中国电力 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (9): 68-78.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202502061
• 提升新能源和新型并网主体涉网安全能力关键技术 • 上一篇 下一篇
陶军1(
), 钟鸣1(
), 张艺2(
), 刘锋1, 武玉珠1(
), 夏振兴3(
)
收稿日期:2025-02-26
发布日期:2025-09-26
出版日期:2025-09-28
作者简介:基金资助:
TAO Jun1(
), ZHONG Ming1(
), ZHANG Yi2(
), LIU Feng1, WU Yuzhu1(
), XIA Zhenxing3(
)
Received:2025-02-26
Online:2025-09-26
Published:2025-09-28
Supported by:摘要:
现有智能变电站二次系统故障定位方法依赖于特定类型的故障特征量,缺乏对多种故障类型综合处理的能力,在面临电力网络动态变化时,无法快速对方案进行修正。针对该挑战,提出了一种基于网络流算法和深度神经网络(deep neural network,DNN)的故障定位方法。采用新的故障类型分类方法,重新定义简单故障、伪复杂故障和复杂故障。构建故障特征编码与矩阵关系模型,并引入网络流算法,解决复杂故障定位中的链路故障与节点故障定位模糊的问题。将网络流算法与深度神经网络模型深度融合,实现对智能变电站二次系统故障的精准定位。通过仿真算例比较发现,所提方法不仅能够提高复杂故障识别的准确性,缩短故障定位时间,而且可以有效应对电力系统动态变化,提升了故障定位能力。
陶军, 钟鸣, 张艺, 刘锋, 武玉珠, 夏振兴. 基于网络流算法和深度神经网络的智能变电站二次系统故障定位方法[J]. 中国电力, 2025, 58(9): 68-78.
TAO Jun, ZHONG Ming, ZHANG Yi, LIU Feng, WU Yuzhu, XIA Zhenxing. Fault Location Method for Secondary System of Smart Substations Based on Network Flow Algorithm and Deep Neural Network[J]. Electric Power, 2025, 58(9): 68-78.
| 故障类型数 | 无故障 | 简单故障 | 复杂故障 | |||
| 0 | √ | × | × | |||
| 1 | × | √ | × | |||
| 2 | × | × | √ | |||
| 3 | × | × | √ | |||
| 4 | × | × | √ |
表 1 已有故障分类标准
Table 1 Existing fault classification standards
| 故障类型数 | 无故障 | 简单故障 | 复杂故障 | |||
| 0 | √ | × | × | |||
| 1 | × | √ | × | |||
| 2 | × | × | √ | |||
| 3 | × | × | √ | |||
| 4 | × | × | √ |
| 故障类型数 | 特定故障信息 | 简单复杂类型 | ||
| 0 | 无故障 | |||
| 1 | 有 | 简单故障 | ||
| 无 | 复杂故障 | |||
| 2 | 有 | 伪复杂故障 | ||
| 无 | 复杂故障 | |||
| 3 | 有 | 伪复杂故障 | ||
| 无 | 复杂故障 | |||
| 4 | 有 | 伪复杂故障 | ||
| 无 | 复杂故障 |
表 2 故障复杂度分类标准
Table 2 Fault complexity classification standards
| 故障类型数 | 特定故障信息 | 简单复杂类型 | ||
| 0 | 无故障 | |||
| 1 | 有 | 简单故障 | ||
| 无 | 复杂故障 | |||
| 2 | 有 | 伪复杂故障 | ||
| 无 | 复杂故障 | |||
| 3 | 有 | 伪复杂故障 | ||
| 无 | 复杂故障 | |||
| 4 | 有 | 伪复杂故障 | ||
| 无 | 复杂故障 |
| 编号 | 故障名称 | 故障特征信息 | ||
| 0 | 无故障 | 无故障 | ||
| 1 | 合并单元电源模块 故障 | 合并单元电源失电报警 | ||
| 2 | 合并单元GOOSE_A网网络风暴 | 合并单元GOOSE_A网网络风暴 | ||
| 3 | 合并单元I/O插件故障 | 保护SV/GOOSE总告警,保护SV/ GOOSE中断,保护闭锁,重合闸闭锁等 | ||
| 4 | 智能终端内存校验 出错 | 智能终端内存校验出错 | ||
| 5 | 智能终端BO1_ GOOSE_A网网络风暴 | 智能终端BO1_GOOSE_A网网络风暴 | ||
| 6 | 智能终端I/O插件故障 | 智能终端/保护GOOSE通信中断,智能终端/保护GOOSE总告警等 | ||
| 7 | 保护装置对时异常 | 保护装置对时异常 | ||
| 8 | 保护I/O插件故障 | 保护SV/GOOSE总告警,保护SV/GOOSE中断,保护闭锁,重合闸闭锁等 | ||
| 9 | 合并单元到保护装置链路故障 | 合并单元/保护SV/GOOSE总告警,合并单元/保护SV/GOOSE中断等 | ||
