技术领域
[0001] 本
发明属于电网故障诊断技术领域，具体涉及一种利用故障波形的电网故障诊断系统及方法。
背景技术
[0002] 电网故障诊断一直以来都是国内外研究机构和电
力企业研究的热点问题，并提出了多种故障诊断技术和方法，主要有基于
专家系统、
人工神经网络、优化技术、Petri网络、模糊集理论、粗糙集理论和多代理技术以及基于信息融合和
数据挖掘的。基于以上的故障诊断在一定程度上能解决不确定问题，但在实际的应用中，会遇到一些
缺陷，如基于专家系统在
知识库的建立和形成中具有一定的难度。在基于优化技术的故障诊断中如何建立合理的电网故障诊断数学模型，在形成目标函数的过程中，需要考虑多级后备保护时都比较困难。
[0003] 另外，基于稳态数据、暂态数据和动态数据等利用录
波数据的故障诊断或者是对多源故障诊断结果进行集成的故障诊断，也得到一定研究成果，但在三态数据收集、
整理和预处理方面的研究尚待深入；在故障诊断中未利用保信数据进行详细的故障分析；欠缺针对OCS/保信系统分别采集到的或者反映出的告警或者事件信息，进行聚类分组划分后的综合故障分析研究。因此如何克服
现有技术的不足是目前电网故障诊断技术领域亟需解决的问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种利用故障波形的电网故障诊断系统及方法，该系统利用录波信息对较复杂的电网故障进行深入的诊断分析，对可疑故障设备的采集波形进行召唤和预处理，将波形文件转换成分析所需格式；然后根据可疑故障设备类型的差别，进入不同的保护专家领域(线路保护、
母线保护、主变保护等)进行故障录波的在线分析，实现对一次设备故障的精细判断。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] 一种利用故障波形的电网故障诊断系统，包括可疑故障设备波形获取模
块、可疑故障设备类型判断模块、波形预处理模块、线路波形分析模块、母线波形分析模块、
变压器波形分析模块、测距模块和显示模块；
[0007] 可疑故障设备波形获取模块用于获取可疑故障设备的所有波形文件；
[0008] 可疑故障设备类型判断模块，与可疑故障设备波形获取模块相连，用于对可疑故障设备的类型进行判断；所述的类型包括线路、母线、变压器；
[0009] 波形预处理模块，分别与可疑故障设备波形获取模块、可疑故障设备类型判断模块相连，用于根据可疑故障设备类型判断模块对可疑故障设备类型的判断结果，对可疑故障设备波形获取模块获取可疑故障设备的波形文件解析后进行预处理，得到可疑故障设备相关的通道集合的波形文件及其通道映射表；
[0010] 线路波形分析模块与波形预处理模块相连，用于获取线路保护定值，并根据波形预处理模块传来的预处理后的信息进行分析与计算，分析故障点所在相别并计算得到故障点的各电气量；
[0011] 母线波形分析模块与波形预处理模块相连，用于获取母线保护定值，并根据波形预处理模块传来的预处理后的信息进行分析与计算，分析故障点所在相别并计算得到故障点的各电气量；
[0012] 变压器波形分析模块与波形预处理模块相连，用于获取变压器保护定值，并根据波形预处理模块传来的预处理后的信息进行分析与计算，分析故障点所在相别并计算得到故障点的各电气量；
[0013] 测距模块与线路波形分析模块相连，用于对可疑故障线路进行测距，获得故障点所在
位置；
[0014] 显示模块分别与线路波形分析模块、母线波形分析模块、变压器波形分析模块、测距模块相连，用于显示故障线路中故障点的位置和选相，显示故障母线中故障点的位置和选相，显示故障变压器中故障点的位置和选相。
[0015] 进一步，优选的是，可疑故障设备波形获取模块与OCS系统、保信系统相连，获取OCS系统、保信系统传来的告警信息中的可疑故障设备。
[0016] 进一步，优选的是，可疑故障设备波形获取模块获取可疑故障设备的所有波形文件的方式为从录波系统或者设备自身的录波器获得。
[0017] 进一步，优选的是，当可疑故障设备为线路时，通道集合包括其本身相关联的模拟量通道和拓扑搜索对侧相关联的通道以及保护跳闸开入通道；
[0018] 当可疑故障设备为母线时，搜索和其相关联的所有支路，通道集合包括拓扑在搜索出和这些支路相关联的
电流通道；
[0019] 当可疑故障设备为变压器时，拓扑搜索和各侧相关联的所有分支，通道集合包括在搜索出各侧各分支相关联的通道。
[0020] 进一步，优选的是，波形预处理还用于对波形按照时间进行拼接和按照
频率进行转换。
[0021] 进一步，优选的是，所述的测距采用如下方法：
[0022] 利用本端和对端的电流、
电压进行故障测距计算，列如下2个电压方程：
[0023] Um＝ImZDmF+IFRF (1)
