含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位解析

趙 丹，付振晶

（國(guó)網(wǎng)鎮(zhèn)江供電公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引 言

含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位分析，是提高配電網(wǎng)運(yùn)行效率，有效解決配電網(wǎng)故障的重要前提。電力系統(tǒng)運(yùn)行中，配電網(wǎng)是城市用電與電力銜接的關(guān)鍵紐帶，如果配電網(wǎng)故障不能及時(shí)定位與解決，則會(huì)影響到供電體系的正常運(yùn)行，為生產(chǎn)生活用電帶來(lái)不便。配電網(wǎng)故障定位，能夠以最快速度定位故障，爭(zhēng)取及時(shí)解決故障，為電力系統(tǒng)的正常供電提供支撐。分布式電源是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的重要代表，可再生能源發(fā)展規(guī)劃的推進(jìn)能夠加快分布式電源的滲透速度。目前，含分布式電源配電網(wǎng)的電力系統(tǒng)得到迅速普及，傳統(tǒng)配電網(wǎng)故障定位已經(jīng)無(wú)法滿足新型電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的故障定位需求。此時(shí)，以含分布式電源配電網(wǎng)的為載體，通過(guò)分析其特性探索創(chuàng)新故障定位方法，為含分布式電源配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行提供保障[1]。

1 含分布式電源配電網(wǎng)運(yùn)行與故障特點(diǎn)

為精準(zhǔn)定位含分布式電源配電網(wǎng)的運(yùn)行故障，需要分析分布式電源的特點(diǎn)，全方位了解含分布式電源的配電網(wǎng)運(yùn)行。目前，隨著科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展，分布式電源技術(shù)的發(fā)展不斷成熟，配電網(wǎng)運(yùn)行體系漸趨完善，含分布式電源的配電網(wǎng)運(yùn)行覆蓋范圍廣泛，并且構(gòu)造模式升級(jí)，系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生變化。該情況下，需要針對(duì)含分布式電源配電網(wǎng)特點(diǎn)與運(yùn)行實(shí)況，提煉配電網(wǎng)故障定位經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化故障算法，完善含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位與處理機(jī)制[2]。對(duì)于配電網(wǎng)故障定位與解決，必須綜合評(píng)估分布式電源，根據(jù)評(píng)估結(jié)果針對(duì)性處理配電網(wǎng)。分布式電源分類如表1所示，結(jié)合表1內(nèi)容詳細(xì)了解分布式電源，并科學(xué)評(píng)估分布式電源黑啟動(dòng)、孤島運(yùn)行能力等。

表1 分布式電源分類表

1.1 電機(jī)類故障

配電網(wǎng)的運(yùn)行必須以同步發(fā)電機(jī)為基礎(chǔ)，或者由異步發(fā)電機(jī)配合，形成穩(wěn)定的配電網(wǎng)電源。該分布式電源應(yīng)用模式主要集中于小型發(fā)電系統(tǒng)。借助同步發(fā)電機(jī)完成分布式電源的并網(wǎng)，其中常見(jiàn)故障以并網(wǎng)點(diǎn)短路、電機(jī)輸出短路等為主，造成這種故障的主要原因是電源安裝點(diǎn)的距離設(shè)計(jì)不科學(xué)，無(wú)法保證電網(wǎng)電流流通，故障發(fā)生的概率較高。

1.2 變流器類故障

變流器類電源主要是借助變電器裝置、并網(wǎng)燃料與光伏電池、儲(chǔ)存裝置與相關(guān)組件等。該類分布式電源在實(shí)際應(yīng)用中，必須依靠調(diào)整變流器對(duì)電流進(jìn)行限流或者保護(hù)。將變流器類電源與配電網(wǎng)連接后，運(yùn)行調(diào)整核心為三相電壓源變流器，直流電通過(guò)配電網(wǎng)中的直流母線實(shí)時(shí)接收，經(jīng)過(guò)電抗器對(duì)直流電的緩沖濾波處理，隨后輸入配電網(wǎng)[3]。因此，其常見(jiàn)故障主要體現(xiàn)在緩沖故障、濾波故障方面，導(dǎo)致配電網(wǎng)接入電流、電壓不穩(wěn)，繼而引發(fā)一系列運(yùn)行問(wèn)題。

2 基于Lamdba算法下含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位

2.1 構(gòu)建配電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型

Lamdba算法應(yīng)用的基礎(chǔ)是構(gòu)建數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建中，需要結(jié)合含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位實(shí)況，以故障狀態(tài)編碼引導(dǎo)公式為切入點(diǎn)，并展開函數(shù)計(jì)算。

2.1.1 編碼方式

分布式電源是分布式發(fā)電技術(shù)發(fā)展的重要成果，有效改善了傳統(tǒng)電源系統(tǒng)中能耗高、發(fā)電效率低等問(wèn)題，并且對(duì)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做出調(diào)整，以發(fā)散狀結(jié)構(gòu)替代點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新潮流分布方式，提高配電網(wǎng)運(yùn)行效率[2]。含分布式電源的配電網(wǎng)中，傳統(tǒng)故障編碼不能判斷出配電網(wǎng)故障電流方向，尤其是開關(guān)處電流復(fù)雜，故障判斷中極易被混淆。面對(duì)這種情況，必須以含分布式電源配電網(wǎng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用新的故障定位與判斷編碼，判斷故障電流方向[4]。明確含分布式電源配電網(wǎng)的電源正方向?yàn)樨?fù)荷方向，隨后得到故障狀態(tài)編碼引導(dǎo)公式，其中電源流經(jīng)開關(guān)的方向?yàn)镮j，具體公式為

