中国电力 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (7): 128-136.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202409057
曹海欧1(), 胡晓丽2(
), 戴威1(
), 胡佳彤2(
), 李萍3(
), 张玥4(
)
收稿日期:
2024-09-12
发布日期:
2025-07-30
出版日期:
2025-07-28
作者简介:
基金资助:
CAO Haiou1(), HU Xiaoli2(
), DAI Wei1(
), HU Jiatong2(
), LI Ping3(
), ZHANG Yue4(
)
Received:
2024-09-12
Online:
2025-07-30
Published:
2025-07-28
Supported by:
摘要:
随着电网规模不断扩大,故障信息量数据日益庞大,传统诊断方案在面临维度灾难的同时,容错能力也面临挑战。基于此,提出多重降维下综合继电保护在线监测系统的电网故障诊断方法,首先构建考虑信息修正的电网降维诊断模型,进一步基于拓扑结构进行二次降维;然后利用改进长鼻浣熊算法(coati optimization algorithm,COA)对故障诊断模型寻优,引入继电保护在线监测系统采集进行故障辅判;最后对比不同优化算法下不同定位方法的测试结果,验证了所提方法具有良好的定位效果及收敛速度。
曹海欧, 胡晓丽, 戴威, 胡佳彤, 李萍, 张玥. 多重降维下综合继电保护在线监测系统的电网故障诊断方法[J]. 中国电力, 2025, 58(7): 128-136.
CAO Haiou, HU Xiaoli, DAI Wei, HU Jiatong, LI Ping, ZHANG Yue. A Power Grid Fault Diagnosis Method of Online Monitoring System for Relay Protection under Multiple Dimensionality Reduction[J]. Electric Power, 2025, 58(7): 128-136.
分支 | 节点和区段 | |
1 | 7、8;(6)(7)(8) | |
2 | 4、5;(3)(4)(5) | |
3 | 11;(9)(10) | |
4 | 14、15、16;(12)(13)(14)(15) | |
5 | 19、20;(16)(17)(18) | |
6 | 24、25、26;(21)(22)(23)(24) | |
7 | 29;(25)(26) |
表 1 分支内部结构
Table 1 Branch internal structure
分支 | 节点和区段 | |
1 | 7、8;(6)(7)(8) | |
2 | 4、5;(3)(4)(5) | |
3 | 11;(9)(10) | |
4 | 14、15、16;(12)(13)(14)(15) | |
5 | 19、20;(16)(17)(18) | |
6 | 24、25、26;(21)(22)(23)(24) | |
7 | 29;(25)(26) |
开关过流信息 | 畸变位置 | 文献定位 | 本文定位 | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 无 | (2) | (2) | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 10 | (2) | (2) | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,1,–1,–1,–1,–1,–1] | 15 | (2) | (2) | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, 1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 11 | (9) | (2) | |||
[1,1,1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 3、4 | (4) | (2) |
表 2 区段(2)发生故障测试结果
Table 2 Test result when segment (2) is faulty
开关过流信息 | 畸变位置 | 文献定位 | 本文定位 | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 无 | (2) | (2) | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 10 | (2) | (2) | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,1,–1,–1,–1,–1,–1] | 15 | (2) | (2) | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, 1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 11 | (9) | (2) | |||
[1,1,1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 3、4 | (4) | (2) |
开关过流信息 | 畸变位置 | 文献定位 | 本文定位 | |||
[1,1,1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 无 | (4) | (4) | |||
[1,1,1,1,–1,–1,–1,–1,1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 9 | (4) | (4) | |||
[1,1,1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 13 | (4) | (4) | |||
[1,1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 4 | (3) | (4) | |||
[1,1,1,1,1,1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 5、6 | (6) | (4) |
表 3 区段(4)发生故障测试结果
Table 3 Test result when segment (4) is faulty
开关过流信息 | 畸变位置 | 文献定位 | 本文定位 | |||
[1,1,1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 无 | (4) | (4) | |||
[1,1,1,1,–1,–1,–1,–1,1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 9 | (4) | (4) | |||
[1,1,1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 13 | (4) | (4) | |||
