配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制實用化技術(shù)研究

黃達區(qū)

[摘? ? 要]配網(wǎng)智能化建設使得其具備較強的故障智能診斷能力，且在一定程度上支持系統(tǒng)自愈。其主要工作原理是通過智能診斷技術(shù)進行故障識別與判斷，及時發(fā)出預警信號，在預警狀態(tài)下啟動自愈控制系統(tǒng)進行配電網(wǎng)故障的智能化處理，其保證配網(wǎng)系統(tǒng)的運行穩(wěn)定與可靠，是當前電力建設重點關(guān)注的技術(shù)項目。文章主要就配網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制實用化技術(shù)進行探討，明確其概念及完整的控制技術(shù)體系，希望為配網(wǎng)故障識別與處理提供相應的技術(shù)指導。

[關(guān)鍵詞]配電網(wǎng);故障智能診斷;自愈控制實用化技術(shù)

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）11–00–02

Research on Practical Technology of Intelligent Fault Diagnosis

and Self-healing Control in Distribution Network

Huang Da-qu

[Abstract]The intelligent construction of distribution network makes it have strong fault intelligent diagnosis ability， and supports the system self-healing to a certain extent. Its main working principle is to identify and judge faults through intelligent diagnosis technology， send early warning signals in time， and start the self-healing control system in the early warning state for intelligent treatment of distribution network faults， so as to ensure the stable and reliable operation of distribution network system. It is a key technical project of current power construction. This paper mainly discusses the practical technology of distribution network fault intelligent diagnosis and self-healing control， defines its concept and complete control technology system， and hopes to provide corresponding technical guidance for distribution network fault identification and treatment.

[Keywords]distribution network; intelligent fault diagnosis; practical technology of self-healing control; analysis

智能配電網(wǎng)建設是電網(wǎng)建設與電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢，而配電網(wǎng)的智能化建設也提升了其故障處理效率和水平。當前配電網(wǎng)故障診斷也對應多種智能算法，自愈控制方面也有相應的技術(shù)體系支持。總體來說，在具體的應用中也存在故障處理方法單一，自愈控制系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)復雜等問題，不僅故障恢復時間長且伴有電能質(zhì)量不高的問題。因此，系統(tǒng)研究配電網(wǎng)故障智能診斷技術(shù)，分析其自愈控制實用化技術(shù)具有現(xiàn)實必要性。

1 智能配電網(wǎng)故障診斷技術(shù)

當前電能用戶對電能質(zhì)量要求越來越高，要想確保電力系統(tǒng)進行高質(zhì)量的穩(wěn)定供電，必須盡可能地規(guī)避配電網(wǎng)絡故障，為縮短監(jiān)測及消除故障時間，一般推行故障智能識別技術(shù)，做到故障的精準定位、類型分析、范圍排查、緊急應對，以智能配電網(wǎng)絡故障診斷系體系實現(xiàn)故障診斷與預警。

1.1 專家系統(tǒng)

常用的智能配電網(wǎng)故障診斷技術(shù)是專家系統(tǒng)，這是應用最為成熟的故障智能識別技術(shù)，其根據(jù)該方向工作的專家提供的知識與經(jīng)驗進行推理判斷，進行專家決策過程的模擬。由智能配電網(wǎng)基于產(chǎn)生式規(guī)則、保護斷路器動作邏輯，形成故障診斷專家系統(tǒng)知識庫，以知識庫為參考進行報警信息的推理分析，得出結(jié)論。

1.2 Petri網(wǎng)絡

Petri網(wǎng)絡作為一種通用數(shù)學模型，其描述系統(tǒng)各元件關(guān)系，利用網(wǎng)絡進行系統(tǒng)中同時發(fā)生、次序發(fā)生或循環(huán)發(fā)生的各種活動的描述，用于電力系統(tǒng)中進行電力系統(tǒng)故障排查、電網(wǎng)拓撲分析、變壓器故障診斷等。

1.3 遺傳算法

遺傳算法本質(zhì)上是解決復雜問題的思路和方法，基于優(yōu)勝劣汰的原則對可能解的群體進行遺傳學操作，產(chǎn)生新群體，群體更新中進化，同時以全局并行搜索優(yōu)化群體中的最優(yōu)個體，其能大概率求得全局最優(yōu)解且計算時間少。

1.4 貝葉斯網(wǎng)絡

貝葉斯網(wǎng)絡又稱為信念網(wǎng)絡，是基于概率分析圖論的不確定性知識表達的推理模型。其對應的是有向無環(huán)圖，節(jié)點對應變量。其在電力系統(tǒng)故障分析中，通過大量完備的故障樣本的分析，進行現(xiàn)實場景下缺失信息的分析，基于其余故障信息進行缺失信息的估計與故障診斷。

1.5 智能模式饋線自動化技術(shù)

