本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)故障系統(tǒng)，特別涉及一種電網(wǎng)故障智能告警系統(tǒng)及方法。

背景技術：

電網(wǎng)事故發(fā)生后，在很短的時間內(nèi)會接到來自現(xiàn)場的大量的異常事故匯報，在scada(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng))系統(tǒng)上出現(xiàn)大量的遙信變位信息和潮流越限等信息，在保信系統(tǒng)上也會出現(xiàn)保護的啟動、動作、閉鎖、重合閘等信號及更為詳細的故障信息，短時間內(nèi)重要信息會被表象的大量數(shù)據(jù)湮沒。調(diào)控員無法迅速準確判斷故障情況，不利于及時、準確進行故障恢復。

對電力系統(tǒng)智能告警系統(tǒng)的研究今年來逐步增多，但至今仍未有完善的解決方案，其困難主要有以下幾點：

(1)信息量龐大，各種信號間的邏輯關系復雜；

(2)缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的二次系統(tǒng)模型；

(3)缺乏冗余信息的相互印證。

研究智能告警的方法很多，包括專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊集、petri網(wǎng)、貝葉斯網(wǎng)絡、信息論、基于廣域測量系統(tǒng)等。每種方法各有利弊，專家系統(tǒng)知識庫的構(gòu)建較難滿足復雜情況的需求；人工神經(jīng)網(wǎng)絡對電網(wǎng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建較難；模糊集具有一定的主觀性；貝葉斯網(wǎng)絡診斷結(jié)果準確性依賴于樣本；petri網(wǎng)對復雜問題診斷速度較慢；廣域測量系統(tǒng)不能反映故障過程等。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電網(wǎng)故障智能告警系統(tǒng)及方法，提高了電網(wǎng)事故的處理速度，使得電網(wǎng)管理人員對電網(wǎng)事故的原因及保護動作情況、開關跳閘情況有了直觀清楚的了解。

為解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種電網(wǎng)故障智能告警方法，該方法包括：從數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)獲取的故障引起的開關變位信息，從保信系統(tǒng)獲取的故障引起的保護裝置保護動作信息；

根據(jù)所述獲取的開關變位信息確定與報警信息對應的保護動作類型；

根據(jù)所述確定的保護動作類型對應的保護路徑，確定故障或故障集合；

顯示所述確定的故障或故障集合。

另外，所述的根據(jù)所述獲取的開關變位信息確定與報警信息對應的保護動作類型的步驟包括：

根據(jù)開關變位與保護動作的對應關系，確定與變位開關對應的保護類型，所述保護類型包括主保護和后備保護；

若與所述開關變位對應的保護類型既包括主保護類型又包括后備保護類型，則判斷開關的跳閘保護時間是否小于后備保護的延時時間，若是，則保護類型為主保護類型；否則，保護類型為后備保護類型。

本技術方案對保護的類型區(qū)分為主保護類型和后備保護類型，并針對于同時出現(xiàn)主保護和后備保護這兩種類型的情況，通過限定開關跳閘時間和后備保護延時的時間，進行區(qū)分。從而提高了故障設備確定的精度。

另外，若確定的故障為故障集合c，則還包括：

按故障重數(shù)由低到高的順序遍歷g，直至i＝min{|g|，maxfaults}，如果δ是c中任意集合的超集，跳過；其中，δ表示診斷結(jié)果，g表示最終診斷結(jié)果的超集；

確定coverage(δ)和occurrence(δ)；如果cr≥crlimit且or≥orlimit，那么將δ添加進診斷結(jié)果集合c中；

其中，expect(δ)表示δ預測發(fā)生的報警的集合，h為實際發(fā)生的報警的集合；cr表示coverage(δ)，or表示occurrence(δ)。

另外，所述的顯示所述確定的故障或故障集合的告警信息的步驟具體包括：

若c＝{}，則診斷結(jié)果為無故障，h中所有報警為誤報警，則輸出無故障信息；否則，進入b)，其中h為實際發(fā)生的報警的集合；

b)若|c|＝1，輸出故障集c；

c)若|c|＞1，遍歷c，確定所有候選診斷結(jié)果中最大的出現(xiàn)率maxor，即maxor＝max{or|or＝occurrence(δ)andδ∈c}，若只有一個δ的出現(xiàn)率等于maxor，輸出故障集結(jié)果；若有多于一個δ的出現(xiàn)率等于maxor，再比較這些結(jié)果的覆蓋率，若覆蓋率有唯一的最大值，輸出對應的診斷結(jié)果；否則，將多個同時具有最大出現(xiàn)率和最大覆蓋率δ存入集合l中，進入d)；

d)合并結(jié)合l中同一設備不同類型的故障后，輸出故障集合。

相應的本發(fā)明還提供一種電網(wǎng)故障智能告警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)、保信系統(tǒng)，另外，還包括故障診斷服務器和顯示設備，所述故障診斷服務器包括第一數(shù)據(jù)存儲模塊、第二數(shù)據(jù)存儲模塊以及控制器；

