浅析电网事故诊断及处理算法综述

发布时间：2014-02-19 10:27:14更新时间：2015-12-01 11:44:35 1

　　科学技术进步促进了电网安全技术的发展，当代电网的安全控制中，紧急状态下的紧急控制主要由“离线整定、实时动作”的继电保护和稳定控制装置来实现。这些自动装置除了不具备事态发展的评估能力外，当离线模拟与在线实际情况相差较大时，还可能发生保护动作过慢导致电网振荡，或发生不必要的解列问题。因此，电网在正常状态下动态安全评估的预防性控制亟待加强。本文对电网事故定位和诊断的方法、事故处理中的电网恢复算法进行了综合研究。

　　【摘要】随着社会的发展，电能在社会各个领域发挥着重要的角色作用，安全越来越受到人们的重视，电网安全已经成为行业内讨论的话题。本文从电网故障诊断和恢复处理角度，主要论述了基于人工智能的故障诊断方法、基于矩阵计算的故障定位方法，以及几种事故处理算法，并对各自的优缺点进行了评价，指出了此领域研究存在的问题。

　　【关键词】电网故障,诊断,处理,人工智能,智能电网

　　1.电网故障定位和事故处理概念

　　综合分析大量的事故，如要预防和控制事故，使事故损失降低到可以接受的范围内，就需要掌握事故规律，采取恰当的措施、方法和手段预防和控制事故。

　　1）事故预想，是指根据工作实际情况，对可能出现的事故进行分析设想，就事故发生后可能出现的情况进行推断，并就如何正确地判断事故情况，有效地控制事故扩大进行管理。

　　2）故障定位，是指电网发生单一故障时，迅速判断并确定故障发生区段。电网发生事故时，调度人员要在最短时间内对故障做出正确评判和决策，就要研究各种算法来及时有效地做出故障定位和隔离。

　　3）事故处理，需要注意解列判断、故障隔离和故障恢复。在电网事故处理之前，需要对系统进行解列状态判断，以了解系统是否解列及各子系统所包含的厂站。配电网发生故障后，在现有条件下继电保护装置一般无法精确地隔离故障设备，其动作结果往往造成一条或数条馈线上的负荷全部失电。为了提高供电可靠性，有必要先将故障隔离，再将那些非故障停电区域的负荷先恢复供电，称为故障恢复，其首要目标是在允许的操作条件和电气约束下，通过网络重构尽可能多地将停电区域的负荷转供到正常的馈线上。

　　2.电网故障诊断算法

　　电网故障诊断方法中较常见的有专家系统、模糊理论、人工神经网络、Petri网、优化理论、信息理论等。这些方法在遇到多重故障（如继电保护和断路器的故障、通信失败）时，每个方法都有自身的局限性。专家系统方法在电力系统故障诊断中取得了较大的进展，其存在的难题是创建和维护专家系统知识库相当复杂，且推理速度较慢也难以满足大规模电力系统在线应用。神经网络算法从简单电网上选取样本，并得到训练，不适合大规模电网的案例。针对目前国内外对电网故障诊断算法的研究现状，以下分析基于人工智能的故障诊断方法和基于矩阵计算的故障定位方法。

　　2.1基于人工智能的故障诊断方法是一种新模型

　　基于停电区域的电力系统故障诊断运用无源信息识别停电区域法，有效地将故障诊断问题局限于某个小的局部网络中；在停电区域内，根据停电元件、断路器和保护动作信息构造了新的只在停电区域中识别故障元件的0-1模型，并采用贪婪算法对故障诊断模型求解，验证了模型的正确性。采用粗糙集理论进行电网故障诊断，大大提高了诊断的容错性，但丢失或出错的故障信息为关键信息时诊断结果会受到影响，准确率较低。

　　尝试综合分析处理故障信息，运用粗糙集理论的方法解决电网故障诊断问题，保护动作分析模块先根据故障录波数据判断保护是否正确动作，将修正后的故障信息存入相应的模块，然后用历史故障样本建立决策表，采用基于可辨识矩阵和信息熵的属性约简算法提取最佳属性约简组合，最后利用最佳属性约简组合形成的约简决策表进行电网的故障诊断，其准确度较高。电网故障信息分为正常运行状态下的信息、事故后的动作信息和静态的继电保护信息。根据信息记录对象可分为开关动作、保护动作、故障录波。行波故障定位系统，不考虑阻抗、线路和电源参数及系统运行方式的影响，故障引起的高频电流信号是电流变压器通过多通道测量信号所必需的，开发了基于全网的行波故障定位系统，设计了行波感应器、故障定位和故障计算中心，满足电网的故障定位要求，可以计算故障行波到达时间与故障计算中心配合，可以通过星形模型计算定位出故障位置。

