配电网故障诊断系统软件开发开题报告.doc

配电网故障诊断系统软件开发开题报告一. 课题的目的和意义配电网是电力系统发、变、送，配中最后一个用户供电环节。配电网设备繁杂、用户众多、覆盖面广、地理变化多样，且易受外界条件影响。随着国民经济的发展和人民物质文化水平不断提高，对电力需求愈来愈大，使电力事业迅速发展，电网不断扩大，用户对供电质量的供电可靠性要求愈来愈高，甚至发生电源的瞬时中断也不能忍受。因配电网节点多，线路短，事故发生率较大，直接影响到电力系统的安全稳定，经济运行和效益。继电保护和自动装置的拒动.误动是对电网安全稳定运行的重大威胁。必须切实加强继电保护的安全自动装置的维护和管理。故对故障诊断方法的研究，识别故障元件，判断故障地点，并且迅速排除故障是保证电力系统安全和稳定运行的首要问题。配电网故障诊断是配电网自动化的一个重要组成部分。配电网直接与用户相连，直接关系着社会生产与人们的生活，一旦电网发生故障，就会给社会生产造成巨大损失给人们生活带来极大不便。配电网发生故障后，故障诊断系统根据监测系统得到的相关信息对配电网发生故障进行定时分析和判断，提出正确有效的健全区域停电、恢复策略，帮助调度员准确的确定故障位置，隔离故障区域，快速恢复故障区域供电。电力系统由于运行、维护、绝缘老化等原因，发生故障是不可避免的。为了快速检测及切除故障确保系统安全稳定运行，增强供电可靠性和连续性，实现配电网络的故障定位以及快速故障恢复等，就需要一个优质的配电网故障诊断系统的软件。另外由于现有的一些故障诊断软件存在着种种不足，难以取得另人满意的结果，因此配电网故障诊断的软件开发迫在眉睫。二文献综述 配电网是电力系统发电、输电和配电三大系统之一。电力公司通过配电网实现其产品销售。随着经济的发展.观念的变化，电力公司正经历着一场深刻的变革;电力市场自由化。这场变革使电力公司面临着新的挑战，必须采取新的策略，新的技术和管理措施，转变经营理念，如改革电费系统，推广分时电价等，以增强市场竞争力1。电力系统的市场化进程对配电系统提出了新的要求。文献2通过分析电力市场对配电网路、配电系统自动化、配电管理系统的影响，说明电力系统的市场化对配电系统的要求更高，配电自动化及配电管理系统的发展应该适应电力体制改革的需要2。 配电自动化及管理系统就是利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户信息、电网结构参数、地理信息进行集成，构成完整的自动化管理系统，实现配电系统正常运行及事故情况下的检测、保护、控制和配电管理。它是实时的配电自动化与配电管理系统集成一体的系统3。我国配电自动化的展望地理信息系统（GIS）的应用，使配电自动化面貌焕然一新，在管理、生产和用户服务等方面发挥了很大作用。据不完全统计，我国已有十余家科研开发单位和众多的设备制造商为配电自动化提供各类设备及系统。按照国际现代化企业的发展规律，配电自动化的系统实施是整个网络技术水平。管理水平的全方位.全过程的提高，是未来能够实现多方面.巨大的经济效益的基础.对于国家整体，在我国目前经济和供电条件下它更能作为一种基础设施的优化促进国民经济发展，并起到实现经济和社会双重效益的作用4。当然，我们应当继续研究解决与提高配电自动化水平有关的关键技术问题，如：改变国产自动化开关设备性能差.供电可靠性低.维护工作量大的现状，提高自动化开关的可靠性及可维护性；解决小电流接地系统的单相接地故障，短线故障的检出技术等；规划建设配电自动化和基于GIS的配电管理系统相结合的配电自动化系统，实用性强，见效快，并且符合电力市场化运营和信息技术时代的发展方向，条件成熟时应大力推广，使之完全实用化。同时加强关于配电自动化方面的标准和规范的制定，使开展配电自动化工作有章可循，更好地解决配电自动化要作什么，咋作，统一标准，统一规范，统一规约，力争达到设备通用，软硬见兼容，充分利用系统资源，做到信息最大限度共享；紧跟当前计算机、数据网络、图形处理、数据库、人工智能等飞速发展的形式，使配电自动化系统更具开放性，实现系统间的互操作和“即插即用”，努力完善已有的配电自动化系统，遵照IEC61970EMS-API接口标准，开发更加开放.更加实用的新系统。我们深信，在技术创新的基础上，必须迎来我国配电自动化硕果累累的明天。 随着配电网建设的逐步升级和加强，其结构日益成熟，但也愈加庞大复杂。