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含电气量信息的电力系统故障诊断解析模型(2)

时间:2016-02-17 13:05来源:www.hexinqk.com 作者:董明,张勇,张岩,文 点击:
从故障发生时开始,到继电保护跳开触发断路器切除故障这一时间段内,调度中心将接收到断路器的变位警报信息,对所有变位警报对应的n个断路器进行编号并形成集合C={QF1,QF2,,QFn}。在自动识别过程

  从故障发生时开始,到继电保护跳开触发断路器切除故障这一时间段内,调度中心将接收到断路器的变位警报信息,对所有变位警报对应的n个断路器进行编号并形成集合C={QF1,QF2,…,QFn}。在自动识别过程中,首先按照编号顺序访问C中断路器并对其进行判断,找到其中第1个故障区域边界断路器;然后根据故障前网络的拓扑结构,并按照该断路器的停电方向进行广度优先搜索,对搜索路径上的断路器进行判断和记录,若所判断的断路器为故障区域边界断路器,这说明已经搜索到另一故障区域边界,则停止搜索;完成以上搜索后,若C中尚有未被搜索过的断路器,则说明可能存在多重设备同时故障导致的多故障区域,此时需要对未被搜索的断路器重复以上搜索过程,直至C中断路器都被搜索到为止。将此过程所判断出的故障区域内的所有设备作为候选故障设备,以用于之后对系统元件的故障诊断。

  当故障发生后,出现故障区域内断路器变位信息错误、丢失或上送速度较慢的情况时,可以从该区域其他已上传变位信息的边界断路器开始进行搜索,并利用电气量信息辅助判断,从而克服上述困难,确定故障区域。

  3、含电气量的故障诊断解析模型和方法

  基于解析模型的故障诊断方法比较成熟,已经在实际电力系统中得到应用。现有的故障诊断解析模型只利用故障发生后接收到的保护和断路器的动作警报信息,以故障发生与保护和断路器动作之间的逻辑关系作为依据进行故障诊断。这种方法简单实用,但由于信息源单一,信息冗余度较低,当继电保护和断路器出现误动或拒动、警报信息出现误报或漏报等情况时,可能得不到明确的诊断结果,有时甚至得到错误结果。这里把由WAMS得到的实时电气量信息引入故障诊断之中,并建立诊断判据,扩展现有故障诊断解析模型所利用的信息源,以提高容错性能。

  3.1电气量判据的建立

  3.1.1基于线路一端电压电流正序故障分量的电气量判据

  根据叠加原理,故障后的系统可以表示为正常运行系统和故障附加系统的叠加,故障后的故障电压和故障电流可表示为负荷分量与故障分量之和。

  故障对系统运行的影响可以通过故障分量反映出来。根据对称分量法,将故障后的三相电气量按照正序、负序和零序进行三序分解。在三序分量中,对称和不对称故障都能通过正序故障分量表征出来,因此,这里选择正序故障分量建立判据。

  3.1.2基于线路两端故障电流的电气量判据

  在故障发生后,线路两端故障相电流的相位将满足下述关系:-90°<argI·2I·()3<90°(5)式中:I·2和I·3分别为线路两端PMU测量到的故障相的故障电流。

  据此可建立基于线路两端故障电流的0-1模型判据,这里用s表示,其定义为:sA/B/C=1-90°<argI·2(A/B/C)I·3(A/B/C())<90°0(6)s=sA?sB?sC(7)式中:sA/B/C表示sA或sB或sC;I·k(A/B/C)表示I·kA或I·kB或I·kC;sA,sB,sC分别对应三相判据值;?表示逻辑加法运算。当该线路上发生故障时,s应为1,否则为0。

  3.1.3基于流入母线电流和的电气量判据

  根据基尔霍夫电流定律,当母线处于正常运行状态时,连接在母线上的所有元件流入母线的电流之和为0;而当母线上发生故障时,连接在母线上的所有元件流入母线的电流之和等于故障点的短路电流。这里将从母线到线路的方向设定为线路电流的正方向。

  3.2解析模型的建立

  故障诊断解析模型的目标函数用E(D)表示,这里D=[d1,d2,…,dnd]表示故障假说。D是一个nd维的向量,nd为故障区域内的设备数,dk=0或dk=1分别表示故障区域内的第k个设备处于正常或故障状态。E(D)反映故障假说的可信程度,E(D)越小,则故障假说越可信。这里将电气量判据引入模型,得到下述目标函数:E(D)=Σnmi|mi-m*i(D)|+Σnsj|sj-s*j(D)|+Σnvk|vk-v*k(D)|+Σnrp|rp-r*p(D)|+Σncq|cq-c*q(D)|(10)式中:nm,ns,nv,nr和nc分别为3.1节所述的故障区域内的3种电气量判据以及保护和断路器的个数;mi为第i个m判据的实际状态;sj为第j个s判据的实际状态;vk为第k个v判据的实际状态;rp为第p个保护的实际状态,rp=0和rp=1分别表示继电保护未动作和动作;cq为第q个断路器的实际状态,cq=0和cq=1分别表示断路器未动作和动作;m*i(D),s*j(D),v*k(D),r*p(D),c*q(D)分别对应mi,sj,vk,rp,cq的期望状态,它们均为故障假说D的函数。

  3.3期望状态的重新定义

  目标函数中各期望状态均为故障假说D的函数,根据D内相关元件和所获得的一些实际状态量求取。

  3.3.1电气量判据的期望状态

  1)m判据

  当线路发生故障时,其两侧对应的m判据的期望状态均应为1;当相应线路未故障时,以mi的期望状态为依据计算mi所需电气量量测点处事先规定的电流正方向,当该量测点上游未发生故障且下游发生故障时,m*i(D)=1,否则m*i(D)=0。m*i(D)=A-Σdy∈Sdown(mi)d(y)?dz(11)A=Σdx∈Sup(mi)dx(12)式中:dz为mi所对应的线路;Sup(mi)为mi电气量量测点沿规定电流反方向根据拓扑结构能搜索到的故障区域内的所有设备的集合;Sdown(mi)为该量测点沿规定电流正方向根据拓扑结构能搜索到的故障区域内除dz外的所有设备的集合;Σ表示连续的逻辑加法运算;A-表示A的非运算表示逻辑乘法运算。

  2)s判据

  sj与故障区域内的线路元件相对应,其期望状态为:当所对应的线路发生故障时,s*j(D)=1,否则s*j(D)=0。s*j(D)=dj(13)

  3)v判据



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