摘要：当代电网越来越普遍，规模越来越大，为了保证电网运行安全、对电力系统的安全系数以及可靠性不断提出新的要求，因此提高电网运行的安全效率和故障检测是电网建设的一个重要指标。如果继电网安全系统出现故障问题，直接会导致电力系统的正常运转，如不控制会使电力系统的故障问题扩大，更甚会导致工厂、学校和公共设施等大面积停电，给国家发展和居民生活造成巨大不可扭转的损害。因此，构建立安全系数高，可靠能力强的智能供电网己变为现代电网系统规划的主要方向。众所周知，电网故障是电网操作中无法回避的问题，快速诊断，解除故障，确保电网的自我诊断和修复是现代化智能电网建设的基本目标。
关键词：电网故障；继电保护；诊断模型；风险区域
1继电保护状态分析的电网故障诊断
1.1 电网故障诊断模型
当电网出现故障时，断电设备运转行为出现变化，利用互联网远程上传断电区域，故障诊断区域主要集中在断电区域[3]，可假设断电区域周边电网的断路元件运转行为具有一致性。继电保护状态分析采用完全动态分析手段评价电网保护设备运行数据，将所取得的逻辑动态变量输入电网故障诊断模型，得到模型表达式：
式（1）中各参数释义如下：D ={ d1,d2,…,dn}：疑似电网故障设备集群，数量为n。当电网出现故障时，断电区域中涉及的电网设备均包含在集群 D 中，包含变压器、线路、电路负载等[4]。di是集群中次序为 i的设备，di= 0表明该设备无故障，否则等于1。P ={ p1,p2,…,pk}：疑似电网故障设备的行为保护集群，数量为k。pi= 0表明次序为i的设备处于保护当中，否则等于1。C ={ c1,c2,…,ch}：设备行为保护中的断路元件集群，能够被集群P调用、调出，与电网复杂与否无关[5]，数量为 h。ci= 0表明次序为 i的设备中断路元件未运转，否则等于1。M ={ Mp,Mc}={ mpi,…,mci}：集群P，C中同时处于行为保护和断路元件未运转状态的设备集群。mp1= mci= 1，表示错误的继电保护，否则，mp1= mci= 0。R ={ Rp,Rc}={ rpi,…,rci}：集群 P，C 中同时处于行为未保护和断路元件未运转状态的设备集群。rp1= rci= 1表明错误的继电保护，否则，rp1= rci= 0。Y ={ y1,y2,…,ys}：电网故障的误报、漏报集群，数量为s。A ={ Am,Ar}={ ami,…,ari}：电网故障校准集群。U：故障假说，表示电网保护设备运转情况分析集群。Fp，Fc，F，H：集群P，C，A，U的继电保护状态分析参数，依次表示保护行为分析参数、断路行为分析参数、错误行为分析参数以及逻辑状态限制参数。在模型中，继电保护状态分析不但要辅助进行故障假说的构建，其分析结果也可直接作为疑似故障数据输出。但由于继电保护状态分析不存在相关约束条件，所得结果不够全面，因此将故障假说的分析结果与继电保护状态分析结果合并、去重，作为构建电网故障关联树的依据。设置关联树迭代条件，当迭代停止，以迭代结果作为基于继电保护状态分析的电网故障诊断方法的最终诊断结果。
1.2基于继电保护状态分析的诊断策略
继电保护状态分析对电网故障的诊断分三个策略实施，包含电网状态诊断、保护行为诊断和断路行为诊断。
1.2.1 电网状态诊断策略
电网状态诊断策略为第i个电网保护设备设定两个故障置信参数，Fmi和 Fri分别对应行为与断路的电网故障置信参数。按照置信度的函数定义，电网故障校准项i和ari的函数式可以表示为：目ami和ari的函数式可以表示为：
式中置信度参数ba的释义如表1所示。
1.2.2 保护行为诊断策略
保护行为诊断包含整体保护、后备保护和断路元件失效保护，函数期望值分别表示如下：
整体保护诊断疑似电网故障设备保护行为中的故障，存在故障时式（4）成立。后备保护诊断分为近后备与远后备，在整体保护诊断之后进行。-pi是集群 P的算术非值[6]，I 表示电网保护设备的瞬时电流，存在故障时式（5）成立。断路元件失效保护策略的提出是为了避免断路元件产生拒动状态，-ch是集群 C 的算术非值，如果 ch存在拒动，电网保护设备应该保护ph行为，式（6）成立。
