CN109818335A - 一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统及方法，异常事件诊断系统包括：人机接口模块：获取SCD和SPCD文件并解析得到保护系统RBD图，RBD图包括保护系统中的基本元件；事件构建模块：构建保护系统RBD图中基本元件的异常事件缺陷等级评估规则；网络通信模块：获取保护系统的实时报文信息；状态评估模块：将实时报文信息与保护系统RBD图匹配，构成异常事件数据集；缺陷诊断模块：建立基于故障树分析方法的异常事件模型，根据异常事件数据集和异常事件缺陷等级评估规则对两层异常事件模型进行逐层诊断评估，确定保护系统缺陷等级。与现有技术相比，本发明实现异常事件自动诊断，有助于提高电力系统供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种保护系统异常事件诊断系统及方法，尤其是涉及一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统及方法。
背景技术
智能变电站基于IEC61850体系，采用SCD系统配置工具描述智能变电站二次系统，保护系统涵盖合并单元、智能终端、保护装置及过程层交换机等，通过SV、GOOSE、MMS报文送出保护系统实时运行状态。因此，智能变电站如何有效辨识保护系统的异常事件，为保护系统的状态检修提供决策依据，显得十分必要。现阶段对于智能变电站保护系统的异常事件的辨识主要依靠人工，耗时长，效率低。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种保护系统异常事件诊断系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统，异常事件诊断系统包括：
人机接口模块：获取SCD和SPCD文件并解析得到保护系统RBD图，所述的RBD图包括保护系统中的基本元件；
事件构建模块：构建保护系统RBD图中基本元件的异常事件缺陷等级评估规则；
网络通信模块：获取保护系统的实时报文信息；
状态评估模块：将实时报文信息与保护系统RBD图匹配，建立实时报文信息所给出的异常事件与基本元件的对应关系，构成异常事件数据集；
缺陷诊断模块：建立基于故障树分析方法的两层异常事件模型，根据异常事件数据集和事件构建模块中确定的异常事件缺陷等级评估规则对两层异常事件模型进行逐层诊断评估，确定保护系统缺陷等级。
所述的网络通信模块连接SV交换机、GOOSE交换机和MMS交换机，所述的实时报文信息包括SV实时报文、GOOSE实时报文和MMS实时报文。
所述的两层异常事件模型第一层为保护系统环节异常事件层，第二层为基本元件异常事件层，所述的保护系统环节异常事件层包括多个保护系统环节异常事件，每个保护系统环节异常事件下包括多个基本元件异常事件，所有基本元件异常事件构成所述的基本元件异常事件层。
所述的保护系统环节异常事件层包括3个保护系统环节异常事件，分别为：交流输入环节异常事件、IED装置环节异常事件和数据通信环节异常事件。
所述的交流输入环节异常事件下的基本元件异常事件包括：SV链路异常告警、采用同源比对评估的偏差越限异常、保护装置的电流差越限异常、保护装置的电压输入异常。
所述的IED装置环节异常事件下的基本元件异常事件包括：合并单元异常、保护装置异常、智能终端异常、交换机异常。
所述的数据通信环节异常事件下的基本元件异常事件包括：保护系统直联或网联光缆异常、GOOSE链路异常、保护发送光强异常。
一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断方法，该方法包括如下步骤：
(1)获取SCD和SPCD文件，解析得到保护系统RBD图，所述的RBD图包括保护系统中的基本元件；
(2)构建保护系统RBD图中基本元件的异常事件缺陷等级评估规则；
(3)获取保护系统的实时报文信息，所述的实时报文信息包括SV实时报文、GOOSE实时报文和MMS实时报文；
(4)将实时报文信息与保护系统RBD图匹配，建立实时报文信息所给出的异常事件与基本元件的对应关系，构成异常事件数据集；
(5)构建保护系统两层异常事件模型，第一层为保护系统环节异常事件层，第二层为基本元件异常事件层；
