电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法

技术领域

本发明涉及电力系统控制方法技术领域，特别涉及电力系统故障诊断方法技术领域，具 体是指一种电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法。

背景技术

电力系统的故障诊断从其应用的方法上来说可以分为专家系统方法、人工神经网络方法、 遗传算法以及逻辑处理方法，前三种属于人工智能技术，由于其善于模拟人类处理问题的过 程、容易计及人的经验以及具有一定的学习能力等特点而在故障诊断领域得到了广泛的应用。 从数据采集层面上进行区分，故障诊断研究方法主要有基于断路器动作信息的故障诊断、基 于继电保护动作信息的故障诊断、基于断路器和继电保护动作信息的故障诊断以及基于断路 器、继电保护和录波信息的故障诊断方法。而从数据来源的途径上，主要有三种，即从SCADA 获取断路器和继电保护动作信息、从电网故障信息系统获取继电保护和电压电流信息以及从 录波器获取电压电流信息。

蒋亚提出（“专家系统在电力系统故障诊断中的应用”，《动力与电气工程》2011(2)，112） 采用正反向混合推理的控制策略进行故障元件的判断，作者提出的核心诊断程序包括五个数 据库：实时数据库、知识库、报警信息库、结果库、解释库；启动检测程序后，先后经过正 向推理、反向推理给出结论并生成报告，通过人机接口展示结果。郑武、杨鑫华、赵慧敏和 唐飞龙等人提出（“粗糙集、神经网络和专家系统模型用于电力系统故障诊断”《高电压技术》 2009，35(7)：1624-1628）采用的RBF神经网络是由输入层、隐藏层和输出层构成，作者首 先将约简整理后的数据决策表作为神经网络的训练样本进行训练，获得各自的连接权值和阈 值；然后存储相应的连接权值，形成知识库；最后用训练好的神经网络模型进行故障诊断。 文福拴、韩祯祥、田磊、史觉玮和张怀宇等人提出（“基于遗传算法的电力系统故障诊断的解 析模型与方法”，电力系统及其自动化学报，1998，10(3)：1-6）电力系统故障诊断的解析模 型与基于遗传算法的方法，并首先提出了用计算机自动形成故障诊断的目标函数的方法。吕 雪峰提出了（“基于遗传算法的电力系统故障诊断”，大庆石油学院控制理论与控制工程系， 2006：9-19）改进的电力系统故障解析模型应用到电力系统故障诊断当中，研究了在线故障 诊断过程中目标函数的自动形成方法，故障区域的判别方法。对于专家系统和神经网络的故 障诊断方法，两者各有不足：神经网络基于数值与计算，通常是每个输出神经元对应于一个 故障原因，当新的故障现象（即新的输入）出现时，如果有些故障与训练学习样本相差过大， 则可能没有对应的输出单元与之对应，故障诊断系统就会出现错误；而专家系统则是基于规 则和启发式推理，其特点是在故障征兆与原因见简历明确的对应关系，由于知识多样性并且 随着设备结构的改变，知识还需要不断更新，而由于传统的专家系统设计方法中存在知识获 取的“瓶颈”问题，故障现象和故障原因间存在这大量的非一一对应关系，造成了专家知识 库的不完备。汤磊、孙宏斌、张伯明和高峰等人（“基于信息理论的电力系统在线故障诊断” 《中国电机工程学报》2003，23(7)：5-10）进一步发展了基于信息损失最小的决策原理，建 立了电网故障诊断过程的信息运动模型，对故障诊断中的不确定性信息进行了量化，提出了 基于信息量损失最小的电网故障诊断新方法。张海波、张莉、淘文伟、王俏文和张晓云等（“基 于信息理论与专家系统的电力系统故障诊断”）提出了将专家系统与信息论中处理通信误码理 论相结合的故障诊断新方法。都同样存在上述的问题。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效避免由于知识多样性 且随着设备结构的改变需要不断更新，而存在知识获取的“瓶颈”问题，能够根据继电保护 原理和事件发生的因果关系建立事件集之间的联系，由果索因、诊断故障、重演事件，且作 为判断依据的遥信量获取方便，计算效率高，容易识别误报和漏报的遥信量，诊断结果具有 解释性，可以适应电力系统故障诊断实用性、准确性的要求的电力系统中基于事件集因果链 实现故障诊断控制的方法。

