技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统监测技术领域，具体为电力系统二次设备故障预警监测方法及系统。
相关背景技术
[0002] 在现代电力系统中，二次设备如继电保护装置、自动化控制设备和测量仪表等，负责对电力系统的状态进行监测、控制和保护。然而，当二次设备发生损坏或出现异常时，电力系统通常会采取切除相关节点的措施，以防止故障进一步扩散和引发更严重的事故。这种切除策略虽然能够防止意外事件的发生，但也会导致正常运行的节点被不必要地切除，进而影响整个电力系统的稳定性和可靠性。
[0003] 这种传统的处理方式不仅会造成电力供应的中断，还可能导致电网的运行效率下降、供电可靠性降低，甚至引发更大范围的连锁反应。因此，如何在二次设备出现异常时，有效地判断节点的状态并采取适当的保护措施成为了一个亟待解决的问题。
具体实施方式
[0044] 以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0045] 需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0046] 在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。
[0047] 实施例一
[0048] 电力系统二次设备故障预警监测方法，如图1所示，包括：
[0049] 当二次设备的实时设备频率低于预设的设备频率阈值时，获取电力系统的实时数据参数和历史数据参数，根据电力系统的实时数据参数和历史数据参数，计算电力系统的电气性能指数，其中，所述实时数据参数包括实时系统频率和实时系统电压；
[0050] 当所述电力系统的电气性能指数大于预设的电气性能指数阈值时，获取电力系统的网络拓扑与运行状态参数，根据所述电力系统的网络拓扑与运行状态参数，计算电力系统的节点的负载指数和健康指数，其中，所述电力系统的网络拓扑与运行状态参数包括电力系统的网络拓扑中节点的负载、节点的阻抗和节点的损耗率；
[0051] 当电力系统的节点的负载指数大于预设的负载指数阈值且健康指数小于预设的健康指数阈值时，根据节点的实时数据参数，计算节点的频率响应指数；
[0052] 根据节点的频率响应指数，计算频率稳定性评估指数；
[0053] 当频率稳定性评估指数大于或等于预设的频率稳定性评估指数阈值时，执行闭锁操作，用于保护电力系统的节点不被切除。
[0054] 具体的，当二次设备的实时频率低于预设的设备频率阈值时，获取电力系统的实时数据(包括实时频率和电压)及历史数据，通过这些数据计算电气性能指数；电气性能指数是衡量系统当前电气运行状态的综合指标，结合实时频率和电压的变化情况，通过对比实时和历史数据，反映出电力系统当前的健康和稳定程度。本发明进一步设置为，所述根据电力系统的实时数据参数和历史数据参数，计算电力系统的电气性能指数，包括：
[0055] 根据实时系统频率和历史系统频率计算频率稳定指数σf；具体的，所述频率稳定指数σf的计算逻辑为 其中，fi是第i个测量的系统频率值， 是平均系统频率，N是实时系统频率和历史系统频率总数量；上述公式用于计算电力系统的频率稳定性指数，以评估电力系统在运行过程中频率的波动性。频率稳定指数通过对实时频率与历史频率的统计分析，反映系统频率的稳定状况；通过频率稳定性指数的计算，系统能够量化频率波动情况，为调节措施的制定提供数据支持；频率稳定性指数能够识别出频率的微小波动，这些波动往往是系统异常的前兆，可以通过该指数及早发现潜在问题。
[0056] 根据实时系统电压和历史系统电压计算电压稳定指数σV；具体的，所述电压稳定指数σV的计算逻辑为 Vi是第i个测量的系统电压值， 是平均系统电压，N是实时系统电压和历史系统电压总数量；上述公式用于计算电力系统的电压稳定性指数，以评估系统电压的波动性。通过分析实时电压与历史电压数据的变化，电压稳定性指数反映出系统电压在不同时间段内的稳定程度，提供对电网运行状态的量化评估，通过计算电压稳定性指数，能够直观反映系统电压的波动程度，为维护电网电压的稳定提供依据。
[0057] 根据频率稳定指数和电压稳定指数计算电气性能指数EPI；具体的，所述电气性能指数EPI的计算逻辑为EPI＝w1*σf+w2*σV，其中，w1和w2分别是频率稳定指数σf和电压稳定指数σV的权重系数；具体的，上述公式用于计算电气性能指数，通过频率稳定性指数和电压稳定性指数的加权求和，评估电力系统的整体运行稳定性，w1和w2的取值范围在0到1之间，具体数值根据频率和电压对系统稳定性影响的相对重要性进行设定，此处不对此作出限制，且w1和w2的和为1，以保持电气性能指数的平衡性。
[0058] 本发明进一步设置为，所述根据所述电力系统的网络拓扑与运行状态参数，计算电力系统的节点的负载指数和健康指数，包括：
[0059] 根据节点的负载计算电力系统的节点的负载指数NLI；具体的，所述节点的负载指数NLI的计算逻辑为 其中，Li是电力系统的网络拓扑中第i个节点的实时负载，max(Li)和min(Li)分别是最大和最小的节点负载，L是当前节点的负载值；上述公式用于计算电力系统中节点的负载指数，用于评估节点在整个网络中负载的相对水平。
通过计算当前节点负载与网络中节点负载的最大和最小值之间的差异，负载指数反映了节点负载的均衡性和波动性；节点的负载指数提供了一种简单有效的方法，帮助识别负载不平衡的节点，通过监测和控制负载指数，可以有效预防因个别节点过载引起的故障，提升电力系统整体稳定性。
[0060] 根据节点的阻抗和节点的损耗率计算节点的健康指数NHI；具体的，所述节点的健康指数NHI的计算逻辑为 其中，Z是节点的阻抗，R是节点的损耗率，α和β分别是节点的阻抗和节点的损耗率的权重系数。上述公式用于计算电力系统节点的健康指数，通过结合节点的阻抗和损耗率，评估节点的健康状态。节点的健康指数的值通过阻抗和损耗率的加权求和进行计算，反映节点的运行健康程度，用于识别潜在故障节点和优化电力系统的维护策略；α和β用于调节节点的阻抗和损耗率在健康指数中的相对贡献，具体取值为0到1之间，根据需求灵活调整，且α和β的和为1。
[0061] 本发明进一步设置为，所述节点的实时数据参数包括节点的发电单元的个数、各发电单元的功率输出、各发电单元的负荷变化量和节点的阻尼系数。
