基于數(shù)據(jù)挖掘的廣域繼電保護故障定位技術(shù)優(yōu)化

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；廣域繼電保護；故障定位；粗糙集；遺傳算法

中圖分類號：TM77；TP277 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0178-05

隨著人工智能、計算機及電子技術(shù)的發(fā)展，社會用電需求與日俱增，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐漸趨于復(fù)雜化，隨之產(chǎn)生的電網(wǎng)運行安全問題也被廣泛關(guān)注[1-2]。當電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，需要及時確定故障點位置并迅速消除故障，以免因電網(wǎng)故障導致設(shè)備損壞或發(fā)生大面積停電事故。繼電保護能夠檢測電網(wǎng)故障及異常情況，考慮到電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，采用廣域繼電保護對復(fù)雜電網(wǎng)進行故障定位并保護[3-4]。由于電網(wǎng)中信息數(shù)據(jù)量極大，如何從眾多信息數(shù)據(jù)中精準且快速地找出故障信息成為相關(guān)人員的研究重點[5]，如提出將時序網(wǎng)絡(luò)與深度學習相融合，確定變電站繼電保護故障位置[6]；在故障樹與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上搜索故障信息，對繼電保護系統(tǒng)進行故障定位[7]；以上2種方法都能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中單獨出現(xiàn)的故障點進行精準定位，但不適用于電網(wǎng)中同時出現(xiàn)多個故障點時的搜索及定位。本文提出基于數(shù)據(jù)挖掘的廣域繼電保護故障定位方法，對采集到的全部電網(wǎng)信息數(shù)據(jù)進行粗糙集屬性約簡，得到初步的廣域繼電保護決策表，并采用遺傳算法對其進行優(yōu)化，通過優(yōu)化后的最終決策表對廣域繼電保護故障位置進行定位。

1廣域繼電保護的故障定位

1.1廣域繼電保護結(jié)構(gòu)

利用變電站區(qū)域集中模式作為廣域繼電保護的結(jié)構(gòu)，該模式結(jié)合集中式與分布式的結(jié)構(gòu)優(yōu)點。廣域繼電保護的結(jié)構(gòu)由廣域決策系統(tǒng)處理單元、路由器、廣域網(wǎng)、中央處理器、變電站內(nèi)局域網(wǎng)與主動分配網(wǎng)絡(luò)的智能電子裝置（IED）組成，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1中，利用變電站IED采集變電站Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的元件開關(guān)狀態(tài)量、模擬量以及線路的全部數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)通過變電站內(nèi)局域網(wǎng)傳輸至中央處理器，中央處理器接收到各變電站的元件及線路數(shù)據(jù)后，依據(jù)故障特征對其進行粗糙集屬性約簡的數(shù)據(jù)挖掘，挖掘出故障決策表后，通過廣域網(wǎng)將故障決策表統(tǒng)一傳輸至廣域決策系統(tǒng)處理單元，在處理單元內(nèi)進行保護算法運算，判別故障位置選取相應(yīng)的斷路器對其進行跳閘處理，完成廣域繼電保護故障定位。

1.2基于粗糙集屬性約簡的故障數(shù)據(jù)挖掘

粗糙集理論被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘與處理方面[8-9]。在對海量原始數(shù)據(jù)進行挖掘時，若待挖掘數(shù)據(jù)無明顯特征且存在具體信息、數(shù)據(jù)屬性模糊不清問題，此時粗糙集理論依據(jù)數(shù)據(jù)模糊屬性特征集，通過等價關(guān)系劃分數(shù)據(jù)特征近似域，分析數(shù)據(jù)特征并提取所需數(shù)據(jù)[10-11]。在廣域繼電保護總體結(jié)構(gòu)中，設(shè)置由各變電站IED采集的元件開關(guān)狀態(tài)量、模擬量以及線路的全部運行數(shù)據(jù)為一個粗糙集信息系統(tǒng)S，該信息系統(tǒng)的表達式為：