[1,1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 4 | (3) | (4) | |||
[1,1,1,1,1,1,–1,–1,–1,–1, –1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 5、6 | (6) | (4) |
开关过流信息 | 畸变位置 | 文献定位 | 本文定位 | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, 0,0,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 无 | (2)(11) | (2)(11) | |||
[1,1,–1,–1,1,–1,–1,–1,–1,–1, 0,0,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 5 | (2)(11) | (2)(11) | |||
[1,1,0,0,–1,–1,–1,–1,–1,–1, 0,0,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 3 | (2)(3)(11) | (2)(11) | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, 0,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 12 | (9)(10) | (2)(11) | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, 1,0,0,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 11、13 | (10)(12) | (2)(11) |
表 4 区段(2)(11)发生故障测试结果
Table 4 Test result when segment (2) (11) are faulty
开关过流信息 | 畸变位置 | 文献定位 | 本文定位 | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, 0,0,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 无 | (2)(11) | (2)(11) | |||
[1,1,–1,–1,1,–1,–1,–1,–1,–1, 0,0,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 5 | (2)(11) | (2)(11) | |||
[1,1,0,0,–1,–1,–1,–1,–1,–1, 0,0,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 3 | (2)(3)(11) | (2)(11) | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, 0,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 12 | (9)(10) | (2)(11) | |||
[1,1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1, 1,0,0,–1,–1,–1,–1,–1,–1,–1] | 11、13 | (10)(12) | (2)(11) |
故障区段 | 开关畸 变位置 | 定位结果 | ||||||
方法1 | 方法2 | 方法3 | ||||||
(2) | 无 | (2) | (2) | (2) | ||||
(4) | 4 | (4) | (4) | (3) | ||||
(2) | 9 | (2) | (2) | (9) | ||||
(10) | 11 | (10) | (11) |
表 5 故障定位结果对比
Table 5 Comparison of fault location results
故障区段 | 开关畸 变位置 | 定位结果 | ||||||
方法1 | 方法2 | 方法3 | ||||||
(2) | 无 | (2) | (2) | (2) | ||||
(4) | 4 | (4) | (4) | (3) | ||||
(2) | 9 | (2) | (2) | (9) | ||||
(10) | 11 | (10) | (11) |
故障区段 | 开关畸 变位置 | 平均迭代次数 | 未成熟收敛次数 | |||||||||||
方法1 | 方法2 | 方法3 | 方法1 | 方法2 | 方法3 | |||||||||
(2) | 无 | 12.4 | 13.2 | 41.5 | 0 | 13 | 34 | |||||||
(4) | 4 | 10.2 | 12.6 | 56.3 | 0 | 16 | 19 | |||||||
(2) | 9 | 11.6 | 12.8 | 51.2 | 0 | 35 | 24 | |||||||
(10) | 11 |
表 6 故障定位效果对比
Table 6 Comparison of fault location effects
故障区段 | 开关畸 变位置 | 平均迭代次数 | 未成熟收敛次数 | |||||||||||
方法1 | 方法2 | 方法3 | 方法1 | 方法2 | 方法3 | |||||||||
(2) | 无 | 12.4 | 13.2 | 41.5 | 0 | 13 | 34 | |||||||
(4) | 4 | 10.2 | 12.6 | 56.3 | 0 | 16 | 19 | |||||||
(2) | 9 | 11.6 | 12.8 | 51.2 | 0 | 35 | 24 | |||||||
(10) | 11 |
1 | 步雨洛, 吴俊勇, 史法顺, 等. 考虑新能源的暂态功角与电压稳定一体化评估[J]. 中国电力, 2025, 58 (6): 122- 136. |
BU Yuluo, WU Junyong, SHI Fashun, et al. Integrated assessment of transient angle stability and voltage stability considering renewable energy sources[J]. Electric Power, 2025, 58 (6): 122- 136. | |
2 | 陈祥文, 刘阳, 赵青春, 等. 基于拖尾电流识别的断路器失灵保护判据与延时优化[J]. 中国电力, 2025, 58 (6): 198- 205. |
CHEN Xiangwen, LIU Yang, ZHAO Qingchun, et al. Criterion and delay optimization of circuit breaker failure protection based on tail current recognition[J]. Electric Power, 2025, 58 (6): 198- 205. | |
3 |
蒙飞, 李江鹏, 李涛, 等. 基于语义增强的电网故障处置预案匹配方法[J]. 中国电力, 2025, 58 (4): 237- 244.
