一種基于FPN的750KV變電站故障診斷

左攀　王能乾　廖輝

摘 要 隨著我國現(xiàn)代電力技術(shù)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，這也給電網(wǎng)中的故障判斷帶來了巨大的困難，本文針對(duì)750KV電網(wǎng)的復(fù)雜性，采用模糊Petri網(wǎng)（FPN）故障研究方法，將故障元件診斷模型分為雙網(wǎng)模型，即主網(wǎng)和冗余網(wǎng)兩個(gè)子網(wǎng)模型，并且在模型中運(yùn)用信息熵理論，通過一系列模糊推理后得到最小故障診斷范圍，最后確定出故障的具體位置，研究結(jié)果表明該方法具有一定的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞 750kV變電站 冗余保護(hù) 故障分析 信息熵 模糊Petri網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

西北750kV變電站包含三個(gè)電壓等級(jí)，即750kV、330kV、66kV，配有雙重保護(hù)配置，是西北地區(qū)的水火風(fēng)電外送的大通道，其確保了華北、華中和華東等地區(qū)供電的可靠性。當(dāng)變電站有異常時(shí)，各種保護(hù)所產(chǎn)生的巨大報(bào)警信息會(huì)增大故障診斷的難度，很容易出現(xiàn)誤判的情況，并且會(huì)使得故障范圍擴(kuò)大。因此，750kV變電站的故障診斷對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的研究價(jià)值。

目前在故障診斷方面，國際上提出過很多方法，比如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯、遺傳算法專家系統(tǒng)、Petri網(wǎng)、粗糙集等。文獻(xiàn)[4]提出基于模糊Petri網(wǎng)的診斷方法構(gòu)建了電網(wǎng)中各線路及元件的模糊Petri網(wǎng)故障模型，并且縮小了故障的定位范圍，然后對(duì)故障區(qū)域元件進(jìn)行模糊推理，最后通過仿真得到結(jié)果。該方法在保護(hù)信息不完整時(shí)仍可以進(jìn)行故障診斷，有著較強(qiáng)的通用性。

1冗余知識(shí)理論

1.1信息熵理論

文獻(xiàn)[5]提出信息熵理論，對(duì)于不確定的系統(tǒng)，若有限隨機(jī)事件的集合X表示它的狀態(tài)特征，為其取值為x的概率，則=1，（i=1，2，…，n），n為初始庫所的個(gè)數(shù)，集合X中任合一個(gè)事件的自信息量為：

I（x）=logz

將的數(shù)學(xué)期望定義為平均自信息量，稱為集合X的信息熵，即

H（X）=logz

1.2冗余知識(shí)表示

文獻(xiàn)[6]提出先建立元件的各保護(hù)子網(wǎng)與線路單側(cè)診斷子網(wǎng)、再建立綜合診斷子網(wǎng)的分層建模方法。當(dāng)750KV電網(wǎng)存在異常時(shí)，它的冗余FPN模型可以用一個(gè)七元組表示，，由于其具有雙網(wǎng)雙保護(hù)配置，所以進(jìn)一步把它分成兩個(gè)子網(wǎng)和，是元件的主網(wǎng)，是元件的冗余網(wǎng)，且。下文中i取m或r。

（1） 是主網(wǎng)和冗余網(wǎng)的模糊庫所的集合。

（2） 是主網(wǎng)和冗余網(wǎng)模糊變遷的集合。

（3） 是主網(wǎng)和冗余網(wǎng)的輸入函數(shù)。

（4） 是主網(wǎng)和冗余網(wǎng)的輸出函數(shù)。

（5） 是主網(wǎng)和冗余網(wǎng)庫所節(jié)點(diǎn)處的可信度。

（6） 是主網(wǎng)和冗余網(wǎng)的輸入輸出權(quán)值矩陣。

（7） 是主網(wǎng)和冗余網(wǎng)變遷可信度的閾值。

2冗余知識(shí)模型

2.1 750kV變電站系統(tǒng)主接線

圖1中的武海Ⅰ線為例子，構(gòu)建其FPN診斷模型如圖2

當(dāng)武海Ⅰ線故障時(shí)，根據(jù)保護(hù)裝置所發(fā)出的信息可以將故障元件范圍定位在武海Ⅰ線、武古Ⅱ線、330kVⅢ母、330kVⅣ母。

2.2 750KV變電站故障元件診斷

文獻(xiàn)[7-8]具體給出了冗余FPN的推理過程如下

（1）確定初始信息可信度

依據(jù)冗余知識(shí)構(gòu)建武海Ⅰ線診斷模型中各初始信息的可信度如表1 。

（2）計(jì)算每個(gè)變遷的合成輸入可信度

設(shè)武海Ⅰ線診斷模型中所有的變遷輸入、輸出弧的權(quán)值為1/h，輸入、輸出弧的總個(gè)數(shù)為h.則每個(gè)變遷合成輸入可信度為：

（3）比較等效模糊輸入可信度與變遷閾值

假設(shè)主保護(hù)、近后備保護(hù)、遠(yuǎn)后備保護(hù)的變遷閾值 分別為0.7、0.2、0.2，則

由于，則

G為m維列向量，m表示已觸發(fā)變遷的個(gè)數(shù)。當(dāng)合成輸入可信度大于等于變遷閾值時(shí)，gi=1；反之gi=0，i=1，2，…，m。

（4）去掉合成輸入可信度中小于變遷閾值的輸入項(xiàng)H=EeG，經(jīng)過這一步計(jì)算后，H中只包含變遷觸發(fā)的合成輸入可信度

（5）計(jì)算當(dāng)前可得到的所有模糊輸出庫所的可信度

（6）將上述所求的結(jié)果不斷更新并重復(fù)步驟2至5，得：

（7）當(dāng)時(shí)結(jié)束，得：

冗余網(wǎng)的診斷推理同上，有：

耦合網(wǎng)診斷推理過程也同上，有：

可疑故障元件武古Ⅱ線，330kVⅢ母，330kVⅣ母的故障診斷推理過程同上

最后可得到診斷結(jié)果如表2

表2：可疑元件的故障可信度

3結(jié)語

由于750KV變電站發(fā)生故障時(shí)的信息不完整和不確定性，本文采用模糊Petri網(wǎng)（FPN）故障研究方法構(gòu)建了故障元件的冗余診斷模型，通過模糊推理和仿真縮小故障元件搜索范圍，從而大大降低了判斷故障診斷的難度，提高了故障診斷的效率，為電網(wǎng)中各種故障判斷提供了一種新的研究方法。最后診斷結(jié)果表明該方法具有很好的容錯(cuò)性。

基金項(xiàng)目：西北民族大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資金資助項(xiàng)目：項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：Y17107 。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：左攀 。

作者簡介：左攀（1994-）男，漢族，西北民族大學(xué)電氣工程學(xué)院在校本科生，主要研究方向?yàn)殡姎夤こ碳捌渥詣?dòng)化。

參考文獻(xiàn)

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