基于GA與RS的電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路故障診斷

王辰曦

【摘 要】當(dāng)前我國(guó)電力系統(tǒng)內(nèi)存在諸多的故障問(wèn)題，斷路器跳閘情況時(shí)有發(fā)生從而引起大規(guī)模停電。因此針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，提出基于GA與RS共同對(duì)輸電線(xiàn)路故障進(jìn)行診斷的方式，分析電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路故障原因，對(duì)于故障診斷規(guī)則在留有遺傳算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行明確，對(duì)故障動(dòng)作決策表使用粗糙理論集進(jìn)行約簡(jiǎn)，對(duì)于關(guān)鍵信息進(jìn)行保留的同時(shí)，對(duì)于故障位置進(jìn)行快速準(zhǔn)確的診斷。

【關(guān)鍵詞】GA；RS；電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路

前言：目前，現(xiàn)代電網(wǎng)其規(guī)模逐步擴(kuò)大，內(nèi)部構(gòu)造逐步復(fù)雜，若短期之內(nèi)有大批量的報(bào)警信息進(jìn)入電力調(diào)度中心內(nèi)部，不能第一時(shí)間對(duì)其進(jìn)行故障檢測(cè)及處理，電網(wǎng)整體運(yùn)行安全則會(huì)受到影響。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外研究人員分別在輸電線(xiàn)路故障診斷方面，提出了大量診斷方法例如：貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（BN）、專(zhuān)家系統(tǒng)（ES）、模糊集理論（FST）等。但伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及有關(guān)人員的不斷深入研究，診斷方式單一化無(wú)法對(duì)社會(huì)需求進(jìn)行滿(mǎn)足。逐步出現(xiàn)維護(hù)較為困難、容錯(cuò)能力不高、知識(shí)庫(kù)不具備完善性以及推理速度較慢等問(wèn)題。因此，需對(duì)故障診斷方式進(jìn)行不斷創(chuàng)新，使得診斷方式不再局限于單一化，例如將GA（遺傳算法）與RS（粗糙集理論）二者相結(jié)合的輸電線(xiàn)路故障診斷形式。

1.GA電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路故障診斷流程

GS故障診斷流程是將有關(guān)狀態(tài)信息于待診對(duì)象內(nèi)部進(jìn)行提取，經(jīng)由對(duì)狀態(tài)信息的研究處理，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，利用原始決策信息和有關(guān)目標(biāo)函數(shù)，依據(jù)粗糙集數(shù)規(guī)則來(lái)完成原始決策表，隨后出現(xiàn)最優(yōu)規(guī)約集REDU，從而利用遺傳算法對(duì)故障范圍進(jìn)行計(jì)算，最終挑選出故障元件[1]。具體流程如圖一所示。

圖一 故障診斷流程圖

電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路有故障問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，有關(guān)動(dòng)作狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致斷路器立即跳開(kāi)，從而對(duì)斷路器表現(xiàn)形式對(duì)于故障設(shè)備進(jìn)行確定?？衫脭?shù)學(xué)模型對(duì)斷路器表現(xiàn)形式進(jìn)行展示，從而構(gòu)建基于GA的電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路故障診斷模型，可對(duì)不連續(xù)的非線(xiàn)性問(wèn)題進(jìn)行解答，還可于整體可行空間范圍內(nèi)找到最佳計(jì)算結(jié)果。先選取出最為合理的警報(bào)信號(hào)故障假說(shuō)，從而對(duì)電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路故障進(jìn)行診斷，利用數(shù)學(xué)公式可表示為：

該公式中：為確保E（X）恒為正，因此式中W為極大的正數(shù)，將W設(shè)為108，斷路器總數(shù)目為nc、故障區(qū)保護(hù)總數(shù)目為nr、診斷區(qū)元件數(shù)目為n。系統(tǒng)內(nèi)元件狀態(tài)為X，元件故障為Xi=1、元件無(wú)故障為Xi=0。系統(tǒng)期許保護(hù)形式為Y*（X）、應(yīng)該動(dòng)作為yk*（X）=1、不應(yīng)該動(dòng)作為yk*（X）=0[2]。系統(tǒng)保護(hù)狀態(tài)為Y，已保護(hù)動(dòng)作為yk=1、未保護(hù)動(dòng)作為yk=0。系統(tǒng)內(nèi)斷路器形態(tài)為C，斷路器完成跳閘為cj=1、斷路器未跳閘為cj=0，系統(tǒng)內(nèi)斷路器期許形式為C*（X，Y），斷路器應(yīng)跳閘為Cj*（X，Y）=1、斷路器不應(yīng)跳閘為Cj*（X，Y）=0。運(yùn)用此等方式，用數(shù)學(xué)模型求解最小值的形式，來(lái)對(duì)電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路進(jìn)行故障診斷，系統(tǒng)內(nèi)部全部狀態(tài)均可用1、0進(jìn)行表示，從而可利用0—1規(guī)劃問(wèn)題思想對(duì)其進(jìn)行求解。

