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