| 10 | 合并单元到SV网链路故障 | 合并单元SV/GOOSE总告警,合并单元SV/GOOSE中断等 |
表 3 典型故障类型及其特征信息
Table 3 Typical fault types and their characteristic information
| 编号 | 故障名称 | 故障特征信息 | ||
| 0 | 无故障 | 无故障 | ||
| 1 | 合并单元电源模块 故障 | 合并单元电源失电报警 | ||
| 2 | 合并单元GOOSE_A网网络风暴 | 合并单元GOOSE_A网网络风暴 | ||
| 3 | 合并单元I/O插件故障 | 保护SV/GOOSE总告警,保护SV/ GOOSE中断,保护闭锁,重合闸闭锁等 | ||
| 4 | 智能终端内存校验 出错 | 智能终端内存校验出错 | ||
| 5 | 智能终端BO1_ GOOSE_A网网络风暴 | 智能终端BO1_GOOSE_A网网络风暴 | ||
| 6 | 智能终端I/O插件故障 | 智能终端/保护GOOSE通信中断,智能终端/保护GOOSE总告警等 | ||
| 7 | 保护装置对时异常 | 保护装置对时异常 | ||
| 8 | 保护I/O插件故障 | 保护SV/GOOSE总告警,保护SV/GOOSE中断,保护闭锁,重合闸闭锁等 | ||
| 9 | 合并单元到保护装置链路故障 | 合并单元/保护SV/GOOSE总告警,合并单元/保护SV/GOOSE中断等 | ||
| 10 | 合并单元到SV网链路故障 | 合并单元SV/GOOSE总告警,合并单元SV/GOOSE中断等 |
| 编号 | 故障名称 | 故障复杂度 | 二进制编码 | |||
| 0 | 无故障 | 无 | 00 0000 0000000 0000 | |||
| 1 | 合并单元电源模块故障 | 简单故障 | 01 | |||
| 2 | 合并单元GOOSE_A网网络风暴 | 伪复杂故障 | 10 | |||
| 3 | 合并单元I/O插件故障(合并单元到保护装置) | 复杂故障 | 11 | |||
| 4 | 智能终端内存校验出错 | 简单故障 | 01 0100 0101001 0100 | |||
| 5 | 智能终端BO1_GOOSE_A网网络风暴 | 伪复杂故障 | 10 0101 0101001 0101 | |||
| 6 | 智能终端I/O插件故障(智能终端到保护装置) | 复杂故障 | 11 0111 0101001 0110 | |||
| 7 | 保护装置对时异常 | 简单故障 | 01 0010 0100011 0111 | |||
| 8 | 保护I/O插件故障(智能终端到交换机) | 复杂故障 | 11 0011 0100011 | |||
| 9 | 合并单元到保护装置链路故障 | 复杂故障 | 11 | |||
| 10 | 合并单元到SV网链路故障 | 复杂故障 | 11 |
表 4 故障复杂度及其编码
Table 4 Fault complexity and its coding
| 编号 | 故障名称 | 故障复杂度 | 二进制编码 | |||
| 0 | 无故障 | 无 | 00 0000 0000000 0000 | |||
| 1 | 合并单元电源模块故障 | 简单故障 | 01 | |||
| 2 | 合并单元GOOSE_A网网络风暴 | 伪复杂故障 | 10 | |||
| 3 | 合并单元I/O插件故障(合并单元到保护装置) | 复杂故障 | 11 | |||
| 4 | 智能终端内存校验出错 | 简单故障 | 01 0100 0101001 0100 | |||
| 5 | 智能终端BO1_GOOSE_A网网络风暴 | 伪复杂故障 | 10 0101 0101001 0101 | |||
| 6 | 智能终端I/O插件故障(智能终端到保护装置) | 复杂故障 | 11 0111 0101001 0110 | |||
| 7 | 保护装置对时异常 | 简单故障 | 01 0010 0100011 0111 | |||
| 8 | 保护I/O插件故障(智能终端到交换机) | 复杂故障 | 11 0011 0100011 | |||
| 9 | 合并单元到保护装置链路故障 | 复杂故障 | 11 | |||
| 10 | 合并单元到SV网链路故障 | 复杂故障 | 11 |
| 故障特征信息名称 | 所在矩阵列数 | |
| 合并单元电源失电报警 | 1 | |
| 合并单元GOOSE_A网网络风暴 | 2 | |
| 智能终端内存校验出错 | 3 | |
| 智能终端BO1_GOOSE_A网网络风暴 | 4 | |
| 保护装置对时异常 | 5 |
表 5 装置故障特征信息矩阵列向量
Table 5 Equipment fault characteristic information matrix column vector
| 故障特征信息名称 | 所在矩阵列数 | |
| 合并单元电源失电报警 | 1 | |
| 合并单元GOOSE_A网网络风暴 | 2 | |
| 智能终端内存校验出错 | 3 | |
| 智能终端BO1_GOOSE_A网网络风暴 | 4 | |
| 保护装置对时异常 | 5 |
| 故障特征信息名称 | 所在矩阵列数 | |
| 合并单元SV中断 | 6 | |
| 合并单元GOOSE中断 | 7 | |
| 合并单元SV总告警 | 8 | |
| 合并单元GOOSE总告警 | 9 | |
| 智能终端SV中断 | 10 | |