智能模式饋線自動化技術(shù)在實踐應用中具備較高價值。其利用智能終端所采集到的相關(guān)信息，能夠獨立實現(xiàn)對于故障的監(jiān)測、診斷、隔離，以及非故障區(qū)的供電恢復。這一故障處理過程不必依賴配電自動化控制中心，而是將故障處理均封裝于一條饋線中，大大保障了智能配電網(wǎng)的安全可靠性。其也對應智能配電網(wǎng)運行狀態(tài)評估系統(tǒng)，基于自動化技術(shù)的智能配電網(wǎng)運行狀態(tài)評估具體內(nèi)容見圖1。

圖1? 基于自動化技術(shù)的智能配電網(wǎng)運行狀態(tài)評估

1.6 綜合故障診斷法

綜合故障診斷法就是根據(jù)作業(yè)場景實際需要，多種診斷方法綜合靈活使用。如貝葉斯網(wǎng)絡法與專家系統(tǒng)法相結(jié)合，基于最小診斷規(guī)則的貝葉斯網(wǎng)絡模型減少網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的復雜性，由專家系統(tǒng)法進行故障特征的讀取與分析。在實際的故障智能診斷中融合多種智能方法，各種檢測信息進行大規(guī)模連鎖故障的追蹤與預警，實現(xiàn)靜態(tài)故障診斷到動態(tài)故障診斷的轉(zhuǎn)化。

1.7 智能微網(wǎng)技術(shù)

當前分布式發(fā)電、儲能等技術(shù)發(fā)展速度較快，實踐應用也日益廣泛，這為配電網(wǎng)自愈控制提供了有利契機。在以科學控制作為前提的保障之下，微網(wǎng)既可以兼顧高效的并網(wǎng)運行，同時又能通過相應操作達成脫離主電網(wǎng)獨立運行的目的，這種智能微網(wǎng)技術(shù)的運行模式通過對其進行有效的模式切換能夠提升故障識別的可靠性。智能微網(wǎng)技術(shù)本質(zhì)上體現(xiàn)了微網(wǎng)的智能化運行，基于有機整合電力與通信技術(shù)，也使自愈控制體系能夠利用計算機對微網(wǎng)相關(guān)設備加以操控，進而達到轉(zhuǎn)化功能模塊的目的?？傮w來說，智能微網(wǎng)技術(shù)利用信息集成形成微型智能化系統(tǒng)，并且憑借自身所展現(xiàn)出的信息交互能力，可進一步健全自愈控制技術(shù)信息系統(tǒng)。

2 配電網(wǎng)自愈控制實用化技術(shù)概述

自愈控制是智能配電網(wǎng)的基本特征，它強調(diào)在沒有人為干預的條件下，以先進監(jiān)控技術(shù)持續(xù)在線自我評估電網(wǎng)運行狀態(tài)，同時借助于相應的預防控制措施，做到故障的快速診斷、處理，最終將故障損失降至最低。智能化電網(wǎng)建設不斷深化，自愈控制實用化技術(shù)的應用價值更加突出，既可以有效保障供電質(zhì)量及其安全可靠性，又可以推動智能配電網(wǎng)的新發(fā)展。分析配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)其主要對應兩個方面：一方面，配網(wǎng)自愈饋線組建模。饋線組主要由饋線組描述、饋線組包含的饋線信息、饋線組類型、運行模式等信息構(gòu)成，以饋線組的引入實現(xiàn)運維管理經(jīng)驗與軟件處理邏輯的高效結(jié)合，使得自愈配置更具靈活性以及運用的可靠性。另一方面，配網(wǎng)自愈閉鎖邏輯處理。該邏輯處理系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)閉鎖、饋線組閉鎖以及設備閉鎖等，系統(tǒng)閉鎖權(quán)限最高，一旦設置系統(tǒng)閉鎖，所有投入自愈的饋線組均需退出運行狀態(tài)。饋線組閉鎖是針對具體饋線組進行的閉鎖處理，其對其他饋線組的運行不起干擾作用。設備的閉鎖則是針對饋線組中的具體設備進行檢測，當其滿足閉鎖條件進行閉鎖處理。

3 自愈控制實用化技術(shù)的功能架構(gòu)

自愈控制實用化技術(shù)的主要功能有優(yōu)化配電網(wǎng)運行、監(jiān)測配電網(wǎng)運行并及時發(fā)現(xiàn)故障、消除配電網(wǎng)故障并恢復配電網(wǎng)的配電功能3種。配電網(wǎng)運行狀態(tài)下，在決策機構(gòu)的作用下，自愈控制系統(tǒng)有效控制并指導配電網(wǎng)運行的優(yōu)化。配電網(wǎng)一旦出現(xiàn)故障，決策機構(gòu)根據(jù)信息支持進行決策處理，將決策信息通過通信系統(tǒng)上傳上層機構(gòu)，處理后下傳操作，實現(xiàn)配電網(wǎng)故障隱患的排查處理。自愈控制實用化技術(shù)功能的實現(xiàn)以及完善的硬件架構(gòu)為前提。完善的硬件架構(gòu)主要包括以下4個方面。

