配电网故障诊断系统软件开发论文.doc

目 录1 引言11.1 课题的目的和意义11.2 配电网故障诊断国内外现状11.3 配电网故障诊断发展趋势21.4 课题研究的内容22 配电网故障诊断系统基本原理及其方案确定32.1 配电自动化及管理系统32.2 专家系统52.3 电网故障恢复102.4 配电网故障诊断方法比较及其方案确定133 配电网故障诊断系统的硬件设计163.1 电网的知识表示及其实现163.2 推理机的设计173.3 深度优先的网络搜索策略173.4 网络搜索中开关的方向特性173.5 故障区域的诊断183.6 进一步诊断的考虑184 配电网故障诊断系统的软件设计194.1 VC+简介204.2 知识库的软件设计214.3 监控主机软件设计224.4 推理机程序设计26 4.5 故障诊断程序设计 275 总结31参考文献31致 谢32长春工程学院毕业设计（论文）1 引言1.1 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。1.2 配电网故障诊断国内外现状 80年代以来，能量管理系统（EMS）数据采集及监控系统(SCADA)在世界各国电网调度中心得到了广泛的应用。我国四大网（华北华东.华中.东北）和个省市调度所也有应用，大大提高了电网的监控水平。但在电网发生大面积跳闸事故时，大量报警信号蜂拥而至，往往使调度员误判，漏判，因而造成扩大事故或延长送电时间。为提高电网运行的可靠性，将专家系统应用于电网在线故障诊断已成为研究的热门话题。目前，故障诊断专家系统的研究正在大量的进行。国外在这方面的研究数量几乎占正在开发的专家系统的一半，国内许多院校.生产单位在从事这方面的工作，如天津大学和潘家口水电站联合开发的发电机励磁系统的功率晶闸管故障诊断专家系统；西安交通大学开发的变电所实时故障诊断专家系统，天津大学开发的500KV变电所故障在线诊断和分析专家系统等1。国外开发的专家系统，大都利用继电保护动作信号，根据保护范围的相交运算所得到的交集来判断故障区域，但我国四大网的EMS和SCADA系统中保护信息并未写入，针对我国实际情况，华北电力学院和东北调度通信局联合开发了一个根据断路器跳闸信号在线判断故障元件和调度处理专家系统。对一些复杂故障，在开关跳闸信号得出的各种可能的故障原件基础上，用人机接口输入必要的保护动作信息，进一步确保故障元件，并以故障线路，故障变压器和故障母线三个表放在数据库里，然后由电网监视部分进行解列判断。给出故障恢复之前的电网状态调整措施，进而形成对电网事故的调度处理意见。该专家系统用CCPROLOG语言编制，在VAX-785机上运行，既可在线运行，作实时故障判断和处理，也可离线运行作培训用。该系统经综合理想和在线模拟测试后目前正在试运行2。1.3 配电网故障诊断发展趋势电力系统是一个复杂的大系统，随着系统规模的不断扩大，复杂程度越来越高。一旦配电网发生故障，对人们的生活生产会产生巨大影响。目前已有许多故障诊断方法，如专家系统、人工神经网络、粗糙集等。但专家系统凭借着自己许多自身优点，在电力系统中的应用更为广泛1。尽管专家系统的应用前景时光明的，但应该认识到，专家系统的引入只是部分的代替了人的智能活动，而不是完全的取代。因此，无论在规划.运行和控制的应用，它只是起到咨询.参谋和助手的作用，而不是完全取代领域专家的主导作用。其次，从理论上讲，专家系统可渗透到电力系统的各个领域，但仍不是万灵宝药，哪些适宜于用？哪些不适应于用？需要在实践中加以确证。现有上的专家系统方法仍有其局限性，因而妨碍了它的深度和广度。这表明专家系统在电力系统中的应用还处在初创时期，要想走向成熟还需要克服许多难点，发展新的方法，走一段漫长的路。1.4 课题研究的内容本课题设计的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。主要从以下几个方面进行研究；（1）结合设计题目对所用到的配电自动化及其管理系统. 专家系统.故障恢复系统加以介绍；（2）配电网故障诊断方法比较； （3）方案选择及其原理；（4）配电网故障诊断的程序设计。2 配电网故障诊断系统基本原理及其方案确定2.1 配电自动化及管理系统2.1.1 配电自动化及管理系统必要性。 随着我国加入WTO,电力市场逐步从卖方市场走向买方市场，电力用户对电能质量提出了更高的要求，国际一流供电企业的供电可靠性指标要求:农村用户大于等于99.5，供电系统用户大于等于99.99（市中心+市区+城镇）。而实现这一目标，传统的配电网及保护、运行和管理方式已经不适应于电力市场的需求，迫切需要更新的配电模式和配电自动化及管理系统来解决这个矛盾3。