關(guān)于智能電網(wǎng)故障快速診斷方案的探究

賈敏鋒

摘要：智能電網(wǎng)是基于基礎(chǔ)設(shè)施的安裝和數(shù)據(jù)集成的實(shí)施。這些基礎(chǔ)設(shè)施包括通信和監(jiān)控設(shè)備，其中大部分監(jiān)控功能通過變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)。為了保障電子設(shè)備儀器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，做好其中故障的快速識(shí)別和診斷尤為關(guān)鍵?；诖耍疚慕Y(jié)合相關(guān)資料分析了基于PN理論的智能電網(wǎng)故障診斷方法，希望通過對(duì)其的研究與分析，能為相關(guān)電力工作者提供幫助與借鑒。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);故障;診斷;Petri網(wǎng)（PN）

1.PN基礎(chǔ)理論

PN是一種表示描述流程的數(shù)學(xué)模型，可指定狀態(tài)演化方程以及控制系統(tǒng)行為的代數(shù)關(guān)系，根據(jù)每個(gè)事件發(fā)生后流程的新狀態(tài)對(duì)流程演化進(jìn)行建模。通過考慮模型系統(tǒng)的狀態(tài)演化（令牌在庫所上的變化）來分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，需要記住每個(gè)庫所可能持有非負(fù)數(shù)量的令牌，由小實(shí)心點(diǎn)表示。在任何給定的時(shí)刻中，令牌在庫所上的分布稱為PN標(biāo)記，并定義系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。

由上述可得，變遷s2的觸發(fā)可指示事件的發(fā)生（如斷路器跳閘），使系統(tǒng)變遷到另一狀態(tài)（如斷路器開路）。電力系統(tǒng)中故障可能導(dǎo)致庫所中的令牌數(shù)量變?yōu)樨?fù)值。

2.智能電網(wǎng)故障快速診斷方案

當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)和檢測(cè)器電流達(dá)到一定的值，或指示一定的動(dòng)作。文中假定這些信息是提供給需要評(píng)估其連貫性的推理器。推理器可以是SCADA系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程終端單元（RTU）和通信信道接收和評(píng)估數(shù)據(jù)。所提出的故障檢測(cè)與識(shí)別方法基于一個(gè)PN模型，該模型捕獲所有保護(hù)系統(tǒng)和當(dāng)前檢測(cè)器及其動(dòng)作。其中推理器能夠?qū)收衔恢眠M(jìn)行診斷，并在此過程中判斷是否提供了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。具體來說，提出的故障診斷方法基于以下三個(gè)步驟：（1）開發(fā)適合故障檢測(cè)的PN模型;（2）數(shù)據(jù)傳輸故障檢測(cè);（3）電力系統(tǒng)故障識(shí)別。

2.1用于故障檢測(cè)的PN設(shè)計(jì)

PN的設(shè)計(jì)取決于所連接的DG和保護(hù)系統(tǒng)的底層電網(wǎng)的特性，預(yù)期精度取決于相應(yīng)可用的傳感信息。機(jī)組數(shù)量影響故障電流方向，保護(hù)系統(tǒng)決定了PN在庫所和變遷方面的復(fù)雜性。假設(shè)有足夠可用的傳感器，通過圖1所示的配電網(wǎng)說明設(shè)計(jì)過程。

