计及信息不确定性的改进隐性故障检测方法技术

一种计及信息不确定性的改进隐性故障检测方法，通过对故障区域的识别和保护信息系统信号收集，确定可疑故障元件集合与断路器集合；根据保护规则解析得到各信号的期望表达式，构建解析模型并简化；然后建立目标规划函数，利用离散粒子群算法进行优化求解；针对不同实际情况故障的不确定性概率建立解集评价指标，确定实际最优解；最后通过对比最优解集合与采集信号集合，确定存在隐性故障的保护设备。本发明专利技术能够提高求解速度和精度，消除了原有方法误解或错解情况。同时，增加记及信息不确定性概率模块，实现了对不同区域检测结果的辨识。此改进方法，为继电保护装置隐性故障的检测发挥更多重、更重要的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种电力系统继电保护领域的技术，具体是一种计及信息不确定性的改进隐性故障检测方法。
技术介绍
北美电力可靠性协会(north American electric reliability corporation，NERC)在1988-1996年电网重大事故的分析报告中指出，70％的N-2停运事件由继电保护系统的误动造成。2011年巴西及2012年印度发生的大规模停电事故，也都是由继电保护系统隐性故障引起的。近年来的运行统计表明，继电保护装置由运行原因引起的误动所占比例为50％以上(张烈,吕鹏飞,申华等,王文焕.2013年国家电网公司220kV及以上电压等级交流系统继电保护设备及其运行情况分析[J].电网技术,2015,04:1153-1159.)，这些错误动作一般不是继电保护原理不正确，而是多由保护系统中定值整定错误、操作失误、元件老化、环境影响等隐性故障引起的。隐性故障是保护装置中存在的一种永久缺陷，这种缺陷只有在系统发生故障或不正常运行状态时才会表现出来，严重时会引起大电网连锁故障甚至电网解列。为了提高电网的运行可靠性，对继电保护装置可能存在的隐性故障进行监测是十分必要的。如今，国内外已有的研究主要从继电保护隐性故障的定义、成因、表现形式、系统建模、风险评估及监测与控制等方面进行研究。新能源的应用、分布式电源及各种形式可再生能源随时随地的即插即用，使得电网的运行方式变得极为灵活多变，对继电保护离线整定的传统管理方式提出了巨大挑战。同时，支撑智能电网建设的智能变电站技术的快速推广，使得智能变电站运行维护非常困难。上述两方面原因导致继电保护系统的隐性故障发生的几率大大增加。与此同时，智能变电站技术也为继电保护隐性故障的检测奠定了数据基础。因此，现阶段深入研究继电保护系统隐性故障检测理论，对于推进智能变电站工程建设，保障新能源的灵活接入，提高电网的运行可靠性具有重要意义。经过对现有技术的检索发现，梁辰,邰能灵,胡炎,张沛超在“基于混合量测状态估计的保护隐性故障检测系统”(水电能源科学,2015,09:200-204)中公开了一种利用SCADA及WAMS采集电网数据进行混合量测状态估计得到系统状态作为参考值,将该参考值与保护信息系统接受的继电保护装置测量数据进行比较,若差值超过预设门槛值,则可判定保护装置存在隐性故障,并在此基础上建立隐性故障检测系统。陈星田,熊小伏,齐晓光,郑昌圣,钟加勇在“一种用于继电保护状态评价的大数据精简方法”(中国电机工程学报,2015,03:538-548.)中提出基于保护内部加工信息进行保护状态评价数据精简的思路，构建反映继电保护系统状态特征的精简数据指标集，并提出利用该精简指标数据对继电保护进行在线状态评价的方法。其优势在于将保护内部信息进行精简并给出状态评价指标，缺点在于该方案无法有效检测继电保护装置存在的隐性故障。梁辰在“继电保护隐性故障的检测方法”(上海交通大学,2015.)中提出了一种基于保护信号解析模型的隐性故障检测方法。该方法根据保护启动、保护动作、断路器跳闸、故障位置信号之间的逻辑关系，以及主保护和后备保护之间的配置规则，并考虑拒动、误动等情况，构建反应各信号之间关联的解析模型。其优势在于提出了检测隐性故障的新方法，缺点在于该模型求解难度大，易于出现多解情况导致模型求解不准确。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提出一种计及信息不确定性的改进隐性故障检测方法，能够提高求解速度和精度，消除了原有方法误解或错解情况。同时，增加记及信息不确定性概率模块，实现了对不同区域检测结果的辨识。此改进方法，为继电保护装置隐性故障的检测发挥更多重、更重要的作用。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术通过对故障区域的识别和保护信息系统信号收集，确定可疑故障元件集合与断路器集合；根据保护规则解析得到各信号的期望表达式，构建解析模型并简化；然后建立目标规划函数，利用离散粒子群算法进行优化求解；针对不同实际情况故障的不确定性概率建立解集评价指标，确定实际最优解；最后通过对比最优解集合与采集信号集合，确定存在隐性故障的保护设备。所述的目标规划函数为其中：ai、bi为第i个保护的实际启动、返回状态，hi为第i个重合闸的实际动作状态，Ai、Bi为第i个保护的期望启动、返回状态，Hi为第i个重合闸的期望动作状态，D为保护的数量，K为断路器的数量，Q为重合闸的数量，为保护和断路器拒动的情况；为保护和断路器拒动的情况，|·|为逻辑变量的范数，|1|＝1,|0|＝0，w表示保护启动和返回的相对权值，w1表示保护和断路器误动的相对权值，w2表示保护和断路器拒动的相对权值。所述的故障区域的识别是指：断路器切除故障后，一侧带电一侧不带电，此类断路器被称作故障区域边界断路器。基于PMU所量测的母线电压及支路电流等电气量检测断路器两端的带电情况识别边界断路器，确定故障区域边界从而形成故障区域，确定解析模型中可疑元件与断路器集合。所述的保护信息系统信号收集，具体是指：继电保护与故障信息系统记录了继电保护设备的运行状态，通过提取保护运行状态得到解析模型中所涉及保护启动、动作、返回以及断路器动作信号集合。所述的构建解析模型并简化是指：通过对逻辑方程组进行等价变换和变量分离，实现隐性故障检测模型的化简，具体为：隐性故障检测模型为：化简后的解析模型为：其中a∈A，r∈R，b∈B，c∈C，h∈H，f∈F，g∈G，S为可疑故障元件集，P为可疑故障线路集，A为与S、P相关的保护启动集合，R为与S、P相关的保护动作集合，B为与S、P相关的保护返回集合，C为与S、P相关的断路器集合，H为与S、P相关的重合闸集合，F为误动集合，G为拒动集合，A',R',C',B',H'表示各信号的动作期望。通过化简将模型中变量个数由M+N+5D+3K+Q减少为M+N+D+K+Q，大大降低了模型维度提高了求解的速度以及精度。在实际应用中，由于不同地域、环境一二次设备故障等概率不同，在检测模型中增加记及信息不确定性的解集评价指标，用以根据具体实际情况调整相关概率，得到最符合实际情况的检测结果。所述的解集评价指标是指：将保护和断路器动作以及各告警信号的不确定性表示成概率模型，然后建立相应的评价指标，具体为：T(P(X＝(S,P,A,R,B,C,H,F,G)))其中：P(X＝(S,P,A,R,B,C,H,F,G))为优化结果中变量的不确定性概率，r为保护动作期望值，r*为保护动作实际值，c为断路器动作期望值，c*为断路器动作实际值，m为测量信息状态值，m’为测量信息实际值。技术效果与现有技术相比，本专利技术通过对解析模型的完善与化简，解决了原有模型局部收敛，求解不准确的问题。通过对模型的完善与简化，大大提高了检测的速度和精度，具有更好的容错能力；本专利技术增加了考虑信息不确定性的解集评价指标，解决了对于实际应用过程中，不同环境下继电保护隐性故障存在概率不同所导致检测异常问题。考虑沿海、内陆等实际情况装置受损程度差异，提出了更符合实际情况的检测方法；此外，本专利技术增加了计及故障信号以及保护和断路器动作不确定性对模型求解的影响的评价指标，解决了对于实际应用过程中，不同环境下继电保护隐性故障存在概率不同所导致检测异常问题。附图说明图1为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及信息不确定性的改进隐性故障检测方法，其特征在于，通过对故障区域的识别和保护信息系统信号收集，确定可疑故障元件集合与断路器集合；根据保护规则解析得到各信号的期望表达式，构建解析模型并简化；然后建立目标规划函数，利用离散粒子群算法进行优化求解；针对不同实际情况故障的不确定性概率建立解集评价指标，确定实际最优解；最后通过对比最优解集合与采集信号集合，确定存在隐性故障的保护设备；所述的目标规划函数为其中：ai、bi为第i个保护的实际启动、返回状态，hi为第i个重合闸的实际动作状态，Ai、Bi为第i个保护的期望启动、返回状态，Hi为第i个重合闸的期望动作状态，D为保护的数量，K为断路器的数量，Q为重合闸的数量，为保护和断路器拒动的情况；为保护和断路器拒动的情况，|·|为逻辑变量的范数，|1|＝1,|0|＝0，w表示保护启动和返回的相对权值，w1表示保护和断路器误动的相对权值，w2表示保护和断路器拒动的相对权值。