电网不可避免的受到故障的影响而导致停电，影响社会生产，甚至可导致危害国家安全的重大事故。据统计电力系统中有80%的故障来源于电网，配电网一旦发生事故，如何快速、准确地对故障区域或元件进行判断及有效地隔离，并快速恢复非故障区的供电，是提高供电可靠性的关键问题8。故而出现了输配电网络故障诊断。它主要是对各级各类保护装置产生的报警信息，断路器的状态变化信息以及电压电流等电气量测量值的特征进行分析，根据保护动作的逻辑和运行人员的经验来推断可能的故障位置和故障类型9。由于这一过程很难用传统的数学方法描述，而人工智能技术则由于其善于模拟人类处理问题的过程，容易利用人的经验以及具有一定的学习能力等特点，在这一领域得到了广泛的应用。人工智能技术主要包括专家系统、模糊理论、遗传算法、Petri网、人工神经网络、多代理系统、粗糙集理论、混合整数规划法，优化算法8。专家系统是人工智能应用领域的一个重要分支。一方面它是人工智能的理论和方法（如知识表示，搜索策论）的应用环境，另一方面它的研究和发展有不断丰富和发展了人工智能学科它和模式识别，智能机器人一起被列为 人工智能发展的三大前沿课题。电力系统中有不少问题依靠领域专家（规划、设计人员、调度运行人员等）来解决，有的使依靠专家经验求解，也有的使将基于数值分析方法得到的结果融为一提来解决。因此有必要加强专家系统在电力系统中的应用进程10。专家系统产生于60年代中期，虽然至今仅有40多年的时间，但发展的速度使相当惊人的。美国斯坦福大学的费根鲍姆(E.A.Feigenbaum)等1965-1968年研制的化学分子结构专家系统DENDRAL系统，能像化学专家那样进行质谱数据分析、推断化学分子结构。麻省理工学院（MIT）的英格曼（C.E）等1965-1971年研制的数学专家系统MACSYMA，它能求解包括微分、积分、微分方程、级数展开、矩阵运算、向量代数，数量级分析等多种数学问题。尽管这些专家系统结构.功能还不完善，移值性差，且推理解释功能很不完善，但它标志着专家系统的诞生。1972年以后斯坦福大学的E.H.S等在1972-1974年研制了诊断血液细菌感染的医疗诊断专家系统MYCIN;斯坦福国际人工智能研究中心（SRI）的R.O.D等1976-1981年设计了地址探矿专家系统PROSPECTOR,并用它成功的发现了美国华盛顿地区的铜矿；1976年D.B.L等于斯坦福大学完成的数学发现专家系统AM，能进行概括.抽象和归纳推理，发现某些数论的概念和定理，以后他们又研制成功诊断和治疗青光眼的专家系统SASNET,诊断内科疾病的专家系统INTERNIST等。这阶段开发的专家系统大都是但学科专业的，但他们均属于结构完整，功能较全面（如具有解释功能、使用启发式知识和非常精确的推理等）的专家系统，它标志着专家系统技术已基本成熟。随着专家系统的逐渐成熟，他的应用领域迅猛发展处理问题难度也不断增加。70年代中期以前的专家系统，其数据信号大都属于解释型和诊断型，处理问题基本上使可分解的。70年代后期，在专家系统向纵深发展的实践中发现，开发一个专家系统需要很多人协同工作很长时间，其中知识获取使一个关键的瓶劲问题。为了加快研制速度，需要对知识的自动获取，系统与知识的独立性，系统的通用性等方面做进一步的研究。于是出现了一批专家系统研制工具，如EMYCIN(由MYCIN来)，EXPERT(由CASNET来)，OPS.HEARSAY-III.AGE等，大大缩短了专家系统的研制周期，为专家系统向更多领域发展以及走向实用化提供了条件，使专家系统的又一重大进展11。电网故障是电力系统不可避免的，对于简单的电网故障可以通过人为恢复，对于复杂的电网故障，如果通过人为恢复，需要很长时间，即使最简单的电网，人为恢复也需要一定的恢复时间，为此提出了建立电网故障恢复系统12。现代电力系统日趋大型化和复杂化，一旦系统发生事故，如何尽快判断故障，位故障解列和恢复供电提供依据，以减少停电损失，成为预防电力系统事故以及辅助系统调度员提高故障处理速度的重要课题。进几年来，各级电网调度中心普遍配置了管理系统（EMS）和远程监控及数据采集（SCADA）系统，并配备许多控制软件，主要用于正常状态下电力系统监视和控制。在故障状态下，调度自动化系统仅是单纯的数据采集系统，将大量报警信息不加选择的提供给调度员，而在此情况下要求调度员迅速.