为了实现上述的目的，本发明的电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法 包括以下步骤：

（1）收集所述的电力系统发生故障后的遥信量；

（2）根据所述的遥信量建立故障前后的电力系统拓扑图；

（3）对比所述的故障前后的电力系统拓扑图，确定新的隔离设备；

（4）将时间和类别属性相同的遥信量描述为一个事件；

（5）将属性相同的事件聚合为一个事件集；

（6）将各个事件集根据其因果关系形成事件集因果链；

（7）根据所述的事件集因果链的逻辑关系确定因果链首；

（8）根据所述的因果链首确定电力系统故障原因。

该电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法中，所述的遥信量包括保护动 作信息和断路器变位信息。

该电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法中，所述的将时间和类别属性 相同的遥信量描述为一个事件，具体为：将所述的保护动作信息和断路器变位信息根据时间 和类别属性构造为具有定位信息和时间信息的事件。

该电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法中，将属性相同的事件聚合为 一个事件集，具体为：根据所述的定位信息和时间信息将属性相同的事件构造为主保护动作 事件集、失灵保护动作事件集、重合闸动作事件集、单一保护动作事件集和单一断路器动作 事件集中的一种。

该电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法中，步骤（6）具体包括以下步 骤：

（61）将所有主保护动作事件集根据保护设备保护的一次元件的不同分类，构造具有不 同的一次设备的故障因果链形成多个一次设备故障因果链，同一因果链包括多个主保护动作 事件集的，则按照动作时间排列先后顺序，时间靠前的为前一主保护动作事件集结点，时间 靠后的为后一主保护动作事件集结点；

（62）将所有失灵保护动作事件集进行条件判定，将符合条件的事件集添加到具有相应 的主保护动作事件集结点的因果链中，并按照时间排序；

（63）将所有重合闸动作事件集进行条件判定，将符合条件的事件集添加到具有相应的 主保护动作事件集结点的因果链中，并按照时间排序。

该电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法中，一次设备故障因果链均以 主保护动作事件集结点作为起始结点。

该电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法中，步骤（6）还具体包括以下 步骤：

（64）将未能添加到具有相应的主保护动作事件集结点的因果链中的事件集构造为保护 误动因果链或断路器故障因果链。

该电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法中，根据事件集因果链的逻辑 关系确定因果链首，具体包括以下步骤：

所述的一次设备故障因果链查找相应的一次设备故障原因集作为因果链首结点；

所述的保护误动因果链查找相应的保护误动故障原因集作为因果链首结点；

所述的断路器误动因果链查找相应的断路器误动故障原因集作为因果链首结点。

该电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法中，根据事件集因果链的逻辑 关系确定因果链首，还具体包括以下步骤：

将未能找到对应的一次设备故障原因事件集的因果链修改为保护误动因果链，并查找相 应的保护误动故障原因集作为因果链首结点。

该电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法中，根据所述的因果链首确定 电力系统故障原因，具体为：根据因果链首结点诊断电力系统故障，分析故障过程，产生相 应的故障描述信息。

采用了该发明的电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法，由于其首先将 系统的遥信描述为事件，并将事件根据属性聚合为一个事件集；而后根据事件集的因果关系 形成事件集因果链；最终将根据因果链的逻辑关系确定因果链首，从而确定电力系统故障原 因。因此该方法能够根据继电保护原理和事件发生的因果关系建立事件集之间的联系，由果 索因、诊断故障、重演事件，有效避免了现有技术中由于知识多样性且随着设备结构的改变 需要不断更新，而存在知识获取的“瓶颈”问题，且作为判断依据的遥信量获取方便，计算 效率高，容易识别误报和漏报的遥信量，诊断结果具有解释性，本发明的电力系统中基于事 件集因果链实现故障诊断控制的方法，可以适应电力系统故障诊断关于实用性和准确性的要 求。

附图说明

图1为本发明的电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法的步骤流程图。

图2为本发明的电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法的三种因果链基 本结构框图。

图3为本发明的电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法的一次设备故障 因果链结点属性说明示意图。

图4为本发明的电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法的故障一次设备 确认方法说明示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本发明的电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法的 步骤流程图。

在一种实施方式中，该电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法包括以下 步骤：

（1）收集所述的电力系统发生故障后的遥信量；

（2）根据所述的遥信量建立故障前后的电力系统拓扑图；

（3）对比所述的故障前后的电力系统拓扑图，确定新的隔离设备；

（4）将时间和类别属性相同的遥信量描述为一个事件；

（5）将属性相同的事件聚合为一个事件集；

（6）将各个事件集根据其因果关系形成事件集因果链；

（7）根据所述的事件集因果链的逻辑关系确定因果链首；

（8）根据所述的因果链首确定电力系统故障原因。

其中，所述的遥信量包括保护动作信息和断路器变位信息。

在一种较优选的实施方式中，步骤（4）所述的将时间和类别属性相同的遥信量描述为一 个事件，具体为：将所述的保护动作信息和断路器变位信息根据时间和类别属性构造为具有 定位信息和时间信息的事件。