所述第一數(shù)據(jù)存儲模塊，存儲有從數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)獲取的故障引起的開關變位信息；

所述第二數(shù)據(jù)存儲模塊，存儲有從保信系統(tǒng)獲取的故障引起的保護裝置保護動作信息；

所述控制器，用于根據(jù)來自第一數(shù)據(jù)庫的開關變位信息確定與報警信息對應的保護動作類型；并根據(jù)所述確定的保護動作類型對應的保護路徑，確定故障或故障集；

顯示設備，用于顯示服務器確定的故障或故障集合。

另外，還包括移動客戶端，用于顯示所述服務器確定的故障或故障集合。

另外，所述控制器還用于，根據(jù)開關變位信息與保護動作的對應關系，確定與變位開關對應的保護類型；所述保護類型包括主保護和后備保護；

若與所述開關變位對應的保護類型既包括主保護又包括后備保護，則判斷開關的跳閘保護時間是否小于后備保護的延時時間，若是，則保護類型為主保護；否則，保護類型為后備保護。

另外，若確定的故障為故障集合c，則所述控制器還用于：

按故障重數(shù)由低到高的順序遍歷g，直至i＝min{|g|，maxfaults}，如果δ是c中任意集合的超集，跳過；其中，δ表示診斷結(jié)果，g表示最終診斷結(jié)果的超集；

確定coverage(δ)和occurrence(δ)；如果cr≥crlimit且or≥orlimit，那么將δ添加進診斷結(jié)果集合c中；

其中，expect(δ)表示δ預測發(fā)生的報警的集合，h為實際發(fā)生的報警的集合；

本發(fā)明的電網(wǎng)故障智能告警方法，該方法根據(jù)來自數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的開關變?yōu)樾畔⒁约皝碜员Ｐ畔到y(tǒng)的保護動作信息來確定具體的故障設備。從確定故障設備的角度上看，本發(fā)明實施例根據(jù)開關變?yōu)樾畔⒋_定保護動作的類型，然后根據(jù)保護類型對應的保護路徑去查找故障設備，因此可以追溯到最根本的故障設備，而不會被相關的保護裝置帶來的開關動作所迷惑。另外，從信息的顯示上看，避免了現(xiàn)有技術中逐條顯示告警信息，信息之間的相互覆蓋的缺陷，方便了工作人員的查看，提高了工作人員的工作效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種電網(wǎng)故障智能告警系統(tǒng)的一種實施例的示意圖；

圖2是本發(fā)明一種電網(wǎng)故障智能告警系統(tǒng)的故障診斷服務器的一種實施例的示意圖；

圖3是本發(fā)明一種電網(wǎng)故障智能告警方法的第一種實施例的流程示意圖；

圖4是本發(fā)明一種電網(wǎng)故障智能告警方法的第二種實施例的流程示意圖；

圖5是本發(fā)明一種電網(wǎng)故障智能告警方法的第三種實施例的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。

如圖1-2所示，本發(fā)明一種電網(wǎng)故障智能診斷告警系統(tǒng)實施例包括：數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)1、保信系統(tǒng)2以及故障診斷服務器3和顯示設備4，其中數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)1和保信系統(tǒng)2分別與故障診斷服務器3連接，故障診斷服務器3與顯示器連接。

數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)1，存儲有大量的遙信變?yōu)樾畔⒑统绷髟较薜刃畔ⅲ?/p>

保信系統(tǒng)2，該系統(tǒng)上會出現(xiàn)保護的啟動、動作、閉鎖、重合閘等信號及更為詳細的故障信息。

故障診斷服務器3，設置有第一數(shù)據(jù)存儲模塊31和第二數(shù)據(jù)存儲模塊32以及控制器33。第一數(shù)據(jù)存儲模塊31和第二數(shù)據(jù)存儲模塊32分別與控制器33連接，控制器33可以從第一數(shù)據(jù)存儲模塊和第二數(shù)據(jù)存儲模塊獲取相應的故障信息。

第一數(shù)據(jù)存儲模塊31存儲有從數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)獲取的各報警信息的開關變位信息；另外存儲的信息還包括一次設備的描述及其拓撲連接關系

