基于算法角度的當(dāng)前配網(wǎng)故障診斷中遇到的幾個典型問題分析

薛靜

【摘 要】隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，同時(shí)用戶對供電穩(wěn)定性和可靠性的要求也越來越高。為此，一方面，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)要盡量防止故障的發(fā)生;另一方面，在故障發(fā)生后要盡快確定故障位置并予以排除。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)故障;電能質(zhì)量;預(yù)防為主;供電可靠性;故障定位;畸變信息;短路計(jì)算

0 引言

隨著配電網(wǎng)網(wǎng)架的加強(qiáng)，線路長度的增長以及分支數(shù)目的增多，線路變得極其復(fù)雜。利用傳統(tǒng)的方法分析故障點(diǎn)將變得非常困難，不僅會耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力、物力而且還會使停電時(shí)間延長，嚴(yán)重影響了供電的可靠性，難以滿足當(dāng)今生產(chǎn)和生活對供電質(zhì)量的要求。因此，快速準(zhǔn)確的故障定位具有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 可測控區(qū)的故障定位

1.1 運(yùn)算速率落后于數(shù)據(jù)通信速率

廣泛使用的矩陣系列算法的復(fù)雜度與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)的平方成線性關(guān)系，而EIEE規(guī)定可測控區(qū)終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信周期不能大于1s，即終端節(jié)點(diǎn)每秒鐘至少上傳一次采集信息。如果配電網(wǎng)規(guī)模非常龐大，眾多的節(jié)點(diǎn)數(shù)將使矩陣類算法系統(tǒng)花費(fèi)巨大時(shí)間開銷，從而出現(xiàn)因運(yùn)算速率落后于數(shù)據(jù)通信速率而造成的擁塞，無法適應(yīng)現(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)要求。這種擁塞現(xiàn)象在國內(nèi)外的配電網(wǎng)發(fā)展中已長期存在，提高運(yùn)算速率并使其在更大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)通信頻率是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)。以無迭代矩陣算法和統(tǒng)一判據(jù)法為代表的矩陣類算法，都是通過矩陣來描述電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)潢P(guān)系，對每個節(jié)點(diǎn)的判斷都需要搜索其它所有節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。而我國配電網(wǎng)規(guī)模非常龐大，很多地方的配電網(wǎng)絡(luò)包括幾百個節(jié)點(diǎn)，對這樣的網(wǎng)絡(luò)利用矩陣分析進(jìn)行故障診斷，勢必會給系統(tǒng)帶來大量的存儲困難。另外，無迭代矩陣算法和統(tǒng)一判據(jù)法都以樹形網(wǎng)絡(luò)為前提條件，卻無法充分利用樹形網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這也限制了其性能的進(jìn)一步提高。

1.2 畸變信息的處理

FTU監(jiān)測設(shè)備多安裝在室外，雖然本身具備一定的防護(hù)措施，但惡劣天氣、電網(wǎng)沖擊、通信干擾等因素仍會導(dǎo)致FTU設(shè)備上報(bào)錯誤的電流信息，即畸變信息。解決畸變信息可從兩方面著手：一方面改善FTU設(shè)備的魯棒性和抗干擾能力，另一方面改進(jìn)上位機(jī)的算法，使算法對接收到的畸變信息具有一定的糾錯能力。本文將針對后者詳細(xì)討論畸變信息的糾錯方法。

1.3 多重故障的處理

具備FTU監(jiān)測設(shè)備的可測控區(qū)網(wǎng)絡(luò)一般是非常重要的配電網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)元件會得到較好的維護(hù)，因此兩點(diǎn)或多點(diǎn)同時(shí)發(fā)生自發(fā)性故障的概率很小。但有時(shí)可能因?yàn)榕潆娮儔浩鞒鼍€口發(fā)生單相短路故障未得到即時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，從而惡化并擴(kuò)散造成網(wǎng)絡(luò)的多重故障。