2.1.2 配电自动化及管理系统的要求概述(1)规划和建设好配电网架规划和建设好配电网架，是实现配电自动化及管理系统的基本条件。常用的配网接线有树状.放射状.网状.环网状等形式，其中环网接线是配网最常用的一种形式。将配电网环网化，并将10KV馈线进行适当合理的分段：保证在事故情况下，110KV变电容量.10KV主干线和10KV馈线有足够的转移负荷的能力。(2)加强领导，统筹安排，分步实施配电自动化及管理系统的开发和利用，是从传统的管理方式项现代化方式的飞跃，其涵盖的内容十分广泛，涉及部门诸多，为此，必须加强领导，统一规划，因地制宜，分步实施，以实现最佳的投入产出比。(3)解决实时系统与管理系统的一体化问题 由于配电自动化（DA）涉及的一次设备成本较大，目前一般仅限于重要区域的配网使用，而AM/FM/GIS则可在全部配网使用。若使用一体化可通过AM/FM/GIS系统在一定程度上弥补DA在这方面的不足，故配电自动化及管理系统的实时SCADA和AM/FM/GIS的一体化颇为重要。所谓一体化，就是GIS作为计算机数据处理系统平台的一个组成部分，整个系统的实时性和数据(包括图形数据)的一致性得以保证，使得SCADA和AM/FM/GIS通过一个图形用户界面(GUI)集成在一起，从而提高系统的效率和效益。(4)配置合理的通信通道 通信系统通道的作用，应根据通信规约、现有通信条件和配电自动化及管理的需求，按分层配置，资源共享的原则予以确定。信道种类有光纤、微波、无线、载波、有线、主干线推荐使用高中速度通道，试点项目建议使用挂不能光纤4。2.1.3 配电自动化及管理系统概念配电自动化及管理系统是指利用现代电子技术、通讯技术及计算机网络技术与电力设备相结合，将配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电部门的管理工作有机地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系满，以合理的价格满足用户要求的多样性，力求供电经济性最好，企业管理更为有效3。根据配电网规模、地理分布及电网结构，分为特大型、大中型和中小型系统。主要由主站系统、子站系统、远方终端，通信系统组成5。配电自动化是一个庞大复杂、综合性的系统工程，包含与电力企业有关的全部功能数据及其控制，主要有四个方面：一是馈线自动化。其主要功能包括运行状态监测.远方控制何就地自主控制.故障区隔离，负荷转移及恢复供电、无功补偿何调压等；二是变电站自动化。它是指应用自动控制技术和信息处理与传输技术，对变电站进行监控.测量.运行操作的一种自动化系统。基本功能有：开关操作控制和闭锁，与继电保护交换信息，自动控制的协调何配合。与变电站其他自动化装置交换信息，与调度控制中心或集控中心通信等项功能；三是配电管理系统。它是指利用现代计算机、信息处理、通信等技术和相关设备对电网的运行进行监视、管理和控制。它是配电自动化的神经中枢，整个配电自动化的监视、控制和管理中心。主要功能有：数据采集和监控(SCADA)。提供配电管理系统的基本监视控制功能，配电网运行管理，用户管理和控制、自动绘图、设备管理、地理信息系统等；四是需求侧管理。这是通过经济和技术措施，由供需双方共同参与供电管理。包含负荷管理、用电管理、需方发电管理等4。上述四个方面之间的联系十分密切，特别是信息的采集、传递、存储，利用以及这些经过处理做出的决策和控制相互影响，因而，信息的管理十分重要。2.1.4 配电自动化及管理系统的主要功能(1)配电自动化及管理系统的主站 配电自动化及管理系统的主站是整个配电自动化及管理系统的监控、管理中心，其主要功能有实时功能和管理功能：实时功能：数据采集，数据传输，数据处理。控制功能，事件报告、人机联系、系统维护，故障处理等6。 管理功能：指标管理、地理信息系统（GIS）、运行管理、设备管理（FM）、辅助设计（AM)、辅助工程管理.应用软件等。（2）配电自动化及管理系统的中心站 在特大城市的配电自动化及管理系统中可设中心站，是下属主站经加工处理后的信息的监视与管理，特大城市电力部门可根据各自实际情况，确定本局配电自动化及管理系统中是否设置是中心站。（3）配电自动化及管理系统子站（或称配电自动化系统中压监控单元）配电自动化及管理系统子站是为分布主站功能、优化信息传输、清晰系统结构层次、方便通信系统组网而设置的中间层，实现所辖范围内的信息汇集，处理及故障处理.通信监视等功能。具体功能有：数据采集、控制功能、数据传输、维护功能、故障处理，通信监视等7。