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4.故障假说和目标函数
1)故障假说
一个精心设计的故障假说首先需要能够清楚表示“触发所获得的警报的事件(故障)或原因”。故障诊断就是要发现与实际故障情况一致的故障假说。其次,所设计的故障假说应能够有效利用所能获取的信息,以提高故障诊断的准确性。同时,故障假说应保持简洁,以压缩优化问题的求解空间,提高求解效率。本文所定义的故障假说包括以下信息:①失电区域中设备的状态,即其是否故障;②虚拟继电保护和断路器的实际状态;③警报时标信息的正确性。
2)目标函数
目标函数反映故障假说的置信度,其取值越小则故障假说的置信度越高。所构建的目标函数由3部分组成,即差异度指标、时序冲突指标和最小集指标。其中,差异度指标反映了保护设备的期望状态与实际状态之间,以及实际状态与警报状态之间的不一致程度;时序冲突指标反映了故障假说中的时序不一致程度;最小集指标的含义为:在其它指标保持相同的前提下,故障假说中所包含的故障设备的数目越小,其为最优解的可能性越高。
在警报预处理和故障诊断阶段,可以对各指标的权重系数进行自适应调整,以提升故障诊断方法的灵活性、适应性和准确性。一般而言,应该对差异度和时序冲突指标给定较大的权重系数,而最小集指标的权重系数可相对较小,以寻求最合理的故障假说。
5.目标函数的计算
1)警报预处理
警报预处理的主要功能是将警报状态和动作时间集合与相应的保护设备相关联,保存原始警报的时序信息和冗余信息,为下一步的故障诊断做好准备。时序信息和冗余特性是原始警报信息的两个重要特性。不过,只有经过过滤、处理并转换为特定的知识形式,这些特性才能被方便的利用。经过警报预处理环节,冗余的原始警报信息将被压缩和整合,以便在故障诊断过程中被更好的利用。
2)保护设备动作逻辑
本文对现有的保护设备动作逻辑进行了提炼和创新,以便适应不同的保护配置和运行方式。主要包括:①在主保护动作逻辑中考虑了纵联保护策略的影响;②将近后备保护和远后备保护的动作逻辑进行了重新梳理,并整合为通用的后备保护动作逻辑,以便考虑不同保护之间的配合;③重新设计了断路器失灵保护的动作逻辑,以便考虑不同的运行方式。
3)权重系数调整
前已述及,目标函数中的权重系数的设置具有一定的灵活性,可以针对不同的系统情况和具体案例进行适当调整。调整权重时需要着重考虑两方面因素:警报信息之间的时序关联和保护装置实际状态之间的逻辑关联。
4)时序冲突指标的建立
警报序列中的时序信息不仅包含警报之间的关联特性,也隐含警报之间的时序冲突。当某两个保护设备动作,但它们的警报之间的时间差不匹配时,则有可能存在时间冲突。时序冲突指标具有下述特征:①识别警报信息中的错误时标;②抑制误警报信息对故障诊断结果的影响;③防止故障设备的漏诊断。
时序冲突指标的构建主要包括两步:①构建时序冲突集;②解决时序冲突。如果能够识别出某事件警报的时标错误,则可解决与该事件相关的时序冲突。故障假说的时序冲突指标越小,则该假说为最优故障假说的可能性越高。
6.算例分析
采用浙江电力系统2009年9月9日发生的实际故障案例对所提出的故障诊断模型进行验证。与该实际故障案例相关的电力系统接线图和警报信息分别如图2和表1所示。故障案例表述如下:
1)线路L4335发生故障。
2)线路L4335两侧主保护动作,分别发送跳闸指令,断路器C11分闸,断路器C10拒跳。
3)在线路L4335故障发生后的30ms,线路L4336故障,其两侧主保护动作,分别跳开断路器C12和C13。
4)断路器C10的失灵保护动作,跳开与B1-I相邻的断路器C3、C6、C14和C15。
5)断路器失灵保护动作引起与B1-I相邻的线路L4333和L4339的纵联保护跳闸闭锁停信(即“停止发信”),进而导致L4333和L4339线路对侧纵联保护动作,分别跳开断路器C2和C7。
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