配電網(wǎng)快速復(fù)電系統(tǒng)中的故障定位技術(shù)研究

沈科炬++宋鑫++嚴(yán)曉

摘 要：該文將分析和討論在配電網(wǎng)快速復(fù)電系統(tǒng)中故障監(jiān)測裝置的數(shù)量和安裝位置最優(yōu)配置方法，從而最大程度的提高供電經(jīng)濟(jì)效益和供電可靠性。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 快速復(fù)電 故障監(jiān)測 故障

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0023-02

一直以來，人們對于輸電網(wǎng)的故障定位算法的研究要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于配電網(wǎng)，但由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的不同（配電網(wǎng)多采用架空線或以架空線為主的混合結(jié)構(gòu)，一般為放射型供電方式）。絕大多數(shù)輸電線路故障定位算法卻并不適用于配電網(wǎng)。

這里先簡要介紹配電網(wǎng)故障定位的幾種方法。這些方法可以分為兩種：

基于阻抗檢測的方法；基于行波檢測的方法。

基于阻抗檢測的方法主要是通過檢測饋線前端的電壓和電流信號中的基波分量實(shí)現(xiàn)的，這類方法的實(shí)現(xiàn)雖然比較簡單，且成本也較低，但是這種方法的準(zhǔn)確性較較差。行波法是根據(jù)行波傳輸理論實(shí)現(xiàn)輸電線路故障測距的，這種方法雖然比較精確，但是復(fù)雜度和成本非常高，所以不適合配電網(wǎng)的故障定位。

基于故障監(jiān)測裝置的故障定位方法相對于上述的兩類方法更適合于配電網(wǎng)：一方面省略了故障測距的過程，加快了故障定位速度；另一方面它不是估算而是可以直接確定出故障區(qū)段，準(zhǔn)確性和有效性也大大增強(qiáng)。

1 分析方法介紹

1.1 停電損失

1.2 運(yùn)行成本和供電恢復(fù)成本

運(yùn)行成本和供電恢復(fù)成本可以分成以下兩部分：

（1）供電恢復(fù)操作的員工的人工成本。

（2）供電恢復(fù)操作的設(shè)備成本。

2 多目標(biāo)最優(yōu)化

這里μi是第i個目標(biāo)函數(shù)，g和h是不等式和等式約束條件，x是最優(yōu)化或者決策變量向量。這個問題的解是一組收斂到最優(yōu)的Pareto解。不同于唯一解問題，多目標(biāo)問題的解是Pareto無限集。

2.1 解決方法

對多目標(biāo)最優(yōu)化問題求解的方法有很多，下面提出一些：

（1）構(gòu)造聚合目標(biāo)函數(shù)（Aggregate Objective Function）。

（2）進(jìn)化算法（Evolutionary algo rithms）。

（3）采用進(jìn)化算法的多目標(biāo)最優(yōu)化方法（Multi objective Optimization using Evolutionary Algorithms）。

（4）多目標(biāo)遺傳算法（Multi Obje ctive Genetic）。

（5）其他算法。

而在這些方法中，我們選擇多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行最優(yōu)化，多目標(biāo)遺傳算法在下面將作詳細(xì)解釋。

2.2 多目標(biāo)遺傳算法

2.2.1 初始種群

最初許多隨機(jī)生成的個體解可形成一個初始種群。初始種群大小決定于這些問題的屬性，包含了幾百或者幾千個可能解。一般情況下，隨機(jī)生成的種群涵蓋了所有的可能解。個別情況下，最優(yōu)解也許就存在于這些可能解之中。

在這個階段中，可輸入網(wǎng)絡(luò)參數(shù)?，F(xiàn)在將運(yùn)用于適應(yīng)度函數(shù)中的n個bit位的0和1數(shù)據(jù)可用來初始假定故障監(jiān)測裝置的分布：（見圖1）

這些基因是隨機(jī)遺傳產(chǎn)生的，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算可處理這些假定的基因。如果第i個bit位為1，這意味著第i個分段有故障監(jiān)測裝置，否則就沒有不能納入網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。

