智能调度故障操作票生成系统研究

1、    智能调度故障操作票生成系统研究    傅军栋 岳靖林摘  要： 由于传统电网调度操作票系统应用环境较为固定，难以满足多情景下的操作应用需求，故提出采用iec61850标准构建变电站应用体系，提高系统的扩展应用性能，并将变电站的拓扑关系以树状结构描述，提高变电站设备之间的关联性。目前主要研究正常倒闸操作票自动生成，但是调度人员处理事故完全靠经验，直接口头下令，人为失误会导致更严重的停电后果，所以对故障操作票的研究很有必要。文中研究的故障恢复操作票系统主要分为故障定位、故障恢复供电路径和故障操作票生成三部分。以上述处理结果为基础，采用蜻蜓算

2、法中的小波包灰度矩神经网络精准定位操作故障，然后迅速隔离故障，最后，采用二进制差分算法寻找非故障供电恢复的路径，并通过实际案例完成故障操作票的生成。关键词： 故障操作票生成系统; 二进制改进自适应差分进化算法; iec61850标准信息模型; 变电站通用模型建立; 故障定位; 供电路径寻优： tn99?34; tm734                    ： a                 

3、60;   ： 1004?373x（2020）13?0138?05research on fault operation ticket generation system for intelligent dispatchingfu jundong， yue jinglin（school of electrical and automation engineering， east china jiaotong university， nanchang 330013， china）abstract： the application environment of traditional p

4、ower grid dispatching operation ticket system is relatively designated， which is difficult to meet the operation application requirements in multi scenarios. in view of the above， the iec61850 standard is adopted to construct substation application system to improve the extended application performa

5、nce of the system， and the topological relationship of the substations are described in tree structure to improve the correlation between substation equipment. at present， the research mainly focuses on the automatic generation of normal switching operation order， but the dispatchers deal with the a

6、ccident completely by experience and direct verbal orders. however， human error will lead to more serious consequences of power failure， so it is necessary to study the fault operation order. in this paper， the fault recovery operation order system is divided into three parts， named fault location，

7、fault recovery power supply path and fault operation order generation. based on the above results， the wavelet packet gray moment neural network of the dragonfly algorithm is used to locate the operation fault accurately and then isolate the fault quickly. finally， the binary difference algorithm is

8、 used to find the path of non fault power supply recovery， and the fault operation ticket is generated by the actual case.keywords： fault operation ticket generation system; modified binary self?adaptive differential evolution algorithm; iec61850 standard information model; establishment of general

9、substation model; fault location; power supply path optimizing0  引  言随着智能变电站的高速发展，传统通信规约需要接口转换设备才能进行以太网通信1，在实际调度过程中调度员对现场接线不清楚2，考虑不周等误操作直接口头下令指挥故障恢复有可能造成严重的后果，所以开发故障恢复操作票系统很有必要。目前只有少量文献对故障操作票进行研究，它与正常操作票的区别、开票过程中考虑的问题仍需要继续研究。故障恢复操作票必须在线实时开票才能发挥最大作用，所以对故障电气信息量的采集在准确度和快速性方面要求很高3。文献4提出了一种采用ci

10、s服务来控制cim数据后台的方法，首先，将后台cim数据作为基础数据，通过生产规则控制数据生产，利用面向对象技术对数据进行划分，通过cim模型实现数据分类，最后将cim数据与cis服务结合起来，完成知识库的构建。文献5通过通信协调策略与协作控制方法智能生成操作票，利用推理机制与通信合作机制对构建的多智能体模型进行校验，同时对操作票数据进行循环式校验，有效提高了出票准确性。文献6?7对故障操作票核心模块故障恢复决策模块的算法实现做了详细的讨论，但是该算法已经不能满足电网规模的不断扩大。本文通过对故障操作票分析，在正常操作票系统基础上建立iec61850标准信息模型，然后使用改进的蜻蜓算法能量灰度

11、矩小波神经网络进行故障定位，用二进制自适应差分进化算法进行供电路径寻优，减少了误差和时间，增加了准确率，最终通过实例自动生成故障操作票。1  iec61850标准和操作票系统1.1  iec61850信息建模该类定义为iec 61850?7?4，根据iec61850建模方法抽象变电站中的断路器，定义逻辑节点xcbr1。断路器的数据定义为ln下的数据模式和位置，这些数据对象在iec 61850?7?3节中定义8?9。实际设备的抽象虚拟化可以创建虚拟模型环境。xcbr信息可通过外部设备与acsi服务接口连接获取，得到实际断路器电气信息。具体建模如图1所示。1.2  故

12、障恢复操作票系统故障恢复操作票系统需要以下模块做支持。1） 电网故障信息模块：與scada系统接口实时取得故障后开关、刀闸状态收集故障信息，得到故障后新的电网拓扑结构;2） 故障诊断模块：判断故障位置;3） 利用故障恢复决策模块：确定安全可靠的最优供电恢复路径，得到故障恢复开关操作序列。2  基于蜻蜓算法的小波包能量灰度矩的小波神经网络故障定位本文提出一种基于蜻蜓算法的小波包能量灰度矩的小波神经网络故障定位算法。2.1  小波神经网的网络学习利用最快速下降法对网络学习进行训练，修正加权系数，使e最小。根据获取到的修正结果，在目标函数中加入附加动量a，并计算其偏导数，降低训练

