一种电网故障与保护动作的在线自动分析系统与方法与流程

1.本发明涉及电网故障监测技术领域，并且更具体地，涉及一种电网故障与保护动作的在线自动分析系统与方法。


背景技术：

2.电网故障发生以后，调度运行的分析人员主要根据故障录波器的故障录波、保护装置的保护动作信息和装置录波进行故障分析和保护动作分析，此外还需要结合电网接线、电压电流互感器位置与接线、保护定值等其他资料进行综合分析。具体介绍如下。
3.基于故障录波的人工故障分析方法是目前电网运行中主要采用的故障分析方法。电力系统采用故障录波器进行故障录波，当电力系统发生故障或振荡等扰动时，它能自动记录整个故障过程中各种电气量的变化。电力系统的故障录波器就像飞机的黑匣子，对电力系统安全运行和事故分析有着重要意义。
4.在电力系统发生故障时，故障录波器自动启动录波，准确地记录故障前、故障中、故障后整个过程中多个一次设备电压、电流、频率等模拟量信号，多台断路器闭合与断开、多台保护装置动作等开关量信号的变化情况。故障录波器记录这些电气量变化的文件称为故障录波文件，简称故障录波。
5.利用故障录波分析软件可以打开、查看和分析故障录波文件。通过故障录波的模拟量波形在故障过程中的幅值、相位等多种特征变化，以及开关量的动作、时序情况，结合电网接线、电压电流互感器位置与接线、保护定值等其他资料，可以通过人工分析判断出故障位置、原因、类型等故障信息，结合保护动作信息可以分析保护、断路器是否正确动作等信息，对故障分析、保护动作分析、查找故障原因、事故处理有着重要作用。
6.基于故障录波的分析方法，要求分析人员具备基本的专业知识和一定的经验积累，尤其是一些复杂的故障，对专业技能和经验具有很高的要求。
7.基于保护动作信息的人工保护动作分析方法是目前电网运行中主要采用的保护动作分析方法。电网故障发生后，继电保护装置会产生动作、告警、状态变位等事件信息与录波信息，这些信息包含在保护装置的动作报文、动作报告、装置录波中。因此保护装置动作报文、动作报告、装置录波是分析电网故障和保护动作行为的一种重要依据。装置录波与故障录波器的录波类似，只是录波通道只包括保护装置采集的电压、电流和本保护动作情况某线路保护装置动作报文中展示了保护启动、保护动作、主要电气量大小等情况。这些保护动作报文在保护装置液晶面板显示的同时，也会通过保护信息系统上送至调度端，供调度运行和保护专业人员远程查看分析。
8.某线路保护动作报告详细记录了包括保护启动及动作过程中各相关元件动作行为、动作时序、故障相电压和电流幅值、功能压板投退状态、开关量变位状态、保护录波等信息。
9.根据保护动作报告，可以了解故障过程中保护装置记录的主要电气量的波形、幅
值、相位等多种特征变化，以及差动保护、距离保护、零序保护等多种保护动作元件和开关量的动作、时序情况，结合故障录波、电网接线、电压电流互感器位置与接线、保护定值等其他资料，可以人工分析判断出故障位置、原因、类型等故障信息，以及保护、断路器是否正确动作等信息，对故障分析、保护动作分析、查找故障原因、事故处理有着重要作用。
10.基于保护动作信息的分析方法，同样要求分析人员具备基本的保护专业知识和一定的经验积累，尤其是一些复杂的故障，对专业技能和经验具有很高的要求。
11.基于故障录波的自动故障诊断分析方法是目前录波器上应用最多的一种故障分析方法。该方法基于故障录波器自身的故障启动判别加上一定的故障电气量计算和分析方法，进行故障诊断分析。该方法需要对comtrade格式的录波文件进行解析，提取录波设备名称等配置信息、电压与电流等模拟量数据以及保护动作的开关量数据，利用傅氏算法等进行模拟电气量计算提取故障特征，并计算得到相别、测距等故障信息，再结合开关量信息进行故障诊断。分析结论主要包括故障时间、故障类型、相别、持续时间、故障电压、故障电流等故障属性与特征。此外，还可以通过故障录波中的保护动作开关量信息，查看保护动作情况。
12.因为单个录波器只采集一个变电站的全部（或部分）电压、电流电气量和保护装置的动作开关量信息，即只包含线路单端电气量和保护信息，缺少线路对侧和上下级线路的电气量和保护信息，缺少保护定值、主接线等相关信息。因此，现有基于单个故障录波的故障诊断分析主要依赖线路单端电气量，在故障诊断准确性、信息完整性方面还存在不足，难以实现对继电保护动作的分析评价，无法满足调度决策和运维检修的需求。
13.基于继电保护算法的自动保护动作分析方法主要基于保护装置实际原理算法与判断逻辑对保护设备功能进行软件模拟，是一种保护功能上的数字孪生的概念。具体的，首先在软件中提取录波数据，按照保护装置算法进行计算，得到保护启动、差动保护、距离保护等功能元件的计算结果；再结合保护定值比较、保护逻辑以及各种开关量输入的综合分析判断得到模拟的保护动作结果；将软件模拟结果与实际装置动作情况进行比较，完成对实际装置的分析评价。该方法需要根据不同保护装置、不同的保护原理，选择与之相同的计算方法、动作逻辑，然后根据计算结果、保护定值和保护动作逻辑综合分析，确定保护动作是否正确。