2.RS電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路故障診斷流程

RS故障診斷流程具備以下特點(diǎn)：首先，可不對(duì)先驗(yàn)知識(shí)的有關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行使用。其次，RS內(nèi)部知識(shí)可對(duì)故障信息自行對(duì)其分類(lèi)。最后，可于模式識(shí)別、特征提取、決策規(guī)則中廣泛使用，還可自行提取故障信息集，由于RS具備約減性，從而可對(duì)故障信息集實(shí)行降維操控。

信息系統(tǒng)設(shè)置為S=（U，A，V，F(xiàn)），C∩U = 、C∪D=A，其中條件屬性集為C、決策屬性集為D。S為信息系統(tǒng)同時(shí)包含決策屬性集及條件屬性集則是決策表。斷路器動(dòng)作及保護(hù)動(dòng)作均涵蓋于條件屬性集內(nèi)部，各個(gè)故障樣本分別由每行來(lái)相應(yīng)對(duì)其表示，選取“0”、“1”來(lái)對(duì)斷路器動(dòng)作及保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行表示，未動(dòng)作為“0”、已動(dòng)作為“1”。

3.GA與RS的電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路故障診斷

根據(jù)本文上述理論，在電力系統(tǒng)中選取部分輸電線(xiàn)路來(lái)對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。其中涵蓋15個(gè)保護(hù)、6個(gè)斷路器、5個(gè)元件，主保護(hù)用m表示，若線(xiàn)路或者母線(xiàn)有故障出現(xiàn)，第一時(shí)間進(jìn)行主保護(hù)動(dòng)作，有關(guān)斷路器立即跳開(kāi)。近后備保護(hù)用p表示，若線(xiàn)路或者母線(xiàn)有故障出現(xiàn)，主保護(hù)未第一時(shí)間進(jìn)行動(dòng)作，則由近后備保護(hù)進(jìn)行動(dòng)作，使得有關(guān)斷路器立即跳開(kāi)。遠(yuǎn)后備保護(hù)用s表示，若線(xiàn)路或者母線(xiàn)有故障出現(xiàn)，主保護(hù)、近備保護(hù)均未第一時(shí)間進(jìn)行動(dòng)作，則由遠(yuǎn)后備保護(hù)進(jìn)行動(dòng)作，使得有關(guān)斷路器立即跳開(kāi)。

將初始決策表依據(jù)上述RS理論來(lái)對(duì)其規(guī)約處理[3]。具體流程為將初始規(guī)約集設(shè)置為空置，隨后依據(jù)各個(gè)屬性重要性來(lái)排序，屬性集內(nèi)添入每次挑選時(shí)重要性最大的屬性。倘若原屬性集相比新屬性集在決策屬性依靠程度一樣，則可由新屬性集全然替代原屬性集。但需注意此時(shí)的屬性集依舊不是最簡(jiǎn)的，要?jiǎng)h除內(nèi)部冗余屬性，仍然依據(jù)各個(gè)屬性重要性來(lái)排序，倘若刪除屬性會(huì)使新屬性集依靠決策屬性的程度受到影響，則將該屬性留存，不然則刪除。余下的則是最佳的歸約集。將原決策表屬性核心進(jìn)行計(jì)算得出Cm及Bm，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行歸約，得到最終約減決策表。

基于數(shù)據(jù)模型。利用遺傳算法依據(jù)最終約減決策表，來(lái)對(duì)輸電線(xiàn)路進(jìn)行故障診斷，少部分參數(shù)設(shè)置如下：初始交叉概率參數(shù)設(shè)為0.9、染色體串長(zhǎng)參數(shù)設(shè)為5、種群大小參數(shù)設(shè)為90、遺傳算法終止進(jìn)化代數(shù)參數(shù)設(shè)為50，初始變異概率參數(shù)設(shè)為0.001，有關(guān)計(jì)算公式為 、 。對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解時(shí)，以往GA需進(jìn)行多次輸送方可求得最優(yōu)解，而基于GA與RS則在傳送10次左右即可求得最優(yōu)解。一般于第一代即可找到最佳個(gè)體，因而最佳個(gè)體出現(xiàn)提前極為顯著。個(gè)體適應(yīng)度利用適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算其值有所提升，選取優(yōu)良個(gè)體更為便捷。在對(duì)元件進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)，基于GA與RS依舊可對(duì)故障元件所處位置進(jìn)行準(zhǔn)確診斷。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，伴隨我國(guó)電力行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，電力系統(tǒng)的可靠性備受社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。在這一大背景下，故障診斷技術(shù)隨即出現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中重要性日漸突出。加之，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，怎樣開(kāi)發(fā)出最為適合的算法是當(dāng)前故障診斷的主要內(nèi)容，本文對(duì)遺傳算法、粗糙集算法進(jìn)行分析，并基于二者基礎(chǔ)上對(duì)于電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路故障進(jìn)行診斷，可對(duì)故障位置進(jìn)行快速確認(rèn)，同時(shí)在數(shù)學(xué)模型內(nèi)找出出現(xiàn)問(wèn)題的元件，使得供電網(wǎng)可靠性有所提升，使用價(jià)值極為顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋玉琴，程誠(chéng)，趙洋，等.基于GA與RS的電力系統(tǒng)輸電線(xiàn)路故障診斷[J].電子測(cè)量技術(shù)，2017，40（11）：81-84.

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（作者單位：榆林電力設(shè)計(jì)院.）