本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域，具體涉及一種基于信息融合的保護(hù)系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
：電力系統(tǒng)無疑是現(xiàn)代生活中最重要的部分之一，穩(wěn)定的電力系統(tǒng)是確保人們生活工作的保障。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的區(qū)域保護(hù)控制技術(shù)逐漸成為了現(xiàn)有電力系統(tǒng)的研究重點(diǎn)之一。隨著通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的完善與變電站光纖化的普及，保證遠(yuǎn)動通信的實時性與低誤碼率，但是仍然無法避免出現(xiàn)傳輸信息通過通信校驗后出現(xiàn)部分信息丟失的事故。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，引起這種信息丟失事故原因包括：通信環(huán)境出現(xiàn)擾動、或由于自然災(zāi)害引起通信通道損壞(如冰災(zāi)事故中發(fā)生的覆冰倒塔導(dǎo)致破壞部分通信通道)；且部分錯誤信息上傳到?jīng)Q策層。現(xiàn)有的分布式的信息采集抗干擾措施難以全面保障，可能在采集端就出現(xiàn)誤信息或誤判，而極少量損壞的數(shù)據(jù)就可能導(dǎo)致錯誤決策。從現(xiàn)有的區(qū)域繼電保護(hù)算法看，如果出現(xiàn)信息缺失或錯誤一般都只能退出運(yùn)行或決策錯誤。由此可見利用某單一種類信息的廣域繼電保護(hù)算法，對區(qū)域信息利用過于簡單，沒有有效利用電力系統(tǒng)中所有的電氣量是互相關(guān)聯(lián)這一整體優(yōu)勢。故障元件識別是區(qū)域保護(hù)的核心和基礎(chǔ)，如何提高故障元件識別的準(zhǔn)確性，特別是在由于傳感器故障、信息判斷錯誤等原因引起的區(qū)域信息部分缺失或出錯情況下的正確性，防止保護(hù)系統(tǒng)的拒動、誤動，是有限區(qū)域保護(hù)中需要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵問題。因此，亟待研究一種針對區(qū)域保護(hù)的具有可實施性且可靠的基于信息融合的保護(hù)系統(tǒng)與方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于信息融合的保護(hù)系統(tǒng)與方法，能夠提高電力系統(tǒng)中區(qū)域保護(hù)的可靠性。為了解決上述問題，本發(fā)明實施例提出了一種基于信息融合的保護(hù)方法，包括：獲取變電站內(nèi)節(jié)點(diǎn)的電氣量信息以進(jìn)行第一初步判斷；將所述變電站的電氣量信息與相鄰變電站的電氣量信息進(jìn)行信息融合并利用遺傳算法進(jìn)行故障評估，以進(jìn)行第二初步判斷；判斷第一初步判斷與第二初步判斷的結(jié)果是否一致，如果是則確定該變電站故障。其中，所述第一初步判斷包括：對變電站內(nèi)節(jié)點(diǎn)電氣量進(jìn)行信息融合以得到比較精確的故障區(qū)域，然后將比較精確的故障區(qū)域內(nèi)的電氣量和狀態(tài)量信息進(jìn)行融合。其中，所述方法還包括：通過以下公式(1)的電流差動原理對區(qū)域范圍內(nèi)故障變電站進(jìn)行預(yù)判；如果邊界差動區(qū)出現(xiàn)大于預(yù)設(shè)閾值的差動電流則表示區(qū)域范圍內(nèi)的變電站內(nèi)部以及出線上發(fā)生故障，如果邊界差動區(qū)出現(xiàn)小于預(yù)設(shè)閾值的差動電流則表示在區(qū)域范圍之外出現(xiàn)故障；11100000000000-1100000000000-1110000000000-10-10000000000011100000000-1000100000000000-111I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12=0---(1)]]>其中，公式(1)的第一個矩陣具有N行以對應(yīng)N個節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)為變電站、站間線路；且所述矩陣中的每一元素為該節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的電流的方向；0代表與這個節(jié)點(diǎn)之間沒有關(guān)聯(lián)，無電流流過；1代表電流是流入該節(jié)點(diǎn)的；-1代表電流是流出該節(jié)點(diǎn)的；其中公式(1)中的；在第二個矩陣中的I1～I(xiàn)12為對應(yīng)支路的支路電流值。