摘要：电网作为世界上最复杂的系统之一，是保障人民生活和促进国民经济发展的重要内容。电网故障诊断作为电网的核心环节，各级规划部门处于监测系统运行和调度控制的前沿，确保日常应急控制工作的及时性、针对性和有效性，始终是能源系统安全防护体系的重中之重。然而，由于社会和电力消费者对电力供应的成本效益、质量、连续性和可靠性的要求越来越高，能源系统向着“高效发电”、“跨领域输电”和“智能配电”的方向发展。因而在该背景下，大型性能优化配置、大规模新能源接入、自然灾害频发等复杂运行条件对电网的规划和运行提出了客观的挑战。

关键词：电网故障 诊断方法

引言

目前，故障录波信息中，除了故障元件的动作信息外，能够快速获得的是其他故障信息，主要是非故障元件的启动信息。启动报告信息除了启动时间和启动元件类型，往往还包括启动值（ 相当于启动灵敏度） ，一些保护设备和故障录波器的启动报告信息没有启动值，通过装置升级，也很容易获得启动值。由于启动值反映了电网各节点和支路对于故障感知的大小，因此通过对启动信息中的启动值进行分析，能够提供许多有价值的信息，尤其是故障发生最初时刻的一些有用的信息，如故障发生时刻、故障严重程度、故障相别、故障元件等。由于故障启动信息上送和保护动作信息上送都是采用报文上送，所以速度很快。电网故障感知与分析的全景录波平台为录波协控提供了平台支撑，能实现基于故障录波启动信息的快速诊断，还可实现对启动元件的性能评价。

1 电网故障诊断方法技术相关背景

0.1电网故障带来的危害

西欧大停电时间：欧洲当地时间2006年11月4日22：10（北京时间2006年11月5日5：10），欧洲电网发生了大面积的停电事故，欧洲UCTE电网划分为3个事故区域，各区电力供应严重失衡，出现一个接一个高峰供电不足或者峰谷用电产能过剩的问题，事故波及法国和德国人口最稠密的地区，以及比利时、意大利、西班牙和奥地利的几个主要城市，虽然大部分地区在0.5h内恢复供电，但是最严重地区的停电时间达到了1.5h。事故总损坏负荷高达1672GW，影响约1500万用户。

0.2电网诊断方法研究的意义

多年来，能源系统的自动化和稳定性控制技术取得了长足的进步，但在系统故障发生后，调度员在事故应急响应中的在线决策始终不可替代，运营商必须及时有效地开展应急处置工作，最大限度地提高系统的安全性，避免大面积停电。特别是故障诊断作为应急处置最关键的辅助技术，在提高应急处置的速度、准确性和在线适应性方面发挥着重要作用。然而，鉴于监测系统运行信息量大，故障情景复杂，运营商在短时间内准确分析故障现场及其安全水平，制定有针对性的应急处置策略，这是运营商需要面对的一个重要问题。在这方面，有必要对各类业务监测信息进行针对性分析和处理，对目标应急处置支持系统及其故障诊断关键技术进行调查，整合操作员在应急处置过程中亟需的关键信息，支持紧急情况下的处置决策，提高应急处置的针对性和有效性，改进应急处置。

2故障启动信息网络信号图建模分析

2.1节点及节点信号

节点启动信息考虑母线电压信号。目前，可以直接获取的节点信息为突变量电压、零序电压，下面主要以这两种进行分析。除此之外，根据节点连接的支路电流，也可以计算得到流入节点的故障电流、总电流等其他信息。因为如果一个变量被很多变量依赖，或被少数几个重要的变量依赖，则变量的重要性较高。因此，有较少链入数的变量可能比有较多链入数的变量重要性更高，同时根据变量枢纽性作用的不同，变量的重要性也不相同。所以选择支路启动元件的支路电流为权重，用节点电压信号建模是合理的。在故障录波信息更丰富的情况下，则通过进一步研究电流、电压、功率、制动电流等约束关系，找到最佳适合的组合。

