[发明专利]牵引供电系统智能故障诊断方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种故障诊断方法及其系统，特别涉及一种电力系统的智能故障诊断方法及其系统。

背景技术

对于电力系统的故障诊断，目前国内外常用的方法是采用专家系统来开发电网的智能故障诊断系统，此类诊断系统故障判断的依据主要来自于断路器位置信息和保护继电器的动作信息；然而保护继电器和断路器本身会发生拒动或误动的情况，同时这些开关量信号在传输和采集过程中常常出错甚至丢失，上述情况都会导致专家系统出现故障推理失误、误解等情况，从而不能及时准确地对电力系统进行故障判断及排除；此外，由于专家系统本身存在的缺陷，如：单纯依赖专家经验、不能发现未知故障等，因此导致采用专家系统开发出智能故障诊断系统的可移植性差、诊断结果可靠性不高。

而基于模型的故障诊断方法能够很好的解决上述缺陷，其具有能发现未知故障和避免对专家经验的依赖等优点。基于模型故障诊断方法是对单个元件建立模型，通过建立系统结构模型将单个元件模型连接为整体，一旦被诊断系统更换元件或者添加元件，只需要更改元件模型的参数或者增加新添元件的模型和更改元件结构模型即可，修改工程量小，成本低。基于模型故障诊断有两个主要的研究方法：一致性诊断和溯因诊断方法：一致性诊断方法是Reiter于1987年总结前期研究者和自己研究成果提出，该方法要求对所要诊断的系统建立元件正常模型和系统结构模型，并根据系统的描述和观测值之间的差异进行推理，获得最小冲突集，从而通过最小冲突集来产生最小诊断集，当所有最小冲突集为正的情况下，被诊断系统的最小诊断集是最小冲突的质蕴涵，由于系统知识的不完备性，由一致性诊断方法诊断产生诊断的解空间具有冗余性。溯因诊断方法是1989年由Poole D提出的，该方法从系统故障症状出发，对元件行为模型进行指定，选择可以解释系统观测值的指定作为诊断；但当系统模型不完备或模型不可靠时，溯因诊断往往无法获得满意解。

虽然基于模型的故障诊断方法避免了对专家经验的依赖且具有能发现未知故障等优点，然而目前尚未将该诊断方法应用到牵引供电系统智能故障诊断领域的成功案例，其原因是：一方面，由于牵引供电系统属于高压、大型电力系统，其具有动态不确定性的特点，供电系统在运行过程中存在许多干扰因素使得系统的测量数据存在大量噪音数据，同时其测量数据还具有分散性和不精确性，以上特点不仅造成诊断推理中因果的复杂性，而且还会影响诊断的结果；另一方面是：牵引供电系统并不是静态的，期间不定期的会有更复杂的系统——电力机车通过，一些牵引供电系统时而会投入串联补偿装置，时而又不投入串联补偿装置等等情况都造成了牵引供电系统的结构动态性，而基于模型的故障诊断方法一般只针对结构固定、确定性的系统。因此，如何对系统结构和系统元件行为进行描述，如何克服一些元件难以建立精确模型的困难，如何建立不确定性推理机制，如何利用基于模型故障的诊断方法及时、准确产生故障元件和故障原因，以克服候选解空间大和计算复杂性的缺陷等等均是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种适用于牵引供电系统、及时准确发现故障元件和故障原因、克服计算复杂性的基于模型智能故障诊断方法，以实现对牵引供电系统的实时监测和故障诊断。

为实现上述目的，本发明提供的牵引供电系统智能故障诊断方法是：首先建立被诊断系统的系统描述库，然后实时采集诊断所需的观测值并对数据进行预处理，根据系统元件行为描述库和采集的观测值获得系统预测值之后，将所述系统的预测值与所述观测值进行一致性模糊检验以判断差异，若不一致时对系统进行分层一致性诊断以产生故障候选集合，再选择故障行为模型进行溯因诊断以确定故障原因和故障位置，从而预测继电保护动作及断路器动作，通过比较预测动作结果与实际动作的一致性，得出故障原因和结果并报警输出。

由以上方案可见，本发明的诊断方法实现了对结构动态、不确定性系统模型表示，能够对牵引供电系统进行在线监测和实时诊断；一旦发生故障，通过该方法能够及时、准确产生故障元件和故障原因，并对继电保护和断路器动作进行评价，还能发现未知故障，克服基于模型故障诊断方法的计算复杂性，减小了诊断的解空间；由于该诊断方法中采用了一致性检验、分层一致性诊断及溯因诊断等的方法，因此能大大减轻牵引变电所工作人员的劳动强度、提高工作效率，还能有效避免对经验丰富工作人员的依赖，提高故障查找的自动化和智能化水平。

本发明的另一目的是提供一种采用上述方法对牵引供电系统进行检测和故障诊断的系统。