其中，所述方法還包括：通過以下的公式(2)和公式(3)進(jìn)行多種保護(hù)方式的信息融合：Fit(X)=Σi=1Nm|mi-mi*|+Σj=1Nl|lj-lj*|+Σk=1Nv|vk-vk*|+Σp=1Nr|rp-rp*|---(2)]]>Σp=1Nr|rp-rp*|=ωAΣj=1NA|Aj-Aj*|+ωBΣj=1NB|Bj-Bj*|+ωcΣj=1NC|Cj-Cj*|+ωdΣj=1ND|Dj-Dj*|---(3)]]>在公式(2)中，Nm、Nl、Nv、Nr分別為故障區(qū)域內(nèi)的3種電氣量判據(jù)以及保護(hù)個數(shù)，mi為第i個m判據(jù)的實際狀態(tài)；lj和νk分別為第j、k個l和ν判據(jù)的實際狀態(tài)；rp為第p個保護(hù)的實際狀態(tài)；rp為0或1分別表示其未動作和動作；而分別表示對應(yīng)的期望函數(shù)；在公式(3)中，ωA、ωB、ωc、ωd分別為傳統(tǒng)主保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)、失靈保護(hù)對應(yīng)的重要度系數(shù)；NA、NB、NC、ND為不同保護(hù)原理的保護(hù)個數(shù)，而Aj、Bj、Cj、Dj分別為主保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)、失靈保護(hù)的實際狀態(tài)，Aj*、Bj*、Cj*、Dj*分別為上述保護(hù)的期望狀態(tài)。同時，本發(fā)明實施例還提了一種基于信息容錯的保護(hù)系統(tǒng)，包括：就地保護(hù)裝置，用于獲取變電站內(nèi)節(jié)點(diǎn)的電氣量信息；區(qū)域保護(hù)控制裝置，用于根據(jù)變電站內(nèi)節(jié)點(diǎn)的電氣量信息進(jìn)行第一初步判斷；并用于將所述變電站的電氣量信息與相鄰變電站的電氣量信息進(jìn)行信息融合并利用遺傳算法進(jìn)行故障評估，以進(jìn)行第二初步判斷；并判斷第一初步判斷與第二初步判斷的結(jié)果是否一致，如果是則確定該變電站故障。其中，所述區(qū)域保護(hù)控制裝置還用于對變電站內(nèi)節(jié)點(diǎn)電氣量進(jìn)行信息融合以得到比較精確的故障區(qū)域，然后將比較精確的故障區(qū)域內(nèi)的電氣量和狀態(tài)量信息進(jìn)行融合。其中，所述區(qū)域保護(hù)控制裝置通過以下公式(1)的電流差動原理對區(qū)域范圍內(nèi)故障變電站進(jìn)行預(yù)判；如果邊界差動區(qū)出現(xiàn)大于預(yù)設(shè)閾值的差動電流則表示區(qū)域范圍內(nèi)的變電站內(nèi)部以及出線上發(fā)生故障，如果邊界差動區(qū)出現(xiàn)小于預(yù)設(shè)閾值的差動電流則表示在區(qū)域范圍之外出現(xiàn)故障；11100000000000-1100000000000-1110000000000-10-10000000000011100000000-1000100000000000-111I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12=0---(1)]]>其中，公式(1)的第一個矩陣具有N行以對應(yīng)N個節(jié)點(diǎn)，所述節(jié)點(diǎn)為變電站、站間線路；且所述矩陣中的每一元素為該節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的電流的方向；0代表與這個節(jié)點(diǎn)之間沒有關(guān)聯(lián)，無電流流過；1代表電流是流入該節(jié)點(diǎn)的；-1代表電流是流出該節(jié)點(diǎn)的；其中公式(1)中的；在第二個矩陣中的I1～I(xiàn)12為對應(yīng)支路的支路電流值。其中，所述區(qū)域保護(hù)控制裝置還通過以下的公式(2)和公式(3)進(jìn)行多種保護(hù)方式的信息融合：Fit(X)=Σi=1Nm|mi-mi*|+Σj=1Nl|lj-lj*|+Σk=1Nv|vk-vk*|+Σp=1Nr|rp-rp*|---(2)]]>Σp=1Nr|rp-rp*|=ωAΣj=1NA|Aj-Aj*|+ωBΣj=1NB|Bj-Bj*|+ωcΣj=1NC|Cj-Cj*|+ωdΣj=1ND|Dj-Dj*|---(3)]]>在公式(2)中，Nm、Nl、Nv、Nr分別為故障區(qū)域內(nèi)的3種電氣量判據(jù)以及保護(hù)個數(shù)，mi為第i個m判據(jù)的實際狀態(tài)；lj和νk分別為第j、k個l和ν判據(jù)的實際狀態(tài)；rp為第p個保護(hù)的實際狀態(tài)；rp為0或1分別表示其未動作和動作；而mi*、lj*、vk*、rp*、cq*分別表示對應(yīng)的期望函數(shù)；在公式(3)中，ωA、ωB、ωc、ωd分別為傳統(tǒng)主保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)、失靈保護(hù)對應(yīng)的重要度系數(shù)；NA、NB、NC、ND為不同保護(hù)原理的保護(hù)個數(shù)，而Aj、Bj、Cj、Dj分別為主保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)、失靈保護(hù)的實際狀態(tài)，Aj*、Bj*、Cj*、Dj*分別為上述保護(hù)的期望狀態(tài)。