2.2.2 遺傳算子

遺傳算子是應(yīng)用于由一個舊的種群生成一個新的種群的染色體的隨機(jī)轉(zhuǎn)變規(guī)則。一個遺傳算子通常由復(fù)制、交叉和變異算子組成。

（1）交叉。

交叉是指在一個字符串中選擇一個隨機(jī)位置，并與另一個字符串交換該位置左或右字符的過程。這個被隨機(jī)選取的位置被稱為交叉點(diǎn)。在該文中，所交換的均為交叉點(diǎn)右側(cè)的字符。父染色體被交叉的幾率定位0.7。

（2）變異。

變異是指一個字符串位由‘0變?yōu)椤?或者由‘1變?yōu)椤?的小概率隨機(jī)更改過程。它通過保證在問題空間內(nèi)搜索任一區(qū)域的概率永遠(yuǎn)不會為零，防止遺傳物質(zhì)在經(jīng)過復(fù)制和交叉后完全丟失。在本文中，變異的概率被假定在0.01和0.1之間。

3 多對象遺傳算法的應(yīng)用

這里以寧波慈溪供電局在2013年建設(shè)的配電網(wǎng)快速復(fù)電系統(tǒng)中的一條10 kV線路（游源線）上故障指示器的實(shí)際安裝情況為例，說明采用多對象遺傳算法計(jì)算故障監(jiān)測裝置的配置和分布的方法。

下面我們先為這次算法研究列出所需要的一些參數(shù)：

種群大小=20；遺傳代的最大數(shù)量=100；變異概率=0.05；交叉概率=0.7

該線路單線圖如圖3所示，線路總長度為21.2 km，其中主干線長3.585 km，帶有12個主要負(fù)載。

這條線路其他數(shù)據(jù)如表1所示。5210，2480

根據(jù)圖2和表1，通過計(jì)算得到裝置最優(yōu)配置數(shù)量為13，其最優(yōu)分布如圖2所示。

4 結(jié)論

本文根據(jù)配電網(wǎng)中的故障區(qū)段估算的問題和故障監(jiān)測裝置的應(yīng)用，提出了一種新的對象函數(shù)。采用這種多目標(biāo)遺傳算法，解決了故障監(jiān)測裝置的最佳數(shù)量和分布的問題，通過優(yōu)化故障監(jiān)測裝置的數(shù)量和分布可以提升快速復(fù)電系統(tǒng)的綜合運(yùn)行效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 康忠健，李丹丹，劉曉林.配電網(wǎng)故障測距方法研究現(xiàn)狀[J].電氣應(yīng)用，2010（22）.

[2] 郝建強(qiáng).S注入法的配電網(wǎng)故障定位的研究[J].電力學(xué)報(bào)，2011（2）.

[3] 王昭楊，戚宇林.配電網(wǎng)單相接地故障定位S信號法的研究[J].電力科學(xué)與工程，2010（3）.endprint

摘 要：該文將分析和討論在配電網(wǎng)快速復(fù)電系統(tǒng)中故障監(jiān)測裝置的數(shù)量和安裝位置最優(yōu)配置方法，從而最大程度的提高供電經(jīng)濟(jì)效益和供電可靠性。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 快速復(fù)電 故障監(jiān)測 故障

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0023-02

一直以來，人們對于輸電網(wǎng)的故障定位算法的研究要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于配電網(wǎng)，但由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的不同（配電網(wǎng)多采用架空線或以架空線為主的混合結(jié)構(gòu)，一般為放射型供電方式）。絕大多數(shù)輸電線路故障定位算法卻并不適用于配電網(wǎng)。

這里先簡要介紹配電網(wǎng)故障定位的幾種方法。這些方法可以分為兩種：

基于阻抗檢測的方法；基于行波檢測的方法。

基于阻抗檢測的方法主要是通過檢測饋線前端的電壓和電流信號中的基波分量實(shí)現(xiàn)的，這類方法的實(shí)現(xiàn)雖然比較簡單，且成本也較低，但是這種方法的準(zhǔn)確性較較差。行波法是根據(jù)行波傳輸理論實(shí)現(xiàn)輸電線路故障測距的，這種方法雖然比較精確，但是復(fù)雜度和成本非常高，所以不適合配電網(wǎng)的故障定位。