DOI |
MENG Fei, LI Jiangpeng, LI Tao, et al. Matching method for power grid fault handling plan based on semantic enhancement[J]. Electric Power, 2025, 58 (4): 237- 244.
DOI |
|
4 |
刘玉成, 杨源, 胡宇浩, 等. 基于事件树连锁故障推演和证据推理的制氢站设备风险评价[J]. 发电技术, 2024, (1): 42- 50.
DOI |
LIU Yucheng, YANG Yuan, HU Yuhao, et al. Risk assessment of hydrogen production station equipment based on event tree cascading fault deduction and evidential reasoning[J]. Power Generation Technology, 2024, (1): 42- 50.
DOI |
|
5 |
潘晓杰, 徐友平, 解治军, 等. 堆栈式集成学习驱动的电力系统暂态稳定预防控制优化方法[J]. 发电技术, 2023, 44 (6): 865- 874.
DOI |
PAN Xiaojie, XU Youping, XIE Zhijun, et al. Power system transient stability preventive control optimization method driven by stacking ensemble learning[J]. Power Generation Technology, 2023, 44 (6): 865- 874.
DOI |
|
6 | 林聪, 李湘峰, 郭芳. 直流微电网的故障电流控制器研究[J]. 南方能源建设, 2023, 10 (5): 50- 56. |
LIN Cong, LI Xiangfeng, GUO Fang. Research on fault current controller of DC microgrid[J]. Southern Energy Construction, 2023, 10 (5): 50- 56. | |
7 | 李蔚, 吴懿范, 毛静宇, 等. 基于改进随机森林算法的汽轮机振动故障诊断研究[J]. 浙江电力, 2024, 43 (9): 107- 116. |
LI Wei, WU Yifan, MAO Jingyu, et al. Research on diagnosis for vibration faults in steam turbines using IRF algorithm[J]. Zhejiang Electric Power, 2024, 43 (9): 107- 116. | |
8 |
杨琛, 牛锋杰, 韩茂林, 等. 基于改进灰狼算法优化极限学习机的光伏阵列故障诊断方法研究[J]. 发电技术, 2025, 46 (1): 72- 82.
DOI |
YANG Chen, NIU Fengjie, HAN Maolin, et al. Research on fault diagnosis method of photovoltaic arrays based on improved grey wolf algorithm optimized extreme learning machine[J]. Power Generation Technology, 2025, 46 (1): 72- 82.
DOI |
|
9 | 杨军, 何金波, 陈晨辉, 等. 基于数据驱动的低压配电网故障检测方法[J]. 内蒙古电力技术, 2023, 41 (5): 28- 34. |
YANG Jun, HE Jinbo, CHEN Chenhui, et al. Data-driven fault detection method for low voltage distribution network[J]. Inner Mongolia Electric Power, 2023, 41 (5): 28- 34. | |
10 |
冯骥, 杨国华, 史磊, 等. 基于并行融合深度残差收缩网络的有源配电网故障诊断[J]. 综合智慧能源, 2024, (6): 8- 15.
DOI |
FENG Ji, YANG Guohua, SHI Lei, et al. Research on fault diagnosis of active distribution network based on parallel fusion deep residual shrinkage network[J]. Integrated Intelligent Energy, 2024, (6): 8- 15.
