智能變電站繼電保護狀態監測算法設計
摘要:針對繼保設備運行狀態表征的模糊特性,引入模糊數學中的模糊綜合評判模型來作為繼保設備運行狀態量化的手段,以實現對其作出準確評估,進而制定合理的檢修策略。實例證明,該類算法簡單、有效,能在大幅削減
摘要:針對繼保設備運行狀態表征的模糊特性,引入模糊數學中的模糊綜合評判模型來作為繼保設備運行狀態量化的手段,以實現對其作出準確評估,進而制定合理的檢修策略。實例證明,該類算法簡單、有效,能在大幅削減檢修費用的同時提升變電站系統的可靠性,值得智能變電站推廣使用。
關鍵詞:智能變電站;繼電保護;狀態監測;設計
Intelligent Substation Relay Protection Condition Monitoring Algorithm Design
Abstract: In view of the fuzzy characteristics of the equipment running state, the introduction of fuzzy mathematics in the fuzzy comprehensive evaluation model for the equipment running status of quantitative method, in order to realize the accurate evaluation, formulate the reasonable maintenance strategy. Examples show that the algorithm is simple and effective, can sharply cut maintenance cost while increasing the reliability of the substation system, is worth popularizing intelligent substation.
Keywords:intelligent substation;Relay protection; Condition monitoring; design
0 引言
當前,智能變電站的推廣如火如荼,各類新型設備層出不窮。相較于常規變電站,智能變電站在信息采集、數據測量、保護控制、計量監測等方面均有了質的飛躍。“繼電保護狀態檢修”已提出多年,但在實際操作中卻困難重重。究其原因,主要有二:①缺乏有效的設備監測平臺;②狀態評估的方法不夠科學。智能變電站的興起,在一定程度上彌補了第一方面的不足。本文主要就第二方面
5 結語
將模糊數學應用于智能變電站的繼保設備狀態監測,能有效提高狀態評估的準確性,做到檢修的有的放矢,從而提升變電站運行的穩定性水平。當然,如何確定權重矩陣和隸屬函數,還是有潛力可挖的。
即如何用數學方法將狀態監測結果進行整合并量化處理進行研究。選取典型的監測信息智能變電站的信息是海量的,若將全部信息條分縷析,無論對計算機硬件還是對算法設計,都是很大的挑戰。一個可行辦法是:選取一些有代表性的信息,對其進行重點關注和分析,以得出設備狀態的高度近似值。大量文獻指出,智能站中繼保設備出現異常的起因可能為三個:①電源插件故障;②外部光纖回路異常;③裝置元件或芯片因老化而降低性能。因此,我們選取溫度、光模塊光強、電源溫度工作時、電源電壓輸出側等四項作內容為典型信息加以全天候關注。在線監測的實現方法
構建如圖1所示繼保設備在線監測的框架。其中,監測分析單元通過預置的計算邏輯對原始數據進行分析,判斷是否越限。狀態評估單元則通過模糊綜合評判模型對各類報警和關鍵數據進行整合并評估,最后發送至主站。
圖1 智能站中繼保設備在線監測系統框架
監測分析單元的處理邏輯見表1。表 監測信息的分析和判斷邏輯監測參量處理邏輯報警閾值溫度計算偏移量占額定值的百分比根據型號電源溫度同上下限:℃;上限:℃電源電壓同上下限:;上限:光模塊光強計算相對劣化值下限:;上限:基于模糊綜合評判的評估算法
模糊綜合評判即運用模糊數學的方法對所討論對象的多種特性進行綜合并排序,從中選出最優值。它需要確立因素集、評價集、權重,并構建模糊評判矩陣。
3.1 因素集、評價集的確定
為使評估全面而真實,因素集中除實時監測信息外,還需增加設備的歷史信息。最終的因素集如圖2所示,并表示為。評價集標定為,各元素依次表示良好、一般、注意、嚴重等四種情形,以與“狀態檢修”的要求相一致。
圖2 繼保設備狀態監測的評估因素集
注:上圖中,相關溫度量指的是平均偏移量(歷史)。
3.2 各因素評價權重的設計
因各評價因素的重要程度不盡相同,因此進行模糊綜合評判時所對應的權重是不一樣的。
鑒于繼保設備狀態評估的研究起步不久,大樣本獲取有困難,因此采用專家評估法(即由多位專家來給出因素的相對重要性)來確定權重分配,最終定為:
(1)
3.3 模糊綜合評判矩陣的建立
應用模糊數學知識,建立模糊綜合評判矩陣如式(2)所示。其中,rij對應因素ui的評價結果為vj的隸屬度。
(2)
3.4 隸屬函數確定
確定式(2)所示矩陣中的元素值(即隸屬度)是本算法的關鍵,通常采用的有專家評判法、模糊統計法、待定系數法等方法。由于本文中不同的評價因素的具體特性有所差異,因此宜采用不同的方法來確定各自的隸屬函數。
⑴裝置歷史信息類(圖2中u5~u7)
這三類信息與保護裝置的狀態有一定關系,但關系比較晦暗,不同的人有不同的看法,因此宜采用專家評判法來確定隸屬度。即:將調查表分發眾專家,以專家占比數來確定隸屬度。
計算式為:
⑵裝置的狀態監測信息類(圖2中所示的u1~u4),以u1(光模塊光強)為例進行說明。
由表1可知,評價光模塊光強采用的是“相對劣化率”的計算邏輯,而相對劣化率的表達式為:
顯然,這類指標一般對應典型分布的函數(如梯形分布、正太分布、三角形分布、柯西分布等),可用待定系數法求解。由于三角形和梯形隸屬函數的形狀簡單,結果精確,因此可利用這兩者的組合來建立u1對應于不同的評價等級(即vi)的隸屬函數。結果如圖3所示。
圖3 光模塊光強的隸屬函數表示
上圖中,a1~a4為四種狀態下相對劣化率的邊界,依照歷史數據,它們可取定為0.2、0.4、0.6、0.8。這樣,各評價狀態下的隸屬函數表述為(限于篇幅,僅對良好狀態下的隸屬函數進行列示,其余課依照解析幾何的知識進行類推):
(3)
3.5 模糊計算
在完成R矩陣的計算后,就要將向量A與R進行的計算,其中“”為加權平均型的廣義模糊算子,使用該算子能讓主要因素對繼保設備的影響得到凸顯。
B中元素可表示為:
(4)
bj即評判結果,能讓運維人員做出準確的檢修策略。
4 計算實例
某型號保護裝置的監測數據見表2。
責任編輯:葉雨田
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