第二數(shù)據(jù)存儲模塊32存儲有從保信系統(tǒng)獲取的各報警信息的保護動作信息；另外，存儲的信息還包括二次設備(主要是保護裝置)的配置、信號的語義以及與一次設備的關聯(lián)關系；并且對保護設備進行了分類，歸納為如下10類智能電子設備(ied，intelligentelectronicdevice)線路保護ied、線路就地判別ied、變壓器保護ied、變壓器非電量保護ied、母線保護ied、高抗保護ied、低抗保護ied、電容保護ied、斷路器保護ied、短引線保護ied；每個ied對象下含若干邏輯節(jié)點，代表其具有的保護功能。例如，目前國內(nèi)廠家生產(chǎn)的超高壓線路保護裝置一般都以縱聯(lián)差動、相間或接地距離一段、零序過流一段等保護功能作為主保護，以相間或接地距離二段、零序過流二段等作為后備保護。歸納ied中出現(xiàn)的普通邏輯節(jié)點類，共有16種：pdif(差動保護)、pdis(距離保護)、pdir(方向保護)、ptoc(過流保護)、pvph(過激磁保護)、pvoc(復壓閉鎖過流保護)、ptov(過電壓保護)、ptuv(欠電壓保護)、ppdp(三相不一致保護)、pdup(欠功率方向保護)、scas(冷控失電)、rrtc(線路就地判別)、rbrf(斷路器失靈保護)、rrec(重合閘)、ptrc(跳閘)、ggio(告警)。每個邏輯節(jié)點類包括狀態(tài)信息(啟動信號和動作信號)、定值信息(包括投退信息)及保護類型信息。其中，保護類型信息指為了區(qū)分保護行為的更為詳細的類型信息，為根據(jù)實際需要自行擴充，包括保護類型、保護子類型、動作信息來源、故障類型、延時類型、段數(shù)、時限、特殊類型。

控制器33，用于根據(jù)來自第一數(shù)據(jù)庫的開關變位信息確定與報警信息對應的保護動作類型；并根據(jù)所述確定的保護動作類型對應的保護路徑，確定故障或故障集。

顯示設備4，可以顯示器，該顯示器的大小可以根據(jù)需要顯示的數(shù)據(jù)情況進行確定，如果數(shù)據(jù)比較龐大可以采用比較大的顯示器，比如掛在墻上的液晶顯示平等。如果需要顯示的數(shù)據(jù)比較少，則可以為小型的設置于服務器旁邊的臺式的顯示屏。

另外，還可以包括移動用戶終端5，該用戶終端可以是手持用戶終端，這樣工作人員可以進行隨身攜帶，這樣就可以將接收到的告警信息直接顯示給工作人員，工作人員可以在查看后第一時間趕到故障現(xiàn)場，對故障設備進行搶修，提高了工作人員的相應速度。

下面說明本發(fā)明的另一方面。

參見圖3所示，該圖是本發(fā)明一種電網(wǎng)故障智能告警方法的一種實施例的流程示意圖，包括如下步驟：

s1，從數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)獲取各報警信息的開關變位信息，從保信系統(tǒng)獲取各報警信息的保護動作信息；

s2，根據(jù)所述獲取的開關變位信息確定與報警信息對應的保護動作類型；

s3，根據(jù)所述確定的保護動作類型對應的保護路徑，確定故障或故障集合；

s4，顯示所述確定的故障或故障集合。

參考圖4，該圖是本發(fā)明一種電網(wǎng)故障智能告警方法的第二種實施例流程示意圖，該實施例與第一實施例不同的是步驟s2具體包括：

s21，根據(jù)開關變位與保護動作的對應關系，確定與變位開關對應的保護類型，所述保護類型包括主保護和后備保護；

s22，若保護類型為主保護類型，則根據(jù)與主保護類型對應的保護路徑，確定故障或故障集合；

s23，若保護類型為后備保護類型，則根據(jù)與后備保護類型對應的保護路徑，確定故障或故障集合；

s24，若與開關變位對應的保護類型是否既包括主保護類型又包括后備保護類型，則執(zhí)行步驟s25；

s25判斷開關的跳閘保護時間是否小于后備保護的延時時間，若是，則執(zhí)行步驟s22，否則，執(zhí)行步驟s23。

需要說明的，主保護類型負責在電網(wǎng)設備發(fā)生嚴重故障時第一時間切除故障，當其動作判據(jù)成立時，應無延時驅(qū)動開關將故障切除。也就是說，只要主保護投入，“故障→主保護”的因果關系是無條件成立的。遍歷所有主保護，自動建立主保護動作與其所在ied對應的一次設備的相應類型故障間的規(guī)則。例如：主變故障→主變差動保護，線路相間故障→線路相間距離i段保護，線路接地故障→線路接地距離i段保護，母線故障→母線差動保護。

