摘要：现有的电力系统故障诊断解析模型采用的信息源比较局限，信息冗余度不大，在复杂故障情况下难以得到明确的故障诊断结果。随着以相量测量单元（ＰＭＵ）为基础的广域测量系统（ＷＡＭＳ）的发展，实时获取准确的系统电气量信息逐步成为可能。在此背景下，发展了能够利用电气量信息的电力系统故障诊断解析模型。首先，利用故障后的断路器状态与电气量快速确定故障区域；然后，对现有的解析模型作了进一步发展，以充分利用电气量信息，并对所发展的优化模型采用遗传算法求解。最后，用算例说明了所发展模型的可行性。仿真结果表明，所提出的方法具有较强的容错能力，可以处理保护和断路器误动／拒动情况以及警报丢失或错误情况。

　　关键词：故障诊断；解析模型；电气信息；相量测量单元；广域测量系统

　　０、引言

　　电力系统故障诊断就是利用故障发生后所产生的警报信息及时、有效地确定故障元件，为调度人员快速辨识故障提供辅助决策，其有助于尽快切除故障，恢复电力系统的正常运行。国内外学者在这一领域开展了大量研究，提出了基于专家系统、人工神经元网络、解析模型、Ｐｅｔｒｉ网、贝叶斯网等的故障诊断方法。在实际电力系统中，故障发生时保护和断路器有可能误动或拒动，警报上传过程中也可能出现上传不及时、畸变或丢失的情况。

　　针对这些问题，文献在计及保护和断路器误动和拒动、警报误报和漏报的情况下，发展了一种电力系统故障诊断解析模型。然而，上述方法一般仅利用接收到的保护和断路器动作信息，信息源比较单一，信息冗余度较低，当故障情况比较复杂且伴随保护／断路器异常动作和警报畸变／丢失情况时，就可能无法获得明确的诊断结果，有时甚至得到错误结果。

　　通信技术的发展和电力信息系统的逐渐成熟使得获取更加丰富的信息源用于故障诊断成为可能。

　　在中国，以相量测量单元（ＰＭＵ）为基础的广域测量系统（ＷＡＭＳ）开始得到应用。文献提出了基于ＷＡＭＳ的电力系统故障诊断方法，所构造的用于识别故障位置的判据利用了故障发生后的电气量特性信息，并可以分析保护和断路器的误动／拒动情况。文献对ＰＭＵ的配置进行了研究，并提出了利用潮流信息进行故障诊断的方法。文献根据ＰＭＵ量测到的实时信息，采用模式分类技术和模式识别理论中的线性判别原理来搜索电气量的明显变化情况，在此基础上形成了一种快速故障诊断方法。文献利用广域同步信息，构建了一种基于停电区域的故障诊断方法。

　　通过在现有故障诊断解析模型的基础上引入ＰＭＵ测量到的电气量信息，本文提出了一种基于多源信息的改进故障诊断解析模型。所发展的故障诊断模型分为２层：①将断路器变位信息与电气量信息相结合，形成一种故障区域快速识别方法；②根据故障后电气量特性构建了故障诊断问题的判据，发展了现有的故障诊断解析模型。所构造的模型具有较高的信息冗余度，能够处理多重故障且伴随保护／断路器异常动作和警报畸变／丢失的情况。

　　１、整体设计

　　在实际电力系统中，单一元件故障发生频率较高，这种情况下如果继电保护和断路器正确动作，则故障很容易被诊断出来。然而，当电力系统发生多重故障或继电保护和断路器等安全自动装置发生拒动或误动时，故障区域就会扩大，其中可能包括多个元件，在这种情况下就需要故障诊断系统协助运行人员诊断故障。为了在简单和复杂故障情况下能合理利用信息资源，提高诊断效率，这里采用分层诊断思想，即故障区域识别和故障元件诊断。

　　在第１层的故障区域自动识别中，利用实时断路器和电气量信息判断故障发生后所形成的新停电区域，即故障区域。当发生单一元件故障且保护和断路器均正确动作时，通过这一层即可得到诊断结果；当故障情况复杂时，则可通过这一步确定故障区域内的元件，为下一阶段的故障定位打下基础。

　　在第２层的故障元件诊断过程中，利用实时的继电保护、断路器和电气量等多源信息，建立高容错性的故障诊断解析模型，以准确而快速地诊断故障元件，并对保护和断路器的动作情况以及警报的正确性进行评价。

　　２、故障停电区域的自动识别

　　现有的故障后停电区域识别一般借助系统网络拓扑结构自动跟踪技术，这需要对故障前后的全网拓扑结构进行分析。然而，在通常情况下，故障发生后所形成的故障区域内元件数有限，因此，对全网重复进行拓扑分析显得没有必要。此外，传统的网络动态拓扑跟踪方法主要利用网络中元件的一次连接关系和断路器实时状态来分析判断系统拓扑结构，其数据源单一，对信息的可靠性依赖程度也较高。

　　然而，在实际系统故障时，可能出现故障区域内的断路器变位信息错误、丢失或上送速度较慢的情况，此时上述方法将无法准确确定故障区域。

　　ＰＭＵ可以直接量测母线电压和支路电流相量，并可计算获得测量点的功率、相位、功角等信息；其利用全球定位系统（ＧＰＳ）高精度的授时功能统一给定时标，保证全网数据的同步性，从而准确表征同一时刻下系统的实际情况。因此，这里将ＰＭＵ量测获得的广域同步电气量的实时信息引入故障区域识别过程之中，提出一种将开关量与电气量相结合的故障区域快速识别方法。

　　２．１故障区域边界断路器的判断

　　故障区域通过断路器变位切除故障而形成。这里将这类切除故障并确定故障区域的断路器定义为故障区域边界断路器，其特点是故障切除后断路器两侧的带电情况不同，即一侧带电、一侧停电。通过识别此类断路器，即可确定故障区域边界，从而形成故障区域。由于故障发生后存在断路器无法可靠断开的情况，因此，故障区域边界断路器不能仅通过断路器的变位信息来确定，还需要借助故障切除后ＰＭＵ量测的电气量信息。

　　２．２故障区域自动识别过程

　　故障发生后，相关断路器会变位且该断路器在故障区域内，因此可以从故障后所接收到的变位断路器中的一个故障区域边界断路器出发，沿其停电侧方向，采用广度优先搜索（ｂｒｅａｄｔｈｆｉｒｓｔｓｅａｒｃｈ，ＢＦＳ）方法对断路器进行搜索，以快速确定故障区域边界，形成故障区域。这样可以避免对全网进行拓扑分析，提高计算效率。广度优先搜索法是从根节点开始，沿着树的宽度遍历树的节点。如果所有节点均被访问，则算法中止。