而步骤（5）所述的将属性相同的事件聚合为一个事件集，则具体为：根据所述的定位信 息和时间信息将属性相同的事件构造为主保护动作事件集、失灵保护动作事件集、重合闸动 作事件集、单一保护动作事件集和单一断路器动作事件集中的一种。

在进一步优选的实施方式中，所述的步骤（6）具体包括以下步骤：

（61）将所有主保护动作事件集根据保护设备保护的一次元件的不同分类，构造具有不 同的一次设备的故障因果链形成多个一次设备故障因果链，同一因果链包括多个主保护动作 事件集的，则按照动作时间排列先后顺序，时间靠前的为前一主保护动作事件集结点，时间 靠后的为后一主保护动作事件集结点；

（62）将所有失灵保护动作事件集进行条件判定，将符合条件的事件集添加到具有相应 的主保护动作事件集结点的因果链中，并按照时间排序；

（63）将所有重合闸动作事件集进行条件判定，将符合条件的事件集添加到具有相应的 主保护动作事件集结点的因果链中，并按照时间排序；

（64）将未能添加到具有相应的主保护动作事件集结点的因果链中的事件集构造为保护 误动因果链或断路器故障因果链。

其中，所述的一次设备故障因果链均以主保护动作事件集结点作为起始结点。

相应的，步骤（7）所述的根据事件集因果链的逻辑关系确定因果链首，具体包括以下步 骤：

所述的一次设备故障因果链查找相应的一次设备故障原因集作为因果链首结点；

所述的保护误动因果链查找相应的保护误动故障原因集作为因果链首结点；

所述的断路器误动因果链查找相应的断路器误动故障原因集作为因果链首结点；

并将未能找到对应的一次设备故障原因事件集的因果链修改为保护误动因果链，查找相 应的保护误动故障原因集作为因果链首结点。

在更优选的实施方式中，步骤（8）所述的根据所述的因果链首确定电力系统故障原因， 具体为：根据因果链首结点诊断电力系统故障，分析故障过程，产生相应的故障描述信息。

在本发明的应用中，电力系统继电保护装置动作属于事件触发型，本发明的故障诊断方 法所需要的触发事件包括两种，一种是保护动作信息；另一种是断路器变位信息。故障诊断 前需要构造根据上述两种信息构造出具有定位信息和时间信息的事件，再根据事件的属性构 造以下五种事件集：

1.主保护动作事件集；

2.失灵保护动作事件集；

3.重合闸动作事件集；

4.单一保护动作事件集；

5.单一断路器动作事件集。

上述五种事件集如下表所示：

表1五种事件集属性列表

为了方便标识事件集，本发明定义主观元素、客观元素概念：所谓集合的主观元素指的 是能唯一标识集合的元素，不同的集合有不同的主观元素，但是可以有相同的客观元素。

链是结点的单相有序集合，所以一条链具有两个重要的属性，也就是链的结点以及链结 点之间的有序关系。因果链的结点是事件集，有序关系即为因果关系，前后链结点具有前因 后果的关系。由于事件集由故障后的保护动作事件和断路器动作事件构成，所以因果链的链 首结点一定是引起保护动作和断路器动作事件的原因。分析电网发生故障引起保护或断路器 动作的原因可知，构成因果链首结点的故障原因集可以分为一次设备故障、保护误动、断路 器误动三种。所以可以将因果链根据链首结点的属性分为三类，即图2所示的一次设备故障 因果链、保护误动因果链和断路器误动因果链。

如图3及图4所示，对于一次设备故障因果链，一次设备故障发生后，电网中的故障元 件被保护装置切除。五种事件集中主保护动作事件集、失灵保护动作事件集合单一断路器动 作事件集具有将故障元件与电网隔离的功能。但是根据继电保护原理可知，故障原因为一次 设备故障的因果链中事件集1只能是主保护动作事件集。

对于保护误动因果链，事件集1可以是主保护、失灵保护、重合闸动作事件集以及单一 保护动作事件集，对于前三种情况，因果链还可能有后续事件集结点，但对于单一保护动作 事件集由于没有断路器动作事件的发生，所以没有后续结点。

