配電網(wǎng)線路故障的基于模型診斷方法研究

黃浩 王光東 季東輝

摘 要 當(dāng)前人們的生產(chǎn)生活都離不開對(duì)電力的需求，而配電線路受多種因素的影響，其故障產(chǎn)生的頻次較高，加強(qiáng)故障診斷效率可有效提升供電可靠性。本文簡(jiǎn)要概述了模型診斷方法處理配電網(wǎng)故障的優(yōu)勢(shì)，并重點(diǎn)從模型建模、縮小診斷集、確認(rèn)故障點(diǎn)、實(shí)施搶修四個(gè)方面提出了基于模型診斷的流程，僅供參考。

關(guān)鍵詞 配電網(wǎng);線路故障;模型診斷方法;故障診斷

引言

我國(guó)配電線路分為高壓與低壓配電線路兩種，其中高壓配電線路電壓為3.6kV～40.5kV，低壓配電線路電壓小于1kV，由于配電線路大多布設(shè)與戶外環(huán)境中，極易受到自然或人為因素的影響，使得輸電線路出現(xiàn)運(yùn)行故障，提高故障診斷的精準(zhǔn)性十分重要，其中模型診斷方法是診斷配電線路故障的有效手段之一。

1模型診斷方法處理配電網(wǎng)故障的優(yōu)勢(shì)

1.1 能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化診斷

MBD模型診斷方法是一種數(shù)字化模型技術(shù)，利用此技術(shù)在配電網(wǎng)系統(tǒng)中建立故障診斷模型需要以數(shù)字標(biāo)工模型DMT的基本要求為標(biāo)準(zhǔn)，在具有高度協(xié)調(diào)關(guān)系電網(wǎng)線路與電氣元件設(shè)備中建立起一個(gè)統(tǒng)一性較強(qiáng)的基準(zhǔn)系統(tǒng)，從而能夠較為精準(zhǔn)的反應(yīng)各輸電環(huán)節(jié)運(yùn)行系數(shù)的映射關(guān)系，為找到故障點(diǎn)奠定基礎(chǔ)。MBD模型診斷方法當(dāng)前已經(jīng)在醫(yī)療、金融、航空航天等領(lǐng)域得以普及應(yīng)用，同時(shí)也是智能化時(shí)代人工智能領(lǐng)域研究的重點(diǎn)內(nèi)容，雖在電路診斷和配電網(wǎng)故障中的應(yīng)用研究比較滯后，但也是未來(lái)智能電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中的重要方向。

1.2 彌補(bǔ)經(jīng)驗(yàn)診斷方法的不足

由于我國(guó)傳統(tǒng)配電網(wǎng)設(shè)計(jì)與管理模式較為粗放，使得長(zhǎng)久發(fā)展以來(lái)各地區(qū)輸電網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜，存在極大的安全隱患。當(dāng)前在配電網(wǎng)系統(tǒng)中應(yīng)用較為普遍的線路故障診斷方法多基于經(jīng)驗(yàn)診斷，比如專家診斷方法，雖比較適合于解決復(fù)雜的電網(wǎng)系統(tǒng)，但在經(jīng)驗(yàn)之外的故障診斷上缺乏系統(tǒng)性與專業(yè)性。MBD模型診斷方法能夠?qū)⒐收显\斷過(guò)程與模型建模分開，模型系統(tǒng)移植性較強(qiáng)，理論上能對(duì)配電系統(tǒng)中各類型故障進(jìn)行定點(diǎn)診斷[1]。

2配電網(wǎng)線路故障基于模型診斷方案設(shè)計(jì)

2.1 建立配電網(wǎng)線路及元件設(shè)施系統(tǒng)模型

利用MBD模型建立配電網(wǎng)線路及設(shè)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理模型，一般需要利用配電網(wǎng)中電氣元件的約束方程R（j）以及各類元件間的連接關(guān)系，建立起全面、系統(tǒng)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)架和功能模型。在對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，需要為每一個(gè)電氣元部件的連接支路電流進(jìn)行定義變量。同時(shí)對(duì)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中每一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行定義變量，然后對(duì)該節(jié)點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的所有支路列寫KCL方程，從而得到配電網(wǎng)系統(tǒng)模型。

2.2 縮小診斷集

離線搜索最小沖突集候選。

最小沖突集指的是利用配電網(wǎng)設(shè)計(jì)原理模型以及模型計(jì)算過(guò)程中所觀測(cè)到的信息分布特征，技術(shù)人員需要優(yōu)先采用離線方式搜索配電網(wǎng)系統(tǒng)中所包含的所有解析冗余關(guān)系以及它們的最小支撐環(huán)境，其中解析冗余關(guān)系A(chǔ)RRi指的是從配電網(wǎng)系統(tǒng)模型中得到的只含有系統(tǒng)可觀測(cè)變量的約束方程，其最小支撐環(huán)境由最小元件集合Ei所組成。當(dāng)對(duì)配電網(wǎng)系進(jìn)行設(shè)計(jì)模型建模后，檢測(cè)技術(shù)人員需要充分利用已得的解析冗余關(guān)系中所包含的隱藏線索，采用RGA改進(jìn)遺傳算法離線搜索出最小沖突集候選。

