GIS平臺(tái)配電網(wǎng)故障目前所用診斷算法特點(diǎn)分析

【摘要】基于GIS平臺(tái)，利用空間搜索技術(shù)、數(shù)學(xué)模型以及簡(jiǎn)化了的關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)，能夠有效的確定配電網(wǎng)故障的位置，方便專業(yè)人員及時(shí)的給予故障處理方案。本文通過(guò)配電網(wǎng)故障的分類以及基于GIS平臺(tái)配電網(wǎng)故障診斷算法兩個(gè)部分對(duì)GIS平臺(tái)配電網(wǎng)故障目前所用的診斷算法特點(diǎn)進(jìn)行分析，方便處理和快速定位配電網(wǎng)的故障。

【關(guān)鍵詞】GIS平臺(tái);配電網(wǎng)故障;診斷算法

在對(duì)配電網(wǎng)故障進(jìn)行診斷時(shí)，選擇基于GIS平臺(tái)并結(jié)合相應(yīng)的診斷算法，能夠改善配電網(wǎng)故障診斷效率不高的問(wèn)題，提高了基于空間搜索算法的診斷效率，有利于幫助實(shí)現(xiàn)在地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行故障的排查、診斷的仿真模擬。

一、配電網(wǎng)故障的分類

開(kāi)關(guān)、刀閘、線路、配變等配電元件共同構(gòu)成了配電網(wǎng)，四個(gè)元件中只要有一個(gè)配電原件出現(xiàn)故障就會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)故障。在對(duì)配網(wǎng)的故障原因進(jìn)行診斷的過(guò)程中，一般是通過(guò)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)操作來(lái)使故障設(shè)備停電。因?yàn)槿魏卧O(shè)備出現(xiàn)的故障都可以通過(guò)相應(yīng)的饋線來(lái)反應(yīng)，因此在實(shí)際操作過(guò)程中，可以將故障的發(fā)生當(dāng)作是在相應(yīng)的線路上進(jìn)行的。所以，可以將配電網(wǎng)出現(xiàn)故障的原因分為以下幾類：

1.單相接地

單相接地一般是指，由于三相平衡遭到破壞，使得非故障相的電壓升高，配電網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)間越長(zhǎng)會(huì)擊穿相應(yīng)設(shè)備的絕緣的概率越高，進(jìn)而容易造成和引起更大的事故。因?yàn)樵斐蓡蜗嘟拥氐脑蛴泻芏?，所以單相接地是在所有的配電網(wǎng)故障中發(fā)生的頻率最高的故障。

2.兩相短路

兩相短路一般是指，由于外力、雷擊等原因造成的用戶停電。兩相短路往往會(huì)形成強(qiáng)大的短路電流，如果故障得不到及時(shí)的隔離，會(huì)導(dǎo)致線路的燒斷。

3.三相短路

三相短路是所有配電網(wǎng)故障中最為嚴(yán)重的故障，發(fā)生的頻率較低，一般為人為引起。

4.缺相

缺相一般是指，由于三相電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行或者一相或兩相電機(jī)的受電端沒(méi)有電壓所導(dǎo)致的配電網(wǎng)故障。

不管發(fā)生哪一種配電網(wǎng)故障，都會(huì)對(duì)用戶的日常生活造成一定的影響。所以一旦發(fā)現(xiàn)有配電網(wǎng)故障，應(yīng)在發(fā)現(xiàn)故障的第一時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行解除或者隔離，確保整個(gè)配電網(wǎng)能夠照常運(yùn)行。

二、基于GIS平臺(tái)配電網(wǎng)故障診斷算法

1.Dijkstra算法

一般來(lái)說(shuō)，在一條路徑中，以開(kāi)始時(shí)的點(diǎn)為源點(diǎn)，以結(jié)束時(shí)的點(diǎn)為終點(diǎn)。參照配電網(wǎng)對(duì)于最佳搶修路徑分析的特征，問(wèn)題就可以轉(zhuǎn)換為求一個(gè)單源最短路徑的問(wèn)題。即：已知有向網(wǎng)G=（V，E），求V中的某一源點(diǎn)到V中到其他各個(gè)頂點(diǎn)之間的所有最短路徑。