　　2.2矩阵计算的故障定位方法

　　综合矩阵法，可适用于单电源树状网和多电源复杂配电网。首先通过远方或就地设置装置的工作模式，将故障状态变量通过配电网自动化通信系统上传至配电自动化控制中心，在配电自动化控制中心计算机上应用综合矩阵法确定故障判断矩阵中元素为1的位置，根据配电网网络结构找到故障所在区间，下达调度命令、隔离故障区间、恢复非故障区间供电。基于过热区域搜索的多电源复杂配电网故障定位新方法（见图1），通过判断区域故障以及引入顶点对弧的负荷和区域负荷，给出简便的最小配电区域分离算法，并详细论述了过热区域的搜索步骤，对馈线测控终端故障信息不完备的情况给出了相应对策。该方法具有较高的实用价值，容错性好，可精确衡量故障的程度。

　　针对馈线区域和开关顶点的关联拓扑联结关系，提出改进型矩阵算法，并通过最终形成的故障区间判定矩阵可直观地定位出故障区域。该算法优点是可以同时确定出隔离该区域应断开的电源侧开关，可满足在线应用的需要；缺点是不能应用于多电源和多故障复杂配电网故障定位，需要拓展研究。

　　3.电网事故处理算法

　　电网发生事故时，迅速正确地判断事故是尽快消除故障源、防止事故扩大的前提，首先根据事故现象的关联性，正确判断事故性质，确定送受端；根据电网的有功、无功潮流及电压的变化，正确判断事故所产生的后果。随着电网结构的变化，及时了解与控制系统的薄弱环节，在恢复过程中分清主次关系，理顺送电次序。

　　专家系统是目前人工领域内最为活跃的一部分，故障诊断与恢复处理专家系统应用很广。其提出寻找无源连通区域，进一步确定故障区的方法大大缩小了故障搜索范围，提高了实时定位速度，同时也简化了多重故障。根据戴克斯特拉算法（Dijkstra）的思想，快速分离故障源，找出最优供电路径，迅速恢复未故障停电区的供电，采用面向服务的体系结构（SOA）进行故障诊断及恢复专家系统，根据事故处理的原则给出了处理措施。最短路径法故障处理如图2所示：系统的恢复过程分为：黑启动阶段、系统重构阶段和负荷恢复阶段这3个阶段。系统重构阶段划分为“串行”送电阶段和“并行”送电阶段。“串行”送电阶段即在系统恢复初期，系统电源较少，频率和电压调节能力不足时，只可以逐步地送电，该阶段的优化算法的寻优目标是以最短的路径向一些关键厂站供电；随着投入厂站的增多，“并行”送电阶段系统频率和电压调节能力也随之增强，该阶段的优化算法的寻优目标是以最小的代价向所有失电节点供电。选择恰当的寻优策略，适应不同的初始条件，求解不同的多项式时间算法，结果准确合理。研究了一种快速可靠的方法计算恢复系统的工作，运用国际通用数理计算法的分支限定法来探讨恢复系统的目标方案。目标函数确定为满足快速断路器最小的动作次数和最小停电面积和运行人员的操作措施。综合考虑开关操作次数最少和网损最小的配电网故障恢复重构模型，将禁忌（Tabu）搜索技术应用于所建立的故障恢复模型的求解，Tabu搜索技术的基本思想是通过记录搜索历史，从中获得知识并利用其来指导今后的搜索以避开局部最优解。该方法的缺点是所有开关的权重因子都取相同的值，Tabu搜索是考虑局部最优解，因此可以在此方法基础上拓展研究，使得模型求解更准确。

　　电网事故恢复处理系统如下：

　　①通过历史数据来找到解决问题的方案；

　　②采取适应法来提出一个新的方案，包含各种恢复方案和参数、规则来评价负荷电力系统的电气参数表现；

　　③回顾主要专家知识；

　　④确定最后的恢复步骤。

　　4.电网事故诊断和处理方法存在的问题

　　1）在基于人工智能的故障诊断算法研究中，虽然引入了优化问题的不同寻优方法，来提高算法中寻优方案的能力，但是从算法的计算效率上看，达到实时的在线运用要求还有差距。

　　2）在实际的调度工作中，当碰到事故发生时，由于时间的限制性，有可能来不及调用专家系统的知识库来判断及处理，大多还是凭借多年的工作经验来解决问题。

　　3）考虑事故的多样性。如何利用合适的诊断和处理方法，来解决问题是未来工作的重心。

　　4）在故障恢复时，不仅要考虑局部的故障恢复，还要考虑全局，要能够有效地调配整个配电网恢复容量。需要进一步研究在保证恢复事故效率的前提下更加优化的恢复方案。

　　5.结语

　　电网事故诊断及处理是电网系统研究的重要部分。本文从故障诊断和恢复处理角度，论述并评价了不同的事故诊断和处理的算法，这将对电力系统的预防控制和紧急控制功能以及电力系统恢复控制功能、连锁性故障发生的机理及控制策略的研究有重要的推动。