14.例如，中国专利cn105277825a公开了一种继电保护动作故障智能分析装置和方法，包括基础数据采集模块、筛选数据模块、保护动作分析模块和保护动作分析结果展示模块；所述基础数据采集模块包括数据接口单元，所述基础数据采集模块通过数据接口单元与电网保护系统相连。
15.这种方法的优点是计算和分析结果准确，能够对每类保护原理与动作特性进行准确、详细的分析。缺陷是这种技术方案需要知道保护装置内部算法与逻辑，所以主要用于保护设备厂家对自己保护设备的分析。
16.基于继电保护算法的保护动作分析方法的缺点是需要预先知道被分析评价对象保护装置的具体保护原理算法、准确获取所需的全部模拟量、开关量和保护定值等信息。若软件中算法与保护装置的实际算法不同，模拟量采集和开关量状态不同、定值设置不一致，可能得出不同的结论；此外，该方法无法识别二次回路造成的保护装置采集异常，可能在异常时得到错误的分析结论。因此，基于继电保护算法的保护动作分析方法对不同型号、不同
厂家的保护装置的分析适用性存在不足，可能受现场异常工况影响而得到错误结论。
17.基于人工智能方法的自动故障诊断分析方法是通过专家系统、人工神经网络、优化技术、petri网络、粗糙集理论、模糊集理论、贝叶斯网络、多agent技术等人工智能方法对故障录波信息、保护动作信息或他们的集合进行故障智能分析诊断。例如专利申请cn103630244a，公开了一种电力系统设备故障诊断方法，首先采用二维模糊划分最大熵分割红外图像，对采集到的电力设备故障点的红外热像图进行降噪与目标分割；然后采用人工神经网络对收集的全部电力设备图像目标进行分类与存储；最后根据阶段型融合方式模型对分离出的故障图像或者故障预测点图像与电力设备图像目标进行对比融合分析，给出诊断结果；将电力设备常见故障点经验数据并结合检测出的故障点图像数据进行数据融合给出最终的电力设备故障结果或者预测故障位置。
18.但是，这种方法需要大量的测试案例数据对分析模型进行训练，将参数调整到最优才能得到较为准确的结果。该方法根本上是一种统计性、概率性的算法，比较适用于不确定的、没有明确界限的、模糊的分析场景。因此，基于人工智能方法的故障诊断分析方法缺点有两方面：一是需要大量的案例数据对分析模型进行训练，才能够得到较为准确的计算分析模型，若案例数据少、故障类型覆盖不全面，可能会导致最终分析结果不准确；二是保护动作一般是确定的、明确的，基于人工智能算法的保护动作分析不是很适用，尤其是对综合了保护动作行为的复杂故障情况下的开关或保护误动、拒动分析的有效性和准确性难以保障。因此，目前国内外基于人工智能方法的故障分析方法的学术研究和应用研究，主要面向一次设备故障诊断分析。
19.因此，现有的电网故障与保护动作的在线分析方案存在故障诊断准确性不足以及缺少保护动作的分析评价的问题。


技术实现要素：

20.针对现有技术的不足，本发明提供一种电网故障与保护动作的在线自动分析系统与方法。
21.根据本发明的一个方面，提供了一种电网故障与保护动作的在线自动分析系统，包括：安装部署在电网调度端的信息汇集模块、故障诊断模块以及保护工作分析模块，其中信息汇集模块用于从多个信息源系统在线汇集一个或者多个变电站的故障相关信息，提取故障相关信息中的第一有效信息，并根据第一有效信息以及设备的唯一性编码对不同信息源系统中同一设备的相关信息进行匹配和关联，确定属于同一设备的关联故障信息；故障诊断模块用于对关联故障信息进行解析，提取关联故障信息中的第二有效信息，根据第二有效信息计算电网的电气量信息，根据电气量信息判断信息汇集模块在线汇集的故障相关信息是否异常，并在确定故障相关信息不异常时，基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论；保护工作分析模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作合理性判别、保护动作行为异常性诊断以及保护动作评价。
22.可选地，所述多个信息源系统包括电网调度端的继电保护信息系统、故障录波系统、整定计算系统以及调控云，所述故障相关信息包括故障录波文件、保护动作报文、保护装置录波、保护定值以及电网主接线信息，所述第一有效信息包括模拟量、开关量、动作事件报文、定值以及主接线关系。
23.可选地，所述信息汇集模块包括在线信息汇集子模块、信息关联匹配子模块，其中在线信息汇集子模块用于从多个信息源系统在线汇集一个或者多个变电站的故障相关信息，提取故障相关信息中的第一有效信息；信息关联匹配子模块用于根据第一有效信息以及设备的唯一性编码对不同信息源系统中同一设备的相关信息进行匹配和关联，确定属于同一设备的关联故障信息。
24.可选地，所述信息汇集模块还包括人工信息录入子模块，人工信息录入子模块用于在信息在线汇集失败时进行信息补充录入，用于在关联匹配失败时进行人工干预关联匹配。
25.可选地，所述第二有效信息包括装置名称、装置型号、故障相别、故障测距、保护动作、重合闸动作、故障电压、故障电流，所述电气量信息包括故障电压、电流波形的瞬时值、有效值及开关量的变位情况。