[0024] Un＝InZ(DL-DmF)+IFRF (2)
[0025] 式中：Z线路单位长度阻抗：DmF为m端到故障点F的距离；Um,Im为m端电压、电流；Un，In为n端电压、电流；RF为故障点的过渡
电阻；IF为故障点的
短路电流；DL为线路mn的长度；
[0026] 联立式(1)和(2)，消去RF，得到
[0027]
[0028] 本发明同时提供一种利用故障波形的电网故障诊断方法，采用上述利用故障波形的电网故障诊断系统，包括如下步骤：
[0029] 获取可疑故障设备的所有波形文件，并对对可疑故障设备的类型进行判断；
[0030] 然后，根据可疑故障设备类型的判断结果，对获取的可疑故障设备的波形文件解析后进行预处理，得到可疑故障设备相关的通道集合的波形文件及其通道映射表；
[0031] 接着，根据线路保护定值、母线保护定值或变压器保护定值，对预处理后的信息进行分析与计算，分析故障点所在相别并计算得到故障点的各电气量；
[0032] 最后，对于故障线路进行测距，获得故障点所在位置。
[0033] 本发明提出的利用波形的故障诊断系统，可以根据可疑故障设备类型的差别，进入不同的保护专家领域(线路保护、母线保护、主变保护等)进行故障录波的在线分析，实现对一次设备故障的精细判断。
[0034] 本发明首先对可疑故障设备的采集波形进行召唤和预处理，将波形文件转换成分析所需格式；之后，利用故障波形信息可分析出电网发生的故障类型、故障相别、故障地点等精细的故障数据，基于波形的详细分析主要是提取、解析波形数据，获取到的波形数据可以进行故障测距、故障相别、
故障电流。
[0035] 本发明与现有技术相比，其有益效果为：
[0036] 本发明提供一种利用波形的故障诊断系统，利用故障波形信息可分析出电网发生的故障类型、故障相别、故障地点等精细的故障数据，基于波形的详细分析主要是提取、解析波形数据，获取到的波形数据可以进行故障测距、故障相别、故障电流。
附图说明
[0037] 图1为本发明利用故障波形的电网故障诊断系统的结构示意图。
具体实施方式
[0038] 下面结合
实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0039] 本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品
说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
[0040] 本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的
硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机
软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件
操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
[0041] 本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本
申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专
门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。
[0042] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意
声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接或耦接。
[0043] 在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0044] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0045] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0046] 与调度自动化构成的
计算机网络记录的电网运行稳态过程相比，保护装置和故障录波器记录了电网故障的暂态过程，故障录波信息的采集和分析无疑将提高电力系统调度与运行的
水平，提高处理电力系统事故的快速反应能力。
[0047] 利用录波信息对较复杂的电网故障进行深入的诊断分析，对可疑故障设备的采集波形进行召唤和预处理，将波形文件转换成分析所需格式；然后根据可疑故障设备类型的差别，进入不同的保护专家领域(线路保护、母线保护、主变保护等)进行故障录波的在线分析，实现对一次设备故障的精细判断。