| 智能终端GOOSE中断 | 11 | |
| 智能终端SV总告警 | 12 | |
| 智能终端GOOSE总告警 | 13 | |
| 保护装置SV中断 | 14 | |
| 保护装置GOOSE中断 | 15 | |
| 保护装置SV总告警 | 16 | |
| 保护装置GOOSE总告警 | 17 | |
| 保护闭锁 | 18 | |
| 重合闸闭锁 | 19 |
表 6 链路故障特征信息矩阵列向量
Table 6 Link fault characteristic information matrix vector
| 故障特征信息名称 | 所在矩阵列数 | |
| 合并单元SV中断 | 6 | |
| 合并单元GOOSE中断 | 7 | |
| 合并单元SV总告警 | 8 | |
| 合并单元GOOSE总告警 | 9 | |
| 智能终端SV中断 | 10 | |
| 智能终端GOOSE中断 | 11 | |
| 智能终端SV总告警 | 12 | |
| 智能终端GOOSE总告警 | 13 | |
| 保护装置SV中断 | 14 | |
| 保护装置GOOSE中断 | 15 | |
| 保护装置SV总告警 | 16 | |
| 保护装置GOOSE总告警 | 17 | |
| 保护闭锁 | 18 | |
| 重合闸闭锁 | 19 |
| 模拟故障名称(位置) | 输出故障编码 | 判别结果 | ||
| 无故障 | 00 0000 0000000 0000 | 正确 | ||
| 合并单元模块故障(15号) | 01 | 正确 | ||
| 合并单元模块故障(17号) | 01 | 正确 | ||
| 合并单元GOOSE_A网网络 风暴(15号) | 10 | 正确 | ||
| 合并单元I/O插件故障(15号合并 单元到3号保护装置) | 11 | 正确 | ||
| 智能终端内存校验出错(16号) | 01 0100 0110000 0100 | 正确 | ||
| 智能终端BO1_GOOSE_A网 网络风暴(16号) | 10 0101 0110000 0101 | 正确 | ||
| 智能终端I/O插件故障(16号智能 终端到3号保护装置) | 11 0111 0110000 0110 | 正确 | ||
| 保护装置对时异常(3号) | 01 0010 0100011 0111 | 正确 | ||
| 保护I/O插件故障(3号保护装置 到2号交换机) | 11 0011 0100011 | 正确 | ||
| 合并单元到保护装置链路故障(15号合并单元到3号保护装置的17号链路) | 11 | 正确 | ||
| 合并单元到SV网链路故障(15号合并单元到10号SV网的18号链路) | 11 | 正确 |
表 7 部分模拟故障判别结果
Table 7 Partial simulated fault discrimination results
| 模拟故障名称(位置) | 输出故障编码 | 判别结果 | ||
| 无故障 | 00 0000 0000000 0000 | 正确 | ||
| 合并单元模块故障(15号) | 01 | 正确 | ||
| 合并单元模块故障(17号) | 01 | 正确 | ||
| 合并单元GOOSE_A网网络 风暴(15号) | 10 | 正确 | ||
| 合并单元I/O插件故障(15号合并 单元到3号保护装置) | 11 | 正确 | ||
| 智能终端内存校验出错(16号) | 01 0100 0110000 0100 | 正确 | ||
| 智能终端BO1_GOOSE_A网 网络风暴(16号) | 10 0101 0110000 0101 | 正确 | ||
| 智能终端I/O插件故障(16号智能 终端到3号保护装置) | 11 0111 0110000 0110 | 正确 | ||
| 保护装置对时异常(3号) | 01 0010 0100011 0111 | 正确 | ||
| 保护I/O插件故障(3号保护装置 到2号交换机) | 11 0011 0100011 | 正确 | ||
| 合并单元到保护装置链路故障(15号合并单元到3号保护装置的17号链路) | 11 | 正确 | ||
| 合并单元到SV网链路故障(15号合并单元到10号SV网的18号链路) | 11 | 正确 |
| 样本 | 网络流准 确率/% | 网络流 用时/s | 粒子群寻优 准确率/% | 粒子群寻优 用时/s | ||||
| 99.2 | 182 | 98.6 | 231 | |||||
| 97.5 | 222 | 96.9 | 259 | |||||
| 96.1 | 282 | 94.8 | 337 | |||||
| 97.3 | 321 | 95.6 | 382 |
表 8 不同模型故障定位准确率及用时
Table 8 Fault localization accuracy and time consumption of different models
| 样本 | 网络流准 确率/% | 网络流 用时/s | 粒子群寻优 准确率/% | 粒子群寻优 用时/s | ||||
| 99.2 | 182 | 98.6 | 231 | |||||
| 97.5 | 222 | 96.9 | 259 | |||||
| 96.1 | 282 | 94.8 | 337 | |||||
| 97.3 | 321 | 95.6 | 382 |
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