1.4 有環(huán)網(wǎng)絡(luò)的處理

配電網(wǎng)一般為開環(huán)運(yùn)行，但有些高壓或中壓配電網(wǎng)絡(luò)因提高供電可靠性、并網(wǎng)等原因造成網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)少量環(huán)結(jié)構(gòu)。目前還沒有系統(tǒng)講述配電環(huán)網(wǎng)故障定位方法的相關(guān)文獻(xiàn)。

2 不可測控區(qū)的故障定位

2.1 畸變信息的處理

停電區(qū)域內(nèi)的用戶是否能及時(shí)上報(bào)故障信息？故障報(bào)投信息的采集時(shí)間，一般由系統(tǒng)操作員設(shè)定，如果設(shè)定的采集時(shí)間過長，雖然可以充分接收用戶的投訴，但可能會因停電時(shí)間太長造成比較大的經(jīng)濟(jì)損失;如果設(shè)定的采集時(shí)間過短，則有可能無法充分接收各區(qū)域的報(bào)投信號，如果用戶不能在采集時(shí)間內(nèi)投訴，系統(tǒng)將會把該投訴當(dāng)作“無效”處理，從而導(dǎo)致定位結(jié)果的錯誤。

另外，有用戶上報(bào)故障信息的區(qū)域，未必確實(shí)發(fā)生整體停電故障。終端電力設(shè)備可能因?yàn)椴僮鞑划?dāng)，保險(xiǎn)開關(guān)跳砸，人為惡意關(guān)斷電源等原因，突然停止運(yùn)轉(zhuǎn)，如果此時(shí)電網(wǎng)并未發(fā)生故障，終端用戶可能誤認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)停電，從而上報(bào)了錯誤的報(bào)投信息。很多報(bào)投信息處理系統(tǒng)，采用設(shè)定投訴人數(shù)門檻的方法。如果某區(qū)域投訴的人數(shù)超過某設(shè)定值，則認(rèn)為該區(qū)域發(fā)生整體停電，否則不認(rèn)為該區(qū)域發(fā)生了停電故障。但門檻值一般由操作員主觀設(shè)定，如果門檻值過高，可能產(chǎn)生漏判;如果過低，則可能產(chǎn)生誤判。

只有條件屬性集在屬性約簡和值約簡之后，其元素值有所減少時(shí)，粗糙集定位算法才具有畸變分析能力，且畸變分析的范圍僅限于條件屬性集內(nèi)少數(shù)被減少的用戶區(qū)，而無法對大多數(shù)未被減少的用戶區(qū)進(jìn)行畸變判斷。如果畸變數(shù)據(jù)發(fā)生在未被減少的用戶區(qū)，系統(tǒng)將產(chǎn)生錯誤結(jié)果或定位失敗。

2.2 拓?fù)渥兓倪m應(yīng)性

很多不可測控區(qū)配電網(wǎng)絡(luò)，直接面向低壓用戶。用戶區(qū)接入或斷開網(wǎng)絡(luò)，常使配網(wǎng)發(fā)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，即變結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。如何提高算法的拓?fù)渥兓m應(yīng)性，是很多中低壓配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)急待解決的問題。

2.3 多重故障

包括粗糙集定位算法在內(nèi)的傳統(tǒng)不可測控區(qū)故障定位算法，都未提出有效的多重故障定位方法。而不可測控區(qū)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備很多較為陳舊，抗干擾能力較差，如果某一處故障不能得到即時(shí)處理，有時(shí)還會殃及其他元件，造成網(wǎng)絡(luò)的多重故障。因此多重故障處理方法的研究，具有較大的實(shí)際意義。

3 配電網(wǎng)短路計(jì)算

由于配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與輸電網(wǎng)有很大不同，矩陣迭代類算法在配電網(wǎng)中的效果，受到了很多因素的局限。主要有以下幾個方面：