2.1.2 開關(guān)函數(shù)計(jì)算

含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)模型的構(gòu)建，還需要借助開關(guān)函數(shù)計(jì)算幫助工作人員了解配電網(wǎng)開關(guān)、監(jiān)控終端等狀態(tài)，同時(shí)梳理二者的運(yùn)行關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)有效監(jiān)測(cè)，并梳理出拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜特點(diǎn)，保證所有開關(guān)處的監(jiān)控與故障定位均準(zhǔn)確有效。Lamdba算法重新解釋了含分布式電源配電網(wǎng)，并科學(xué)整理了開關(guān)函數(shù)因素，具體計(jì)算公式為

式中：Ij*(X)為第j個(gè)開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)與故障期望函數(shù)；分別為第j個(gè)開關(guān)在不同分布位置下的配電網(wǎng)邏輯運(yùn)算與故障狀態(tài)；KDG=0為含分布式電源配電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行；KDG=1為含分布式電源配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行；xjd為第j個(gè)開關(guān)上游的監(jiān)控終端狀態(tài)；xju為第j個(gè)開關(guān)下游的監(jiān)控終端狀態(tài)；配電開關(guān)監(jiān)控終端正常聯(lián)通的基礎(chǔ)上，配電網(wǎng)顯示“0”，若聯(lián)通異常，則配電網(wǎng)顯示“1”。

2.1.3 適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算

結(jié)合配電網(wǎng)故障定位阻礙因素多的特點(diǎn)，此次模型構(gòu)建與計(jì)算中，應(yīng)用“最小值理論”展開適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算，及時(shí)修改傳統(tǒng)配電網(wǎng)故障定位中的適應(yīng)度函數(shù)。工作人員以饋線故障電流Ij的整理，明確分段開關(guān)函數(shù)中故障電流的異常情況，借此幫助工作人員實(shí)時(shí)了解配電網(wǎng)饋線區(qū)間狀態(tài)，還可以升級(jí)適應(yīng)度函數(shù)，并強(qiáng)化適應(yīng)度函數(shù)容錯(cuò)能力，計(jì)算公式為

式中：Ij為第j個(gè)開關(guān)位置的電流；M為配電網(wǎng)開關(guān)總量；xi為配電開關(guān)監(jiān)控終端狀態(tài)；u為正則化參數(shù)，根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算與模型運(yùn)行，得到u=0.5[5]。

2.2 配電網(wǎng)故障定位的具體流程

整理并分析配電開關(guān)監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果明確故障區(qū)域，隨后利用區(qū)域返回過(guò)程中獲得的狀態(tài)碼，對(duì)故障具體區(qū)段進(jìn)一步縮小與確定。應(yīng)用Lamdba算法展開故障定位的詳細(xì)處理步驟如下。

第一步，對(duì)Lamdba算法進(jìn)行初始化設(shè)置，利用整數(shù)變換算法，明確最小二乘法相關(guān)數(shù)值。

第二步，根據(jù)故障數(shù)據(jù)分析情況，及時(shí)對(duì)協(xié)方差矩陣做出調(diào)整，即對(duì)z降維。待降維處理完畢，應(yīng)用親和度函數(shù)計(jì)算配電網(wǎng)損失。需注意，為提高故障定位效率與搜索精確度，需Lamdba算法及時(shí)改變搜索空間形狀，根據(jù)模糊度求解，針對(duì)性的搜索對(duì)應(yīng)的維度。

第三步，得到親和度計(jì)算值后，對(duì)矩陣再次進(jìn)行迭代初始運(yùn)行，及時(shí)提煉整數(shù)解，以此獲取模糊度矢量。經(jīng)過(guò)不斷重復(fù)后得到函數(shù)最優(yōu)解，從而鎖定故障位置[6]。

2.3 Lamdba算法故障定位實(shí)例

此次研究主要對(duì)Lamdba算法故障定位的有效性進(jìn)行證明，以含分布式電源配電網(wǎng)系統(tǒng)為載體，組織進(jìn)行故障定位仿真實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建多節(jié)點(diǎn)模型，具體配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 含分布式電源配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意

配電網(wǎng)單節(jié)點(diǎn)故障定位仿真運(yùn)行結(jié)果如表2所示。結(jié)合表2可以發(fā)現(xiàn)，故障案例1與故障案例2中，Lamdba算法對(duì)單節(jié)點(diǎn)故障的診斷算法可迅速鎖定故障區(qū)域，故障案例3與故障案例4中，Lamdba算法以突出的容錯(cuò)能力優(yōu)勢(shì)，克服配電開關(guān)監(jiān)控終端故障困難，精準(zhǔn)鎖定故障區(qū)域。

配電網(wǎng)多節(jié)點(diǎn)故障定位仿真運(yùn)行結(jié)果如表3所示。結(jié)合表2可以發(fā)現(xiàn)，含分布式電源配電網(wǎng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響因素多，多節(jié)點(diǎn)故障出現(xiàn)是常見(jiàn)情況。以Lamdba算法對(duì)配電網(wǎng)故障定位，發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)模型中存在2處以上的故障，依然能對(duì)故障準(zhǔn)確定位，由此證明Lamdba算法在含分布式電源配電網(wǎng)中故障定位的實(shí)效性[7]。

表3 配電網(wǎng)多節(jié)點(diǎn)故障定位仿真運(yùn)行結(jié)果

3 結(jié) 論

文章通過(guò)對(duì)含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位研究，應(yīng)用Lamdba算法構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，積極對(duì)協(xié)方差矩陣做出調(diào)整，深層次分析Lamdba算法中的開關(guān)函數(shù)、適應(yīng)度函數(shù)，科學(xué)梳理故障定位流程，同時(shí)有效縮小故障定位空間，提高故障定位準(zhǔn)確性，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)含分布式電源配電網(wǎng)故障迅速定位與高效解決，保障配電網(wǎng)運(yùn)行安全性與可靠性。