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風(fēng)暴災(zāi)害下輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2020-03-20所屬分類:農(nóng)業(yè)論文瀏覽:1

摘 要: 摘要:在風(fēng)暴災(zāi)害影響下,傳統(tǒng)的故障遠(yuǎn)程監(jiān)控方法存在監(jiān)控時(shí)間過長、誤差率較高等問題。針對(duì)以上不足,提出一種基于Petri網(wǎng)的風(fēng)暴災(zāi)害下的輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。融合輸電線路的電氣量及開關(guān)量數(shù)據(jù),根據(jù)融合結(jié)果,運(yùn)用故障模式匹配與Petri網(wǎng)技術(shù)提取

  摘要:在風(fēng)暴災(zāi)害影響下,傳統(tǒng)的故障遠(yuǎn)程監(jiān)控方法存在監(jiān)控時(shí)間過長、誤差率較高等問題。針對(duì)以上不足,提出一種基于Petri網(wǎng)的風(fēng)暴災(zāi)害下的輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。融合輸電線路的電氣量及開關(guān)量數(shù)據(jù),根據(jù)融合結(jié)果,運(yùn)用故障模式匹配與Petri網(wǎng)技術(shù)提取故障特征;由故障特征構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矩陣,把故障方向傳給主機(jī),根據(jù)主機(jī)上輸電線路各點(diǎn)的故障方向構(gòu)建故障信息矩陣,對(duì)兩個(gè)矩陣進(jìn)行運(yùn)算來遠(yuǎn)程監(jiān)控輸電線路運(yùn)行故障。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,運(yùn)用該遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)對(duì)風(fēng)暴災(zāi)害下輸電線路運(yùn)行故障進(jìn)行監(jiān)控時(shí),監(jiān)控時(shí)延保持在22~27ms之間,監(jiān)控誤差率基本保持在20%以下,遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)技術(shù)。

風(fēng)暴災(zāi)害下輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)

  關(guān)鍵詞:電氣量;故障模式匹配;故障信息矩陣;Petri;風(fēng)暴災(zāi)害

  國際資源短缺現(xiàn)象不斷加劇,新型的水利發(fā)電、風(fēng)利發(fā)電等都在不斷地發(fā)展,由電設(shè)備連接組成的大型系統(tǒng),這些設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全,也決定著電網(wǎng)供電的質(zhì)量[1]。我國電網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)全面展開,輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為電網(wǎng)建設(shè)中一個(gè)重要的組成部分,是提升輸電線運(yùn)行的重要手段[2]。當(dāng)前輸電線路遠(yuǎn)程監(jiān)控范圍較大,輸電線路運(yùn)行環(huán)境惡劣,容易受到風(fēng)暴災(zāi)害的影響,在長時(shí)間的檢測(cè)中仍存在著一些弊端[3],以往遠(yuǎn)程監(jiān)控手段多是在故障發(fā)生后確定故障發(fā)生位置,需要派維修人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行排查來處理此故障,同時(shí)還存在受到風(fēng)暴災(zāi)害影響時(shí),輸電線路電阻過大,電流突變量很小,監(jiān)控出的故障特征不明顯,導(dǎo)致實(shí)際線路運(yùn)行故障診斷結(jié)果不準(zhǔn)等問題[4]。在此背景下,研究風(fēng)暴災(zāi)害下輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)成為當(dāng)前輸電線路建設(shè)領(lǐng)域廣泛關(guān)注的重點(diǎn)[5],目前已有很多學(xué)者針對(duì)此方面進(jìn)行大量研究,并取得了很多好的成果[6]。

  王燾等[7]提出了一種輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。涵蓋了分布式監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理、故障檢測(cè)、故障診斷等步驟,把現(xiàn)有的監(jiān)控工作分類為基于規(guī)則、度量分析、日志分析、行為分析等幾種類別,詳細(xì)描述其工作原理,但該技術(shù)故障監(jiān)控時(shí)延較長。趙慶周等[8]提出了一種輸電線路配電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析的狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障處理技術(shù)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)矩陣與區(qū)域差分規(guī)則,對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)電流、功率數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,將預(yù)處理的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合,生成監(jiān)測(cè)矩陣。將監(jiān)測(cè)矩陣進(jìn)行降維及局部異常因子檢測(cè),計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的局部異常因子,根據(jù)該因子實(shí)現(xiàn)故障監(jiān)控。該技術(shù)在保持較短故障監(jiān)控時(shí)延的同時(shí)故障監(jiān)控的誤差率也隨之增加。滕予非等[9]提出一種輸電線路高頻電壓突變量的故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)。分析輸電線路故障時(shí)高頻電壓的特性,提出利用高頻電壓突變量作為判測(cè)輸電線路故障的新策略,該技術(shù)不受高頻信號(hào)下輸電線路的影響,具有一定的抗過渡電阻能力,但該技術(shù)監(jiān)控時(shí)延較長。