DOI |
|
11 | 黎宏飞, 高宗宝, 蔡有为, 等. 大型水轮发电机定子绕组放电故障分析及基于真实线棒模型的仿真研究[J]. 电力科技与环保, 2023, 39 (3): 207- 214. |
LI Hongfei, GAO Zongbao, CAI Youwei, et al. Analysis of discharge faults in stator windings of simulated large hydroelectric generators and its application simulation research on real wire rod model[J]. Electric Power Technology and Environmental Protection, 2023, 39 (3): 207- 214. | |
12 | 祁炜雯, 张俊, 吴洋, 等. 基于改进BP-Bagging算法的光伏电站故障诊断方法[J]. 浙江电力, 2024, 43 (3): 65- 74. |
QI Weiwen, ZHANG Jun, WU Yang, et al. A fault diagnosis method for photovoltaic power plants based on an enhanced BP-Bagging algorithm[J]. Zhejiang Electric Power, 2024, 43 (3): 65- 74. | |
13 |
周明, 任建文, 李庚银, 等. 基于模糊推理的分布式电力系统故障诊断专家系统[J]. 电力系统自动化, 2001, 25 (24): 33- 36.
DOI |
ZHOU Ming, REN Jianwen, LI Gengyin, et al. Distributed power system fault diagnosisexpert system based on fuzzy inference[J]. Automation of Electric Power Systems, 2001, 25 (24): 33- 36.
DOI |
|
14 | 韦延方, 王志杰, 王鹏, 等. 基于VMD模糊熵与GG聚类的直流配电网故障检测方法[J]. 电机与控制学报, 2024, 28 (2): 129- 141. |
WEI Yanfang, WANG Zhijie, WANG Peng, et al. Fault detection method for DC distribution network based on VMD fuzzy entropy and GG clustering[J]. Electric Machines and Control, 2024, 28 (2): 129- 141. | |
15 | ZHANG X, YUE S, ZHA X B. Method of power grid fault diagnosis using intuitionistic fuzzy Petri nets[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2018, 12 (2): 295- 302. |
16 | 王鹤, 韦搏, 李石强, 等. 基于贝叶斯网络信息融合的直流配电网故障诊断方法[J]. 电力系统保护与控制, 2024, 52 (5): 61- 72. |
WANG He, WEI Bo, LI Shiqiang, et al. Fault diagnosis of a DC distribution network based on Bayesian network information fusion[J]. Power System Protection and Control, 2024, 52 (5): 61- 72. | |
17 | ZHANG X, ZHANG H T, ZHANG D Y, et al. Power grid fault diagnosis based on deep pyramid convolutional neural network[J]. CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2022, 9 (6): 2188- 2203. |
18 | ZHANG X, DING R T, WANG Z R, et al. Power grid fault diagnosis model based on the time series density distribution of warning information[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2023, 146, 108774. |
19 | ZHOU Y Y, ZHOU Q, LIU J B, et al. Rough set theory based approach for fault diagnosis rule extraction of distribution system[J]. High Voltage Engineering, 2008, 34(12). |
20 | 王宇, 徐长宝, 祝健杨, 等. 基于改进Petri网和Hilbert变换的多源信息融合电网故障诊断方法[J]. 电测与仪表, 2021, 58 (6): 125- 129. |
WANG Yu, XU Changbao, ZHU Jianyang, et al. Grid fault diagnosis method for multi-source information fusion based on improved Petri net and Hilbert transform[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2021, 58 (6): 125- 129. | |
21 | 曹祺, 肖仕武, 焦邵麟, 等. 考虑保护启动信息的电网故障诊断解析模型及告警方法[J]. 现代电力, 2024, 41 (3): 401- 411. |
CAO Qi, XIAO Shiwu, JIAO Shaolin, et al. Analytic model and alarming method of grid fault diagnosis considering protection startup information[J]. Modern Electric Power, 2024, 41 (3): 401- 411. | |
22 | 何俊涛, 车仁飞, 孟庆萌, 等. 基于广域录波数据和FCM聚类的电网故障诊断方法[J]. 电力自动化设备, 2019, 39 (6): 179- 184. |
HE Juntao, CHE Renfei, MENG Qingmeng, et al. Fault diagnosis method of power grid based on wide-area recorder data and fuzzy C-means clustering[J]. Electric Power Automation Equipment, 2019, 39 (6): 179- 184. | |
23 | 张春梅, 许兴雀, 刘思麟. 基于多源数据融合的配电网故障诊断技术[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58 (5): 739- 746. |
ZHANG Chunmei, XU Xingque, LIU Silin. Distribution network fault diagnosis technology based on multi-source data fusion[J]. Journal of Shanghai Jiao Tong University, 2024, 58 (5): 739- 746. | |
24 | 孔培, 刘建锋, 周健, 等. 基于整数线性规划的配电网故障定位容错算法[J]. 电力系统保护与控制, 2020, 48 (24): 27- 35. |
KONG Pei, LIU Jianfeng, ZHOU Jian, et al. Fault-tolerant algorithm for fault location in distribution network based on integer linear programming[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48 (24): 27- 35. | |
25 |
王大志, 江雪晨, 宁一, 等. 一种改进的电网故障诊断解析模型[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2016, 37 (8): 1065- 1069.
