一种基于PMU量测数据和SCADA数据融合的配电网故障诊断方法与流程

本发明属于电力系统配电网故障诊断，具体涉及一种基于pmu量测数据和scada数据融合的配电网故障诊断方法。

背景技术：

1、电力系统中的故障诊断和识别是电力系统安全可靠运行的基础，随着电力系统自动化的发展，一方面传统配电网系统的结构由单一供电系统变为多供电系统，增加了网络的复杂性，电网拓扑结构逐渐复杂，复杂的故障机理导致难以获得准确的故障诊断；另一方面越来越多的系统应用如数据采集系统(scada)、在同步向量量测装置(pmu)等为故障定位提供了多维度的数据支持，充分利用数据的冗余性，修正错误数据的影响，基于多信息源智能诊断的方法得以运用于配电网中；目前配电网故障定位方法按故障征兆信息主要可分为基于开关量、基于电气量，基于数据融合的相关故障研究主要在电气量和开关量之间的融合以及电气量和电气量之间的融合进行展开，当代配电网多源数据融合的主要研究局限在于数据利用率小，未充分使用相关数据挖掘技术，此外，大多研究数据融合算法较为复杂，当其计算模块针对大型配电网时计算效率低，应用范围不广泛，这些局限性意味着数据融合技术在配电网故障诊断中的运用会导致未充分运用系统数据，网络物理拓扑辨识度低，现有的大多数工作都是对配电网数据进行特征提取和处理，但缺少电网实际运用的规划；因此，提供一种数据融合处理计算、得到故障前和故障情况拓扑结构、综合利用开关量和电气量信息、避免单一数据源导致诊断错误的一种基于pmu量测数据和scada数据融合的配电网故障诊断方法是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种数据融合处理计算、得到故障前和故障情况拓扑结构、综合利用开关量和电气量信息、避免单一数据源导致诊断错误的一种基于pmu量测数据和scada数据融合的配电网故障诊断方法。

2、本发明的目的是这样实现的：一种基于pmu量测数据和scada数据融合的配电网故障诊断方法，所述的方法包括以下步骤：

3、步骤s1：利用pmu设备采集的配电网故障前数据，根据转移矩阵原理计算配电网各节点数据，掌握电网拓扑结构；

4、步骤s2：采用加权贝叶斯网络算法，利用scada系统数据，缩小故障区域，计算各元件故障概率，将故障概率标准化为开关量故障度；

5、步骤s3：根据故障叠加原理，计算故障节点和相关支路信息，将获取的故障信息标准化为电气量故障度；

6、步骤s4：将电气量故障度和开关量故障度进行d-s证据理论融合，得到配电网故障诊断结果。

7、所述的步骤s1中的通过转移矩阵计算故障前配电网未知节点运行状况，其转移矩阵具体为：正常运行状态以简单双电源供电系统为例，将本地端和远端分别等效为电源eloc与系统等值阻抗zloc的串联及电压源erem与系统等值阻抗zrem的串联，当线路长度较短或电压低于69kv时，线路电容较小，因此可以忽略线路电容对线路运行的影响，此时，线路参数等效于单位长度的单位阻抗与线路长度相乘：z＝(r+jωl)l＝r+jx(1)，式中，r为线路单位长度的每相电阻；l为线路单位长度的每相电感；l为线路长度；vl和il为线路始端的相电压和相电流，vr和ir为线路末端的相电压和相电流，根据线路参数可知始端相电压为：vl＝vr+zir(2)，由于忽视了电容，所以始端电流等于末端电流，即：il＝ir(3)，将上述电流电压等式写成通用电流参数形式：由式(2)和式(3)可知，a＝d＝1，b＝z*d，c＝0，d为线路长度，z为单位线路阻抗。

8、所述的步骤s2中的加权贝叶斯网络算法具体为：在继承贝叶斯网络模型框架的基础上，首先基于重构的注入电流故障分量判定疑似故障范围，仅对疑似范围内的各元件搭建贝叶斯网络，提高配电网诊断效率；鉴于保护和断路器自身存在拒动、误动的情况，先对贝叶斯网络中的节点赋予权值进行修正，以量化该节点对其子节点的影响程度，再构建贝叶斯网络，从而更准确的反映故障与保护之间的关系，提高诊断容错性。

9、所述的步骤s3中的基于故障叠加原理网络的故障点计算具体为：故障叠加状态是由于故障才引出来的状态，当线路上发生三相金属性故障时，故障附加电源网络中本地端和远端电压为零，考虑从故障点到本地端和远端的分布式网络，可以计算本地端和远端在故障叠加状态下的电流电压。

10、所述的步骤s4中的通过d-s证据理论融合将电气量故障度和开关量故障度信息进行融合具体包括以下步骤：

11、步骤s4.1：根据基于电气量信息重构出的各元件注入电流故障分量幅值结合可信度进行标准化处理，得到电气量相对故障：式中，ae是该故障信息的可信度；电气量信息的可信度大于开关量信息的可信度；