（4）配电自动化及管理系统远方终端配电自动化及管理系统远方终端是用于中低压电网的各种远方监控、控制单元的总称，它包括配电柱上的开关监控终端FTU，配电变压器监测终端TTU开闭所，公用及用户配电所的监控终端DTU等。具体功能有：数据采集、控制功能、数据传输、维护功能.当地功能等8。2.2 专家系统2.2.1 专家系统的概念专家系统是这样的一个系统：（1）专家系统处理现实世界中提出的需要由专家来分析和判断的复杂问题；（2）专家系统利用专家推理方法的计算机模式来解决问题，并且如果专家系统所需要解决的问题可比较的话，专家系统应得到和专家相同的结论。2.2.2 专家系统的基本原理故障诊断专家系统(ES)一般分为发送电力设备和电力网络故障诊断，在这里只讨论后者，它的功能包括如下部分：（1）故障检测测定判断故障时所需数据信息。通过接口查询SCADA库获得开关、保护线路潮流等信息。（2）故障分析根据故障信息，分析故障地点、性质和原因。（3）故障处理根据故障分析结果，提出处理意见（报警、转移负荷、设备停运、保护退出等）9。2.2.3 专家系统的结构ES系统一般由知识库、数据库、逻辑推理器、解释部分、知识获取和人机对话接口部分组成，如图2-1所示。（1）ES知识库 知识库用来存储某一领域专门知识和经验。一个专家系统性能的高低，取决于知识库中知识的完善程序和良好的组织结构。它具有存储.检索和修改的功能。可分为设备属性库，故障诊断和性能分析库，如图2-1所示。故障诊断和性能分析库包括：1）开关性能诊断库；2）保护特性诊断库；3）重合闸及开关特性库；遥测装置遥信装置 4）公共知识库。SCADA人机对话接口数据库解释系统中间数据库逻辑推理器处理意见知识库图2-1ES系统的结构（2）ES数据库数据库存放所有要解决问题的原始数据和推理过程中的得到的各种中间信息。它不仅存放着电力系统的实时开关、潮流、电压信息、临检或设备异常退出情况，而且还与其他专家系统部分相联系。因此，数据库不仅使ES系统各功能纽带，也是SCADA系统及其它专家系统的桥梁。（3）逻辑推理部分 逻辑推理部分使ES系统核心部分，它是根据数据库中的信息，利用知识库的知识，按一定的算法推理策略去解决所研究的问题。它由三个推理器组成。1）保护逻辑推理器：根据测距结果以及内部数据库对线路所安装主保护进行诊断，之后是后备保护诊断。2）重合闸逻辑推理器：对重合闸是否正确动作，选相似以及重合闸的时间等进行诊断。3）开关动作性能分析推理器：诊断是否有开关误跳、拒跳。（4）解释部分将推理出的结果做出必要的解释，为用户学习维护提供方便。（5）人机对话窗口 用户通过窗口查询一、二设备运行状态，也可以输入因临检退出的一、二次设备22.2.4 专家系统在电力系统中应用的领域和现状（1）专家系统在编制操作票中的应用在调度所、发电厂和变电所实行操作票制度使我国电力系统运行管理中几十年来形成的一套行之有效地制度。它保证了操作的安全性，对电力系统的安全运行起到了极其重要的作用。而对各级运行人员来说，这又是一项频繁的.智能型的劳动。因此，这项工作的计算机化，即研制与开发各级（调度所、发电厂、变电站）的操作票专家系统有着实际的意义2。1）汇集了有经验领域专家的知识和经验，确保了操作票的正确性并从而保证了电力系统操作的安全性；2）改进与提高了操作票的清晰度与规范化，提高了开票的速度，有利于操作票的存取和管理，因而提高了效益；3）解除了运行人员过多的重复劳动，从而使他们有精力处理较复杂的运行问题；4）操作票专家系统相对于紧急控制、恢复控制等专家系统较易于实现，目前是实现后者的基础。故以此作为专家系统在电力系统中应用的突破口，有利于积累知识工程师和领域专家合作的经验；为探索专家系统在电力系统运行中的进一步应用创造了有力条件。（2）电力系统故障诊断和处理专家系统电力系统的故障，直接影响到国计民生。为保证电力生产的安全性，一旦系统发生故障，要求值班人员能够正确、迅速地诊断和处理.由于故障诊断使生产上一项经验性很强的工作，有往往缺乏数学模型，不易用常规软件来实现；另一方面，这些任务的原始数据又较易从测量.运行归规程和运行人员的经验中获得，而且判断得出的结论数目或待定的原因有限，搜索空间相对较小，因此最宜用专家系统技术来实现。目前，故障诊断专家系统的研究正在大量进行。国外在这方面的研究数量 几乎正在开发的专家系统的一半，国内也有许多院校、生产单位在从事这方面的工作10。1）电网故障诊断和调度处理专家系统80年代以来，能量管理系统（EMS）和数据采集及监控系统（SCADA）在世界各国电网调度中心得到了广泛的应用。我国四大网（华东、华北、东北、华中）和各省市调度所也有应有，大大提高了电网的监控水平。