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  針對(duì)上述技術(shù)存在的不同方面的不足,設(shè)計(jì)了一種新的輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)具有故障監(jiān)控時(shí)間短、誤差率低等卓越優(yōu)勢(shì)。

  1基于Petri網(wǎng)的輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控

  1.1輸電線路運(yùn)行故障特征提取

  在進(jìn)行運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控過程中,對(duì)輸電線路的電氣量及開關(guān)量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,運(yùn)用加權(quán)平均法對(duì)數(shù)據(jù)融合結(jié)果進(jìn)行校正,獲取輸電線路運(yùn)行故障診斷特征,運(yùn)用故障模式匹配與Petri網(wǎng)技術(shù)對(duì)診斷出的故障特征進(jìn)行提取。具體過程如下述:

  輸電線路運(yùn)行故障中,根據(jù)電線中電氣量的變化情況判斷首先保護(hù)故障斷路器的動(dòng)作,輸電線路電氣量具有較好的可靠性、完整性與容錯(cuò)性,經(jīng)過輸電線路電器量的采集進(jìn)行其運(yùn)行狀態(tài)的分析,分析出參數(shù)來對(duì)輸電線路運(yùn)行故障進(jìn)行檢測(cè)。由電氣量采集Agent、開關(guān)量采集Agent、電氣量狀態(tài)監(jiān)控Agent與數(shù)據(jù)融合Agent等部分構(gòu)成。

  (1)電氣量提取Agent和電線數(shù)據(jù)采集及電線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、障礙防護(hù)信息管理系統(tǒng)進(jìn)行通信,運(yùn)用向量同步單元用來得到對(duì)電壓、電流、功率、RPMS中輸電線路故障信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,測(cè)量SCADA系統(tǒng)中的電壓、功率,使獲取的電氣量故障信息傳輸?shù)綘顟B(tài)監(jiān)控Agent。

  (2)對(duì)輸電線路開關(guān)量采集Agent與SCADA進(jìn)行相互關(guān)聯(lián),通過提取輸電線中斷路器現(xiàn)狀、阻斷輸電線路開關(guān)狀態(tài)等故障數(shù)據(jù)。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),開關(guān)量采集Agent將信息發(fā)送給數(shù)據(jù)融合Agent。

  (3)輸電線路中的狀態(tài)監(jiān)控Agent為認(rèn)知型Agent,輸電線路質(zhì)量的好壞取決于輸電線路中的質(zhì)量和數(shù)量。正常傳輸狀態(tài)下的信息與非正常狀態(tài)下時(shí)樣本信息構(gòu)成了信息庫中的實(shí)驗(yàn)信息,隨著狀態(tài)的變化,數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)也根據(jù)變化進(jìn)行改正,根據(jù)改正后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比來判斷輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)。

  1.2輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控

  根據(jù)提出的故障特征,構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矩陣,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)矩陣把故障方向傳給主機(jī),根據(jù)主機(jī)上輸電線路各點(diǎn)的故障方向建立故障信息矩陣,運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)障礙數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行校正,獲取關(guān)聯(lián)矩陣,把障礙數(shù)據(jù)矩陣和關(guān)聯(lián)矩陣相乘,提取輸電線路故障區(qū)間,對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。在主機(jī)內(nèi)完成輸電線路運(yùn)行故障診斷,得到相應(yīng)從機(jī)對(duì)其障礙方位的診斷結(jié)果與相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)把從機(jī)判斷出的故障方位傳輸給主機(jī),利用每個(gè)輸電線路開關(guān)的部位取得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),運(yùn)用圖1來描述拓?fù)鋱D,CB表示裝有從機(jī)的開關(guān),將這些開關(guān)視為節(jié)點(diǎn),L代表開關(guān)間的分支線,將分支線作為支路,正常S7斷開,對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)CB7用空心圓表示。