对于断路器误动因果链，事件集1可能是单一断路器动作事件集。重合闸动作必须在主 保护和断路器分闸两种情况下启动，所以断路器误动因果链的事件集1不能是重合闸动作事 件集，并且没有后续事件集。

主保护动作事件集具有主动性，与故障原因直接相关，而从继电保护原理的角度上来说 失灵保护动作事件集和重合闸动作事件集主动性较弱，只有在保护误动因果链中才与故障原 因直接相关，是否属于一次设备故障因果链则需要在一定的判定条件下才能发生。根据继电 保护原理可知，失灵保护闭锁重合闸动作，所以在具有失灵保护事件集结点的一次设备故障 因果链中不能再添加重合闸动作事件集结点。考虑重合闸不成功再次保护跳闸的情况，所以 在重合闸动作事件集结点后可能再有主保护动作事件集结点。

本发明实现故障诊断，需要先从构造一次设备故障因果链开始，再入手构造其他因果链； 而对于一次设备故障因果链的构造要从主保护动作事件集结点入手。具体过程如下：

1）将所有主保护动作事件集根据保护设备保护的一次元件不同分类，构造不同的一次设 备故障因果链，同一因果链里如果有多个主保护动作事件集则按照动作时间排列先后顺序， 时间靠前的前一结点，时间靠后的为后一结点；

2）将所有失灵保护动作事件集进行条件判定，将符合条件的事件集添加到有相应主保护 动作事件集结点的因果链中，按照时间排序；

3）将所有重合闸动作事件集进行条件判定，将符合条件的事件集添加到有相应的主保护 动作事件集结点的因果链中，按照时间排序。

上述构造的单条或多条因果链，均以主保护动作事件集结点起始，可暂认为属于一次设 备故障因果链。判断故障原因后，对于没有找到一次设备故障原因事件集的因果链，则需要 改为保护误动因果链。

完成一次设备故障因果链的构造后尚未被放入因果链结点中的事件集，需要被用来继续 构造保护误动因果链或断路器故障因果链。

故障诊断流程图如图1所示，首先通过故障前后网络拓扑识别找出被隔离的设备，然后 将多重复杂的遥信量整理分类，对具互为因果的遥信量打包成事件集，并在构造由故障事件 集作为链结点的因果链的基础上，按照继电保护原理和事件发生的因果关系建立事件集之间 的联系，由果索因、诊断故障、重演事件。在因果链的链接、修正过程中，缺乏逻辑关联的 故障事件集被删除，剩余的故障事件集成为故障诊断的输出结果。

总体而言，本发明的方法可以根据获得的故障信息、断路器变位信息，利用事件集因果 链智能算法和计算机的快速计算能力，诊断故障原因并评价保护动作行为，为调度员的决策 提供相关的依据。基于事件集因果链的电力系统故障诊断方法的输入信息是的遥信量，也就 是调度中心收集到的保护动作情况、断路器变位信息。故障事件集是对故障设备的假设性判 断，源自动作的保护设备特性及被跳闸隔离的设备。首先将多重复杂的遥信量整理分类，对 具互为因果性的遥信量打包成事件集，并在构造由故障事件集作为链结点的因果链的基础上， 将多重复杂的保护动作情况、断路器变位信息整理分类，并按照继电保护原理和事件发生的 因果关系建立事件集之间的联系，由果索因、诊断故障、重演事件。在因果链的链接、修正 过程中，缺乏逻辑关联的故障事件集被删除，剩余的故障事件集成为故障诊断的输出结果。

与其他故障诊断方法相比，采用了该发明的电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断 控制的方法，由于其首先将系统的遥信描述为事件，并将事件根据属性聚合为一个事件集； 而后根据事件集的因果关系形成事件集因果链；最终将根据因果链的逻辑关系确定因果链首， 从而确定电力系统故障原因。因此该方法能够根据继电保护原理和事件发生的因果关系建立 事件集之间的联系，由果索因、诊断故障、重演事件，有效避免了现有技术中由于知识多样 性且随着设备结构的改变需要不断更新，而存在知识获取的“瓶颈”问题，且作为判断依据 的遥信量获取方便，计算效率高，容易识别误报和漏报的遥信量，诊断结果具有解释性，本 发明的电力系统中基于事件集因果链实现故障诊断控制的方法，可以适应电力系统故障诊断 关于实用性和准确性的要求。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种 修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限 制性的。