（1）輸電網(wǎng)中元件的阻抗比與配電網(wǎng)有很大不同。輸電網(wǎng)元件電抗與電阻的比值很大，計(jì)算中可以忽略電阻因素，僅考慮電抗對網(wǎng)絡(luò)電流的影響，從而將網(wǎng)絡(luò)矩陣中的元素簡化為與電抗值有關(guān)的實(shí)數(shù)。而配電網(wǎng)元件的電阻與電抗值可能會比較接近，計(jì)算時(shí)必須考慮電阻因素對計(jì)算結(jié)果的影響。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)矩陣中的元素必須為復(fù)數(shù)，其運(yùn)算復(fù)雜度會大幅增加。

（2）輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)間關(guān)聯(lián)度高，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)矩陣的空間利用率較高;而且輸電網(wǎng)的規(guī)模一般都不大，節(jié)點(diǎn)數(shù)相對較少，迭代、求逆等復(fù)雜的矩陣運(yùn)算，給程序復(fù)雜度帶來的影響較小。配電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)度較小，但節(jié)點(diǎn)數(shù)量很多，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，其節(jié)點(diǎn)矩陣的空間利用率不高，大量節(jié)點(diǎn)使矩陣的階數(shù)大幅增加，其運(yùn)算復(fù)雜度將呈幾何級數(shù)大幅增長。

（3）輸電網(wǎng)絡(luò)電壓等級高，傳輸線路長，計(jì)算時(shí)需考慮電磁干擾、波阻抗等電磁波因素對電網(wǎng)潮流的影響;而配電網(wǎng)絡(luò)電壓等級較低，每一段線路的長度都不大，一般可忽略這些因素。

（4）輸電網(wǎng)的A、B、C三相對稱度比較高，發(fā)生不對稱短路時(shí)，可方便地采用序量法進(jìn)行等效計(jì)算;配電網(wǎng)直接面向用戶，由于用戶接入和斷開電網(wǎng)的隨意性，網(wǎng)絡(luò)的三相不對稱現(xiàn)象比較嚴(yán)重，采用序量法會使計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響。

（5）輸電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)元件的維護(hù)較好，更新及時(shí)，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)隨外界環(huán)境變化的影響，也有較完善的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，其參考性高。而很多不發(fā)達(dá)地區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)維護(hù)較差、設(shè)備陳舊，網(wǎng)絡(luò)實(shí)際參數(shù)同建網(wǎng)時(shí)相比有很大差異，并且受天氣和溫度的影響比較大，所以要經(jīng)常測定元件的一些固定參數(shù)，使數(shù)據(jù)庫中的元件等值阻抗時(shí)常發(fā)生變化。

（6）輸電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，而配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)常會發(fā)生變化。輸電網(wǎng)的下級負(fù)荷是配電網(wǎng)系統(tǒng)，配電系統(tǒng)的入端端口電壓較穩(wěn)定，很少發(fā)生整個配網(wǎng)系統(tǒng)大面積停電的現(xiàn)象，因此輸電系統(tǒng)的有關(guān)節(jié)點(diǎn)不輕易脫離網(wǎng)絡(luò)。配網(wǎng)直接面向用戶，而用戶隨時(shí)可能接入或脫離電網(wǎng)，所以配網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)拓?fù)渚哂须S機(jī)性。

4 結(jié)束語

總之，隨著我國配電網(wǎng)自動化的不斷深入推進(jìn)，故障后上送的信息將大大豐富，這包括：電氣量信息、開關(guān)信息、保護(hù)信息、開關(guān)和保護(hù)所帶時(shí)標(biāo)的事件順序記錄信息等。如何有效的利用這些信息，實(shí)現(xiàn)故障的快速定位、減少停電面積、縮短停電時(shí)間，使配電網(wǎng)的潛力得到最大限度的利用將是配電網(wǎng)自動化發(fā)展的必然趨勢，而準(zhǔn)確的故障診斷是發(fā)掘配電網(wǎng)潛力的必由之路。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]