(6)根据异常事件数据集和事件构建模块中确定的异常事件缺陷等级评估规则对两层异常事件模型进行逐层诊断评估，确定保护系统缺陷等级。
步骤(5)中保护系统环节异常事件层包括多个保护系统环节异常事件，每个保护系统环节异常事件下包括多个基本元件异常事件，所有基本元件异常事件构成所述的基本元件异常事件层。
步骤(6)具体为：首先，对基本元件异常事件层中的每个基本元件异常事件进行评估：将异常事件数据集与基本元件异常事件对照，确定是否存在基本元件异常事件，若存在确定基本元件异常事件的缺陷等级；
其次，对保护系统环节异常事件层中的每个保护系统环节异常事件进行评估：将待评估的保护系统环节异常事件下所对应的基本元件异常事件中缺陷等级最高的缺陷等级作为待评估的保护系统环节异常事件的缺陷等级；
最后，确定保护系统缺陷等级：将所有保护系统环节异常事件中缺陷等级最高的缺陷等级作为保护系统缺陷等级；
所述的缺陷等级高低与缺陷严重程度成正比。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明基于故障树分析方法的两层异常事件模型，根据实时报文信息确定异常事件数据集，同时将异常事件数据集中的异常事件与两层异常事件模型进行比对并评估，确定保护系统缺陷等级，改变了智能站保护系统缺陷界定需要人工综合分析大量分散信息的模式，实现保护系统缺陷自动诊断，为智能变电站保护系统的状态检修提供了技术基础，有助于提高电力系统供电的可靠性；
(2)本发明建立了两层异常事件模型，从底层的基本元件异常事件到上层的保护系统环节异常事件，清晰明了，更利于保护系统异常事件的快速可靠诊断。
附图说明
图1为本发明基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统的结构框图；
图2为本发明两层异常事件模型的结构示意图；
图3为本发明基于故障树分析的保护系统异常事件诊断方法的流程框图。
图中，1为人机接口模块，2为事件构建模块，3为网络通信模块，4为状态评估模块，5为缺陷诊断模块，6为SV交换机，7为GOOSE交换机，8为MMS交换机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统，保护系统是指：以一次设备(线路、变压器、母线等)为保护对象，用于在被保护的一次设备发生故障时隔离故障点的控制系统，保护系统异常事件诊断系统包括人机接口模块1、事件构建模块2、网络通信模块3、状态评估模块4和缺陷诊断模块5。
具体地：
(A)人机接口模块1：获取SCD和SPCD文件并解析得到保护系统RBD图(保护系统可靠性框图)，RBD图包括保护系统中的基本元件；其中，保护系统RBD图是指：用面向结构的分析方法描述保护系统中各单元的物理联接和功能逻辑关系图，构建以物理设备为对象的保护系统工作原理图，如“合并单元+联接光缆+保护装置+联接光缆+过程层交换机+联接光缆+智能终端”等；基本元件包括：构成保护系统逻辑功能关系的独立物理形态设备，如合并单元、保护装置、过程层交换机、智能终端，联接光缆等。
(B)事件构建模块2：构建保护系统RBD图中基本元件的异常事件缺陷等级评估规则，该模块依据国网(调4)527-2014“国家电网公司继电保护设备缺陷管理办法”，对于基本元件的异常事件内容进行缺陷等级定义，进而形成异常事件缺陷等级评估规则。缺陷定义原则是指：①一般缺陷，保护系统有异常现象，但不影响保护功能实现，如保护对时异常，模拟量越限；②严重缺陷，部分保护功能受影响，但保护还能继续运行，如纵联保护通道告警等；③危急缺陷，保护无法正常运行，需要马上停役，如CPU异常告警等。
(C)网络通信模块3：网络通信模块3连接SV交换机6、GOOSE交换机7和MMS交换机8，网络通信模块3获取保护系统的实时报文信息，实时报文信息包括基于IEC61850标准的保护系统所发出的反映保护运行状态的SV实时报文、GOOSE实时报文和MMS实时报文，如报文中断、装置硬件异常告警、软件告警等。SV实时报文是指：描述电流、电压模拟量的报文；GOOSE实时报文是指：描述IED之间的联闭锁、跳闸控制命令，反映信号时序特征的报文；MMS实时报文是指：采取发布-订阅机制，描述告警、动作事件等的报文。