但在电网发生大面积跳闸事故时，大量警报信号在短时间内蜂拥而至，往往使调度员错误判断，漏判，因而造成扩大事故或延长送电时间 。为提高电网运行的可靠性，将专家系统应用于电网在线故障判断已成为研究的热门问题。2）高压断路器故障分析专家系统高压断路器部件多，结构复杂，动作频繁，造成故障的原因及类型就很多。因而要想准确、有效、快速地排除故障，就需检修人员具有丰富的经验。但与大量高压断路器数相比，断路器检修专家毕竟太少了，况且，随着国民经济的迅速发展，电力系统不断扩大，与此相应，高压断路器设备的数量与复杂程度也在增长，且远比维修专家增加的快。因此很有必要借助与专家系统来进行诊断并辅助断路器检修人员提高业务水平。（3）电压无功控制专家系统 随着电力系统的发展，电压与无功控制在电力系统运行中的重要性越来越为人们所重视。电压与无功控制是采取一切控制手段来确保电力系统中各节点的电压与无功注入在安全约束范围之内。这种控制还分为两个方面：一个方面是预防越线现象的产生，这属于预防控制的范畴；另一方面是在出现越线情况时，要迅速采取措施使系统恢复到正常运行状态。后者称为校正控制。对于电压无功控制来说，这两个方面问题的本质和求解的方法是相同的，只是侧重点有所不同。电压无功控制的控制手段主要是调节发电机电压，无功补偿装置（并联电容或并联电抗）以及改变变压器的分接头。他们大多数是离散变量，而线性规划法求解时均作为连续变量处理。此外，作为电压无功控制器有的是快速动作的而有的则是慢速的且由于设备的状态决定了动用装置的优先权也不同，它是根据不同的电力系统而有不同的情况。凡此种种，数学模型和求解方法不能准确和完整的表达出来，因而它所获得的结果往往不能满足实际的要求。而这一领域中，专家和运行人员的经验.判断和决策是至关重要的11。正由于上述原因，将专家系统方法应用于这样一个领域有着极好的前景，并为各国专家所重视。美国华盛顿大学的C.C.LIU教授首先成功的开发了实用化的专家系统VCES。在国内，华北电力学院.上海交通大学.东南大学等高校相继研制和开发了用于电压无功控制专家系统的原型，为今后的实际应用奠定了基础。2.2.5 专家系统在电力系统中应用的意义网站知识库 首先，从电力系统分析方法的历史演变来看，在早期，电力系统的规模和复杂性相对较小，且计算机尚未广泛使用。因此，对于电力系统的分析知识着重于各个元件发电机、变压器.输电线等特性的研究，并建立相应的数学模型，而对整个电力系统知识经过粗糙的.近似的简化.以求得一个解析解，从中得出对整个电力系统行为的定性了解。随着电力系统规模的不断扩大和运行复杂性的不断增加，上述分析方法不能适应实际要求，也就是上述这种定性分析的结果不能真实的反应实际情况。同时 ，由于计算机性能的迅速提高，各种应用软件的研制成功，将对电力系统作为一个整体来建立数学模型，采用数值分析的方法来定量的求得其数值解。例如， 重合闸保护线路 知识维修故障知识库母线故障知识保护线路故障图22电力系统数学模型图2-2故障诊断模型基于代数方程数值求解的潮流计算，基于数值积分方法的暂态稳定计算等等。从而使电力系统的离线分析进入到一个新阶段。随后，为了提高电力系统运行的安全性和经济性，能量管理系统（EMS）得到了发展，引入了状态估计，在线安全分析与控制.最优潮流等在线应用程序。在这一时期，利用控制理论，数学规划技术的离线和在线决策支持系统得到了迅速发展，这些方法有效的应有于电力系统的运行、规划、设计之中 。尽管计算机的离线与在线应用取得了有成效的发展，解决了电力系统中的大量重要的问题9。但是在电力系统中还有不少问题需要依靠领域专家（规划、设计人员、调度运行人员）来解决，有的是依靠专家经验求解，也有的是基于经验的判断与基于数值的分析方法得到的结果融为一体来解决的，主要由于以下原因：（1）有些问题目前还不可能建立精确的，贴切反应实际的数学模型，包括反应他的约束条件等；（2）由于问题的规模和复杂性太大，即使有大型计算机也难以在时域内得到完全基于数值计算的解；（3）人类专家所采用求解问题的方法有些不能用数学算法或数学形式来表示，他们的经验来自于知识的积累；来自于心灵深处的体验，是启发式的、直觉的。 由以上可以看出，专家系统弥补了单纯依靠数学求解的不足，它能解决某些传统数学方法求解难以或不能解决的问题。专家系统的应用使应运而生的。 在求解方法上来分析，传统的求解方法使基于控制理论.数学规划.建模预仿真。他们是数值计算，计算机主要用来处理数字。而专家系统用以处理符号，引入了判断、推理、决策等功能。控制理论和数学规划技术的应用都是把电力系统的问题表示成多维空间，前者是微分方程和差分方程求解，后者则是线性和非线性的代数方程求解；而专家系统也可以把问题表示成状态空间与问题空间。