变电站直流回路智能诊断技术研究

变电站直流回路智能诊断技术研究

韩磊

华电新疆发电有限公司新能源分公司，新疆乌鲁木齐

摘要：随着社会经济的发展，我国对电能的需求不断增加，变电站建设越来越多，变电站直流系统的可靠性直接影响保护控制设备的安全运行。本文首先进行了总体设计，其次探讨了直流电源智能诊断系统架构，最后就智能诊断技术进行研究，以供参考。

关键词：直流回路；建模技术；专家系统

引言

对于新建、改建或经历停电大修后的输电线路，实际运行发现，线路可能存在因个人保安线、接地线未拆除或外部异物等造成的线路接地故障，通过测量线路对地绝缘电阻可有效发现该类故障，然而故障定位尚依靠人工巡线，费时耗力，这将严重影响线路的正常投运，影响系统供电可靠性，甚至危害系统安全。在直流回路谐振抑制方面，目前的解决方法主要是改变系统主回路设备，如增加滤波器或阻波器等，从而提高系统直流回路在某些特定频率点的阻抗，该方法直观、可靠，对直流谐振可起到很好的抑制作用，在实际工程中也得到了很好的验证。

1总体设计

为了实现在变电站场景中对设备及故障语义理解进而达到智能故障诊断目的，本文提出了基于深度学习和知识图谱的多模态语义模型，主要包含两部分:多模态知识图谱构建及应用和YOLOv4目标检测算法应用。实现流程:首先，利用知识图谱对采用四诊法采集的多模态场景信息和互联网信息中变电站设备的语义描述信息、属性信息和空间位置信息等进行统一表征和存储;其次，通过YOLOv4检测算法对变电站场景中设备进行实时检测;最后，再结合知识图谱进一步辅助检测模型去判别设备类别及是否发生故障，并提出相应防护措施及建议，实现一站式智能化决策。

2直流电源智能诊断系统架构

变电站直流电源智能诊断系统包括集成在变电站端监控系统中的直流电源信息采集、监视与诊断模块和调度端站用直流电源状态评估模块两部分。调度端站用直流电源状态评估模块包括通信服务器、数据服务器、应用服务器和工作站，通信服务器实现主站与站端的通信，数据服务器实现数据处理和存储，应用服务器完成应用功能。调度端功能块包括信息采集模块、监视功能模块和状态评估模块3个部分。子站端完成站内直流电源状态采集、监测、展示与故障诊断等功能，并实现与调度端的通信。

3智能诊断技术

3.1绝缘电阻表

绝缘电阻表是测量绝缘电阻的专用仪表，分为手摇式和电动式，利用电路平衡原理将被测电阻与标准电阻进行比较，实现被测电阻的测量。在输电线路的绝缘电阻测量中通常用5 kV或10 kV绝缘电阻表进行测量，在本文中，绝缘电阻表主要用于检测、判断线路是否存在接地故障点以及识别故障。

3.2诊断专家库

智能变电站直流回路诊断专家库的主要作用是借助于直流回路运维专家工作经验的总结，形成对直流回路事故的判断、推理以及处理模型。知识库是专家系统的核心，用来储存专家提供的大量的专业领域知识。智能诊断结果的有效性反映了专家系统性能，提高专家系统性能的关键在于在已归纳的专家知识的基础上不断修正和完善知识库，提高知识库的质量。知识库支持用户对知识条目的存贮、检索和修正等功能。直流回路智能诊断专家库能够实现对变电站直流设备、用电设备及回路告警、异常和故障的判断和处理。在知识库构建过程中，对直流电源设备，要了解其回路构成、设备运行原理、测控信息点以及诊断的理论依据；对用电设备，要构建直流回路的拓扑结构，明确设备间的关联关系。同时，也要了解直流设备、装置及回路的操作方法、异常时故障报告的含义，在此基础上确认故障后的处理措施。

3.3数学模型

晶闸管开关为高度非线性元件，高压换流器呈现非线性特性，难以直接得出系统线性化模型。本研究采用基于开关函数的小信号分析法来对换流器进行建模，换流器的状态方程建模方面，业界已有较多研究，相关研究目前主要关注系统的稳定特性分析，本文采用状态方程的方法主要用来建立换流器直流回路谐波阻抗的数学模型。换流器脉冲触发方式为等间隔触发，交流电压三相对称，直流电流为平滑直流，且只考三相开关函数傅里叶展开的基波分量。

3.4推理诊断

直流系统故障推理诊断能有效提高运维人员对直流故障的处理水平，减轻设备的检修工作量。直流故障推理诊断建立在诊断专家库基础之上，推理诊断专家系统是一种产生式的专家系统，它针对当前问题的条件或已知的信息，并将其与知识库中的规则进行反复比对，以推理出问题的最佳求解结果。推理方式通常分为正向推理与反向推理两种。正向推理是由一个或N个前提引出一个结论；反向推理是先要假设一个结论成立，自顶向下进行推理，直到它的生成条件得到满足。直流回路智能诊断采用正向推理。推理诊断一般采用推理模型。推理模型有些比较简单，单一故障是由单一原因所致，如某IED设备空开接点断开，导致该IED设备装置异常。但也有很多异常是由多事件导致的，这就需要人工制订规则实现推理模型。多事件推理模型由多层次的与门、或门、非门等一系列逻辑回路组成，当关联的异常信号满足推理模型的输出时，得出推理结果。蓄电池组在线监测，对蓄电池单体电池电压、电流、内阻及蓄电池组总电压、环境温度等各项运行参数进行监控，当蓄电池整组电池或部分电池失效时，能及时发现问题，以免保护及自动装置因失电而拒动，影响电网安全。

3.5谐振抑制方法

适当调整系统一次设备或控制系统参数均能改变直流回路谐波阻抗。而一次设备由于受到占地和成本等限制，调整不太灵活，本文主要研究通过调整控制系统参数来改变直流回路阻抗，从而在不改变系统占地和成本的情况下，实现对直流回路谐振的主动灵活抑制。基于控制参数调整的直流谐振抑制方法省去了阻波器等主设备，减少了设备种类、设备损耗、系统投资、占地和运维人员的工作量;提高了系统紧凑性和可靠性;当出现谐振问题时，通过适当改变控制器参数，就可实现对直流回路谐波阻抗的高效宽范围的主动调整，可以灵活便捷的应对直流回路发生的各个频次的谐振，无需对一次设备进行重新设计、拆装和测试，节约了时间成本和投资成本，直流谐振抑制能力得到显著提升。

结语

综上所述，变电站直流系统的可靠性直接影响继电保护和其他控制设备运行。本文通过对变电站直流回路包括直流电源与用电设备建模，将监测信息上送到变电站站控层，实现了直流回路的可观测和直流回路信息的展示。同时，信息远传到调度端，为未来实现直流回路的状态评价打下了数据基础。未来的工作一方面继续增强其诊断能力，完善拾音检测和红外检测的功能，完全实现应用四诊法诊断变电站设备的潜在问题，提升模型的智能诊断能力;另一方面将模型部署到巡检机器人上，结合激光传感器获取的室内场景栅格地图，使巡检机器人同时具备在变电站场景自主导航和对设备自主决策处理故障诊断的能力。

参考文献

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