（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是自愈控制功能發(fā)揮的基礎。其主要是獲取配電網(wǎng)一手數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析進行信息交換以指導自愈控制操作。配電網(wǎng)前端數(shù)據(jù)采集裝置主要通過FTU模塊實現(xiàn)，可實現(xiàn)配網(wǎng)運行狀態(tài)監(jiān)控、分布式電源監(jiān)控等。同時，數(shù)據(jù)采集中還可借助敏感元件、DTU模塊等實現(xiàn)。

（2）自愈控制系統(tǒng)。其獲得有效數(shù)據(jù)信息后整合處理，并且系統(tǒng)分析將其傳遞到下一技術(shù)流程。上述數(shù)據(jù)處理過程中包括潮流計算、拓撲分析、負荷轉(zhuǎn)供分析、狀態(tài)評估等，可根據(jù)配電網(wǎng)現(xiàn)狀實現(xiàn)實時化、動態(tài)化風險評估和負荷預測，為人工控制提供有效參考依據(jù)。

配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制過程中應根據(jù)模型分析中的各項內(nèi)容，確定配電網(wǎng)脆弱點及風險點，依照安全預警等級合理開展配電網(wǎng)運行管控，依托遠程DTU和FTU模塊快速進行故障投切和配電調(diào)度，從而保證配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運行。尤其是在智能決策過程中，需利用經(jīng)濟性重構(gòu)決策、預防性重構(gòu)決策、故障性重構(gòu)決策，形成與配電網(wǎng)運行現(xiàn)狀契合的決策體系，以保證配電網(wǎng)“自我感知、自我診斷、自我決策、自我恢復”效益的最大化。

（3）人工控制系統(tǒng)。主要通過主交換機設備將數(shù)據(jù)信息分析情況傳遞給調(diào)度員，調(diào)度員進行數(shù)據(jù)分析并適時給予人工干預。上述過程中人員可通過配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制中的關(guān)鍵信息，分析自愈控制的科學性、有效性和可靠性。若存在問題，可通過修改調(diào)度指令或調(diào)度電話指導作業(yè)的方式運維管控。

（4）通信設計系統(tǒng)。把自身所接收的分析結(jié)果傳遞在網(wǎng)絡服務器、保護執(zhí)行裝置中，其不僅可以妥善維護整個系統(tǒng)運行，保障其安全可靠性，同時還能夠合理管理自愈控制體系下的各項功能，并對系統(tǒng)進行更新升級，使自愈控制實用化技術(shù)在配電網(wǎng)實踐中能夠發(fā)揮更大價值。上述設計過程中應做好接口的選擇，按照IEC61968、IEC61970標準中的各項規(guī)約，快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)接口匹配和通信轉(zhuǎn)換。

4 配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制實用化技術(shù)應用效果分析

以某供電局為例，其在2020年引入了配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制實用化技術(shù)。其配網(wǎng)系統(tǒng)中共有4 950條饋線，投入配網(wǎng)自愈的饋線組985組。由于數(shù)據(jù)質(zhì)量、模型關(guān)系等原因，閉鎖饋線組有120組。2020年10月17日凌晨3：16：40，該供電局接入配網(wǎng)主站自愈的某110 kV變電站某731線——干線42號塔42T1開關(guān)過流保護動作跳閘，而僅181s后主站自愈成功，在181s恢復配變數(shù)9臺，中低壓用戶363個，即時挽救負荷約200 kV，減少波及用戶726戶。

本次故障發(fā)生后僅用181s重合成功，故障停電時間遠遠低于同類型事故人工處理事件。同時，將跳閘斷電事故控制在最小范圍內(nèi)，避免了波及更多用戶，降低了本次事故危害，再次驗證了配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制實用化技術(shù)的應用優(yōu)勢，提高了饋線組誤動可能性，最大限度保證電網(wǎng)供電可靠。

5 結(jié)語

配電網(wǎng)智能化發(fā)展的大背景下，加大對故障智能診斷與自愈控制實用化技術(shù)的研究與探討具有現(xiàn)實必要性，發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，真正保障電力系統(tǒng)運行的安全與可靠，讓電力企業(yè)獲得理想的效益回報，也真正推動電力產(chǎn)業(yè)的長足發(fā)展?，F(xiàn)階段關(guān)于配電網(wǎng)故障智能診斷與自用控制實用化技術(shù)的專題研究還需持續(xù)深入，以技術(shù)的改進與優(yōu)化，實現(xiàn)其應用價值的最大化。

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