強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室（華中科技大學）、廣州供電局有限公司的研究人員徐彪、尹項根、張哲等，在2018年第3期《電工技術(shù)學報》上撰文指出，電網(wǎng)發(fā)生故障后快速準確地識別故障元件是縮小停電區(qū)域、快速恢復供電的首要前提。針對現(xiàn)有電網(wǎng)故障診斷方法基于單個元件獨立建模，難以適應網(wǎng)絡(luò)拓撲變化的不足，提出一種基于拓撲圖元信息融合的電網(wǎng)故障診斷模型。

從電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)出發(fā)，形成系統(tǒng)各元件、保護和斷路器的拓撲關(guān)聯(lián)矩陣，以此為圖形單元構(gòu)建信息融合診斷模型，并根據(jù)保護配合邏輯及出口方式，定義了遠后備保護拓撲映射規(guī)則及完整的信息融合推理流程，最后分析了模型對網(wǎng)絡(luò)拓撲變化及連鎖故障的適應性。

IEEE 14節(jié)點系統(tǒng)仿真算例表明，該方法可以快速準確地判定故障元件，能夠適應網(wǎng)絡(luò)拓撲變化，具有較強的容錯性。

電網(wǎng)發(fā)生故障后，快速準確地診斷出故障元件對加快事故處理和系統(tǒng)恢復進程、保證電力系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要。然而隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展和互聯(lián)，在故障發(fā)生后的短時間內(nèi)，保護及斷路器等大量告警信息涌向調(diào)度中心，且伴隨信息漏報、誤報等不確定性，加重了調(diào)控運行人員判斷故障元件的壓力，此時高效的故障診斷系統(tǒng)尤為重要[1]。

自20世紀80年代以來，國內(nèi)外學者對電網(wǎng)診斷問題進行了大量研究，提出了專家系統(tǒng)[2,3]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[4]、解析模型[5-7]、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[8,9]、Petri網(wǎng)絡(luò)[10-13]、信息融合[14-17]等多種方法。

專家系統(tǒng)基于知識規(guī)則庫運行，具有較強的邏輯推理能力，但知識和規(guī)則的構(gòu)建存在困難，且學習能力和容錯能力較弱。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有診斷速度快，容錯能力強的特點，但其訓練所用故障樣本集難以涵蓋大規(guī)模電網(wǎng)的所有場景，且缺乏對診斷結(jié)果的解釋能力。解析模型是在分析保護與斷路器的動作配合邏輯基礎(chǔ)上，將故障診斷問題轉(zhuǎn)換成0-1整數(shù)規(guī)劃問題，具有嚴密的數(shù)學基礎(chǔ)和理論依據(jù)，但需采用優(yōu)化算法求解，收斂過程較長。

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由于因果關(guān)系明顯，診斷精度高，有利于處理診斷問題的不確定性，但受先驗概率和復雜故障樣本統(tǒng)計不足的限制。Petri網(wǎng)絡(luò)采用圖形化建模方式描述保護系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，具有推理簡單，意義清晰，邏輯嚴密等特點，但對于大規(guī)模電網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)矩陣維數(shù)過大，難以滿足在線診斷的需求[1]。

信息融合技術(shù)利用冗余的告警信息及其邏輯配合進行故障診斷，能有效降低信息的不確定性，多與其他方法相結(jié)合使用。文獻[10]基于元件端口方向建立Petri網(wǎng)診斷模型，實現(xiàn)元件端口級信息融合，改善了模型的適應性。文獻[14]將系統(tǒng)拓撲引入診斷模型，建立保護系統(tǒng)的3-D矩陣以描述告警信息的映射關(guān)系，并提出了基于模糊度的信息融合規(guī)則，在信息完整時具有較好的診斷結(jié)果。

文獻[16]基于因果網(wǎng)絡(luò)建立了告警信息的融合推理模型，能準確地診斷出故障元件，且具有一定的容錯性。文獻[17]提出一種分層擴展的電網(wǎng)故障信息融合系統(tǒng)，能夠融合廣域故障信息實現(xiàn)故障區(qū)域的精確辨識。文獻[18]提出一種通過整站信息映射融合的故障診斷方法，取得了一定的診斷效果。

上述研究在基于元件級信息融合的建模方面取得了一定成果，但還存在以下不足：建模時大都以單個元件為單位，缺乏對電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的考慮，網(wǎng)絡(luò)拓撲變化時一般需要重新建立診斷模型；另外，采用離線建模、在線搜索的診斷模式，需要存儲所有元件診斷模型，對硬件存儲要求較高，且采用遍歷方式，診斷速度難以滿足在線需求。

本文提出一種基于拓撲圖元信息融合的電網(wǎng)故障診斷模型。該模型基于系統(tǒng)拓撲分析形成元件、保護和斷路器的拓撲關(guān)聯(lián)矩陣，以此為基本圖元構(gòu)建信息融合診斷模型，并依據(jù)保護原理和出口方式建立網(wǎng)絡(luò)拓撲映射規(guī)則及完整的信息融合推理流程。最后，IEEE 14節(jié)點系統(tǒng)的算例仿真驗證了該模型的有效性和適用性。

圖9 IEEE 14節(jié)點系統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

結(jié)論

本文結(jié)合系統(tǒng)拓撲分析構(gòu)建了電網(wǎng)故障診斷的信息融合模型，依據(jù)保護原理及出口方式建立了遠后備保護的拓撲映射規(guī)則，并提出了完整的置信度融合推理算法。該模型具有以下特點：

1）基于網(wǎng)絡(luò)拓撲建模，能反映告警信息與元件之間的映射關(guān)系，無需遍歷便能快速得到所有可疑元件的故障概率，且結(jié)果的解釋性好，能夠適應網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化，適用于連鎖故障的診斷。

2）基于保護和斷路器等冗余告警信息進行融合，在保護、斷路器存在誤動/拒動、信息丟失等情況下均能給出正確的診斷結(jié)果，具有一定的容錯性，診斷過程符合實際。

3）模型在保護和斷路器信息權(quán)重設(shè)置以及信息融合等方面存在一定主觀性，且模型尚難以考慮雙母線、一個半開關(guān)等復雜接線方式以及告警時序信息的融合[22,23]，這是下一步的研究重點。