故障信息下准确诊断出多重故障的每个故障区域，并在一定的时间误差内，能够较准确诊断出故障时刻。当前第1页12