本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：本發(fā)明實施例首先利用公式(1)的區(qū)域電氣量信息進(jìn)行初步的故障位置確認(rèn)，然后在區(qū)域保護(hù)初步判斷保護(hù)故障位置后，再利用站內(nèi)保護(hù)動作信息融合算法判斷保護(hù)故障位置，將二者的結(jié)果進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，進(jìn)而最后判斷故障位置，下發(fā)保護(hù)控制命令。該方法提高了現(xiàn)有區(qū)域保護(hù)系統(tǒng)的容錯能力，保障了保護(hù)控制系統(tǒng)的安全實施。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例的區(qū)域保護(hù)系統(tǒng)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的區(qū)域保護(hù)拓?fù)鋱D；圖3為本發(fā)明實施例的算法邏輯示意圖。具體實施方式為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明實施例提出了一種如圖1所示為本發(fā)明區(qū)域保護(hù)控制系統(tǒng)示意圖，由圖可知，該系統(tǒng)包括就地保護(hù)裝置、智能接口、合并單元、站域保護(hù)裝置、區(qū)域保護(hù)裝置，就地保護(hù)裝置、合并單元、智能接口與站域保護(hù)裝置通過以太網(wǎng)連接，站域保護(hù)裝置與區(qū)域保護(hù)裝置通過區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)連接。其中站域保護(hù)裝置連接變電站以接收變電站內(nèi)節(jié)點(diǎn)的電氣量信息以進(jìn)行第一初步判斷；將變電站的電氣量信息與相鄰變電站的電氣量信息進(jìn)行信息融合并利用遺傳算法進(jìn)行故障評估，以進(jìn)行第二初步判斷；如果第一初步判斷與第二初步判斷結(jié)果一致則確定該變電站故障。其中該電氣量信息為電流值。具體的，可以根據(jù)基爾霍夫定律計算變電站方位內(nèi)節(jié)點(diǎn)電流；如果電流值為0則該變電站正常運(yùn)行，如果電流值不為0則該變電站的第一初步判斷為發(fā)生故障。進(jìn)一步的，在進(jìn)行第一初步判斷時，為了降低計算復(fù)雜度并獲取關(guān)聯(lián)緊密的電氣量信息，本發(fā)明實施例中可以將變電站內(nèi)節(jié)點(diǎn)電氣量進(jìn)行信息融合以得到比較精確的故障區(qū)域，然后將比較精確的故障區(qū)域內(nèi)的電氣量和狀態(tài)量信息進(jìn)行融合。同時，將原理簡單且具有良好選擇性的電流差動原理應(yīng)用于區(qū)域范圍內(nèi)故障變電站預(yù)判，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用基于電流突變量的區(qū)域保護(hù)，這種保護(hù)算法可以保證在保護(hù)區(qū)域內(nèi)一旦發(fā)生短路故障，就能快速定位故障。如圖2所示區(qū)域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了加快相應(yīng)故障區(qū)域辨識速度，可以引入如公式(1)的節(jié)點(diǎn)矩陣方程。11100000000000-1100000000000-1110000000000-10-10000000000011100000000-1000100000000000-111I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12=0---(1)]]>其中，公式(1)的第一個矩陣具有N行以對應(yīng)N個節(jié)點(diǎn)，且所述矩陣中的每一元素為該節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的電流的方向；0代表與這個節(jié)點(diǎn)之間沒有關(guān)聯(lián)，無電流流過；1代表電流是流入該節(jié)點(diǎn)的；-1代表電流是流出該節(jié)點(diǎn)的；其中公式(1)中的節(jié)點(diǎn)為變電站、站間線路；在第二個矩陣中的I1～I(xiàn)12為對應(yīng)支路的支路電流值。