  2仿真實(shí)驗(yàn)證明

  為了證明本文技術(shù)的優(yōu)越性,以監(jiān)控時(shí)延和監(jiān)控誤差率作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo),對(duì)本文提出的新的輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、文獻(xiàn)[7]技術(shù)與文獻(xiàn)[8]技術(shù)進(jìn)行比較分析。對(duì)相同故障數(shù)據(jù)量下的遠(yuǎn)程監(jiān)控時(shí)延(ms)進(jìn)行對(duì)比,對(duì)比結(jié)果如圖3所示。由圖3可知,隨著樣本個(gè)數(shù)的不斷增加,不同技術(shù)的監(jiān)控時(shí)延變化趨勢(shì)也在不斷改變。當(dāng)樣本數(shù)量增加到35個(gè)時(shí),文獻(xiàn)[8]技術(shù)監(jiān)控時(shí)延達(dá)到第一個(gè)峰值,主要原因在于文獻(xiàn)[8]技術(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)電流、功率數(shù)據(jù)預(yù)處理結(jié)果進(jìn)行融合,融合過程需要準(zhǔn)確劃分不同節(jié)點(diǎn)電流數(shù)據(jù)以及功率數(shù)據(jù),此過程導(dǎo)致了故障監(jiān)控時(shí)延;本文技術(shù)監(jiān)控時(shí)延保持在波動(dòng)區(qū)間(22~27ms)內(nèi),文獻(xiàn)[7]技術(shù)監(jiān)控時(shí)延從51ms增加到68ms左右,文獻(xiàn)[7]技術(shù)時(shí)延增加幅度明顯,主要原因在于文獻(xiàn)[7]技術(shù)把故障監(jiān)控分成不同的模塊,對(duì)比每個(gè)模塊的有缺點(diǎn),對(duì)比過程太繁瑣,復(fù)雜的監(jiān)控過程導(dǎo)致時(shí)延較長。樣本數(shù)量到達(dá)110個(gè)時(shí),從整體監(jiān)控時(shí)間變化趨勢(shì)上來看,文獻(xiàn)[8]技術(shù)共出現(xiàn)5次峰值,且每次出現(xiàn)較高時(shí)延前,前一階段的時(shí)延明顯較低,此結(jié)果也從側(cè)面上體現(xiàn)了該技術(shù)進(jìn)行輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控具有不穩(wěn)定性;文獻(xiàn)[7]技術(shù)時(shí)延整體走勢(shì)逐漸升高,最終監(jiān)控時(shí)延達(dá)到72ms左右;而本文技術(shù)監(jiān)控時(shí)延始終保持在28ms以下,整體變化趨勢(shì)較為平穩(wěn),側(cè)面體現(xiàn)了該技術(shù)可以較為穩(wěn)定地監(jiān)控輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控。

  分別利用本文的技術(shù)、文獻(xiàn)[7]提出的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)與文獻(xiàn)[8]提出的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行故障監(jiān)控誤差率(%)對(duì)比,對(duì)比結(jié)果如圖4所示。由圖4可知,當(dāng)樣本數(shù)量為10個(gè)時(shí),3種技術(shù)的誤差率都是最低的,因?yàn)闃颖緮?shù)量較少,工作量較為簡(jiǎn)單,所以誤差率較低;當(dāng)樣本數(shù)量達(dá)到30個(gè)時(shí),文獻(xiàn)[7]技術(shù)監(jiān)控誤差率達(dá)到第一個(gè)峰值,主要原因?yàn)槲墨I(xiàn)[7]技術(shù)將故障監(jiān)控工作劃分為多步,當(dāng)數(shù)量較少時(shí),工作量較少,誤差率就較低;當(dāng)數(shù)量增多時(shí),由于監(jiān)控過程過于繁瑣,會(huì)出現(xiàn)一些漏檢、誤檢情況,此時(shí)監(jiān)控誤差率較高,故障監(jiān)控結(jié)果隨故障數(shù)量的變化而變化,具有不穩(wěn)定性。本文的技術(shù)監(jiān)控誤差率基本保持在10%~20%之間,而文獻(xiàn)[8]技術(shù)監(jiān)控誤差率由35%增加到70%左右,誤差率增加幅度較大。當(dāng)樣本數(shù)量從40個(gè)增加到70個(gè)時(shí),本文技術(shù)可將監(jiān)控誤差率控制在20%以下,整體變化的趨勢(shì)較為平穩(wěn),文獻(xiàn)[7]技術(shù)監(jiān)控誤差率由最低的31%增加到46%,文獻(xiàn)[8]技術(shù)監(jiān)控誤差率由最低的50%增加到70%。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,文獻(xiàn)[7]技術(shù)與文獻(xiàn)[8]技術(shù)監(jiān)控誤差率波動(dòng)較大,側(cè)面體現(xiàn)了監(jiān)控技術(shù)的不穩(wěn)定性,由此可見,本文監(jiān)控技術(shù)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)控技術(shù),更具有實(shí)用價(jià)值。

  3結(jié)論

  針對(duì)傳統(tǒng)的運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)存在的監(jiān)控時(shí)間長,誤差率較高等問題,本文提出了一種新的輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)與傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)相比,監(jiān)控時(shí)間較短、速度較快,故障遠(yuǎn)程監(jiān)控誤差率較低,該技術(shù)的提出為解決當(dāng)前運(yùn)行故障診斷提供了一種有效的解決方案,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。未來將對(duì)風(fēng)暴災(zāi)害下輸電線路運(yùn)行故障遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行深入研究,會(huì)將研究重點(diǎn)放在降低監(jiān)控過程中干擾因素的影響方面,以此來進(jìn)一步提升監(jiān)控準(zhǔn)確度。

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