它与前者的差别是，它不仅仅反应数字，主要反映故障知识，且可表达不确定的知识。当问题很大时，就要依靠建模和仿真来企业界问题。但传统的建模主要是建立问题本身的模型。而专家系统也有建模的问题，但它主要使用来模拟问题本身像模拟解题人员的变化是一种质的变化，是对传统的方法的突破。2.3 电网故障恢复2.3.1 电网故障恢复一般过程 故障恢复过程： SCADA故障检测故障隔离网络接线分析恢复重构（1）故障检测 故障检测的目的是根据装设在配电网中的智能化采集。通信和控制单元（SCADA系统）收集到的数据，结合配电网的实际运行情况，利用网络信息和故障信息来自动地判别故障发生的位置。对于辐射网和处于开环运行的环状网，判断故障区段只需要根据沿线的各个断路器是否流过故障电流就可以了。假若线路出现单一故障，显然在故障电流和第一个没有经历故障电流的断路器之间。但实际上由于配电网中断路器整定的困难，经常会出现发生故障后，距离故障最近的断路器未断开，而上级断路器却先断开的现象，因此在故障后不能仅仅根据断路器的跳开情况来判断故障区段。为了确保断路器上是否流过故障电流，需要对安装其上的各台FTU进行整定，由于从原理上不是通过各个断路器整定值的区别来定位故障区段，所以这种整定极为方便。对于处于闭环运行的环状网来说，则必须根据流过各断路器的故障功率方向才能判断出故障区段，此时必须同时采集电流和电压信号。为了确定各断路器是否经历了故障功率，也必须对安装在其上的各台FTU进行整定，同样，这种整定也是非常容易做到的12。(2)故障隔离 电力系统的故障恢复处理是在通过对故障诊断已知确切的故障发生区段的前提下进行的。在已知了故障发生的确切区段之后故障恢复系统首先进行故障隔离，把与故障发生的位置相连的边界断路器跳开，使故障对系统造成的不良影响减到最小。系统中不同的故障所需跳开的断路器的数目也不同：当断路器出现故障时，只需将该断路器及其两侧的隔离开关断开即可；当线路或是变压器出现故障时，则需要将其两侧的断路器断开，如果线路是T接线，变压器是三绕组的，那么与其相接的所有原闭合断路器都要断开；同样，当母线出现故障时，与其相连的所有原闭合的断路器都要断开。由于配电网中安装了智能化采集.通信和控制单元，因此可以在发生故障的同时判别出故障的位置，遥控断开与故障点相连的所有断路器，实现故障隔离。经过故障隔离后，配电网就被隔离为带电区和停电区13。(3)网络接线分析故障恢复的核心是恢复方案的快速形成，而恢复方案的形成是以网络接线分析为基础的。电力系统网络接线是由母线、变压器、线路、断路器等元件按照一定的方式连接而成。网路接线分析的任务就是分析故障后网络的带电情况，将整个电网划分为带电区和停电区；网络接线分析是故障恢复的前提。其实质是根据SCADA提供的实时信息，不断刷新网络的最新状态，为恢复推理做好准备。(4)恢复重构 配电网的恢复重构是故障发生后，控制中心利用已有自动化功能定位了故障并且自动隔离了故障之后寻找到需要恢复供电的区域，重新调整配电网中的联络断路器和分段断路器的状态，在所有可能的断路器运行状态中迅速地找出一套能满足网络运行条件又能使网络变动最小的断路器运行方案，并且通过遥控断路器尽可能地恢复对停电用户的供电。恢复重构的原则1) 线路、变压器不能过载（如有过载，要进行过载处理）；负荷电压不越限；3)高压配电网的运行方式比较确定，发生故障以后的可选择的供电恢复路径也比较少，而且比较确定；3)高压配电网的故障恢复往往从失电的负荷点到电源点的路径进行搜索。恢复重构的基本思路 常规恢复重构的基本思路是：通过对故障后的电网进行接线分析，找出负荷孤岛；对带电区进行潮流计算，对结果进行分析，找出过载的线路和变压器，然后形成恢复任务表，对各个任务逐一进行处理14。A 处理过载的线路和过载范围的变压器B 孤岛恢复C 处理过载范围内的变压器1)孤岛恢复 所谓负荷孤岛就是故障后失去电源的负荷群。停电以后的故障恢复就是对负荷孤岛的恢复供电，要进行孤岛恢复必须满足恢复重构的原则。 孤岛恢复的具体办法是：先选择一条断路器操作数最少的路径作为恢复路径，如果按这个路径恢复供电后，不引起系统内其它设备的过载那么该恢复方案就作为最终的孤岛恢复方案；如果这条恢复路径将导致系统内某些设备过载，那么就将该恢复方案作为保留方案，还要列出其他方案（路径），通过潮流计算看一下这些方案是否也会引起系统过载。如果存在不使系统过载的恢复方案，则将该方案作为最终的恢复方案，如果潮流计算的结果显示所有的方案均过载，那么对这些方案进行综合分析比较，选择一个最优方案（过载量最小）作为恢复方案。