(D)状态评估模块4：将实时报文信息与保护系统RBD图匹配，建立实时报文信息所给出的异常事件与基本元件的对应关系，构成异常事件数据集。
(E)缺陷诊断模块5：建立基于故障树分析方法的两层异常事件模型，根据异常事件数据集和事件构建模块2中确定的异常事件缺陷等级评估规则对两层异常事件模型进行逐层诊断评估，确定保护系统缺陷等级。
两层异常事件模型第一层为保护系统环节异常事件层，第二层为基本元件异常事件层，保护系统环节异常事件层包括多个保护系统环节异常事件，每个保护系统环节异常事件下包括多个基本元件异常事件，所有基本元件异常事件构成基本元件异常事件层。两层异常事件模型如图2所示。
保护系统环节异常事件层包括3个保护系统环节异常事件，分别为(1)交流输入环节异常事件，指保护系统的交流输入，涵盖SV链路等；(2)IED装置环节异常事件，指具有独立输出告警信号的智能电子设备，如合并单元、保护装置、智能终端、过程层交换机所送出的异常告警事件，及保护装置送出温度、电源电压越限事件等；(3)数据通信环节异常事件，指表征保护系统控制回路的直连、网联光缆通断、GOOSE链路送出的异常事件，及保护装置光强越限事件等；依据故障树分析方法，保护系统异常事件由两层事件模型构成。
具体地，交流输入环节异常事件下的基本元件异常事件包括：(1)SV链路异常告警；(2)采用同源比对评估的偏差越限异常，如线路保护与母线保护，通过保护装置的遥测量比对，一般这个偏差值由人工设定；(3)保护装置的电流差越限异常，一般值由人工设定；(4)保护装置的电压输入异常。
IED装置环节异常事件下的基本元件异常事件包括：合并单元异常、保护装置异常、智能终端异常、交换机异常。
数据通信环节异常事件下的基本元件异常事件包括：保护系统直联或网联光缆异常、GOOSE链路异常、保护发送光强异常等。
如图3所示，一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断方法，该方法包括如下步骤：
(1)获取SCD和SPCD文件，解析得到保护系统RBD图，RBD图包括保护系统中的基本元件；
(2)构建保护系统RBD图中基本元件的异常事件缺陷等级评估规则；
(3)获取保护系统的实时报文信息，实时报文信息包括SV实时报文、GOOSE实时报文和MMS实时报文；
(4)将实时报文信息与保护系统RBD图匹配，建立实时报文信息所给出的异常事件与基本元件的对应关系，构成异常事件数据集；
(5)构建保护系统两层异常事件模型，第一层为保护系统环节异常事件层，第二层为基本元件异常事件层；
(6)根据异常事件数据集和事件构建模块2中确定的异常事件缺陷等级评估规则对两层异常事件模型进行逐层诊断评估，确定保护系统缺陷等级。
步骤(5)中保护系统环节异常事件层包括多个保护系统环节异常事件，每个保护系统环节异常事件下包括多个基本元件异常事件，所有基本元件异常事件构成基本元件异常事件层。
步骤(6)具体为：首先，对基本元件异常事件层中的每个基本元件异常事件进行评估：将异常事件数据集与基本元件异常事件对照，确定是否存在基本元件异常事件，若存在确定基本元件异常事件的缺陷等级；
其次，对保护系统环节异常事件层中的每个保护系统环节异常事件进行评估：将待评估的保护系统环节异常事件下所对应的基本元件异常事件中缺陷等级最高的缺陷等级作为待评估的保护系统环节异常事件的缺陷等级；
最后，确定保护系统缺陷等级：将所有保护系统环节异常事件中缺陷等级最高的缺陷等级作为保护系统缺陷等级；
缺陷等级高低与缺陷严重程度成正比。
Claims (10)
1.一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统，其特征在于，异常事件诊断系统包括：
人机接口模块(1)：获取SCD和SPCD文件并解析得到保护系统RBD图，所述的RBD图包括保护系统中的基本元件；
事件构建模块(2)：构建保护系统RBD图中基本元件的异常事件缺陷等级评估规则；
网络通信模块(3)：获取保护系统的实时报文信息；
状态评估模块(4)：将实时报文信息与保护系统RBD图匹配，建立实时报文信息所给出的异常事件与基本元件的对应关系，构成异常事件数据集；
缺陷诊断模块(5)：建立基于故障树分析方法的两层异常事件模型，根据异常事件数据集和事件构建模块(2)中确定的异常事件缺陷等级评估规则对两层异常事件模型进行逐层诊断评估，确定保护系统缺陷等级。