通過上述公式(1)判斷是否在邊界差動區(qū)來進(jìn)行故障判斷，如果邊界差動區(qū)出現(xiàn)差大的差動電流則表示比較精確的故障區(qū)域內(nèi)的變電站內(nèi)部以及出線上發(fā)生故障，如果邊界差動區(qū)出現(xiàn)較小的差動電流則表示在該比較精確的故障區(qū)域之外出現(xiàn)故障。因此，將邊界差動區(qū)出現(xiàn)差大的差動電流作為變電站內(nèi)部故障的啟動判據(jù)。在上述分析的基礎(chǔ)上，已經(jīng)預(yù)判電網(wǎng)的故障信息位置，因此基于故障位置，挖掘相鄰保護(hù)信息，進(jìn)一步改善遺傳算法的約束性能，提高算法的容錯性，提出遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，利用變電站內(nèi)傳統(tǒng)主保護(hù)信息、距離元件信息及方向元件信息建立如下適應(yīng)度函數(shù)：而為體現(xiàn)各保護(hù)的重要程度的不同，引入保護(hù)系數(shù)式得到適應(yīng)度函數(shù)。Fit(X)=Σi=1Nm|mi-mi*|+Σj=1Nl|lj-lj*|+Σk=1Nv|vk-vk*|+Σp=1Nr|rp-rp*|---(2)]]>Σp=1Nr|rp-rp*|=ωAΣj=1NA|Aj-Aj*|+ωBΣj=1NB|Bj-Bj*|+ωcΣj=1NC|Cj-Cj*|+ωdΣj=1ND|Dj-Dj*|---(3)]]>在公式(2)中，Nm、Nl、Nv、Nr分別為故障區(qū)域內(nèi)的3種電氣量判據(jù)以及保護(hù)個數(shù)，mi為第i個m判據(jù)的實際狀態(tài)；lj和νk分別為第j、k個l和ν判據(jù)的實際狀態(tài)；rp為第p個保護(hù)的實際狀態(tài)；rp為0或1分別表示其未動作和動作。而mi*、lj*、vk*、rp*、cq*分別表示對應(yīng)的期望函數(shù)。在公式(3)中，ωA、ωB、ωc、ωd分別為傳統(tǒng)主保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)、失靈保護(hù)對應(yīng)的重要度系數(shù)；而Aj、Bj、Cj、Dj分別為主保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)、失靈保護(hù)的實際狀態(tài)，NA、NB、NC、ND為不同保護(hù)原理的保護(hù)個數(shù)，Aj*、Bj*、Cj*、Dj*分別為上述保護(hù)的期望狀態(tài)。信息融合的目的是利用相鄰變電站內(nèi)的信息糾正本站內(nèi)信息的缺失或錯誤，信息融合是在以方向信息故障判斷原理的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，廣域后備保護(hù)系統(tǒng)在對本站及相鄰站內(nèi)的狀態(tài)信息進(jìn)行融合決策時，將方向元件信息作為待優(yōu)化的參數(shù)，將本站及相鄰站內(nèi)的各種主保護(hù)信息、距離元件信息及方向元件信息以一定的融合策略形成遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)，通過遺傳算法對目標(biāo)函數(shù)的遺傳操作得到的最優(yōu)決策解也即是遺傳決策后變電站保護(hù)范圍內(nèi)的方向元件信息。再結(jié)合基于電氣量的故障位置辨識，即可正確的進(jìn)行保護(hù)邏輯判斷。如圖1所示為本發(fā)明區(qū)域保護(hù)控制系統(tǒng)示意圖，由圖可知，該系統(tǒng)包括用于就地保護(hù)裝置、智能接口、合并單元、站域保護(hù)裝置、區(qū)域保護(hù)裝置，就地保護(hù)裝置、合并單元、智能接口與站域保護(hù)裝置通過以太網(wǎng)連接，站域保護(hù)裝置與區(qū)域保護(hù)裝置通過區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)連接。本發(fā)明中，通過站域保護(hù)裝置上送變電站內(nèi)節(jié)點(diǎn)電氣量信息，例如電流值，這樣，根據(jù)基爾霍夫定律可以計算變電站方位內(nèi)節(jié)點(diǎn)電流，若節(jié)點(diǎn)電流為0，那么認(rèn)為本變電站內(nèi)無故障，否則，認(rèn)為本站發(fā)生故障，這是以本站信息和相鄰變電站狀態(tài)信息進(jìn)行信息融合，利用遺傳算法進(jìn)行故障評估，若二者判斷結(jié)果一致，則認(rèn)為故障，否則認(rèn)為無故障。