26.可选地，所述故障诊断模块包括故障计算子模块、采集异常分析子模块、故障定位与诊断子模块，其中故障计算子模块用于对关联故障信息进行解析，提取关联故障信息中的第二有效信息；采集异常分析子模块用于根据第二有效信息计算电网的电气量信息，根据电气量信息判断信息汇集模块在线汇集的故障相关信息是否异常；故障定位与诊断子模块用于在确定故障相关信息不异常时，基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论。
27.可选地，所述基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论，包括：基于电气量信息，从关联故障信息中提取故障特征，其中故障特征包括故障突变量、故障选相、故障电压、故障电流、过渡电阻、故障测距、故障方向；基于电气量信息以及故障特征，分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论。
28.可选地，所述保护工作分析模块包括动作合理性判别子模块、保护动作分析子模块、保护动作评价子模块，其中动作合理性判别子模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作合理性判别；保护动作分析子模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作行为异常性诊断；保护动作评价子模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作评价。
29.可选地，所述提取关联故障信息中的保护动作信息，包括：基于关联故障信息中的
保护动作事件信息或者保护录波hdr文件，提取包括启动时间、保护动作时间、动作相别、重合闸动作时间的保护动作信息。
30.根据本发明的另一个方面，提供了一种电网故障与保护动作的在线自动分析方法，包括：在线汇集多个信息源系统的故障相关信息，提取故障相关信息中的第一有效信息，并根据第一有效信息以及设备的唯一性编码对不同信息源系统中同一设备的相关信息进行匹配和关联，确定属于同一设备的关联故障信息；对关联故障信息进行解析，提取关联故障信息中的第二有效信息，根据第二有效信息计算电网的电气量信息，根据电气量信息判断信息汇集模块在线汇集的故障相关信息是否异常，并在确定故障相关信息不异常时，基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论；提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作合理性判别、保护动作行为异常性诊断以及保护动作评价。
31.本发明提出的电网故障与保护动作的在线自动分析系统包括安装部署在电网调度端的信息汇集模块、故障诊断模块以及保护工作分析模块，信息汇集模块在不同信息源系统中采用相同的唯一性编码来标识某一相同设备，通过唯一性编码实现同一设备在不同信息源系统中的匹配，进而实现不同信息源中故障信息的关联。故障诊断模块利用多个变电站的故障相关信息，进行故障计算、分析采集数据异常情况以及进行故障分析定位与诊断，得到精确的包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论，有效提高了故障诊断准确性。保护工作分析模块综合故障信息、诊断结果与保护动作情况进行保护动作分析与评价，一方面可以排除采集异常情况，避免采集异常造成保护动作分析的错误结论，另一方面，保护动作合理性分析不涉及具体的保护动作特性，可以得到保护是否应该动作、动作是否正确的分析结论，适用于不同类型保护原理或型号的动作分析与评价，尤其适合在调度端实现对大量不同类型保护的在线自动动作分析与评价。解决了现有的电网故障与保护动作的在线分析方案存在故障诊断准确性不足以及缺少保护动作的分析评价的技术问题。
附图说明
32.通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：图1是本发明一示例性实施例提供的电网故障与保护动作的在线自动分析系统的架构示意图；图2是本发明一示例性实施例提供的电网故障与保护动作的在线自动分析方法的流程示意图。
具体实施方式
33.下面，将参考附图详细地描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。
34.图1是本发明一示例性实施例提供的电网故障与保护动作的在线自动分析系统的
架构示意图。如图1所示，电网故障与保护动作的在线自动分析系统包括安装部署在电网调度端的信息汇集模块、故障诊断模块以及保护工作分析模块。信息汇集模块用于从多个信息源系统在线汇集一个或者多个变电站的故障相关信息，提取故障相关信息中的第一有效信息，并根据第一有效信息以及设备的唯一性编码对不同信息源系统中同一设备的相关信息进行匹配和关联，确定属于同一设备的关联故障信息；故障诊断模块用于对关联故障信息进行解析，提取关联故障信息中的第二有效信息，根据第二有效信息计算电网的电气量信息，根据电气量信息判断信息汇集模块在线汇集的故障相关信息是否异常，并在确定故障相关信息不异常时，基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论；保护工作分析模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作合理性判别、保护动作行为异常性诊断以及保护动作评价。
