蔣 宇，李 明，張 勇，胡鶴軒

(1.江蘇電力調(diào)度控制中心，江蘇 南京210024；2.江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇南京210019；3.河海大學(xué)能源電氣學(xué)院，江蘇南京210098)

隨著江蘇電網(wǎng)“大運(yùn)行”體系改革試點(diǎn)工作的完成，其事故處理模式發(fā)生了根本性變革。對(duì)電網(wǎng)事故異常的監(jiān)視和分析，從傳統(tǒng)的以變電站為獨(dú)立單元的分散模式轉(zhuǎn)變?yōu)楦骷?jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)大規(guī)模、遠(yuǎn)方集中的故障監(jiān)視和分析模式。新模式帶來(lái)故障信息量巨大以及故障遙信量不正確、丟失等問(wèn)題?；陔x散事件系統(tǒng)的故障診斷方法模型能自動(dòng)生成可以辨識(shí)所有類(lèi)型故障的故障診斷器，對(duì)所有故障假設(shè)逐一掃描。與傳統(tǒng)的基于專(zhuān)家系統(tǒng)（ES）[1]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[2]、優(yōu)化算法[3]、以及同屬于離散事件系統(tǒng)范疇的Petri網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法相比，該方法具有建模簡(jiǎn)單、完全覆蓋所有故障假設(shè)的優(yōu)點(diǎn)。文中針對(duì)電網(wǎng)集中監(jiān)控模式，提出了一種基于離散事件系統(tǒng)的電網(wǎng)故障診斷方法。

1 集中監(jiān)控模式

1.1 集中監(jiān)控的特點(diǎn)

國(guó)內(nèi)電網(wǎng)事故異常的傳統(tǒng)診斷模式是以單個(gè)變電站為基礎(chǔ)的孤立診斷模式，即故障發(fā)生后由各變電站值班人員單獨(dú)對(duì)本站事故進(jìn)行分析，再將診斷結(jié)果匯報(bào)給值班調(diào)度員。傳統(tǒng)故障診斷流程如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)故障異常診斷模式

在新的集中監(jiān)控模式下，故障診斷是以各級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)為中心的遠(yuǎn)程方式進(jìn)行故障的監(jiān)視和診斷。江蘇省調(diào)的集中監(jiān)控范圍包括全省500 kV輸電網(wǎng)及33個(gè)500 kV變電站（包括站內(nèi)220 kV，110 kV，35 kV系統(tǒng)）的全部一、二次設(shè)備，其診斷流程如圖2所示。

圖2 “大運(yùn)行”后故障異常診斷模式

集中監(jiān)控模式是在廣域測(cè)量技術(shù)上的一次行業(yè)制度革新，具有全面、高效的技術(shù)特點(diǎn),因此在國(guó)際上被廣泛采用，例如美國(guó)PJM公司和英國(guó)NG公司。集中監(jiān)控模式改變了以往只能根據(jù)單個(gè)變電站的信號(hào)進(jìn)行電網(wǎng)故障診斷的孤立模式，取而代之的是全網(wǎng)統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)的綜合診斷模式。

1.2 新模式下電網(wǎng)故障診斷的問(wèn)題

在傳統(tǒng)的以站為單位的監(jiān)控模式下，故障異常的影響范圍只局限于單個(gè)變電站內(nèi)的設(shè)備，設(shè)備數(shù)量少，因此值班人員進(jìn)行故障診斷時(shí)需要分析的警告信息量是適當(dāng)?shù)摹６诩斜O(jiān)控模式下，由于接入監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量龐大、電網(wǎng)中各部分之間電氣上的強(qiáng)聯(lián)系特性，在電網(wǎng)發(fā)生故障、異常時(shí)往往伴隨海量的警告信號(hào)上傳，造成監(jiān)控人員很難及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并判斷出電網(wǎng)的真實(shí)故障情況。

此外，新模式下監(jiān)控人員不在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)，因此遠(yuǎn)方監(jiān)控值班人員掌握不到保護(hù)和裝置設(shè)備的準(zhǔn)確、詳細(xì)情況，存在警告信號(hào)丟失和誤發(fā)的可能。

2 離散事件系統(tǒng)

離散事件系統(tǒng)（DES）的故障診斷方法，首先需要針對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行建模，構(gòu)建故障分析器，隨后根據(jù)觀測(cè)到的系統(tǒng)狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)情況，通過(guò)診斷器自動(dòng)推導(dǎo)出已發(fā)生的電網(wǎng)故障。

2.1 故障診斷流程

故障診斷流程如圖3所示。

圖3 離散事件系統(tǒng)故障診斷流程

2.2 離散事件模型的建模方法

首先根據(jù)觀測(cè)到的故障信息及繼電保護(hù)選擇性配置原則，選定故障影響范圍。根據(jù)選定的范圍，將局部故障電網(wǎng)系統(tǒng)定義為如下的有限自動(dòng)機(jī)：