正确的判断故障是非常困难的。如何拓展现有调度自动化系统的功能，为调度员提供恢复供电的决策依据，具有重要和实用价值14。近几年来，电力系统研究工作者提供了各种电网故障诊断模型。例如：根据潮流的变化诊断故障；通过保护动作信息判断故障元件；通过建立故障模式库，把故障情况与式中的模型相匹配，确定故障类型；通过开关跳闸信息，搜索出停电区域等。故障诊断程序务求快速准确。但由于潮流信息量大，对其处理要耗费大量时间，会影响诊断速度；另外，由于正常运行时某些潮流值接近于0（如轻载线路），所以很难用潮流变化判断故障，影响了诊断精度。用保护信息诊断故障，程序设计简单，且有较高的准确性，然而信息量大，信号搜集困难，比较适合自动化水平较高的地区。同时，详细确定保护范围时要求复杂的计算，很难达到实时的要求。采用匹配法将故障跳闸分成多种模式，与事先给定的模式库进行比较，从而确定故障。此方法对于模式库的“库存”故障，可快速给出结果，但对于接线特殊.运行方式特殊的电网，往往由于没有匹配模式而无法得出正确结果。另外，此方法也无法抵御向开关动作漏报那样的干扰。电力系统的所有永久性的故障，最终都将由开关跳闸从正常系统隔离出来。开关报警信息（遥信量）的信息量最小，在故障情况下能最先到达调度端，可满足故障诊断是实行的要求。在开关动作信息准确的情况下，能唯一确定一个故障区域；即使存在少量开关的漏报、误报，也可以大致确定停电区域和可能的漏报和误报的开关15。在电力系统发生故障时，能量管理系统（EMS）和远程监控和数据采集（SCADA）系统产生大量未经处理的报警信息，对调度员工作压力过大，易发生误判。为解决这个问题，本设计介绍基于开关跳闸信息的故障判断诊断专家系统的实现方法，开发了相应的故障诊断专家系统。该方法简单易行、搜索速度快，最后提出了进一步利用保护动作信息进行分层诊断的思想。三. 研究（设计）内容和拟解决的关键问题 我本次研究的课题内容是配电网故障诊断系统软件开发，就是针对配电网故障应用专家诊断系统实现对故障元件的诊断.判断故障地点，并且迅速排除故障，并用VC+语言编写一种故障诊断程序。 课题拟解决的关键问题是基于跳闸开关信息判断故障区域的模型，建立故障诊断专家系统并用VC+编写故障诊断程序。四. 研究（设计）方案与进度计划安排 本课题的研究方案如下： 1对当前的配电网故障诊断情况和未来趋势进行阐述，提出课题研究的内容； 2 对各种配电网故障诊断方法进行分析比较，选择出适合的方法并对其说明； 3 建立配电网故障诊断方案并对其加以说明； 4 用VC+语言编写相应的故障诊断程序。进度计划安排如下列阶段计划安排表格：日期内容4月14至4月18熟悉任务书，查阅资料 4月21至4月25查阅资料和筛选参考文献4月28至5月4在阅读完所有资料后，对本课题有一定了解基础上写开题报告和概述内容 5月5至5月9进行外文翻译 5月12至5月16进行引言部分的编写 5月19至5月23进行配电网故障诊断系统基本原理及其方案确定 5月26至5月30进行配电网故障诊断系统的硬件设计 6月2至6月6进行配电网故障诊断系统的软件设计 6月9至6月13准备幻灯片 6月16至6月20审核设计文件及有关图纸，做好毕业答辩的准备工作 6月23至6月27毕业答辩五. 预期结果和创新成果 本课题的预期结果是在查阅大量相关文献的基础上，针对配电网故障系统，应用专家系统实现对一些复杂故障在开关跳闸信号得出的可能的故障元件基础 ，并用VC+编写出相应软件。此课题与传统技术相比有更快的电网故障恢复速度，大大提高了各方面的效益。六成交时间和提交成果形式本课题成交时间是：2008-06-15至2008-06-20提交成果形式主要是以书面报告和论文答辩的形式提交的。七参考文献1陆波.配电自动化系统的发展趋势.湖州职业技术学院学报，2006年1月2王大为.电力市场环境下配电自动化及管理系统的发展与展望.中国科技信息，2005年2月3沈宏伟.配电自动化及管理系统的简概.科苑论坛，2007年2月4陆志雄.我国配电自动化的现状和展望.科技论坛，2007年1月5鞠佳.配电自动化多相相关技术的发展如何把握J.电工技术杂志，2004年3月6蔡心一.配电自动化的规划与发展J.江苏电器，1999年3月7徐腊元.我国配电自动化的发展及实施方案J.电工技术杂志，2003年2月8束洪春.配电网故障诊断