基于故障監(jiān)測裝置的故障定位方法相對于上述的兩類方法更適合于配電網(wǎng)：一方面省略了故障測距的過程，加快了故障定位速度；另一方面它不是估算而是可以直接確定出故障區(qū)段，準(zhǔn)確性和有效性也大大增強(qiáng)。

1 分析方法介紹

1.1 停電損失

1.2 運(yùn)行成本和供電恢復(fù)成本

運(yùn)行成本和供電恢復(fù)成本可以分成以下兩部分：

（1）供電恢復(fù)操作的員工的人工成本。

（2）供電恢復(fù)操作的設(shè)備成本。

2 多目標(biāo)最優(yōu)化

這里μi是第i個目標(biāo)函數(shù)，g和h是不等式和等式約束條件，x是最優(yōu)化或者決策變量向量。這個問題的解是一組收斂到最優(yōu)的Pareto解。不同于唯一解問題，多目標(biāo)問題的解是Pareto無限集。

2.1 解決方法

對多目標(biāo)最優(yōu)化問題求解的方法有很多，下面提出一些：

（1）構(gòu)造聚合目標(biāo)函數(shù)（Aggregate Objective Function）。

（2）進(jìn)化算法（Evolutionary algo rithms）。

（3）采用進(jìn)化算法的多目標(biāo)最優(yōu)化方法（Multi objective Optimization using Evolutionary Algorithms）。

（4）多目標(biāo)遺傳算法（Multi Obje ctive Genetic）。

（5）其他算法。

而在這些方法中，我們選擇多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行最優(yōu)化，多目標(biāo)遺傳算法在下面將作詳細(xì)解釋。

2.2 多目標(biāo)遺傳算法

2.2.1 初始種群

最初許多隨機(jī)生成的個體解可形成一個初始種群。初始種群大小決定于這些問題的屬性，包含了幾百或者幾千個可能解。一般情況下，隨機(jī)生成的種群涵蓋了所有的可能解。個別情況下，最優(yōu)解也許就存在于這些可能解之中。

在這個階段中，可輸入網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。現(xiàn)在將運(yùn)用于適應(yīng)度函數(shù)中的n個bit位的0和1數(shù)據(jù)可用來初始假定故障監(jiān)測裝置的分布：（見圖1）

這些基因是隨機(jī)遺傳產(chǎn)生的，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算可處理這些假定的基因。如果第i個bit位為1，這意味著第i個分段有故障監(jiān)測裝置，否則就沒有不能納入網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。

2.2.2 遺傳算子

遺傳算子是應(yīng)用于由一個舊的種群生成一個新的種群的染色體的隨機(jī)轉(zhuǎn)變規(guī)則。一個遺傳算子通常由復(fù)制、交叉和變異算子組成。

（1）交叉。

交叉是指在一個字符串中選擇一個隨機(jī)位置，并與另一個字符串交換該位置左或右字符的過程。這個被隨機(jī)選取的位置被稱為交叉點(diǎn)。在該文中，所交換的均為交叉點(diǎn)右側(cè)的字符。父染色體被交叉的幾率定位0.7。

（2）變異。

變異是指一個字符串位由‘0變?yōu)椤?或者由‘1變?yōu)椤?的小概率隨機(jī)更改過程。它通過保證在問題空間內(nèi)搜索任一區(qū)域的概率永遠(yuǎn)不會為零，防止遺傳物質(zhì)在經(jīng)過復(fù)制和交叉后完全丟失。在本文中，變異的概率被假定在0.01和0.1之間。

3 多對象遺傳算法的應(yīng)用

這里以寧波慈溪供電局在2013年建設(shè)的配電網(wǎng)快速復(fù)電系統(tǒng)中的一條10 kV線路（游源線）上故障指示器的實(shí)際安裝情況為例，說明采用多對象遺傳算法計(jì)算故障監(jiān)測裝置的配置和分布的方法。