13、过程中的振荡几率，提升收敛效率，则权值修正迭代方程的计算式为：再次引入附加动量a，减少学习过程中产生的波动概率，使其能加快收敛速度，其权值修正迭代方程为：2.2  故障特征提取方法流程基于卷积型小波包能量灰度矩的特征提取过程为：此时，信息变为卷积小波包变换，分解过程为：将经过分解的频带特征作为信号特征，通过求解得到信号特征的能量灰度矩，形成特征向量，对其进行进一步的预处理，将处理后的结果作为小波神经网络中的故障特征，实现故障定位。选取图2进行特征提取的验算。假设按照上述方法通过相应测量设备故障状态下的电气信息，具体数据如表1所示。结合表1可知，故障位置和过渡电阻对结果有影响。2.3&

14、#160; 基于蜻蜓算法的小波神经网络故障定位本文采用蜻蜓算法优化小波神经网络的参数。蜻蜓算法8将小波神经网络的权值和阈值作为个体位置向量进行寻优，适应度函数为：2.4  仿真结果假设线路为24 m，从数据库中随机选择过渡电阻在01 000 的五组数据集作为训练学习样本。其中，规定故障相角为30°，随机选取相角为45°的数据集作为测试样本。为了更清楚地了解算法的优点，在蜻蜓算法的基础上，采用支持向量机方法对其中存在的故障点进行分类和确认，获取的样本训练误差曲线如图3所示。图3中，da?wnn为小波神经网络故障定位算法，da?svm为支持向量机故障定位算法，wnn为

15、纯小波神经网络故障定位算法。da?wnn网络训练误差由3在进行80次迭代后最终稳定在0.10;da?svm训练误差经过150次迭代才由3稳定在0.60;wnn网络训练误差在200次时接近0.5，但此时并未稳定收敛。各算法定位精度结果如表2所示。各算法所需的定位时间如表3所示。各算法定位结果相对误差百分比如表4所示。从表2表4可知，本文提出的算法精度高，迭代次数少，且对故障的定位精度高，定位时间短。3  故障恢复供电路径本文将图论算法与改进二进制自适应差分进化算法相结合来实现操作票供电恢复路径寻优。3.1  二进制改进自适应差分进化算法操作票主要研究开关组合离散性问题，对标准

16、差分进化算法进行二进制编码，用逻辑运算代替数学运算，从而保证个体取值只能选择0或1。引入二进制，用“”表示异或操作，用“?”表示与，“+”表示或操作，则变异操作可表示为：交叉方程为：式中：vk+1i，j表示正常情况下操作逻辑函数;xki，j表示非正常情况下操作逻辑函数;j表示操作票约束值。变异机制作为de算法和其他智能算法的首要区别，对性能有很大影響。本文在两种常用的变异机制策略算法基础上对变异机制做出改进。de1对种群内第i个个体进行变异操作，全局搜索收敛性好，但是速度慢。表达式如下：de2取种群中当前最优个体搜索，局部搜索目的性强，但是容易陷入局部最优。表达式如下：本文将两者优点结合，进行

17、如下变异改进：式中，正数0，1，越大搜索速度越快，但全局收敛性变差。本文形成一个可变的个体变异比例因子的自适应微分进化算法mde，表达式如下：用schaffer，griewnak，rastrigin测试函数对算法性能的比较如表5所示，种群设置为60，迭代最大次数为500，绝对误差精度小于10-6。由表5可知，在保持精度不变的情况下，本文改进算法在求解时间、迭代次数和成功率三个方面的优化度明显。3.2  变电站模型本文以某变电站为模型，进行操作票研究。为了便于分析供电路径，将模型进行如下简化：1） 将原始连接节点存储在图的节点中;2） 将包含2个端子的设备存储在图的边上;3） 将隔离开

18、关和断路器封装成小车便于分析。最终简化模型如图4所示。图4  变电站简化模型3.3  目标函数不同开关状态对应不同的结构，开关状态是离散量，用“0”表示开关闭合状态，“1”表示开关断开状态，以开关操作次数最少为目标函数11：4  实例分析4.1  初始化数据从图4可以看出，在线路正常运行过程中，高压母线的运行方式为单母线分段式，而低压母线则与之不同，其运行方式为双母线并列式。图4中，承担为负荷9提供电能任务的是闭合母线1（k1，k5），承担为负荷10提供电能任务的是闭合母线2（k3，k7）。通过分析变电站连接方式可知，其中存在一个节点?开关关联矩阵m，该

19、矩阵由某一开关在某一时刻的状态向量组成，通过对该矩阵的计算与分析，获取某一节点与开关的连接状态向量，根据该向量与其转置的乘积，得到节点邻接矩阵：4.2  实例分析得出故障操作票当发生故障，假设由蜻蜓算法的小波包能量灰度矩神经网络故障定位算法得知，1节点进线发生故障，进行故障隔离，断开q1，这样由该进线供电的负荷要恢复供电，先将q4，q6，q8进入热备用状态，然后寻优负荷最佳供电路径。二进制自适应差分进化算法寻优结果如表6所示。根据表6可以看出，在将开关次数最少作为优化目标时，倒闸操作票的选择路径为9?7?5?3?4?2。这一线路中，只需要将母联q3闭合便可恢复节点9的供电路径。具体操作票执行过程如表7所示。5  结  语本文以某省变电站模型进行故障定位、故障路径恢复和故障操作票生成，实现故障恢复操作票系统的自动生成，得出以下结论：1） iec61850的引入很好地解决了设备互操作性，使终端和主站之间的数据传输变得更快、更高效。2） 基于蜻蜓算法的小波包能量灰度矩神经网络算法定位精度更高，迭代次数少，定位时间更短。3） 二进制自适应差分进化算法很好地解决了全局搜索和局部最优搜索的矛盾，使算法性能更优。4） 自动生成故障恢复操作票，大大减轻了调度员的压力，减少了误操作从而提高可靠性。参考文献1 朱正谊，徐丙垠