（1）在線搜索最小沖突集

當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生線路故障時(shí)，檢測(cè)人員需要利用電網(wǎng)系統(tǒng)中電流電壓互感器獲得真實(shí)的故障信息，并從已經(jīng)確認(rèn)好的最小沖突集候選中在線搜索出最小沖突集，即是將故障信息代入到解析冗余方程中進(jìn)行計(jì)算與分析，判斷其是否滿足解析條件，當(dāng)不滿足相關(guān)條件時(shí)，則判定此故障狀態(tài)信息所對(duì)應(yīng)的候選沖突集即是真正的最小沖突集。

（2）計(jì)算最小沖突集得到候選診斷集

一般最小沖突集搜索的算法有兩種，一種是自頂向下方法，包括CS-tree法、標(biāo)識(shí)集CS-tree法等;另一種是自底向上方法，包括CS-tree翻轉(zhuǎn)法、CSSE-tree法。配單系統(tǒng)故障發(fā)生后，當(dāng)技術(shù)人員在縮小診斷集前就已經(jīng)知道最小沖突集與最大沖突集之間的數(shù)據(jù)信息較為接近，即可采用自頂向下的計(jì)算方法，快速找到最小沖突集，使故障診斷迅速完成，否則即需采用自底向上的方法，直接找到最小沖突集。

在找到最小沖突集以后，檢測(cè)人員需要將系統(tǒng)（SD，OBS，COMP），ΔCOMP作為一個(gè)診斷利用碰集計(jì)算方法，計(jì)算出最小碰集;布爾代數(shù)法即是常見的碰集計(jì)算方法，此方法屬于人工智能領(lǐng)域中計(jì)算碰集的方法，可在智能電網(wǎng)發(fā)展中得以全面的開發(fā)與利用。在此方法下，技術(shù)人員可得到一個(gè)滿足推理?xiàng)l件的候選診斷集范圍，然后即可進(jìn)行配電網(wǎng)線路故障的定位和故障診斷。

2.3 確定故障點(diǎn)

由于利用最小碰集方法計(jì)算出的候選診斷集范圍仍然較廣泛，無(wú)法精準(zhǔn)的定位故障點(diǎn)，此時(shí)技術(shù)人員可利用貝葉斯定理——P（A|B）=P（A）P（B|A）/P（B），確定出各診斷集可能發(fā)生故障的概率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線路故障的精準(zhǔn)定位。

一般技術(shù)人員可以根據(jù)自身診斷線路故障的經(jīng)驗(yàn)，為配電系統(tǒng)中各元件故障產(chǎn)生的概率擬定一個(gè)合理的定性值，然后將候選診斷集的故障概率進(jìn)行排序比較，從而選擇概率最大的診斷集元件作為故障點(diǎn)。

2.4 實(shí)施搶修恢復(fù)供電

利用MBD模型診斷方法得到故障點(diǎn)后，檢修人員可迅速做出應(yīng)急搶修，由于此種診斷方法的研究仍處在初級(jí)階段，所有計(jì)算過(guò)程大多不計(jì)故障發(fā)生的邊緣因素，在故障因素設(shè)想方面仍存在較大的不確定性，因此其還為形成較高的精準(zhǔn)度。

技術(shù)人員需要深入故障檢修現(xiàn)場(chǎng)，仔細(xì)記錄每一次故障檢修的實(shí)際狀態(tài)信息，與模型計(jì)算下故障診斷之間存在的誤差進(jìn)行比較，找到影響診斷結(jié)果的原因，從而不斷優(yōu)化配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型的構(gòu)建方法與故障診斷的計(jì)算過(guò)程，有效提升建模質(zhì)量，降低診斷誤差[2]。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著配電范圍的不斷擴(kuò)大，我國(guó)配電網(wǎng)線路復(fù)雜程度與日俱增，給其運(yùn)行安全與穩(wěn)定帶來(lái)了較大的威脅。加強(qiáng)配電網(wǎng)線路故障診斷是提高配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性的重要手段，其中利用MBD模型診斷方法，能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)中的輸電線路與電氣元件集中體現(xiàn)在三維數(shù)字化模型中，然后通過(guò)數(shù)學(xué)模型與邏輯關(guān)系確認(rèn)故障點(diǎn)，可大幅增強(qiáng)故障診斷的科學(xué)性與精準(zhǔn)度，當(dāng)前此種方法的應(yīng)用與研究仍處于初級(jí)階段，需要不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)才能更好地服務(wù)于配電網(wǎng)故障診斷工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉松柏，秦緒春，楊鏡霏，等.基于脈沖神經(jīng)膜系統(tǒng)的微電網(wǎng)故障診斷模型研究[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2019（9）：68-71.

[2] 王秋杰，金濤，梅李鵬，等.基于模型分層的配電網(wǎng)故障診斷方法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2020，40（1）：73-79.