式中：X為系統(tǒng)G的狀態(tài)集合（x0為在線(xiàn)觀測(cè)到的系統(tǒng)初始狀態(tài)，xm為最終狀態(tài)）；Σ為引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變的事件；δ：X×Σ→X為系統(tǒng)G自身的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)映射；Y為保護(hù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)變化的觀測(cè)集合，包括Hi為開(kāi)關(guān)i的動(dòng)作序列，Sj為保護(hù)j的動(dòng)作序列，有：

2.3 構(gòu)建故障分析器

根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)G，以窮舉的方法對(duì)局部電網(wǎng)系統(tǒng)可能發(fā)生的所有類(lèi)型的故障進(jìn)行窮舉，獲得表征故障類(lèi)型狀態(tài)的集合Κ，則構(gòu)建的系統(tǒng)故障診斷器如式（4）、（5）、（6）、（7）所示：

其中Fk表示發(fā)生第k類(lèi)故障時(shí)系統(tǒng)G所包含的狀態(tài)集合。

2.4 故障診斷過(guò)程

通過(guò)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)（EMS），故障診斷系統(tǒng)接收到故障遙信量集合為：

其中y（i）表示第i次觀測(cè)到的保護(hù)和設(shè)備動(dòng)作行為。

根據(jù)已經(jīng)建立的故障診斷器模板，按圖4所示診斷過(guò)程，逐個(gè)對(duì)故障假設(shè)Fi進(jìn)行掃描。根據(jù)，if x∈FithenΚ（x）=Fi，的推理規(guī)則，有：

圖4 故障診斷過(guò)程

診斷系統(tǒng)輸出故障診斷結(jié)果為K（n）＝Fk。

3 故障診斷實(shí)例

3.1 算列驗(yàn)證

以文獻(xiàn)[4]所述的江蘇電網(wǎng)一次實(shí)際故障為例，驗(yàn)證該算法。如圖5所示，220 kV諫常L2551線(xiàn)發(fā)生單相接地故障，兩側(cè)斷路器的高頻保護(hù)動(dòng)作，常州變側(cè)2402號(hào)斷路器跳閘，但諫壁變側(cè)2205號(hào)斷路器拒動(dòng)，引起諫壁變1號(hào)母線(xiàn)失靈保護(hù)動(dòng)作,跳開(kāi)母聯(lián)2210號(hào)斷路器和2204號(hào)斷路器，但諫壁變2203號(hào)斷路器拒動(dòng)作，引起L2553三井變側(cè)零序Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)三井變2301號(hào)斷路器。同時(shí)電網(wǎng)中發(fā)生了丹陽(yáng)變2103號(hào)斷路器零序Ⅱ段誤動(dòng)作造成小環(huán)網(wǎng)解列的復(fù)雜故障。故障診斷的結(jié)果如表1所示。

圖5 電網(wǎng)接線(xiàn)

表1 故障診斷結(jié)果

3.2 實(shí)列驗(yàn)證

以江蘇省調(diào)開(kāi)展集中監(jiān)控業(yè)務(wù)以來(lái)的實(shí)際電網(wǎng)事故作為案例，用文中所述算法進(jìn)行仿真計(jì)算。2011年江蘇省調(diào)集中監(jiān)控業(yè)務(wù)內(nèi)總計(jì)發(fā)生36次電網(wǎng)事故，由于篇幅所限僅列出部分仿真計(jì)算結(jié)果，如表2所示。

表2 故障仿真計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

江蘇電網(wǎng)作為國(guó)家電網(wǎng)公司“大運(yùn)行”改革試點(diǎn)單位，在全國(guó)率先完成了以高效化、專(zhuān)業(yè)化為方向的轉(zhuǎn)變過(guò)程。電網(wǎng)管理方式的變革必然帶來(lái)電網(wǎng)故障異常處理模式及分析技術(shù)方法的變化，文中針對(duì)國(guó)內(nèi)電網(wǎng)管理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的情況，提出基于離散事件系統(tǒng)的集中監(jiān)控模式下的故障異常分析與輔助決策系統(tǒng)。該方法的工程化應(yīng)用，不但可以為陸續(xù)在全國(guó)電網(wǎng)企業(yè)推進(jìn)的調(diào)度集中監(jiān)控業(yè)務(wù)，提供運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持；還可以為離散事件系統(tǒng)方法，在電網(wǎng)故障異常診斷中的先期研究。

[1]李雄剛.故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].廣東電力，1999，2（2）：39-41.

[2]顧 雪平，盛四清，張文勤，等.電力系統(tǒng)故障診斷神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專(zhuān)家系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方式[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1995，19（9）：26-30.

[3]HERTZ A，KOBLERD.A Framework for the Description of Evolutionary Algorithms[J].European Journal of Operational Research，2000，126（1）：1-12.

[4]周 昕，殷蕓輝.新型電網(wǎng)故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].江蘇電機(jī)工程，2007，26（3）：15-17.