基于广度优先搜索和优化算法的输电网故障诊断

摘　要:电网发生故障时，凭据断路器跳闸信息和母线电压信息，采用BFS（广度先搜索）的方式搜索出故障区域。基于故障区域建立庇护和故障装备之间关系的数学模子，将故障诊断问题暗示为0-1整数计划问题。在方针函数中引进进献因子，经由过程遗传算法诊断出故障装备。实例讲明所提模子是准确的，求解算法是可行的。
　　关头词:电力系统;故障诊断;广度搜索;化算法
FaultDiagnosisinTransmissionElectricityNetworkBasedon
BFSandOptimizeAlgorithmXUXianfeng2,GONGLenian1,CHENXingying2(1.DepartmentofElectricEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China;
2.CollegeofElectricEngineering,HehaiUniversity,Nanjing210096,China)
　　Abstract:Whenafaultoccursinapowersystem,faultareaislocatedusingBroadFirstSearch(BFS)methodbybreakersandbusvoltagemessage.Themathematicsmodelwhichreflectstherelationbetweentherelayandfaultequipmentisestablished,andfaultdiagnosisproblemisconvertedtooptimizationproblem.Contributionfactorisintroducedingoalfunction.Geneticalgorithmisusedtosolveoptimizationproblem.Emulationindicatesthisschemeisfeasible.
　　Keywords:powersystem;faultdiagnosis;BFS;optimizealgorithm
1前言
　　输电网故障诊断就是哄骗各类远测远信信息来识别故障的元件和误动作的庇护和开关，并为故障恢复提供依据。今朝故障诊断的方式主要有基于化的方式［1~3］、人工神经网络方式［4~6］、家系统的方式［7~8］。家系统在输电网故障诊断中的典型运用是基于发生划定规矩的系统。虽然今朝家系统运用的较为成功，但在现实运用中仍存在许多缺陷［4］：1)电力系统是个庞年夜而复杂的系统，要想获得完整的常识库比力坚苦；2)在有年夜故障信息的情况下，家系统在推理时要搜索匹配常识库里一定的划定规矩集后才能得出结论。是以在推理时速度很慢；3)当电力系统结构和庇护设置装备摆设改变时，常识库的维护相当坚苦。与家系统相比，人工神经网络年夜的特点是采用神经元及它们之间的权值来隐含处置问题的常识，并具有自学习能力，由于可以并行处置，是以速度较快。它的主要错误谬误是完整样本集的获取比力坚苦。ANN在使用之前要进行年夜的样本学习，且学习算法收敛的速度比力慢，当电力系统结构变化后，需要增加新的样本进行学习。
　　采用化算法的输电网故障诊断在文献［1~3］中有比力具体的分析。文献［1］凭据故障元件和庇护开关动作信息之间的关系，引进修改后的方针函数，首先把故障诊断问题暗示成0-1整数计划问题，然后采用遗传算法或模拟退火算法进行求解。文献［2］改良了文献［1］的方式，经由过程比力故障前和故障后网络拓扑结构，找到故障区域，并基于故障区域建立数学模子，从而年夜年夜缩小了求解的规模。然而文献［1~3］在方针函数中对分歧的庇护赋予不异的权值，没法体现分歧庇护对故障装备的进献水平。是以本文提出了基于BFS的故障区域搜索方式，充实哄骗开关跳开信息和母线电压信息年夜年夜缩小故障区域，并给出了带有进献因子的方针函数，将文献［1~3］中求小化的方针函数改成求年夜化的方针函数。经过实例验证，算法可行。2BFS搜索故障区域
2.1基本思想
　　当系统发生故障开关跳开时，不管是开关准确动作仍是由于开关的拒动而致使上级开关动作，终总会将故障装备与系统分手开来。也就是说在两两跳闸开关之间的通路上毗连的装备都是可能的故障装备。是以，从任一跳闸开关动身，经由过程广度先搜索，可以搜索出所有可能的故障装备。将所有的可能故障装备组成的区域界说为故障区域。在搜索进程中哄骗母线电压信息可以将故障区域年夜年夜缩小，而且在多点同时发生故障时，可以形成几个自力的故障区域，使问题求解的规模年夜年夜减小。
2.2电网的拓扑结构
　　进行电力系统故障区域搜索首先要建立电力系统的网络拓扑。电力系统是由开关将各类装备毗连起来组成的整体，以图1为例。图中CB暗示开关，L暗示线路，B暗示母线。　　在编程进程中，把电网看成是一个无向图，其中以开关为极点，开关之间所连的装备为弧，经由过程邻接表建立起一种链式存储结构，如图2所示。其中部门为头节点,划分存储装备的信息。以后部门为表节点，划分存储其后备庇护装备信息和指向下一个庇护装备的指针。
2.3故障区域搜索算法
　　以图1为例，假定CB1、CB2、CB3和CB4开关跳开。界说以下纠合用于寄存搜索进程中的姑且信息：
　　Bs跳闸开关的纠合；
　　Ss在故障区域内所有开关的纠合；
　　Es搜索进程中所有可能故障装备的纠合，包括线路、变压器和母线。　　界说队列Q存储搜索进程中的开关信息。队列是只允许在一端进行插进，而在另外一端进行删除的线性表。删除的一端称为队头，插进的一端称为队尾。
　　广度先搜索故障区域(BFS)思绪以下：
　　1)从Bs中任掏出一跳闸开关，好比CB1，将CB1推进Q中,并将CB1存进Ss中；
　　2)判断Q是否为空，若是不为空，从Q中删除开关CB1,沿CB1邻接表继续搜索，搜索到CB2；
　　3)检查CB2是否搜索过，若是未搜索过则继续执行4)，若是搜索过则执行2)；
　　4)若是CB1和CB2之间相连的装备为线路或变压器，则：若是CB2跳开且母线B1有压，将CB2存进Ss中，将L1存进Es中，将CB2置搜索过标志；若是CB2跳开且B1所在母线无压，或CB2未跳开且B1无压，将CB2存进Ss中，将L1存进Es中，将CB2置搜索过标志，并将CB2插进队列尾；
　　5)若是CB1和CB2所连的装备为母线，在CB2跳开且B1无压或CB2未跳且CB1和CB2所在母线无压，则将开关CB2存进Ss中，将CB1和CB2所连母线存进Es中，将CB2置搜索过标志，并将其插进队列尾；
　6)若是队列不为空，则从队列头掏出开关，转到2)；
　7)检查Bs中所有开关是否都搜索过，若是未搜索过，说明未搜索的开关属于另外一个故障区域，在从未搜索过的跳闸开关中任选一个，重复1)~7)步骤。
若是B1母线有压，则经过搜索可以获得两个故障区域。