Dijkstra算法指的是由Dijkstra提出的一種按照路徑的長(zhǎng)度，沿遞增的順序，所形成的到有向網(wǎng)中各個(gè)頂點(diǎn)的最短路徑的一種算法。如果需要按照長(zhǎng)度遞增的順序生成其他頂點(diǎn)與源點(diǎn)s之間的最短路徑，并且將源點(diǎn)到自身的距離0看作源點(diǎn)的最短路徑，那么目前除了終點(diǎn)以外的正在生成的最短路徑，其他頂點(diǎn)的最短路徑都已形成。

對(duì)于有向網(wǎng)G=（V，E），Dijkstra算法需要保證兩個(gè)源點(diǎn)集合有意義。一個(gè)集合S是指，由源點(diǎn)S到終點(diǎn)所包含的所有最短路徑的節(jié)點(diǎn)的集合;另一個(gè)集合V-S是指指除了最短路徑所包含的節(jié)點(diǎn)，所有其余節(jié)點(diǎn)的集合。在Dijkstra算法中，一般是將有向網(wǎng)G中以S集合中的點(diǎn)為父點(diǎn)，以V-S集合中的點(diǎn)為子點(diǎn)，并且將最短邊的各個(gè)子節(jié)點(diǎn)歸入S中，到V-S集合中只剩下最短距離為∞的點(diǎn)或者直到加完所有的節(jié)點(diǎn)為止。

圖1 G

圖1G表示dijktra算法以0為源點(diǎn)選擇最優(yōu)路徑的循環(huán)過(guò)程，從圖中可以看出從源點(diǎn)0到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑。

因此，該算法屬于基于貪心策略的算法，即通過(guò)保證局部的距離最短從而使得整體的距離最短。當(dāng)然，如果不存在從源點(diǎn)到某一點(diǎn)的路徑，那么就可以假設(shè)該藍(lán)點(diǎn)與源點(diǎn)之間的最短路徑為長(zhǎng)度無(wú)窮大的一條虛擬的路徑。

2.深度優(yōu)先遍歷搜索算法

隨著人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)分析的需求越來(lái)越高，基于GIS平臺(tái)的軟件也不斷推出不同的可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析的子系統(tǒng)。但是，由于當(dāng)前市場(chǎng)上許多的機(jī)遇GIS平臺(tái)的拓?fù)浞治龉δ苣壳斑€不能夠達(dá)到專業(yè)拓?fù)浞治龅乃剑虼酥挥薪Y(jié)合一些算法才能有效的幫助完成專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觥?/p>

假定圖G的初態(tài)為所有頂點(diǎn)均未被訪問(wèn)過(guò)，任選一點(diǎn)v∈G作為源點(diǎn)，對(duì)深度優(yōu)先搜索算法進(jìn)行定義。深度優(yōu)先搜索算法是指，訪問(wèn)出發(fā)點(diǎn)v并將其標(biāo)記為已訪問(wèn)過(guò)，接著從v出發(fā)依次搜索v的每個(gè)臨節(jié)點(diǎn)w，如果w未曾被訪問(wèn)過(guò)，則以w為新的起點(diǎn)進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷，直至所有從源點(diǎn)可達(dá)的點(diǎn)均已被訪問(wèn)，若仍有沒(méi)有被訪問(wèn)過(guò)的點(diǎn)，那么就需要再選擇一個(gè)沒(méi)有被訪問(wèn)過(guò)的點(diǎn)重新作為源點(diǎn)，不斷的重復(fù)上述步驟，直到圖G中所有的頂點(diǎn)均已被訪問(wèn)過(guò)為止。

圖2 G

圖2G表示dijktra算法以0為源點(diǎn)選擇最優(yōu)路徑的循環(huán)過(guò)程，從圖中可以看出從源點(diǎn)0到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑。