35.在本发明实施例中，电网故障与保护动作在线自动分析系统包括信息汇集、故障诊断、保护动作分析三大模块，可以安装部署在电网调度端在线汇集多个变电站的故障相关信息，自动解析录波、故障计算、分析采集数据异常情况，进行故障分析定位于诊断，最后综合故障信息、诊断结果与保护动作情况进行保护动作分析与评价。
36.可选地，所述信息汇集模块包括在线信息汇集子模块、信息关联匹配子模块，其中在线信息汇集子模块用于从多个信息源系统在线汇集一个或者多个变电站的故障相关信息，提取故障相关信息中的第一有效信息；信息关联匹配子模块用于根据第一有效信息以及设备的唯一性编码对不同信息源系统中同一设备的相关信息进行匹配和关联，确定属于同一设备的关联故障信息。
37.可选地，所述多个信息源系统包括电网调度端的继电保护信息系统、故障录波系统、整定计算系统以及调控云，所述故障相关信息包括故障录波文件、保护动作报文、保护装置录波、保护定值以及电网主接线信息，所述第一有效信息包括模拟量、开关量、动作事件报文、定值以及主接线关系。
38.可选地，所述信息汇集模块还包括人工信息录入子模块，人工信息录入子模块用于在信息在线汇集失败时进行信息补充录入，用于在关联匹配失败时进行人工干预关联匹配。
39.可选地，所述第二有效信息包括装置名称、装置型号、故障相别、故障测距、保护动作、重合闸动作、故障电压、故障电流，所述电气量信息包括故障电压、电流波形的瞬时值、有效值及开关量的变位情况。
40.在本发明实施例中，信息汇集模块完成相关故障信息的在线汇集、筛选、关联、展示，包括在线信息汇集、信息关联匹配，人工信息录入三个子模块。其中，在线信息汇集子模块负责从电网调度端的继电保护信息系统、故障录波系统、整定计算系统、调控云等信息源，在线汇集一个或多个变电站的故障录波文件、保护动作报文、保护装置录波、保护定值、电网主接线等故障相关信息，并自动解析提取模拟量、开关量、动作事件报文、定值、主接线关系等有效信息；信息关联匹配子模块负责根据时间、厂站与设备名称、设备唯一性编码、一二次设备关联关系等自动匹配、关联不同系统中同一对象或关联对象的相关信息，梳理出属于同一设备的单次故障的关联故障信息；人工信息录入子模块负责在自动信息获取和关联匹配失败时的人工干预和信息补充录入。
41.故障发生后，故障相关信息在线汇集、关联匹配与处理的具体过程如下：1）启动分析。发现新的保护动作事件报文或保护录波文件后，启动信息汇集和分析流程；2）初步解析。解析新的保护动作事件报文或保护录波hdr文件信息，提取动作时刻、厂站名称、电压等级、一次设备名称、保护名称等信息（对应于第一有效信息））；3）汇集匹配。依据上一步的提取信息，基于设备唯一性编码、一二次设备关联关系、故障录波器配置信息从继电保护信息、故障录波、整定计算、调控云等信息源自动检索、汇集一次设备相关联的故障录波、保护录波和保护动作事件报文，以及一次主接线、保护定值等辅助分析的故障相关信息。由于各独立系统内对同一对象的命名不一致，导致匹配关联困难，可以基于设备唯一性编码，实现各独立数据源中相关数据的快速精准匹配；4）人工干预。对于无法自动获取的信息和信息关联匹配失败情况，通过人工干预完成信息补充录入和关联匹配。
42.可选地，所述故障诊断模块包括故障计算子模块、采集异常分析子模块、故障定位与诊断子模块，其中故障计算子模块用于对关联故障信息进行解析，提取关联故障信息中的第二有效信息；采集异常分析子模块用于根据第二有效信息计算电网的电气量信息，根据电气量信息判断信息汇集模块在线汇集的故障相关信息是否异常；故障定位与诊断子模块用于在确定故障相关信息不异常时，基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论。
43.可选地，所述基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论，包括：基于电气量信息，从关联故障信息中提取故障特征，其中故障特征包括故障突变量、故障选相、故障电压、故障电流、过渡电阻、故障测距、故障方向；基于电气量信息以及故障特征，分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论。
44.在本发明实施例中，故障诊断模块实现故障计算、采集异常分析及故障定位与诊断，包括故障计算、采集异常分析及故障定位与诊断三个子模块。其中，故障计算子模块基于故障录波、保护录波，自动计算故障支路电压、电流瞬时值、有效值等基本电气量；采集异常分析子模块通过故障录波与保护录波同源采集数据一致性比对和相关特征分析判据，诊断分析采集数据异常，若是双套录波器、双套保护更有利于找出异常采集数据；故障定位与诊断子模块基于各站故障支路电压、电流电气量计算值，以及故障报告、开关变位等故障信息，计算和提取故障相、故障距离、故障方向等多种关键故障特征，通过分析故障特征及规律，得到电网故障位置、故障相别、故障性质等故障诊断分析结论。