最后还要对该最优的恢复方案所引起的过载线路或变压器进行消除过载的处理（即让调度员切除一部分三类负荷），进行过载处理后的方案才是最终的恢复方案。2)过载处理 由上述故障恢复过程可知，处于发展中的地区配电网，其容载比一般不够大，尤其在负荷高峰期时，在出现故障恢复与恢复过程中极容易出现设备过载现象，因此必须将过载设备的部分潮流转移，或通过并行路径进行分流。或转移给其它有冗余的电源点以消除过载现象。从尽可能维持原系统结构不变的角度，优先考虑搜索过载支路的并行路径，分担部分负荷，再此基础上还无法消除过载，则再考虑负荷转移。如仍然过载，则要求切除三类负荷。所谓并行路径在此处定义为在电气上，如果潮流在某一节点分别流入两条支路，在流经两条不同的路径之后，最终又在同一节点处有潮流流出，那么称该两条路径互为并行路径。2.4 配电网故障诊断方法比较及其方案确定2.4.1 配电网故障诊断方法比较随着配电网建设升级和加强，其结构日趋成熟，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，影响社会生活生产，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%的故障来源于配电网，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，并迅速恢复非故障区域的供电，是提高供电可靠性的关键问题，可见配电网的故障诊断的研究时十分有意义的。下面对目前国内外常用的配电网故障诊断方法进行分析比较81617181920.以便确定合适的方案优点缺点专家系统高效.准确.迅速.周到.不知疲惫地进行工作，解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记1知识库的不完整或不一致可能导致专家系统推理混乱，从而可能得出错误的结论。2基于专家系统的配电网故障模型的最大局限是容错能力较差。模糊理论1.分析不确定性问题能力强2.用语言变量表达专家的经验，更容易被理解.3.可以获得更多不同优先级别的解.配电网故障诊断中，故障与征兆之间的关系往往是模糊的，其在概念上的描述也是非精确性的，因而诊断结果也必然是模糊的遗传算法能进行全局寻优求解，并通过对实时信息进行0.1编码和构造评价函数实现寻优。当实时信息中出现畸变信息时，能自动纠错和进行准确故障定位，并具有高容错性能.如何建立合理的配电网故障诊断模型，是使用遗传算法的主要“瓶劲”Petri网理论所研究原理克服了专家系统在FSL中所存在的局限性，即知识库和推理机也仅需对锁定FIU即可.1电网保护装置的多重性配置现状.保护装置之间的动作时间差异性以及保护装置的性能 异常等问题将导致基于PETRI网故障诊断的结果不正确；2对大规模电网故障诊断，基于PETRI网模型建模时，会因设备的增加和网的扩大出现状态的组合爆炸，从而需求采用高级的PETRI网.多Agent系统它属于分布式人工智能的一个重要分支，其自主性.反应性.社会能力性和主动性四个属性模拟了人类社会的特性。其开发语言大多运用的是JAVA语言，这种可以不限制工作环境的语言未来大规模实现的巨大发展前.多AGENT系统属于软件系统，其故障方法要依靠其它方法来解决。如何将其它方法与多AGENT相结合使用是当前研究的关键.配电网运行有很多的通讯协议，这些协议之间的协作协调与各AGENT之间的协议如何协调也是一个有待解决的问题.混合整数规划法混合整数法(MIP)将待解问题用标准的数字模型表达成目标函数和不等式约束条件来进行数学求解。这种算法最明显的优点就是当目标函数存在最优解时，就一定能被它找到.在实际的应用中，很少纯粹地使用这种算法，因为随着停电区域的扩大，计算时间会及长.人工神经网络善于处理复杂问题，且具有自学能力。神经元处理信息是相对独立的，便于处理并行问题。此外，人工神经网络还具有冗余性，即使某个神经元失效，也不会影响到整个网络的性能。1需要大量有代表性的样本供其学习，且算法收敛速度较慢；学习完成后，若系统结构发生变化，则需要新的样本重新学习.2通常只能给出一个介于0-1之间的数字作为输出，对诊断结果缺乏解释能力，不利于运行人员理解诊断结果.3尽管ANN具有一定的容错能力，但它不能帮助运行人的人员推断出不正常动作的装置.4ANN学习完成之后具有较好的内插结果，但外推时可能误差较大，特别是当系统非线性较强或具有病态特性时误差更为严重.粗糙集粗糙集理论(RS)是由Z.PAWLAK教授等人提出来的，是以对观察和测量所得数据进行分类的能力为基础，能有效地分析和处理不精确.不一致.