[0062] 本发明进一步设置为，节点的频率响应指数NFSI的计算逻辑为其中，D是节点的阻尼系数，n是节点的发电单元的个数，Pi是第i
个发电单元的功率输出，ΔLi是第i个发电单元的负荷变化量；具体的，上述公式用于计算节点的频率响应指数，以评估节点在电力系统中对频率变化的响应程度。频率响应指数通过节点的阻尼系数、各发电单元的功率输出及负荷变化量进行计算，反映了节点的频率稳定性和对电网频率波动的敏感性；计算的频率响应指数的值用于衡量节点对频率变化的响应情况，数值越大(负数绝对值越大)，表示节点对频率波动的响应越强烈，稳定性较差；频率响应指数越小(负数绝对值越小)，表示响应较弱，频率稳定性较好；阻尼系数为正数，反映系统对频率变化的阻抗，取值范围根据电网特性调整；通过计算频率响应指数，能够定量评估各节点对频率变化的响应能力，为系统频率稳定性分析提供准确的数据支持，较高的频率响应指数预示着潜在的频率波动风险，可以为运维人员提供预警信号，提前采取稳定措施。
[0063] 本发明进一步设置为，频率稳定性评估指数FSAI的计算逻辑为其中，k是调整系数，用于调整频率变化对稳定性评估的影响；具体的，
上述公式用于计算频率稳定性评估指数，用于量化电力系统频率稳定性的指标。频率稳定性评估指数通过节点的频率响应指数结合调节系数k来计算，反映频率波动对系统整体稳定性的影响程度。公式设计旨在控制频率变化对系统的冲击，调节系统对频率波动的敏感性，调节系数k为正数，取值范围为0.1到10，以平衡对频率波动的响应；通过频率稳定性评估指数，可以精确量化系统的频率稳定性，为调度和控制策略提供定量依据；频率稳定性评估指数的计算帮助识别频率稳定性较差的节点，及时调整发电单元输出，防止频率波动带来的风险。
[0064] 本发明进一步设置为，所述当频率稳定性评估指数大于或等于预设的频率稳定性评估指数阈值时，执行闭锁操作，用于保护节点不被切除，包括：
[0065] 当频率稳定性评估指数小于预设的频率稳定性评估指数阈值时，电力系统全自愈系统产生闭锁信号；
[0066] 将所述闭锁信号发送至节点，禁用节点的遥控操作，阻止切除节点的控制命令。具体的，上述逻辑通过频率稳定性评估指数的数值判断是否需要进行闭锁操作，以保护电力系统中的节点不被错误切除。当频率稳定性评估指数值大于或等于预设的阈值时，表示电力系统的频率稳定性较好，可以继续运行，故系统执行闭锁操作，通过发出闭锁信号，禁止对节点的控制操作，以避免切除节点。通过闭锁操作，能够保护频率稳定性较好的节点，防止因二次设备出现故障导致的误切除，提高节点的运行效率。
[0067] 实施例二
[0068] 请参阅图2，该示例性的电力系统二次设备故障预警监测系统包括：
[0069] 第一获取模块：当二次设备的实时设备频率低于预设的设备频率阈值时，获取电力系统的实时数据参数和历史数据参数，根据电力系统的实时数据参数和历史数据参数，计算电力系统的电气性能指数，其中，所述实时数据参数包括实时系统频率和实时系统电压；
[0070] 第二获取模块：当所述电力系统的电气性能指数大于预设的电气性能指数阈值时，获取电力系统的网络拓扑与运行状态参数，根据所述电力系统的网络拓扑与运行状态参数，计算电力系统的节点的负载指数和健康指数，其中，所述电力系统的网络拓扑与运行状态参数包括电力系统的网络拓扑中节点的负载、节点的阻抗和节点的损耗率；
[0071] 第一计算模块：当电力系统的节点的负载指数大于预设的负载指数阈值且健康指数小于预设的健康指数阈值时，根据节点的实时数据参数，计算节点的频率响应指数；
[0072] 第二计算模块：根据节点的频率响应指数，计算频率稳定性评估指数；
[0073] 闭锁执行模块：当频率稳定性评估指数大于或等于预设的频率稳定性评估指数阈值时，执行闭锁操作，用于保护电力系统的节点不被切除。
[0074] 需要说明的是，上述实施例所提供的电力系统二次设备故障预警监测系统与上述实施例所提供的电力系统二次设备故障预警监测方法属于同一构思，其中各个模块和单元执行操作的具体方式已经在方法实施例中进行了详细描述，此处不再赘述。上述实施例所提供的电力系统二次设备故障预警监测系统在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能，本处也不对此进行限制。
[0075] 上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。
[0076] 应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，其中A,B可以是单数或者复数。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系，但也可能表示的是一种“和/或”的关系，具体可参考前后文进行理解。
[0077] 本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a,b,或c中的至少一项(个)，可以表示：a,b,c,a‑b,a‑c,b‑c,或a‑b‑c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。
[0078] 应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
[0079] 本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
[0080] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0081] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0082] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0083] 另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
[0084] 所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read‑only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0085] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