2.根据权利要求1所述的一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统，其特征在于，所述的网络通信模块(3)连接SV交换机(6)、GOOSE交换机(7)和MMS交换机(8)，所述的实时报文信息包括SV实时报文、GOOSE实时报文和MMS实时报文。
3.根据权利要求1所述的一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统，其特征在于，所述的两层异常事件模型第一层为保护系统环节异常事件层，第二层为基本元件异常事件层，所述的保护系统环节异常事件层包括多个保护系统环节异常事件，每个保护系统环节异常事件下包括多个基本元件异常事件，所有基本元件异常事件构成所述的基本元件异常事件层。
4.根据权利要求3所述的一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统，其特征在于，所述的保护系统环节异常事件层包括3个保护系统环节异常事件，分别为：交流输入环节异常事件、IED装置环节异常事件和数据通信环节异常事件。
5.根据权利要求4所述的一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统，其特征在于，所述的交流输入环节异常事件下的基本元件异常事件包括：SV链路异常告警、采用同源比对评估的偏差越限异常、保护装置的电流差越限异常、保护装置的电压输入异常。
6.根据权利要求4所述的一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统，其特征在于，所述的IED装置环节异常事件下的基本元件异常事件包括：合并单元异常、保护装置异常、智能终端异常、交换机异常。
7.根据权利要求4所述的一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断系统，其特征在于，所述的数据通信环节异常事件下的基本元件异常事件包括：保护系统直联或网联光缆异常、GOOSE链路异常、保护发送光强异常。
8.一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)获取SCD和SPCD文件，解析得到保护系统RBD图，所述的RBD图包括保护系统中的基本元件；
(2)构建保护系统RBD图中基本元件的异常事件缺陷等级评估规则；
(3)获取保护系统的实时报文信息，所述的实时报文信息包括SV实时报文、GOOSE实时报文和MMS实时报文；
(4)将实时报文信息与保护系统RBD图匹配，建立实时报文信息所给出的异常事件与基本元件的对应关系，构成异常事件数据集；
(5)构建保护系统两层异常事件模型，第一层为保护系统环节异常事件层，第二层为基本元件异常事件层；
(6)根据异常事件数据集和事件构建模块中确定的异常事件缺陷等级评估规则对两层异常事件模型进行逐层诊断评估，确定保护系统缺陷等级。
9.根据权利要求8所述的一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断方法，其特征在于，步骤(5)中保护系统环节异常事件层包括多个保护系统环节异常事件，每个保护系统环节异常事件下包括多个基本元件异常事件，所有基本元件异常事件构成所述的基本元件异常事件层。
10.根据权利要求9所述的一种基于故障树分析的保护系统异常事件诊断方法，其特征在于，步骤(6)具体为：首先，对基本元件异常事件层中的每个基本元件异常事件进行评估：将异常事件数据集与基本元件异常事件对照，确定是否存在基本元件异常事件，若存在则确定基本元件异常事件的缺陷等级；
其次，对保护系统环节异常事件层中的每个保护系统环节异常事件进行评估：将待评估的保护系统环节异常事件下所对应的基本元件异常事件中缺陷等级最高的缺陷等级作为待评估的保护系统环节异常事件的缺陷等级；
最后，确定保护系统缺陷等级：将所有保护系统环节异常事件中缺陷等级最高的缺陷等级作为保护系统缺陷等级；
所述的缺陷等级高低与缺陷严重程度成正比。
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