2.2支路及支路权重

以线路故障电流和零序电流作为权重。线路的功率、差动电流和制动电流等信息则需要通过录波数据进一步处理得到。支路故障电流通过线路两侧启动元件均可得到，因此以两侧电流绝对值的平均值作为支路电流。电力系统许多线路都是双回线，甚至多回线，这在图论中称为多重图。但一些图分析处理算法无法直接处理多重图，所以实际工程中，将多回线整体作为一个支路，其权重为所有多回线的故障电流之和。为便于计算和理解，支路权重值和节点信号值均采用标幺值，基准值为对应网络的基准电压和基准电流值。

3输电网故障诊断技术

3.1专家系统

目前对专家系统的改进主要是通过与其他智能技术相结合来完成的。一开始，将专家系统与大数据挖掘相结合，通过挖掘更多能够诊断简单错误和复杂级联错误的测控信息，增加了专家数据库的丰富性;后来随着计算能力的进一步发展，与人工神经网络融合，将故障告警信息通过人工神经网络进行预处理，从而解决信息不确定性对专家系统诊断容错性的影响;最后，将专家系统与信息论相结合，将其论证方法按规则匹配，转化为数值计算，成功应用于电网诊断。但是随着电网的发展，专家系统的缺点越来越明显：专家系统的诊断是基于规则库的逻辑比较，学习能力差，专家系统的维护非常烦琐，很难获得准确的错误诊断。事实证明，基于专家系统的输电网络故障诊断研究开展较早、较为成熟，在实际电网运行中也得到了一定的应用。然而，由于专家系统是在专家知识和经验的基础上创建的，并且针对不同的能源系统具有不同的特性，因此很难建立一个通用的、完整的知识库。此外，对于继电保护和断路器本身可靠性不足导致的拒动 / 误操作、通信异常导致的报警信息丢失、失真等复杂情况，也难以提供正确的诊断结果。正是由于这个原因，使用专家系统对输电网络进行故障排除受到了限制，难以普及[1]。

3.2基于 Petri网的故障检测

Petri 适用于多个电网之间的离散数据处理，进行动态的建模分析，能够通过图表的形式直观地表达各个故障之间的联系和电网内部的拓扑关系，可以进行并行运算，减少故障诊断时间。原诊断系统采用分层建模方法，为每个故障传播方向设置子网，提高电网拓扑变化时诊断算法的适应性。然后将SOE信息添加到PN网络中，通过时间限制分配断路器和断路器动作信息的初始概率分配，减少误算的可能性。随后，在PN 网络的错误诊断中引入了启动保护器信号、保护动作信号、断路器操作、闸刀操作等多种信号，并提出了具有多种信息的分层PN 网络诊断方法，在提高算法的准确性方面取得了良好的效果;将PN网络与神经网络和模糊技术相结合，使Petri 神经网络的概念得到实现，通过减少参数，提高了故障诊断的速度。目前，基于 Petri 网络图形建模的传输网格故障诊断研究主要侧重于改进 Petri 网络模型并考虑增加复杂的时间信息。在改进模型方面，还提出了对电网报警信息模糊的 Petri 网络描述的不确定性，有效提高了诊断方法的容错性。随着理论的进步，业内专家优化了模糊的 Petri 网络结构和推理过程，进一步提高了故障诊断的效率。

结束语

现今电网系统的迭代速度远超从前，专家系统难以及时跟进当今复杂的电网系统的诊断要求，由于人工神经网络单一或者 Petri 网诊断侧重点不同，因此会出现误报的情况，单一的分析系统已经不能满足更加复杂的故障诊断需求。只有各个分析系统有机结合才能适应当今电网系统的扩张速度和算力分析要求。

参考文献

[1]游昊，石恒初，杨远航，孔德志，陈璟.电网故障多源信息智能融合诊断方法[J].云南电力技术，2021，49（06）：64-70.