DOI |
WANG Dazhi, JIANG Xuechen, NING Yi, et al. An improved analytical model for fault diagnosis of power systems[J]. Journal of Northeastern University (Natural Science), 2016, 37 (8): 1065- 1069.
DOI |
[1] | 张惠山. 基于有效数据辨识及多维信息融合的高压CVT故障诊断方法[J]. 中国电力, 2025, 58(5): 158-165. |
[2] | 叶煜明, 钱琪琪, 万正东, 张继钢. 基于嵌入法与集成学习的线路工程造价预测[J]. 中国电力, 2024, 57(5): 251-260. |
[3] | 刘贺千, 张健, 张海月, 杨洪达, 陈世玉, 申昱博, 王磊. 基于高频阻抗谱的干式空心电抗器匝间短路故障诊断方法[J]. 中国电力, 2024, 57(10): 218-224. |
[4] | 杨晓峰, 方逸航, 赵鹏臻, 王承民, 谢宁. 基于K-means和BPNN的风机状态识别[J]. 中国电力, 2023, 56(6): 158-166,175. |
[5] | 黎燕, 程馨, 黄祖梁, 杨琢. 高可靠性三相多功能并网变换器研究[J]. 中国电力, 2023, 56(5): 172-181. |
[6] | 李刚, 孟坤, 贺帅, 刘云鹏, 杨宁. 考虑特征耦合的Bi-LSTM变压器故障诊断方法[J]. 中国电力, 2023, 56(3): 100-108,117. |
[7] | 韩伟, 段文岩, 杜兴伟, 姚峰, 马伟东, 刘磊. 基于数字孪生的在运安控系统故障诊断方法[J]. 中国电力, 2023, 56(11): 121-127. |
[8] | 马海飞, 滕伟, 彭迪康, 柳亦兵, 靳涛. 基于DRS与改进Autogram的风电齿轮箱复合故障特征提取[J]. 中国电力, 2023, 56(10): 71-79. |
[9] | 王爽, 罗倩, 唐波, 姜岚, 李锦. 考虑样本类内不平衡的CHPOA-DBN变压器故障诊断方法[J]. 中国电力, 2023, 56(10): 133-144. |
[10] | 张宏杰, 陈贵凤, 闫宏伟, 杨晓龙, 侯天仁, 张伟. 基于SMOTE与Bayes优化的LSTM网络变压器故障诊断[J]. 中国电力, 2023, 56(10): 164-170. |
[11] | 陈铁, 冷昊伟, 李咸善, 陈一夫. 基于油中气体分析与类重叠特征的变压器分层故障诊断模型[J]. 中国电力, 2022, 55(7): 22-32,41. |
[12] | 李天辉, 庞先海, 范辉, 甄利, 顾朝敏, 董驰. 基于IEMD和GA-WNN的断路器分合闸线圈故障诊断方法[J]. 中国电力, 2022, 55(5): 111-121. |
[13] | 郝玲玲, 朱永利, 王永正. 基于DCAE-KSSELM的变压器故障诊断方法[J]. 中国电力, 2022, 55(2): 125-130. |
[14] | 余斌, 宋兴荣, 周挺, 罗林波, 李辉, 车亮. 基于梅尔倒谱系数特征集的储能变流器开路故障诊断方法[J]. 中国电力, 2022, 55(12): 34-42. |
[15] | 李福志, 郑卫宾, 张文海, 张智勇, 林德锋, 张旭波, 张荣建. 基于回路直流电阻测量的输电线路单相接地故障离线故障定位[J]. 中国电力, 2021, 54(2): 140-146. |
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