[0048] 如图1所示，一种利用故障波形的电网故障诊断系统，包括可疑故障设备波形获取模块1、可疑故障设备类型判断模块2、波形预处理模块3、线路波形分析模块4、母线波形分析模块5、变压器波形分析模块6、测距模块7和显示模块8；
[0049] 可疑故障设备波形获取模块1用于获取可疑故障设备的所有波形文件；
[0050] 可疑故障设备类型判断模块2，与可疑故障设备波形获取模块1相连，用于对可疑故障设备的类型进行判断；所述的类型包括线路、母线、变压器；
[0051] 波形预处理模块3，分别与可疑故障设备波形获取模块1、可疑故障设备类型判断模块2相连，用于根据可疑故障设备类型判断模块2对可疑故障设备类型的判断结果，对可疑故障设备波形获取模块1获取可疑故障设备的波形文件解析后进行预处理，得到可疑故障设备相关的通道集合的波形文件及其通道映射表；
[0052] 线路波形分析模块4与波形预处理模块3相连，用于获取线路保护定值，并根据波形预处理模块3传来的预处理后的信息进行分析与计算，分析故障点所在相别并计算得到故障点的各电气量；
[0053] 母线波形分析模块5与波形预处理模块3相连，用于获取母线保护定值，并根据波形预处理模块3传来的预处理后的信息进行分析与计算，分析故障点所在相别并计算得到故障点的各电气量；
[0054] 变压器波形分析模块6与波形预处理模块3相连，用于获取变压器保护定值，并根据波形预处理模块3传来的预处理后的信息进行分析与计算，分析故障点所在相别并计算得到故障点的各电气量；
[0055] 线路保护定值、母线保护定值、变压器保护定值均是通过整定计算得到的，在此本发明对其获得方法不做特殊限制。
[0056] 测距模块7与线路波形分析模块4相连，用于对可疑故障线路进行测距，获得故障点所在位置；
[0057] 显示模块8分别与线路波形分析模块4、母线波形分析模块5、变压器波形分析模块6、测距模块7相连，用于显示故障线路中故障点的位置和选相，显示故障母线中故障点的位置和选相，显示故障变压器中故障点的位置和选相。
[0058] 优选，可疑故障设备波形获取模块1与OCS系统、保信系统相连，获取OCS 系统、保信系统传来的告警信息中的可疑故障设备，但不限于此。
[0059] 可疑故障设备波形获取模块1获取可疑故障设备的所有波形文件的方式为从录波系统或者设备自身的录波器获得。
[0060] 当可疑故障设备为线路时，通道集合包括其本身相关联的模拟量通道 (Ua,Ub,Uc,Ia,Ib,Ic)和拓扑搜索对侧相关联的通道(Uar,Ubr,Ucr,Iar,Ibr,Icr)以及保护跳闸开入通道；
[0061] 当可疑故障设备为母线时，搜索和其相关联的所有支路，通道集合包括拓扑在搜索出和这些支路相关联的电流通道(Ia,Ib,Ic)；
[0062] 当可疑故障设备为变压器时，拓扑搜索和各侧相关联的所有分支，通道集合包括在搜索出各侧各分支相关联的通道(Ia,Ib,Ic)。
[0063] 波形预处理3还用于对波形按照时间进行拼接和按照频率进行转换。
[0064] 单端测距由于已知信息的局限性，目前在理论上还无法克服故障点过渡电阻、远方系统阻抗等因素对测距
精度的影响。而双端
算法的信息量比单端算法的信息量大，因此，故障电阻和负荷的扰动对双端算法测距精度的影响较小。双端故障测距算法需要解决双端信息
采样的同步问题。利用GPS提供高精度同步时钟，保证采样同步精度。
[0065] 本发明利用本端和对端的电流、电压进行故障测距计算，测距采用如下方法：
[0066] 利用本端和对端的电流、电压进行故障测距计算，列如下2个电压方程：
[0067] Um＝LmZDmF+IFRF (1)
[0068] Un＝InZ(DL-DmF)+IFRF (2)
[0069] 式中：Z线路单位长度阻抗：DmF为m端到故障点F的距离；Um,Im为m端电压、电流；Un，In为n端电压、电流；RF为故障点的过渡电阻；IF为故障点的短路电流；DL为线路mn的长度；
[0070] 联立式(1)和(2)，消去RF，得到
[0071]
[0072] 一种利用故障波形的电网故障诊断方法，采用上述利用故障波形的电网故障诊断系统，包括如下步骤：
[0073] 获取可疑故障设备的所有波形文件，并对对可疑故障设备的类型进行判断；
[0074] 然后，根据可疑故障设备类型的判断结果，对获取的可疑故障设备的波形文件解析后进行预处理，得到可疑故障设备相关的通道集合的波形文件及其通道映射表；
[0075] 接着，根据线路保护定值、母线保护定值或变压器保护定值，对预处理后的信息进行分析与计算，分析故障点所在相别并计算得到故障点的各电气量；
[0076] 最后，对于故障线路进行测距，获得故障点所在位置。
[0077] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