下面我們先為這次算法研究列出所需要的一些參數(shù)：

種群大小=20；遺傳代的最大數(shù)量=100；變異概率=0.05；交叉概率=0.7

該線路單線圖如圖3所示，線路總長度為21.2 km，其中主干線長3.585 km，帶有12個主要負(fù)載。

這條線路其他數(shù)據(jù)如表1所示。5210，2480

根據(jù)圖2和表1，通過計(jì)算得到裝置最優(yōu)配置數(shù)量為13，其最優(yōu)分布如圖2所示。

4 結(jié)論

本文根據(jù)配電網(wǎng)中的故障區(qū)段估算的問題和故障監(jiān)測裝置的應(yīng)用，提出了一種新的對象函數(shù)。采用這種多目標(biāo)遺傳算法，解決了故障監(jiān)測裝置的最佳數(shù)量和分布的問題，通過優(yōu)化故障監(jiān)測裝置的數(shù)量和分布可以提升快速復(fù)電系統(tǒng)的綜合運(yùn)行效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 康忠健，李丹丹，劉曉林.配電網(wǎng)故障測距方法研究現(xiàn)狀[J].電氣應(yīng)用，2010（22）.

[2] 郝建強(qiáng).S注入法的配電網(wǎng)故障定位的研究[J].電力學(xué)報(bào)，2011（2）.

[3] 王昭楊，戚宇林.配電網(wǎng)單相接地故障定位S信號法的研究[J].電力科學(xué)與工程，2010（3）.endprint

摘 要：該文將分析和討論在配電網(wǎng)快速復(fù)電系統(tǒng)中故障監(jiān)測裝置的數(shù)量和安裝位置最優(yōu)配置方法，從而最大程度的提高供電經(jīng)濟(jì)效益和供電可靠性。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 快速復(fù)電 故障監(jiān)測 故障

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（b）-0023-02

一直以來，人們對于輸電網(wǎng)的故障定位算法的研究要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于配電網(wǎng)，但由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)的不同（配電網(wǎng)多采用架空線或以架空線為主的混合結(jié)構(gòu)，一般為放射型供電方式）。絕大多數(shù)輸電線路故障定位算法卻并不適用于配電網(wǎng)。

這里先簡要介紹配電網(wǎng)故障定位的幾種方法。這些方法可以分為兩種：

基于阻抗檢測的方法；基于行波檢測的方法。

基于阻抗檢測的方法主要是通過檢測饋線前端的電壓和電流信號中的基波分量實(shí)現(xiàn)的，這類方法的實(shí)現(xiàn)雖然比較簡單，且成本也較低，但是這種方法的準(zhǔn)確性較較差。行波法是根據(jù)行波傳輸理論實(shí)現(xiàn)輸電線路故障測距的，這種方法雖然比較精確，但是復(fù)雜度和成本非常高，所以不適合配電網(wǎng)的故障定位。

基于故障監(jiān)測裝置的故障定位方法相對于上述的兩類方法更適合于配電網(wǎng)：一方面省略了故障測距的過程，加快了故障定位速度；另一方面它不是估算而是可以直接確定出故障區(qū)段，準(zhǔn)確性和有效性也大大增強(qiáng)。

1 分析方法介紹

1.1 停電損失

1.2 運(yùn)行成本和供電恢復(fù)成本

運(yùn)行成本和供電恢復(fù)成本可以分成以下兩部分：

（1）供電恢復(fù)操作的員工的人工成本。

（2）供電恢復(fù)操作的設(shè)備成本。

2 多目標(biāo)最優(yōu)化

這里μi是第i個目標(biāo)函數(shù)，g和h是不等式和等式約束條件，x是最優(yōu)化或者決策變量向量。這個問題的解是一組收斂到最優(yōu)的Pareto解。不同于唯一解問題，多目標(biāo)問題的解是Pareto無限集。

2.1 解決方法

對多目標(biāo)最優(yōu)化問題求解的方法有很多，下面提出一些：

（1）構(gòu)造聚合目標(biāo)函數(shù)（Aggregate Objective Function）。

（2）進(jìn)化算法（Evolutionary algo rithms）。

（3）采用進(jìn)化算法的多目標(biāo)最優(yōu)化方法（Multi objective Optimization using Evolutionary Algorithms）。