深度優(yōu)先遍歷搜索算法和樹(shù)的前序遍歷相似。這種搜索算法的特點(diǎn)是，盡可能的先進(jìn)行縱深方向的搜索。

3.廣度優(yōu)先遍歷搜索算法

廣度優(yōu)先搜索算法這種成熟的算法與基于GIS平臺(tái)的拓?fù)浞治龇椒ㄏ嘟Y(jié)合，能夠快速有效的找到配網(wǎng)拓?fù)鋱D中所有的帶電節(jié)點(diǎn)，提高網(wǎng)絡(luò)分析的效率和速度，進(jìn)一步保證了搜索速度的實(shí)用性。

假定圖G的初態(tài)為所有頂點(diǎn)均未被訪問(wèn)過(guò)，任選一點(diǎn)v∈G作為源點(diǎn)，對(duì)廣度優(yōu)先算法遍歷進(jìn)行定義。廣度優(yōu)先遍歷算法是指，訪問(wèn)出發(fā)點(diǎn)v并將其標(biāo)記為已訪問(wèn)過(guò)，接著從v出發(fā)依次搜索v的每個(gè)臨節(jié)點(diǎn)w，再以每個(gè)臨節(jié)點(diǎn)w為新的起點(diǎn)進(jìn)行遍歷，直至所有從源點(diǎn)可達(dá)的點(diǎn)均已被訪問(wèn)。如果G為連通圖，則訪問(wèn)結(jié)束，反之如果還有沒(méi)有被訪問(wèn)過(guò)的點(diǎn)，那么就選擇一個(gè)沒(méi)有被訪問(wèn)過(guò)的點(diǎn)重新作為源點(diǎn)，不斷的重復(fù)上述步驟，直到圖中所有的頂點(diǎn)均已被訪問(wèn)過(guò)為止。

廣度優(yōu)先遍歷搜索的算法和樹(shù)的按層次遍歷相似。這種搜索方法的特點(diǎn)是，盡可能的先進(jìn)行橫向的搜索。

4.算法實(shí)例

在相關(guān)的基于GIS平臺(tái)配電網(wǎng)故障診斷的實(shí)例中，其單分支線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3

具體的計(jì)算步驟為：（1）由電網(wǎng)GIS平臺(tái)下的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖得到相關(guān)的簡(jiǎn)化圖;（2）通過(guò)簡(jiǎn)化圖建立起相關(guān)的關(guān)系矩陣;（3）通過(guò)運(yùn)算得到故障信息所處的架空線段的區(qū)間。在配電網(wǎng)的GIS系統(tǒng)，線路大多數(shù)是有多檔線所組成的，并且支線中具有多個(gè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)間的關(guān)系矩陣D如下所示：

依據(jù)故障信息向量的定義及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析可以知道，如果其定點(diǎn)i中有電流通過(guò)，那么g[i]=1，否則g[i]=0，所以得到G=[1，1，1，0，0，0，0，0]，故障信息矩陣P=D×diag（G），計(jì)算得到矩陣P如下所示：

從矩陣P中就很容易進(jìn)行故障點(diǎn)的定位，其中取值為1的元素，其行數(shù)與列數(shù)就代表了故障區(qū)域兩端的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)。

三、結(jié)束語(yǔ)

配電網(wǎng)故障的定位是指，能夠準(zhǔn)確和及時(shí)的對(duì)故障所發(fā)生的區(qū)域或者故障點(diǎn)進(jìn)行確定，從而迅速的對(duì)故障區(qū)域進(jìn)行隔離并且對(duì)故障區(qū)域非故障點(diǎn)進(jìn)行供電恢復(fù)。本文通過(guò)分析配電網(wǎng)故障的分類以及基于GIS平臺(tái)配電網(wǎng)故障診斷算法兩個(gè)部分對(duì)GIS平臺(tái)配電網(wǎng)故障目前所用的診斷算法特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了Dijkstra算法、深度優(yōu)先遍歷搜索算法和廣度優(yōu)先遍歷搜索算法，并對(duì)這些搜索算法的特性進(jìn)行分析，能夠有效解決基于GIS平臺(tái)上的搜索速度受限的問(wèn)題，值得臨床上的借鑒推廣。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張帆（1985—），男，河南省羅山縣電業(yè)局助理工程師。