45.故障计算、采集异常分析与故障定位诊断的具体过程如下：1）解析hdr文件。解析故障录波和保护录波的hdr文件信息，提取装置名称、装置型号、故障相别、故障测距、保护动作、重合闸动作、故障电压、故障电流等信息（对应于第二有效信息）；2）基本电气量计算。基于故障录波、保护录波，自动解析和计算故障电压、电流波形的瞬时值、有效值及开关量的变位情况；3）采集异常分析。基于故障录波、保护录波电压、电流的瞬时值、有效值等基本电气量，通过（双套）故障录波与保护录波波形的一致性比对和电压电流异常分析，诊断分析
电压、电流的同源数据不一致情况以及二次回路断线、接地等异常情况；4）故障特征计算。基于故障录波的电压、电流基本电气量，计算故障突变量、故障选相、故障电压、故障电流、过渡电阻、故障测距、故障方向等故障特征；5）故障诊断。基于上述故障特征、开关量变位等故障录波中的相关信息，分析及诊断故障类型，得到电网故障位置、故障相别、故障性质等故障诊断分析结论。
46.可选地，所述保护工作分析模块包括动作合理性判别子模块、保护动作分析子模块、保护动作评价子模块，其中动作合理性判别子模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作合理性判别；保护动作分析子模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作行为异常性诊断；保护动作评价子模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作评价。
47.可选地，所述提取关联故障信息中的保护动作信息，包括：基于关联故障信息中的保护动作事件信息或者保护录波hdr文件，提取包括启动时间、保护动作时间、动作相别、重合闸动作时间的保护动作信息。
48.在本发明实施例中，在本发明实施例中，保护动作分析模块完成保护动作合理性判别、动作异常分析与保护动作评价，包括动作合理性判别、保护动作分析与保护动作评价三个子模块。其中，保护动作合理性判别子模块基于采集异常分析、故障诊断分析结论以及保护配置与动作逻辑，再根据故障类型与保护动作的对应关系进行保护动作合理性判别；保护动作分析子模块结合采集异常分析、故障分析结论对双套保护动作一致性、异常动作情况进行自动分析，诊断分析保护动作行为异常；保护动作评价子模块结合故障诊断分析结论与保护动作等相关信息，根据保护动作原理与特性，对保护动作行为进行自动分析，完成电网事故中保护动作、故障快速切除、重合闸等行为作出综合评价。
49.保护动作分析与评价的具体过程如下：1）保护动作信息解析。基于保护动作事件信息或保护录波hdr文件，提取启动时间、保护动作时间、动作相别、重合闸动作时间等保护动作信息；2）动作合理性判别。结合采集异常分析、故障诊断分析结论以及保护配置与动作逻辑，依据保护动作逻辑，再根据故障类型与保护动作的对应关系对双套保护动作行为进行保护动作合理性判别；3）保护动作分析。结合采集异常分析、故障分析结论对双套保护动作一致性、异常动作情况进行自动分析，诊断分析保护动作行为异常；4）主保护动作评价。根据采集异常和保护动作行为异常分析结论，结合故障诊断分析结论与保护动作、定值等相关信息，根据故障位置、故障相别等故障信息和主保护动作时间、动作相别等主保护动作信息，对主保护动作时间、快速切除等动作行为进行评价；5）重合闸动作评价。根据重合闸配置原则、故障录波电气量特征、重合闸开关量变化和保护重合闸动作情况，对保护重合闸动作进行评价；6）后备保护动作评价。根据主保护动作情况、故障消失时间、后备保护动作情况、后备保护配合时间、后备保护整定原则等信息，对后备保护动作进行评价。
50.在本发明实施例中，可以在调度端基于多个变电站故障信息进行故障诊断与保护动作分析。由于采用了多个变电站故障信息，可以准确定位线路故障和后备保护动作时的
故障位置。具体体现在：a）对于线路故障，可以根据线路两侧的故障录波进行故障计算和诊断，参考纵联保护原理进行故障定位，可以准确定位故障线路；b）依据线路两侧的保护动作情况，可以更准确的进行故障诊断和保护动作分析；c）对于后备保护，因为存在上下级设备或线路的配合关系，只依赖一个站的录波或保护动作无法完成分析和故障定位。在调度端可以结合电网主接线关系，汇集关联厂站、设备的故障信息和保护动作信息进行综合分析，进而实现后备保护的准确分析和故障定位。
51.在本发明实施例中，故障信息收集是故障分析的第一步，为解决继电保护信息、故障录波、整定计算、调控云等等不同信息源对同一设备命名不一致导致的信息匹配难题，本发明提出了在不同信息源系统中采用相同的唯一性编码来标识同一设备的方法，通过这个“唯一性编码”实现同一设备在不同信息源系统中的匹配，进而实现不同信息源中故障信息的关联。具体的方法是：方法一：事先编码。对电网中的设备统一进行编码，规定在继电保护信息、故障录波、整定计算、调控云等不同系统对同一设备采用相同的“唯一性编码”。这样就可以不依赖命名、只通过“唯一性编码”的一致性就可以在不同的系统中识别同一设备。这种方法适用于新设备和新建系统。