2驗證結(jié)果分析

為了驗證所研究基于數(shù)據(jù)挖掘的廣域繼電保護故障定位方法對廣域繼電保護的故障定位性能，將該方法應(yīng)用于某110kV變電站中。該變電站中設(shè)置了廣域繼電保護結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)變電站的繼電保護。該變電站的設(shè)備相關(guān)參數(shù)如表1所示。

本文方法采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的粗糙集算法對廣域繼電保護實施故障定位的決策約簡，利用決策約簡獲取的決策屬性作為廣域繼電保護的故障定位決策集[16-17]。廣域繼電保護故障定位的條件集合和故障集合設(shè)置如表2所示。

依據(jù)表2的廣域繼電保護故障定位條件集合以及故障集合，計算廣域繼電保護故障定位的故障集合與條件集合的互信息。依據(jù)廣域繼電保護故障定位的故障集合以及條件集合的互信息結(jié)果，構(gòu)建廣域繼電保護故障定位決策表，結(jié)合決策約簡處理獲取廣域繼電保護的最終故障定位決策，用于完成故障定位。

統(tǒng)計采用本文方法對變電站于2019-10-11～2019-10-18運行過程中的廣域繼電保護故障定位，廣域繼電保護故障定位結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，采用本文方法可以有效檢測廣域繼電保護故障，定位廣域繼電保護故障位置。其中故障位置6的故障類型為三相短路故障，結(jié)合表2數(shù)據(jù)可知該故障的產(chǎn)生導致三相電流夾角由180°變?yōu)?20°，經(jīng)本文方法定位獲取故障定位結(jié)果為高壓側(cè)三相出線至端子排出現(xiàn)短路。依據(jù)該故障定位結(jié)果廣域繼電保護可及時給予相應(yīng)保護措施，保障變電站運行安全。

對比本文方法定位獲取上述10個廣域繼電保護故障點的故障位置與實際故障位置結(jié)果，分析本文方法的故障定位效果，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，采用本文方法對廣域繼電保護的10個故障點進行定位，本文方法的廣域繼電保護故障定位結(jié)果與實際故障結(jié)果極為接近。實驗結(jié)果驗證本文方法具有較高的廣域繼電保護故障定位性能。本文方法可以有效定位廣域繼電保護故障中的故障，故障點定位精準，有助于變電站安全運行。

統(tǒng)計采用本文方法對廣域繼電保護的A相斷路、C相斷路、三相短路以及BC相接地短路4種故障進行定位的定位誤差，統(tǒng)計結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，采用本文方法對廣域繼電保護故障進行定位，不同類型的繼電保護故障定位誤差均低于0.5%，驗證采用本文方法定位廣域繼電保護故障，定位精度較高。本文方法可以精準定位不同類型的廣域繼電保護故障，提升變電站運行可靠性。綜合上述實驗結(jié)果可知，本文方法可以實現(xiàn)廣域繼電保護的故障定位，將該方法應(yīng)用于變電站的廣域繼電保護中，繼電保護管理員可以依據(jù)廣域繼電保護故障定位結(jié)果，及時制定故障維修策略，提升變電站廣域繼電保護性能[18-20]。

3結(jié)語

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以高效分析海量電力數(shù)據(jù)中包含的冗余數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘結(jié)果實現(xiàn)廣域繼電保護故障的精準定位。本文利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的粗糙集算法實現(xiàn)故障定位決策表的約簡，快速獲取最佳故障定位決策約簡結(jié)果，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)獲取的屬性約簡結(jié)果，建立可以實現(xiàn)廣域繼電保護故障定位的決策表。廣域繼電保護故障定位結(jié)果，有助于繼電保護管理員及時分析廣域繼電保護的故障情況，精準定位故障點，提升管理員對廣域繼電保護的處理效率，保障電力系統(tǒng)安全可靠運行。