【技术特征摘要】
1.一种计及信息不确定性的改进隐性故障检测方法，其特征在于，通过对故障区域的识别和保护信息系统信号收集，确定可疑故障元件集合与断路器集合；根据保护规则解析得到各信号的期望表达式，构建解析模型并简化；然后建立目标规划函数，利用离散粒子群算法进行优化求解；针对不同实际情况故障的不确定性概率建立解集评价指标，确定实际最优解；最后通过对比最优解集合与采集信号集合，确定存在隐性故障的保护设备；所述的目标规划函数为其中：ai、bi为第i个保护的实际启动、返回状态，hi为第i个重合闸的实际动作状态，Ai、Bi为第i个保护的期望启动、返回状态，Hi为第i个重合闸的期望动作状态，D为保护的数量，K为断路器的数量，Q为重合闸的数量，为保护和断路器拒动的情况；为保护和断路器拒动的情况，|·|为逻辑变量的范数，|1|＝1,|0|＝0，w表示保护启动和返回的相对权值，w1表示保护和断路器误动的相对权值，w2表示保护和断路器拒动的相对权值。2.根据权利要求1所述的改进隐性故障检测方法，其特征是，所述的故障区域的识别是指：断路器切除故障后，一侧带电一侧不带电，此类断路器被称作故障区域边界断路器。基于PMU所量测的母线电压及支路电流等电气量检测断路器两端的带电情况识别边界断路器，确定故障区域边界从而形成故障区域，确定解析模型中可疑元件与断路器集合。3.根据权利要求1所述的改进隐性故障检测方...

【专利技术属性】
技术研发人员：田园，胡炎，邰能灵，范春菊，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31