不完整等不完备信息，从中发现隐含的知识，揭示潜在的规律，具有良好的容错能力.1决策表的信息量越完善，进行约简得到的规则的可行度就越高，但在实际电网中，全面的搜集故障样本将带来相当大的工作量.2由粗糙集理论决策表方法产生的规则数目远远大于传统电网故障诊断专家知识库的规则数目，为确保诊断的快速性和准确性，在知识库中对规则的搜索优化也是有待解决的问题.3若在电网故障诊断中考虑较大规模电网或多重故障，将导致决策表十分庞大. 表31故障诊断方法比较2.4.2 方案确定由于配电网发生故障时，有大量的故障信息涌现，调度人员如仅靠经验和规则进行故障诊断，准确性不高。专家系统能够高效.准确.迅速、周到、不知疲惫地进行工作，解决实际问题时不受周围环境的影响，也不可能遗漏忘记，正适合解决配电网多分支.多联络.多规则的复杂问题。故而本设计采用专家系统故障诊断方法.3 配电网故障诊断系统的硬件设计本设计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的实现方法。现将基本原理设计如下：3.1 电网结构的知识表示及其实现电力系统是由开关设备将各种设备连接起来而组成的整体。整个电力系统都可以用图31所示的拓扑图来表示，图中所示设备节点表示母线、线路、变压器、发电机等，支路为开关，它的开关状态由其代表的开关状态而定。变 压 器线路母 线设 备变压器开关开关开关开关图31电网的拓扑结构由于在故障诊断过程中要提取跳闸开关的两端的设备，而邻接表并不能很好的显这一点，为了解决这个问题，又以开关为顶点.设备为弧建立了框架2，这样通过框架1 框架2就完全实现了该专家系统的知识表示。现建立如下两个框架结构： 框架1 框架2 XX 设备名称 XX 开关名称 XX 设备类型 XX 开关代号 XX 设备代号 XX 开关状态 XX 设备状态 XX 开关方向 XX 设备可靠性 XX 开关可靠性 XX 设备粗略故障概率 XX 与之相连的设备1 XX 设备精确度故障概率 XX 与之相连的设备2 XX3.2 推理机的设计 推理机利用电网结构知识和接收带到开关报警信息进行故障元件或停电区域的判断，故障诊断程序应能处理尽量复杂的各种故障，但这使程序变得复杂，运行速度慢。然而，系统出现最多的往往是简单的故障，对这些故障没有必要启动复杂的诊断程序。为了提高整体运行效率，对实际系统故障分成以下两种情况：(1)简单故障，只单个元件的故障，没有开关误报警和漏报警；(2)复杂故障，只存在保护越级动作的故障，可以由误报警和漏报警。 另外，单向馈电线路故障可能只有一个开关跳闸切除故障，为了处理方便，也把它列为复杂故障。3.3 深度优先的网络搜索策略 本设计通过用带有启发信息的深度优先搜索（depth-first search）来判断故障区域。假设初始状态是图中所有顶点未曾被访问，则深度优先搜索可以从图2中某个顶点出发，访问次顶点，然后依次从该顶点的未被访问的邻接电出发深度优先地访问全图，直至图中所有与该顶点由路径相同的顶点都被访问到；若此图中尚有顶点未被访问，则另选图中一个未曾被访问的顶点作起始点，重复上述过程，直到图中所有顶点都被访问到为止。用设备I粗略故障率FSI=M/N作为深度优先的启发信息，其中，M为与设备I所连的跳闸开关数，N为与设备I所连的开关总数。当与设备I所连的开关全部跳闸时FSI=1.0,这时故障设备就是设备I，判断为简单故障；当FSI FSB.时，说明设备a侧可能为故障侧，搜索就从该方向展开，即搜索沿着粗略故障率大的方向展开；当FSA = FSB 时，则可以从任意方向搜索，这种情况一般比较少见。3.4 网络搜索中开关的方向特性判断网络中的方向性极为重要，这将直接决定能否分清哪些开关为漏报开关，哪些开关为正常开关。如单侧电源供电线路，当负荷线路发生故障时，只要电源侧开关跳闸你就可以完全隔离故障区域。具体标记开关“方向性”的方法如下;（1）设置所有开关的临时方向“无向”；.（2）从电源开始搜索，按照深度优先原则进行，标记搜索中所遇到的开关临时方向为搜索方向，记录为搜所设备；（3）若在搜索中地二次遇到某设备，说明网络中某些设备首尾相连形成了环形，将换种个设备间连接开关临时方向标记为“双向”；（4）若搜索中遇到某开关已被标记为“双向”，说明设备形成环形并已完成搜索；（5）每完成一次搜索，综合前次结果用临时方向修开关方向；（6）对每一电源都进行搜索。3.5 故障区域的诊断 当电网发生故障时，设备粗略故障率已经不能判断复杂故障区域，更不能判断出误报的开关。这时需要引入设备I的精确故障概率FPI作为区域的故障率的取值判断条件，来确定故障区域和误报.