（4）多目標(biāo)遺傳算法（Multi Obje ctive Genetic）。

（5）其他算法。

而在這些方法中，我們選擇多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行最優(yōu)化，多目標(biāo)遺傳算法在下面將作詳細(xì)解釋。

2.2 多目標(biāo)遺傳算法

2.2.1 初始種群

最初許多隨機(jī)生成的個體解可形成一個初始種群。初始種群大小決定于這些問題的屬性，包含了幾百或者幾千個可能解。一般情況下，隨機(jī)生成的種群涵蓋了所有的可能解。個別情況下，最優(yōu)解也許就存在于這些可能解之中。

在這個階段中，可輸入網(wǎng)絡(luò)參數(shù)?，F(xiàn)在將運(yùn)用于適應(yīng)度函數(shù)中的n個bit位的0和1數(shù)據(jù)可用來初始假定故障監(jiān)測裝置的分布：（見圖1）

這些基因是隨機(jī)遺傳產(chǎn)生的，網(wǎng)絡(luò)計(jì)算可處理這些假定的基因。如果第i個bit位為1，這意味著第i個分段有故障監(jiān)測裝置，否則就沒有不能納入網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。

2.2.2 遺傳算子

遺傳算子是應(yīng)用于由一個舊的種群生成一個新的種群的染色體的隨機(jī)轉(zhuǎn)變規(guī)則。一個遺傳算子通常由復(fù)制、交叉和變異算子組成。

（1）交叉。

交叉是指在一個字符串中選擇一個隨機(jī)位置，并與另一個字符串交換該位置左或右字符的過程。這個被隨機(jī)選取的位置被稱為交叉點(diǎn)。在該文中，所交換的均為交叉點(diǎn)右側(cè)的字符。父染色體被交叉的幾率定位0.7。

（2）變異。

變異是指一個字符串位由‘0變?yōu)椤?或者由‘1變?yōu)椤?的小概率隨機(jī)更改過程。它通過保證在問題空間內(nèi)搜索任一區(qū)域的概率永遠(yuǎn)不會為零，防止遺傳物質(zhì)在經(jīng)過復(fù)制和交叉后完全丟失。在本文中，變異的概率被假定在0.01和0.1之間。

3 多對象遺傳算法的應(yīng)用

這里以寧波慈溪供電局在2013年建設(shè)的配電網(wǎng)快速復(fù)電系統(tǒng)中的一條10 kV線路（游源線）上故障指示器的實(shí)際安裝情況為例，說明采用多對象遺傳算法計(jì)算故障監(jiān)測裝置的配置和分布的方法。

下面我們先為這次算法研究列出所需要的一些參數(shù)：

種群大小=20；遺傳代的最大數(shù)量=100；變異概率=0.05；交叉概率=0.7

該線路單線圖如圖3所示，線路總長度為21.2 km，其中主干線長3.585 km，帶有12個主要負(fù)載。

這條線路其他數(shù)據(jù)如表1所示。5210，2480

根據(jù)圖2和表1，通過計(jì)算得到裝置最優(yōu)配置數(shù)量為13，其最優(yōu)分布如圖2所示。

4 結(jié)論

本文根據(jù)配電網(wǎng)中的故障區(qū)段估算的問題和故障監(jiān)測裝置的應(yīng)用，提出了一種新的對象函數(shù)。采用這種多目標(biāo)遺傳算法，解決了故障監(jiān)測裝置的最佳數(shù)量和分布的問題，通過優(yōu)化故障監(jiān)測裝置的數(shù)量和分布可以提升快速復(fù)電系統(tǒng)的綜合運(yùn)行效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 康忠健，李丹丹，劉曉林.配電網(wǎng)故障測距方法研究現(xiàn)狀[J].電氣應(yīng)用，2010（22）.

[2] 郝建強(qiáng).S注入法的配電網(wǎng)故障定位的研究[J].電力學(xué)報(bào)，2011（2）.

[3] 王昭楊，戚宇林.配電網(wǎng)單相接地故障定位S信號法的研究[J].電力科學(xué)與工程，2010（3）.endprint