相應的，后備保護類型負責在故障未被第一時間有效切除的情況下作為后備手段切除故障。與主保護相比，后備保護有兩個特點：一是經(jīng)延時動作，二是同時保護多個設備。所以建立后備保護的規(guī)則時，應使用一次模型中的拓撲連接關系進行拓撲搜索，結(jié)合該后備保護的段次判斷其保護的范圍。例如，線路二段后備保護，除保護本線路全長外，還保護線路對端的母線；線路三段后備保護的保護范圍將進一步擴大到本線路對端母線連接的其它設備及其對端母線。應遍歷所有后備保護，從每一后備保護的安裝位置開始拓撲搜索，建立后備保護動作與其保護范圍內(nèi)設備的相應類型故障間的規(guī)則。例如：線路相間故障→線路相間距離ii段保護，線路相間故障→線路相間距離iii段保護，線路接地故障→線路接地距離ii段保護，線路接地故障→線路接地距離iii保護，線路對端母線故障→線路相間距離ii段保護，線路對端母線故障→線路接地距離iii段保護。

上述拓撲搜索針對后備保護的第二個特點，而后備保護的第一個特點表明，若故障在其延時結(jié)束前已被切除，則后備保護無需動作。所以，后備保護延時結(jié)束時，若其安裝位置仍與故障設備連接，則“故障→后備保護”的規(guī)則有效；反之無效。為此，在拓撲搜索時記錄沿搜索路徑的所有開關，診斷前檢查這些開關是否在后備保護延時結(jié)束前已跳開。但是，由于我們不知道故障發(fā)生的準確時間，也就不知道后備保護延時結(jié)束的時間。為此，采用以下方法間接判斷：

(1)若搜索路徑上的開關未跳閘，則“故障→后備保護”的規(guī)則無效，此時說明不是這個保護動作切除故障，是其他保護使開關跳閘；

(2)若搜索路徑上的開關跳閘，且驅(qū)使其跳閘的保護的延時短于后備保護，則“故障→后備保護”的規(guī)則無效；否則有效。以線路對端母線故障為例，線路相間距離ii段保護為后備保護，從保護安裝處首先是線路開關，然后是母線開關，如果母線主保護動作，母線開關會跳閘，即驅(qū)使母線開關跳閘的母線主保護動作延時短于線路相間距離ii段保護，所以“線路對端母線故障→線路相間距離ii段保護”的規(guī)則無效，即母線的故障應該由“母線故障→母線差動保護”的主保護規(guī)則來判斷。

這樣就將無法確知的后備保護延時瞬間開關是否跳閘的判斷，轉(zhuǎn)化成了可以準確知道的保護延時的比較問題。

另外，針對于保護功能與變?yōu)殚_關的關系，一般來講，保護功能控制其安裝位置的開關跳閘。例如，線路保護控制線路本側(cè)的開關跳閘，變壓器保護控制變壓器各側(cè)開關跳閘。因此，可以拓撲搜索被保護設備周圍的開關，建立“保護→開關”的規(guī)則。

但是，也會存在比較復雜的跳閘邏輯。例如，主變高壓側(cè)后備保護第一時限跳主變中壓側(cè)開關，第二時限跳主變各側(cè)開關。這時，就需要按照跳閘規(guī)則，為不同類型的保護自動搜索相應開關，并建立“保護→開關”的規(guī)則。例如，主變差動保護→主變各側(cè)開關跳閘，主變高壓側(cè)后備保護→主變中壓側(cè)開關跳閘，主變高壓側(cè)后備保護→主變各側(cè)開關跳閘，線路相間距離ii段保護→線路開關跳閘，線路相間距離i段保護→線路開關跳閘，線路相間距離iii段保護→線路開關跳閘，控制器在故障診斷的過程中。

符合最簡原則，即能假設較少的故障來解釋的現(xiàn)象，就不假設更多的故障來解釋。但這并不等價于假設故障的個數(shù)最小。例如，若{c1}和{c1，c2}都可以準確解釋報警，那么只選用{c1}。但如果除{c1}外，{c2，c3}也可以準確解釋報警，那{c1}并不能排除{c2，c3}。