52.方法二：事后编码。只在本发明所提系统中采用“唯一性编码”，对于自动关联的不同系统中的同一设备，自动按照预先设定的规则对新进入系统的设备赋予“唯一性编码”；对于未自动关联的同一设备，通过人工赋予相同的“唯一性编码”，并在系统中记录备案，下次备案的设备信息可以在本系统实现自动匹配关联。这种方法适用于已有旧设备和旧系统。
53.需要特别说明的是，“唯一性编码”也可以有别的名称或形式，只要能在不同的系统中标识同一设备即可实现关联信息的匹配。
54.在本发明实施例中，故障录波与保护录波采集的电压和电流都是被保护的一次设备的电气量，电气量大小、相位以及变化特征应该是一致的。若故障录波与保护录波或双套保护录波之间不一致，一般可诊断为采集环节出现异常，此时应该给出告警提示，并根据异常特征进一步分析出异常原因，否则异常的电气量会导致错误的故障诊断结果或保护动作分析评价结论。本发明提出的采集异常识别方法，可以作为故障诊断分析、保护动作分析和不正确动作分析的依据，是防止错误分析的必要前提和有效措施。
55.具体的采集异常识别方法：a）一致性比对。一般故障录波与保护录波记录的都是被保护设备的电压和电流（称为同源），所以基于故障录波与保护录波电压（电流）波形的一致性可以识别采集异常。一致性的比对方法有电压（电流）的瞬时值比对、有效值比对等，可以设定一个差值门槛（例如10%），二者之差大于门槛则判定为不一致。
56.b）异常判别。对于一致性比对后发现的不一致情况，需要判定哪个/些电压（电流）是正常，哪个/些是异常。一个方法是对于多个同源电压（电流），一般异常的量大概率少于正常的量，可以认为多数正常的量是一致的，少数量与其他不一致，基于此方法判定异常的电压（电流）；同时，结合断线、接地、饱和等电压（电流）的异常判据来分析每个电压（电流）、
识别异常，综合这些方法可以实现电压（电流）的采集异常判别。
57.需要特别说明的是，对于采集异常的分析，只要是同源电气量，即来自不同采集设备的同一线路或变压器的电气量信息，都可以进行采集异常分析。例如，两套或多套保护的录波、两套或多套故障录波、故障录波与保护录波等都可以进行一致性对比分析，来实现采集异常分析。此外，也不一定要用录波，也可以采集实时电压、电流等电气量。
58.在本发明实施例中，故障突变量、故障相、故障方向等故障特征是故障定位最根本的依据，也是保护动作的依据。突变量用于故障判别，根据突变量大小可以判断是否有故障；故障相指出了三相中哪一相或多相发生故障；故障方向用于故障定位，指出了故障在设备内部还是外部。目前的故障录波分析中，一般只根据单个录波进行分析，主要采用突变量或幅值等简单故障特征进行故障定位，存在故障诊断准确性不足问题。本发明提出排除采集异常后基于故障突变量、故障方向等故障特征的故障定位方法，可以得到故障相、故障位置（设备）。
59.具体故障定位方法是：a）故障判别与选相。基于故障突变量方法判断是否有故障并识别故障相。
60.b）故障定位。基于线路两端录波（对变压器或母线，则是各支路录波），由故障相的电压和电流计算功率方向作为故障方向，若是内部故障则功率方向都指向设备内部，其他情况就是外部故障，这样就可以实现故障设备的准确定位。
61.其他的故障判别与定位方法还有计算差流等方法，若是内部故障则差流大，否则外部故障差流小。差流算法需要两侧的波形对齐到同一时刻（目前还没有很好的对齐算法），否则正常情况就有差流，会导致误判；而采用功率方向的方法不需要波形对齐。
62.需要特别说明的是，故障定位可以依据故障突变量、故障相、故障方向等故障特征，也可以依据别的故障特征，例如故障差流、零序电流等故障特征。只不过故障方向相对于故障差流，计算更简单、两端电气量也不需要对齐（即时间同步）。
63.在本发明实施例中，不同的故障特征对应着保护不同的动作行为，例如单相故障则保护单相跳闸，单相合闸；若两相或三相故障，则三相跳闸不重合等等。若保护动作行为与故障特征不对应，一般可诊断为保护动作异常，此时应该给出提示并基于保护动作特性、定值等信息进行深入分析诊断，否则可能导致错误的保护动作分析评价结论。本发明提出排除保护采集异常后基于故障特征的保护动作合理性（正确性）判别方法，对于符合故障特征的保护动作行为可以给出正确动作的评价，对于保护动作与故障录波特征不一致（不对应）的情况给出告警信息，可以结合采集异常分析、动作特性分析进一步进行不正确动作分析。
64.具体的动作合理性判别与分析方法如下：a）主保护动作合理性判别。对于线路内部单相故障，主保护应单相动作，且动作相别与故障相别一致；若相间或三相故障，则主保护应三相动作，否则为主保护动作异常。对于线路单相故障，若重合后仍有故障，则主保护应三相动作跳闸。对于变压器或母线，只要是内部故障，则主保护均应三相动作跳闸。
65.b）重合闸动作合理性判别。线路保护重合闸动作判断可以根据重合闸投入情况具体分析，一般情况下，线路单相故障，则单相重合闸应动作，重合后仍有故障，则应三相跳闸，不再重合。