漏报的开关，、 31式中 TIK为设备I所连的开关K的跳闸率；式中的求和就是对设备所连的所有开关的跳闸率求和；N为设备I所连的开关的总数。TIK计算如下;（1）若开关K在跳闸位置，TIK=1.0.（2）若开关K在合闸位置，继续向下扩展，扩展节点位于设备I通过开关K所连的下一设备J，把设备J称为设备I的下一级设备，设备J所连的除K外的其他开关，都称为开关K的截止开关。则 TIK= 32式中 NZ为开关K的所有的截止开关总数；式中的求和是对开关K的所有截止开关的跳闸求和。若设备J为变压器或线路，搜索深度 H+1.依次规则继续搜索，到H.2时若还有在合闸状态的截止开关，将该开关跳闸率记为0，并向前逐级归算。若TIK,0.5,则认为该开关为候选丢失报警开关，同时设置开关K的跳闸率TIK=0.再把TIK值代入式 （1）中，计算出设备的精确故障率FPI，令FPI等于区域故障率Pz,若PzPz0.6说明已形成故障区域，但可能存在漏报的开关。这时最大故障区原则确定漏报开关，并给出相应漏报开关的输出作为调度运行人员的参考信息；当Pz=1，说明跳闸开关形成了封闭的故障区域，不存在误报、漏报开关（即使由也不予考虑），输出的结果为停电故障区域。对以上论述说明如下：（1）在深度优先搜索过程中之所以限制搜索深度H=2,是由于考虑到实际系统发生故障时，保护动作越级一般不超过两级。搜索起点H=0，当搜索中遇到线路.变压器时H+1。（2）跳闸率取0.5作为确定判断丢失警报的便捷条件，是因为这电是节点判别的“最不确定点”。其处理原则近似于“四舍五入”原则；0.5时，考虑其作用；否则忽略其作用。（3）当搜索中遇到了单侧电源开关，且电源指向负荷的方向和搜索的方向一致时，搜索深度不受H2的限制。因为在搜索方向上已经没有电源，因此搜索中可能也不再由跳闸开关，但如果故障真的存在，该开关以后的所有设备坑定时停电设备。这时，取消搜索深度限制，将所遇单侧电源开关后的所有设备包含在搜索区中。3.6 进一步诊断的考虑 鉴于利用保护动作信息进一步诊断故障元件的可能性，可采用分层分布式诊断系统的思想，也就是根据各个变电所内能搜集的保护信息，利用变电所内的计算机进行就地报警信号处理，初步诊断出可能的故障诊断元件或故障范围，以及保护报警信息的正确性。同时，调度中心的计算机在收到定位的报警信息后，利用开关信息进行故障元件的初步诊断。对于简单故障，可立即诊断出故障设备；对于那些不能精确诊断的复杂故障，可以通过电网中各个厂站内的计算机远程网络，对调度端于各个厂站初步诊断结果信息进行交换或对话，最终确定故障元件以及保护和开关的误动、拒动的诊断，为进一步分析故障和故障恢复提供依据。4 配电网故障诊断系统的软件设计 本设计比较成功地将专家系统技术应用到电网的故障诊断中，完成基于开关跳闸的故障区域诊断软件的开发。实现了对故障元件识别，判定并且迅速排除故障，保证了电力系统的安全稳定运行。该故障诊断系统具有以下特点：(1)准确性，保证诊断程序正确；(2)实时性，保证程序快速反应，得出结论；(3)可读性，诊断结果透明，对程序详加解释；(4)稳定性，程序运行良好，无死机或死循环现象；(5)灵活性，由于程序用Visual C+编写，故模块性较强，易于增删。 软件是仪器中非常重要的组成部分，是整个仪器的灵魂。本设计中的软件编程采用了 Visual C+，它以其强大的功能受到了广大程序员的欢迎，业界用这样的一句话来形容它：“真正的程序员用C+”。下面就以Visual C+6.0为例；来介绍Visual C+语言的一些基本情况。4.1 Visual C+简介 4.1.1 Visual C+的发展 Visual C+作为一种C/C+语言的集成开发环境（IDE）其产生的根源要追溯到DOS时的Borland公司。当时Borland公司开发的Turbo Pascal和Turbo C让程序员们深刻感受到把编辑器和编译器集成在一起的IDE使用非常方便，Microsoft也看到了这以优点，于是两个公司相继开发了Quick C和Microsoft C/C+等多个DOS版本的C/C集成开发工具。 随着Windows的不断成熟，Microsoft决定放弃DOS下的开发工作，正式推出了Windows下的Visual C+1.0.早期版本的Visual C+功能并不强大，使用起来也不方便，并且1.0般和1.5版都是16位编程工具。Visual C+的革命性改变得益于Windows95的推出，从Visual C 2.0 开始，Microsoft 放弃了16位编码，以后的Visual C+都只用于32位编码的开发。为了与MFC类库的版本号保持一致，Microsoft跳过了Visual C+3.0，直接推出Visua