下面定義一些概念，作為診斷算法的基礎：

(1)定義為f為所有可能故障的集合，a為所有可能報警的集合，h為實際發(fā)生報警的集合。

(2)定義診斷結(jié)果δ為故障集合f的一個子集，即

(3)某診斷結(jié)果的出現(xiàn)率

其中，expect(δ)表示δ預測發(fā)生的報警的集合，h為實際發(fā)生的報警的集合。

(4)某診斷結(jié)果的覆蓋率

顯然，出現(xiàn)率和覆蓋率都為1的診斷結(jié)果等價于嚴格符合邏輯的診斷結(jié)果。

(5)某診斷結(jié)果下的漏報警

ma＝expect(δ)-h∩expect(δ)(3)

表示δ預測發(fā)生但實際未發(fā)生的報警的集合。

(6)某診斷結(jié)果下的誤報警

fa＝h-h∩expect(δ)(4)

表示實際發(fā)生但δ無法解釋的報警的集合。

(7)定義漏警率

missingrate(δ)＝1-occurrence(δ)(5)

(8)定義誤警率

falserate(δ)＝1-coverage(δ)(6)

(9)最大故障重數(shù)maxfaults。表示算法考慮的故障的最大重數(shù)，故障重數(shù)指診斷結(jié)果中故障的個數(shù)。它表征了算法處理多重故障的能力。

(10)出現(xiàn)率下限orlimit(∈(0，1])和覆蓋率下限crlimit(∈(0，1])。

具體實現(xiàn)時通常按照下列三個步驟：

(1)解釋報警：在溯因圖中，從每一個實際發(fā)生的報警向上回溯，找到所有可能的故障ci∈f，所有這樣得到的ci組成集合g。顯然g一定是最終診斷結(jié)果的超集。

(2)篩選故障：定義c為診斷結(jié)果的集合。按故障重數(shù)由低到高的順序遍歷g，直至i＝min{|g|，maxfaults}。在此過程中，如果δ是c中任意集合的超集，跳過；計算coverage(δ)，occurrence(δ)

如果cr≥crlimit且or≥orlimit，那么將δ添加進診斷結(jié)果集合c中。

(3)處理結(jié)果：

a)若c＝{}，則診斷結(jié)果為無故障，h中所有報警為誤報警；否則，進入b)。

b)若|c|＝1，輸出診斷結(jié)果；

c)若|c|＞1，遍歷c，確定所有候選診斷結(jié)果中最大的出現(xiàn)率maxor，即maxor＝max{or|or＝occurrence(δ)andδ∈c}，若只有一個δ的出現(xiàn)率等于maxor，輸出該結(jié)果；若有多于一個δ的出現(xiàn)率等于maxor，再比較這些結(jié)果的覆蓋率，若覆蓋率有唯一的最大值，輸出對應的診斷結(jié)果；否則，將多個同時具有最大出現(xiàn)率和最大覆蓋率δ存入集合l中，進入d)。

d)當l中存在多個元素時，往往意味著當前規(guī)則難以有效分辨同一設備的不同類型的故障，此時應對代表同一設備不同類型的故障進行融合。若δ1∈l與δ2∈l反映了同樣一組一次設備的故障，則將δ1與δ2合并。例如，如果δ1表示線路l兩相短路，δ2表示線路l三相短路，則合并為線路l短路。若融合后l中僅有一個診斷結(jié)果，輸出該結(jié)果；否則，輸出l中所有不同的診斷結(jié)果。

本診斷方法充分利用已有規(guī)則信息，很好地處理不確定診斷問題和多重故障診斷問題，給出“最可能的”一種或幾種診斷結(jié)果。另外，由于本方法首先由已發(fā)生的報警找出所有可能的故障，再進一步篩選，所以篩選的空間小，診斷速度快。

另外，顯示設備在顯示故障信息的時候通常通過三種方式，

(1)在分類報警顯示的診斷結(jié)果列表中顯示根源事件(即故障)，在其他報警列表中顯示原始報警信號及其對應的根源事件；

(2)顯示診斷結(jié)果簡報，包括故障、漏警率、誤警率、漏報警和誤報警；

(3)顯示故障對應的事件樹，以圖形化方式表達根源事件、報警間的因果關系、誤報警和漏報警。

參考圖5，該圖是本發(fā)明的一種電網(wǎng)故障智能告警系統(tǒng)進行智能展示的一種實施例的示意圖，圖中示出了百桃變#1主變箱體故障的故障信息。通過這樣的智能展示，是的調(diào)控員對電網(wǎng)事故原因及保護動作情況、開關跳閘情況有直觀清除的了解，對快速處理電網(wǎng)事故提供了有利的支撐。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。