1.2.3 断路行为诊断策略
设P ( ci)是能够控制断路元件ci实施电网保护行为的集群，那么断路元件的行为期望函数满足：
1.3故障假说
故障假说 H ( D,P,C,M,R,Y )对断电区域中的疑似故障设备进行重点分析，从而检测故障的可信度，重建故障情景，它是对电网故障的预测，可以提高电网故障诊断模型的使用效果。断电区域产生后，继电保护状态分析自动生成电网可观察故障数据集群，表示为 E ={ P,C }。集群E中含有电网保护设备和断路元件中的故障数据，按照故障数据的描述，故障假说可以表示成：
在电网保护设备和断路元件的故障预测中，故障假说Hn被更新为：
由于电网传输范围大的缘故，电网保护设备和断路元件不可避免地存在数据误传、漏传和排列变形[8]，故障假说需要着重考虑到这一点。设 pil和 cil为电网保护设备和断路元件误传、漏传的数据，将以上数据添加到式（11）中，更新得到新的故障假说，表达式为：
针对数据排列变形，随机变更故障假说中的一个数据方位，产生两个数据排列变形，添加到式（12）中。
1.4电网故障关联树
利用电网故障诊断模型的继电保护状态分析和故障假说，能够得到疑似存在故障的电网保护设备以及断路元件，汇总到集群 L中，用 L1表示其中的电网保护设备，L2表示断路元件。构建一个电网故障关联树，诊断出集群L中的真实故障。将集群 L 中的疑似故障数据用一个树干 B 连接起来，设树干上的树杈有3条，命名为B1,B2,B3。树干关联值为空值，树杈之首的疑似故障数据关联值为 1，向后延伸的疑似故障数据均置为0，有：
用集群 O 中的数据表示疑似故障数据 oi之间的关联值，用集群A对集群O进行电网故障校准，可得：
利用计算出的集群O的几何意义，在电网故障关联树上连接集群 L 中的疑似故障数据。比如，当 O =[1 1 1 0 ]T时，树杈B2将连接数据[9]l1，l2和l3，如图1所示，虚线表示省略。
从树干开始进行疑似故障数据迭代，当搜寻到电网电源点或负载点时，迭代停止。按照迭代深度修正电网故障关联树中各点关联值，每搜寻到断路元件时，在关联值上加1，输出关联值最大的点，对应到电网中诊断出电网故障位置以及故障强度。
2变长度染色体遗传算法及诊断流程
遗传算法是模拟人工染色体的交叉、克隆、变异等算子生成可行解集合。依据自然选择的原理，直至迭代收敛条件到全局最优解。利用扇形区域的面积与故障假说的大小成反比做为基本故障假说的大小。令故障假说为
因为信息会出现错报报、漏报等行为，所以相当于假说中会出现插入和删除的故障事件，设执行插入和删除的事件不超过两个。插入和删除的事件会改变染色体的长度，故障事件的插入和删除如图2所示。变长度染色体遗传算法在交叉、克隆和变异上与传统遗传算法一样。交叉也就是交换任意两个故障假说中交叉点后面的事件；克隆也就是随机交换故障假说中两个事件的位置，生成新的故障假说；变异也就是在故障假说中，随机事件取反。变长度染色体遗传算法交叉、克隆和变异的过程如图3所示。
图2 故障事件的插入与删除
图3 遗传算法的交叉、克隆和变异
计及继电保护状态评估的电网故障诊断流程如图4所示。
图4 电网障诊断流程
结束语
本文提出基于继电保护状态分析的电网故障诊断方法，继电保护状态分析是指以电网保护设备运转情况为依据，进行电网数据的监控、保护和分析，以分析结果为逻辑关系的动态变量来诊断电网故障。实验结果表明，继电保护状态分析在电网故障诊断中具备优秀的灵敏性和可靠性，可大大加强用电安全。
参考文献:
[1] 孙明蔚，童晓阳，刘新宇，等.运用时序贝叶斯知识库的电网故障诊断方法[J].电网技术，2014，38（3）：715 722.
[2] 李乃永，梁军，李磊，等.基于广域故障录波信息的调度端电网故障诊断系统[J].电力系统自动化，2014，38（16）：100 104.
论文作者:宁强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
标签：电网论文; 故障论文; 集群论文; 假说论文; 状态论文; 设备论文; 元件论文; 《电力设备》2018年第19期论文;