12、步骤s4.2：根据基于保护及断路器动作信息计算出的元件故障概率结合可信度进行标准化处理，得到保护及断路器相对故障度：式中，as为基于保护及断路器信息进行诊断所得结果的可信度；开关量信息的可信度小于电气量信息的可信度；

13、步骤s4.3：利用d-s证据理论融合两种独立的证据体：定义一个识别框架u＝{a1,a2,a3}，其中，a1代表故障，a2代表正常，a3代表不确定；假定g(ai)为第s个证据体的ai的基本概率赋值函数，通过下式对开关量和电气量进行融合：式中，k为冲突因子，

14、本发明的有益效果：本发明为一种基于pmu量测数据和scada数据融合的配电网故障诊断方法，在使用中，本发明在配电网故障情况下，将pmu量测数据和scada数据进行融合处理和计算，得到配电网在故障前和故障情况下的拓扑结构，为配电网故障恢复提供依据，与传统的故障诊断不同，该方法综合利用了开关量和电气量等信息，弥补了利用单一数据源进行故障诊断时因信息不完备或畸变而导致的故障诊断错误的问题，符合电网故障诊断的要求，而且节省人力，监控灵活；本发明具有数据融合处理计算、得到故障前和故障情况拓扑结构、综合利用开关量和电气量信息、避免单一数据源导致诊断错误的优点。

技术特征：

1.一种基于pmu量测数据和scada数据融合的配电网故障诊断方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于pmu量测数据和scada数据融合的配电网故障诊断方法，其特征在于：所述的步骤s1中的通过转移矩阵计算故障前配电网未知节点运行状况，其转移矩阵具体为：正常运行状态以简单双电源供电系统为例，将本地端和远端分别等效为电源eloc与系统等值阻抗zloc的串联及电压源erem与系统等值阻抗zrem的串联，当线路长度较短或电压低于69kv时，线路电容较小，因此可以忽略线路电容对线路运行的影响，此时，线路参数等效于单位长度的单位阻抗与线路长度相乘：z＝(r+jωl)l＝r+jx(1)，式中，r为线路单位长度的每相电阻；l为线路单位长度的每相电感；l为线路长度；vl和il为线路始端的相电压和相电流，vr和ir为线路末端的相电压和相电流，根据线路参数可知始端相电压为：vl＝vr+zir(2)，由于忽视了电容，所以始端电流等于末端电流，即：il＝ir(3)，将上述电流电压等式写成通用电流参数形式：由式(2)和式(3)可知，a＝d＝1，b＝z*d，c＝0，d为线路长度，z为单位线路阻抗。

3.如权利要求1所述的一种基于pmu量测数据和scada数据融合的配电网故障诊断方法，其特征在于：所述的步骤s2中的加权贝叶斯网络算法具体为：在继承贝叶斯网络模型框架的基础上，首先基于重构的注入电流故障分量判定疑似故障范围，仅对疑似范围内的各元件搭建贝叶斯网络，提高配电网诊断效率；鉴于保护和断路器自身存在拒动、误动的情况，先对贝叶斯网络中的节点赋予权值进行修正，以量化该节点对其子节点的影响程度，再构建贝叶斯网络，从而更准确的反映故障与保护之间的关系，提高诊断容错性。

4.如权利要求1所述的一种基于pmu量测数据和scada数据融合的配电网故障诊断方法，其特征在于：所述的步骤s3中的基于故障叠加原理网络的故障点计算具体为：故障叠加状态是由于故障才引出来的状态，当线路上发生三相金属性故障时，故障附加电源网络中本地端和远端电压为零，考虑从故障点到本地端和远端的分布式网络，可以计算本地端和远端在故障叠加状态下的电流电压。

5.如权利要求1所述的一种基于pmu量测数据和scada数据融合的配电网故障诊断方法，其特征在于：所述的步骤s4中的通过d-s证据理论融合将电气量故障度和开关量故障度信息进行融合具体包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种基于PMU量测数据和SCADA数据融合的配电网故障诊断方法，方法包括以下步骤：步骤S1：利用PMU设备采集的配电网故障前数据，根据转移矩阵原理计算配电网各节点数据，掌握电网拓扑结构；步骤S2：采用加权贝叶斯网络算法，利用SCADA系统数据，缩小故障区域，计算各元件故障概率，将故障概率标准化为开关量故障度；步骤S3：根据故障叠加原理，计算故障节点和相关支路信息，将获取的故障信息标准化为电气量故障度；步骤S4：将电气量故障度和开关量故障度进行D‑S证据理论融合，得到配电网故障诊断结果；本发明具有数据融合处理计算、得到故障前和故障情况拓扑结构、综合利用开关量和电气量信息、避免单一数据源导致诊断错误的优点。

技术研发人员：宋耐超,王瑞琦,李明明,季亮,席瑞翎,李卫军,陈钊,唐欣,宋仁杰,郑秒,宋志勇,黑聪
受保护的技术使用者：国网河南省电力公司驻马店供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13