摘 要

随着智能变电站的发展、智能电子设备种类越来越丰富及IEC61850统一规约的应用，全站本身成为了一个复杂网络系统，大量监测数据在网络中流通，与此同时也对全站运行的稳定性与安全性提出了更高要求，为了更好指导检修实践工作，如何利用大量监测数据实现变电站的智能化诊断已经有许多人对其进行了研究。本文总结了二次系统两方面故障特征信息，确定二次系统状态评价信息来源提出了针对故障诊断与状态评价的可行性方案。首先对智能变电站整体结构及站内智能电子设备进行分析，详细介绍了用于故障诊断的基础特征信息，其次对变电站系统建立分层模型，在此基础上提出了状态评价的各项状态指标集合；最后基于专家知识规则库提出了一种故障诊断的模型方法，应用模糊数学原理及层次分析法提出了一种二次系统状态评价方法。算例结果表明，两种方法对故障诊断与状态评价有指导意义，为变电站运行维护提供了理论支持。

关键词：智能变电站；分层模型；故障诊断；状态评价

Abstract

With the development of intelligent substations, the increasing variety of intelligent electronic equipment and the application of the unified protocol of IEC61850, the whole substation has become a complex network system, and a large amount of monitoring data flows on the network and meanwhile the higher requirements of stability and safety have been raised. For getting the better guide of overhaul in the substation, there are many people doing researches about intelligent diagnosis using big data. This paper summarizes the two aspects of the breakdown information and condition evaluation information, so a feasible plan has been raised to judge faults and estimate the condition. Firstly, the structure of substation and IED equipment have been analyzed and the information of judging faults has been introduced. Secondly, a hierarchical model is established for the substation system, and on this basis, a set of state indicators for state evaluation are proposed. Finally, based on the expert knowledge, a plan to judging faults has been raised and based on the fuzzy mathematic and hierarchical analysis, a method to estimate condition has been proposed. The result of examples can guide the practice and provide theoretical support for maintenance of the substation.

Key Words：Smart substation；Hierarchical model；fault diagnosis；State evaluation

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文主要研究内容 3

第2章 二次系统故障与状态信息 4

2.1 引言 4

2.2 二次系统结构 4

2.3 二次系统故障信息 5

2.3.1 静态配置信息 5

2.3.2 动态实时监测信息 9

2.4 评价目标设备 10

2.4.1 评价目标设备的选择 10

第3章 故障诊断方案设计 15

3.1 引言 15

3.2 故障诊断模型 15

3.3 故障诊断推理方法 16

3.4 算例分析 16

第4章 状态评价方案设计 20

4.1 引言 20

4.2 状态指标劣化度评分 20

4.3 状态评价过程设计 22

4.4 算例分析 25

第5章 总结与展望 30

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1 课题背景

为了保证能源安全，减少温室气体排放，目前全球正在积极建立能源互联网，旨在完成现代能源革命。能源革命的两大方面是用电最大化与发电低碳化，即现代社会国民经济的再电气化与可再生能源的充分利用。电力作为能源革命的核心，其载体是社会电力网络，为了解决具有随机性、间歇性的分布式能源电网接入等问题，对现有能源体系进行改革，提高电网的能源效率，实现可持续发展，智能电网应运而生。目前随着信息技术的发展、IEC61850统一规约在智能变电站信息平台的应用，智能变电站形成了“三层两网”结构^[1]，如图1所示，可分为过程层、间隔层、站控层三类，由二次系统对一次系统进行安全保护、状态监测与运行调节等，二次系统的典型设备包含通信装置、合并单元、保护装置、智能终端等。

图1.1 智能变电站“三层两网”结构

近年来，城市的大面积停电事故多半与二次设备意外动作有关^[2-4]，城市的大面积停电不仅对居民正常生活有重大影响，也影响了社会经济的发展。2012年，南方电网辖下深圳变电站故障，致使深圳市部分地区大面积停电，进而引发社会安全问题及财务损失。2013年6月，在上海市发生的停电事故同样也造成了严重损失。随着社会经济的发展与能源革命需求的不断增加，一方面，电网覆盖连接范围不断扩大，装机容量不断增加，电压等级不断提高，对电网进行安全维护也变得更加困难；另一方面未来可能存在的源-荷互动，积极的负荷响应，也对电网的控制、通信安全等带来了更多的问题。

目前，由于智能变电站与传统变电站相比，在结构与设备方面均有较大差异，在缺乏实际运行经验的情况下，二次系统的运行状态具有不确定性，由此智能变电站重要二次设备会较长时间处于极限值附近运行^[5]，使得二次系统出现故障的概率增加。因此，为了保证电网的稳定性与安全性，需要进行二次系统的智能诊断与状态评价，在出现故障时可以迅速判断故障种类与故障设备位置，在进行二次设备检修时状态评价结果可以提供参考，并根据结果科学安排检修时间与项目^[6]，文献[7]也指出科学的状态评价方法能够有效指导状态检修安排。智能变电站故障诊断应包括对智能一次设备，二次电子设备以及变电站内信息通信网络和设备的故障定位，故障原因分析。本课题提出了一种针对于二次故障信息的系统诊断故障方法，建立故障诊断模型，利用知识规则库进行匹配推理。同时，为了提高智能变电站二次设备的运行寿命，科学管理二次系统及时发现可能系统隐患，增加二次系统可靠性，本文提出了一种基于模糊数学与层次分析法的二次系统状态评价方案。

1.2 国内外研究现状