第一步，考慮每個(gè)保護(hù)系統(tǒng)，構(gòu)建其關(guān)聯(lián)的PPN模型。文中網(wǎng)絡(luò)由三個(gè)保護(hù)系統(tǒng)組成（P1，P2和P3），每個(gè)PN的結(jié)構(gòu)取決于每個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的閾值級(jí)別的數(shù)量。假設(shè)P1包含兩個(gè)閾值級(jí)別，P2和P3都包含三個(gè)閾值級(jí)別，構(gòu)造三個(gè)PPN，得到的方案如圖4所示。第二步插入與母線相對(duì)應(yīng)的DPN模型，母線具有識(shí)別當(dāng)前方向的傳感器。假設(shè)在母線B4上存在一個(gè)傳感器，考慮到發(fā)電機(jī)的存在，在PN中加入一個(gè)DPN。如果PN是根據(jù)單個(gè)PPN的簡(jiǎn)單組成的，它將無法定位故障，還需要添加一些庫所來關(guān)聯(lián)從各PN中獲得的信息。需要考慮定位饋線一（L1）的保護(hù)P2和母線發(fā)電機(jī)B4和饋線二（L2）下游的保護(hù)P3之間的故障。保護(hù)P2與母線B4之間的網(wǎng)絡(luò)部分命名為區(qū)域一，保護(hù)P3與饋線L2末端之間的網(wǎng)絡(luò)部分命名為區(qū)域二。因此，需要添加稱為地方位置錯(cuò)誤（PLFs）的庫所。第一個(gè)PLF是pL1，表示區(qū)域一，第二個(gè)PLF是pL2，表示區(qū)域二。為了使這些信息相互關(guān)聯(lián)，必須考慮所構(gòu)造的PN和兩個(gè)PLFs之間的連接。由于母線B4和保護(hù)P2之間的故障均有發(fā)電機(jī)和變電站，導(dǎo)致了保護(hù)P1和P2的下游電流，以及母線B4和保護(hù)P3的上游電流。而這現(xiàn)象表明，我們應(yīng)該將庫所p1d、p2d、p3u、pgen與pL1連接起來，相同地處理pL2（故障發(fā)生在區(qū)域二），但需注意饋線二上的唯一PN與保護(hù)P3相關(guān)聯(lián)。這些連接是通過兩個(gè)變遷sL1和sL2來實(shí)現(xiàn)的，這兩個(gè)變遷對(duì)控制中心的傳感器進(jìn)行建模，使控制中心的傳感器能夠收集信息并指示故障位置。只有考慮庫所ppu和ppd的輸入和輸出弧對(duì)應(yīng)的兩個(gè)令牌，PN才能正確演化。因此，系統(tǒng)地設(shè)計(jì)各保護(hù)系統(tǒng)的PN模型所采取的步驟如下：（1）若一個(gè)保護(hù)系統(tǒng)，其繼電器和CB的數(shù)量等于相應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)的閾值電平的數(shù)量，則添加一個(gè)PPN模型;（2）在負(fù)載或發(fā)電機(jī)連接點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系中插入DPN模型，檢測(cè)器的數(shù)量越多，故障識(shí)別的準(zhǔn)確度就越高;（3）在兩個(gè)保護(hù)系統(tǒng)或電流檢測(cè)器之間的任何電源分支添加一個(gè)PLF，其標(biāo)記將表明故障的位置;（4）連接PPN和DPN到所添加的PLF，如果保護(hù)系統(tǒng)中與i-PLF所模擬的區(qū)段中的故障相對(duì)應(yīng)的電流向下游（上游）流動(dòng)，則將庫所ppd（ppu）與i-PLF連接。注意，若下游保護(hù)系統(tǒng)無發(fā)電機(jī)，則不進(jìn)行步驟（4）中指定的連接。

2.2數(shù)據(jù)傳輸故障過程

數(shù)據(jù)傳輸故障過程基于PN模型，通過奇偶校驗(yàn)操作，重構(gòu)其化狀態(tài)、識(shí)別故障，通常采用整數(shù)算法或p模運(yùn)算。現(xiàn)有的方法通過將原始PN的狀態(tài)嵌入到冗余的PN中進(jìn)行編碼，以便能夠診斷PN庫所或變遷中的故障。

2.3故障識(shí)別

故障的識(shí)別基于所建PN模型的演化。當(dāng)與i-PLF相對(duì)應(yīng)的變遷si觸發(fā)時(shí)，PN的自然演化提供了故障位置的信息。忽略DG母線上檢測(cè)器的PN，保護(hù)系統(tǒng)由三個(gè)帶繼電器的斷路器組成。

3.結(jié)束語

總而言之，隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，對(duì)于智能電網(wǎng)故障的快速診斷方案應(yīng)當(dāng)進(jìn)行深入研究，不僅有助于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)還能進(jìn)一步推動(dòng)我國電力事業(yè)發(fā)展與進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1]任庭昊，代運(yùn)滔，馬靜.面向智能電網(wǎng)應(yīng)用的配電自動(dòng)化系統(tǒng)研究[J].信息與電腦（理論版），2019（12）：100-101+104.

[2]葉國豪.探討智能配電網(wǎng)故障快速定位與故障恢復(fù)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（23）：4-5.

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