66.c）后备保护动作合理性判别。后备保护动作合理性判别比较复杂，需要结合电网主接线、配置整定原则、动作时间定值、故障持续时间、主保护是否动作等多种情况进行判断。若是设备内部故障，则只需考虑与主保护的配合，若主保护动作、且故障持续时间小于后备保护动作时间定值，则后备保护误动作；否则故障持续时间大于后备保护动作时间定值，则一般后备保护为正确动作。若是设备外部故障，需要考虑与下一级设备故障持续时间、下一级设备主保护和后备保护的配合关系，若下一级设备主保护动作或后备保护动作、且故障持续时间小于后备保护动作时间定值，则后备保护误动作；否则故障持续时间大于后备保护动作时间定值，则一般后备保护为正确动作。
67.d）保护动作异常分析。对于动作异常或误动作的主保护和后备保护，首先结合采集异常分析结论和动作特性进行分析，若本保护出现采集异常，一般就是采集异常导致的动作异常；若无采集异常，则需根据保护动作特性和保护定值进一步分析判断动作特性和定值满足情况。
68.需要特别说明的是，本发明主要依据的故障特征是突变量（指示是否故障）、故障相别、故障方向（指示内部或外部故障）。这些故障特征也可以是别的特征，例如故障差流可以更明确的指示是否故障以及故障在设备内部或外部，同时可以根据不同相的差流的大小，来判断故障相别。
69.图2是本发明一示例性实施例提供的电网故障与保护动作的在线自动分析方法的流程示意图。如图2所示，该方法包括：s201：在线汇集多个信息源系统的故障相关信息，提取故障相关信息中的第一有效信息，并根据第一有效信息以及设备的唯一性编码对不同信息源系统中同一设备的相关信息进行匹配和关联，确定属于同一设备的关联故障信息；s202：对关联故障信息进行解析，提取关联故障信息中的第二有效信息，根据第二有效信息计算电网的电气量信息，根据电气量信息判断信息汇集模块在线汇集的故障相关信息是否异常，并在确定故障相关信息不异常时，基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论；s203：提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作合理性判别、保护动作行为异常性诊断以及保护动作评价。
70.本发明的实施例的电网故障与保护动作的在线自动分析方法与本发明的另一个实施例的电网故障与保护动作的在线自动分析系统相对应，在此不再赘述。
71.综上所述，本发明可以实现以下有益效果：（1）实现故障信息在线自动汇集与关联匹配本发明所提技术方案，在不同信息源系统中采用相同的唯一性编码来标识同一设备，通过这个“唯一性编码”实现同一设备在不同信息源系统中的匹配，进而实现不同信息源中故障信息的关联。解决了不同信息源对同一设备命名不一致导致的根据命名匹配错误问题，使得故障信息在线自动汇集与关联匹配更加方便。
72.（2）实现采集异常分析，提升故障诊断准确性本发明所提技术方案，在调度端可以很方便的利用多个变电站故障录波进行分析，同时综合利用故障录波信息、保护录波信息等多种同源信息的比对分析，可以实现采集异常分析，避免得到错误的故障诊断分析结论。此外，通过计算提取故障相、故障方向等关
键故障特征，可以提升故障诊断准确性，解决了现有基于单个故障录波的分析方法故障诊断准确性不足问题，可以充分满足调度决策和运维检修的需求。
73.（3）实现保护的在线自动动作分析与评价本发明所提技术方案，基于故障特征、故障诊断分析结论和保护动作合理性进行保护动作分析，一方面可以排除采集异常情况，避免采集异常造成保护动作分析的错误结论；另一方面，保护动作合理性分析不涉及具体的保护动作特性，可以得到保护是否应该动作、动作是否正确的分析结论，适用于不同类型保护原理或型号的动作分析与评价，尤其适合在调度端实现对大量不同类型保护的在线自动动作分析与评价。
74.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

技术特征：
1.一种电网故障与保护动作的在线自动分析系统，其特征在于，包括：安装部署在电网调度端的信息汇集模块、故障诊断模块以及保护工作分析模块，其中信息汇集模块用于从多个信息源系统在线汇集一个或者多个变电站的故障相关信息，提取故障相关信息中的第一有效信息，并根据第一有效信息以及设备的唯一性编码对不同信息源系统中同一设备的相关信息进行匹配和关联，确定属于同一设备的关联故障信息；故障诊断模块用于对关联故障信息进行解析，提取关联故障信息中的第二有效信息，根据第二有效信息计算电网的电气量信息，根据电气量信息判断信息汇集模块在线汇集的故障相关信息是否异常，并在确定故障相关信息不异常时，基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论；保护工作分析模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作合理性判别、保护动作行为异常性诊断以及保护动作评价。