變電站內(nèi)節(jié)點(diǎn)電氣量進(jìn)行信息融合，得到較小的故障區(qū)域，然后將較小區(qū)域內(nèi)的電氣量和狀態(tài)量信息進(jìn)行融合，這樣即能減小計算量，同時還能獲取關(guān)聯(lián)度緊密的信息。而將原理簡單且具有良好選擇性的電流差動原理應(yīng)用于區(qū)域范圍內(nèi)故障變電站預(yù)判，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用基于電流突變量的區(qū)域保護(hù)，這種保護(hù)算法可以保證在保護(hù)區(qū)域內(nèi)一旦發(fā)生短路故障，就能快速定位故障。如圖1所示區(qū)域拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為了加快相應(yīng)故障區(qū)域辨識速度，可以引入節(jié)點(diǎn)矩陣方程，將站間線路、變電站作為節(jié)點(diǎn)。I1至I12為對應(yīng)支路的支路電流，正常情況11100000000000-1100000000000-1110000000000-10-10000000000011100000000-1000100000000000-111I1I2I3I4I5I6I7I8I9I10I11I12=0---(1)]]>上述公式(1)對應(yīng)為節(jié)點(diǎn)的電流方程，當(dāng)變電站內(nèi)部以及出線上發(fā)生故障時，邊界差動區(qū)會有較大的差動電流，在變電站節(jié)點(diǎn)范圍外出現(xiàn)故障時，邊界差動區(qū)的差動電流將保持在比較小的范圍之內(nèi)，因此，將邊界差動區(qū)出現(xiàn)差大的差動電流作為變電站內(nèi)部故障的啟動判據(jù)。在上述分析的基礎(chǔ)上，已經(jīng)預(yù)判電網(wǎng)的故障信息位置，因此基于故障位置，挖掘相鄰保護(hù)信息，進(jìn)一步改善遺傳算法的約束性能，提高算法的容錯性，提出遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，利用變電站內(nèi)傳統(tǒng)主保護(hù)信息、距離元件信息及方向元件信息建立如下適應(yīng)度函數(shù)：而為體現(xiàn)各保護(hù)的重要程度的不同，引入保護(hù)系數(shù)式得到適應(yīng)度函數(shù)。Fit(X)=Σi=1Nm|mi-mi*|+Σj=1Nl|lj-lj*|+Σk=1Nv|vk-vk*|+Σp=1Nr|rp-rp*|---(2)]]>Σp=1Nr|rp-rp*|=ωAΣj=1NA|Aj-Aj*|+ωBΣj=1NB|Bj-Bj*|+ωcΣj=1NC|Cj-Cj*|+ωdΣj=1ND|Dj-Dj*|---(3)]]>式(2)中，Nm、Nl、Nv、Nr分別為故障區(qū)域內(nèi)的3種電氣量判據(jù)以及保護(hù)個數(shù)，mi為第i個m判據(jù)的實際狀態(tài)；lj和νk分別為第j、k個l和ν判據(jù)的實際狀態(tài)；rp為第p個保護(hù)的實際狀態(tài)。rp為0或1分別表示其未動作和動作。而mi*、lj*、vk*、rp*、cq*分別表示對應(yīng)的期望函數(shù)。而(3)中，ωA、ωB、ωc、ωd分別為傳統(tǒng)主保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)、失靈保護(hù)對應(yīng)的重要度系數(shù)，一般情況下可以取1，Aj、Bj、Cj、Dj分別為主保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)、失靈保護(hù)的實際狀態(tài)，NA、NB、NC、ND為不同保護(hù)原理的保護(hù)個數(shù)，而Aj*、Bj*、Cj*、Dj*分別為上述保護(hù)的期望狀態(tài)。信息融合的目的是利用相鄰變電站內(nèi)的信息糾正本站內(nèi)信息的缺失或錯誤，信息融合是在以方向信息故障判斷原理的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。如圖3所示的，廣域后備保護(hù)系統(tǒng)在對本站及相鄰站內(nèi)的狀態(tài)信息進(jìn)行融合決策時，將方向元件信息作為待優(yōu)化的參數(shù)，將本站及相鄰站內(nèi)的各種主保護(hù)信息、距離元件信息及方向元件信息以一定的融合策略形成遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)，通過遺傳算法對目標(biāo)函數(shù)的遺傳操作得到的最優(yōu)決策解也即是遺傳決策后變電站保護(hù)范圍內(nèi)的方向元件信息。再結(jié)合基于電氣量的故障位置辨識，即可正確的進(jìn)行保護(hù)邏輯判斷。以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3