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个信息源系统包括电网调度端的继电保护信息系统、故障录波系统、整定计算系统以及调控云，所述故障相关信息包括故障录波文件、保护动作报文、保护装置录波、保护定值以及电网主接线信息，所述第一有效信息包括模拟量、开关量、动作事件报文、定值以及主接线关系。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信息汇集模块包括在线信息汇集子模块、信息关联匹配子模块，其中在线信息汇集子模块用于从多个信息源系统在线汇集一个或者多个变电站的故障相关信息，提取故障相关信息中的第一有效信息；信息关联匹配子模块用于根据第一有效信息以及设备的唯一性编码对不同信息源系统中同一设备的相关信息进行匹配和关联，确定属于同一设备的关联故障信息。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信息汇集模块还包括人工信息录入子模块，人工信息录入子模块用于在信息在线汇集失败时进行信息补充录入，用于在关联匹配失败时进行人工干预关联匹配。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二有效信息包括装置名称、装置型号、故障相别、故障测距、保护动作、重合闸动作、故障电压、故障电流，所述电气量信息包括故障电压、电流波形的瞬时值、有效值及开关量的变位情况。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述故障诊断模块包括故障计算子模块、采集异常分析子模块、故障定位与诊断子模块，其中故障计算子模块用于对关联故障信息进行解析，提取关联故障信息中的第二有效信息；采集异常分析子模块用于根据第二有效信息计算电网的电气量信息，根据电气量信息判断信息汇集模块在线汇集的故障相关信息是否异常；故障定位与诊断子模块用于在确定不异常时，基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论，包括：
基于电气量信息，从关联故障信息中提取故障特征，其中故障特征包括故障突变量、故障选相、故障电压、故障电流、过渡电阻、故障测距、故障方向；基于电气量信息以及故障特征，分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述保护工作分析模块包括动作合理性判别子模块、保护动作分析子模块、保护动作评价子模块，其中动作合理性判别子模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作合理性判别；保护动作分析子模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作行为异常性诊断；保护动作评价子模块用于提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作评价。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述提取关联故障信息中的保护动作信息，包括：基于关联故障信息中的保护动作事件信息或者保护录波hdr文件，提取包括启动时间、保护动作时间、动作相别、重合闸动作时间的保护动作信息。10.一种电网故障与保护动作的在线自动分析方法，其特征在于，包括：在线汇集多个信息源系统的故障相关信息，提取故障相关信息中的第一有效信息，并根据第一有效信息以及设备的唯一性编码对不同信息源系统中同一设备的相关信息进行匹配和关联，确定属于同一设备的关联故障信息；对关联故障信息进行解析，提取关联故障信息中的第二有效信息，根据第二有效信息计算电网的电气量信息，根据电气量信息判断信息汇集模块在线汇集的故障相关信息是否异常，并在确定故障相关信息不异常时，基于电气量信息和关联故障信息分析及诊断故障类型，得到包括电网故障位置、故障相别和故障性质的故障诊断分析结论；提取关联故障信息中的保护动作信息，基于故障诊断分析结论和保护动作信息进行保护动作合理性判别、保护动作行为异常性诊断以及保护动作评价。

技术总结
本发明公开了一种电网故障与保护动作的在线自动分析系统与方法，属于电网故障监测技术领域。本发明通过安装部署在电网调度端的信息汇集模块、故障诊断模块以及保护工作分析模块，一方面可以排除采集异常情况，避免采集异常造成保护动作分析的错误结论，另一方面，保护动作合理性分析不涉及具体的保护动作特性，可以得到保护是否应该动作、动作是否正确的分析结论，适用于不同类型保护原理或型号的动作分析与评价，尤其适合在调度端实现对大量不同类型保护的在线自动动作分析与评价。解决了现有的电网故障与保护动作的在线分析方案存在故障诊断准确性不足以及缺少保护动作的分析评价的技术问题。评价的技术问题。评价的技术问题。


技术研发人员：刘亚东 李岩军 王文焕 李仲青 杨国生 梁英 周泽昕 高晨光 郭鹏 张瀚方
受保护的技术使用者：中国电力科学研究院有限公司
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/7/25