最小權(quán)點(diǎn)覆蓋下變電設(shè)備電源故障定位方法研究

陸曉峰

（國(guó)網(wǎng)蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000）

我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷地發(fā)展，人們對(duì)變電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的需求越來(lái)越高。從已有的變電設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，在我國(guó)電網(wǎng)中，變電設(shè)備的數(shù)量非常多，其中80%是由于電源引起的，所以對(duì)變電設(shè)備電源故障進(jìn)行定位具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。常規(guī)的基于Cricket 定位方法是利用超聲波信號(hào)，確定目標(biāo)與運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)的位置，但是由于存在障礙物的干擾，使得電源故障位置的定位精度下降[2]。在變電設(shè)備的電源出現(xiàn)故障時(shí)，由監(jiān)測(cè)終端向用戶報(bào)告故障情況，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算方法，對(duì)變電設(shè)備電源故障的快速準(zhǔn)確定位，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的有效控制。

任博等[3]針對(duì)電力系統(tǒng)中二次裝置的故障定位問題，以提升其定位精度和運(yùn)行維護(hù)效率為目標(biāo)，將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用到了二次裝置故障定位中。根據(jù)二次裝置各組件發(fā)生失效時(shí)的特性，對(duì)其進(jìn)行邏輯推理。將自檢信息、報(bào)文訂閱關(guān)系和樣本數(shù)值相結(jié)合，給出了基于故障截面的信息描述方法。通過(guò)對(duì)一類典型的電力系統(tǒng)中的線路區(qū)間進(jìn)行模擬，對(duì)所提出的算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，證明所提出的算法是有效和準(zhǔn)確的，并且在缺乏信息的條件下能夠獲得較好的鑒別效果，具有較好的容錯(cuò)性。

1 變電設(shè)備電源故障定位方法設(shè)計(jì)

1.1 最小權(quán)點(diǎn)覆蓋下采集變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)

考慮到變電設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中電源故障數(shù)據(jù)的不平衡會(huì)導(dǎo)致定位誤差偏大，因此引入最小權(quán)點(diǎn)覆蓋，計(jì)算出電源故障區(qū)域的覆蓋面積，采集變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)，具體步驟如下：

Step1：計(jì)算變電設(shè)備電源故障特征的相關(guān)系數(shù)，并提取出重要特征。

在變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)集中選取一個(gè)特征，計(jì)算出其與樣本類別之間的相關(guān)系數(shù)，在最小權(quán)點(diǎn)覆蓋下，將具有較大相關(guān)系數(shù)的故障特征作為重要特征[4]。假定變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)集中一共包含M個(gè)特征，那么在該數(shù)據(jù)集中，各個(gè)故障特征的屬性與樣本類別之間的相關(guān)系數(shù)用公式（1）表示：

式（1）中，?k表示第k個(gè)變電設(shè)備電源故障特征與類別標(biāo)簽之間的相關(guān)系數(shù)。

在采集變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)時(shí)，在最小權(quán)點(diǎn)覆蓋下[5]，按照從大到小的順序，排列各個(gè)故障特征與類別標(biāo)簽之間的相關(guān)系數(shù)，將相關(guān)系數(shù)較大的N個(gè)故障特征作為重要特征，公式（2）給出了變電設(shè)備電源故障的特征集合：

其中，δs1,δs2,…,δsN表示較小相關(guān)系數(shù)對(duì)應(yīng)的變電設(shè)備電源故障特征。

在變電設(shè)備電源故障的特征集合中，采集變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)，以盡可能避免變電設(shè)備電源故障的主要特征信息丟失。

1.2 構(gòu)建變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量

在構(gòu)建統(tǒng)計(jì)量的過(guò)程中，篩選出符合要求的故障數(shù)據(jù)變量信息[6]，利用公式（3）對(duì)變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)變量進(jìn)行分析運(yùn)算，即：

式（3）中，x表示變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)變量，y代表計(jì)算過(guò)程中的變量信息，Ω(x,y)表示x與y之間的關(guān)聯(lián)度，p(x,y)表示x與y之間的關(guān)系函數(shù)，p(x)表示電源故障數(shù)據(jù)之間的關(guān)系函數(shù)，p(y)表示計(jì)算變量之間的關(guān)系函數(shù)。

通過(guò)公式（3）的分析運(yùn)算，得到變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)變量之間的關(guān)聯(lián)函數(shù)，經(jīng)過(guò)排列運(yùn)算，得到變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)變量之間的關(guān)聯(lián)度Ω(x)，即：

式（4）中，p(x,Qi)表示電源故障數(shù)據(jù)變量x與關(guān)聯(lián)函數(shù)變量Q在對(duì)應(yīng)常數(shù)為i下的概率，p(Q,xi)表示關(guān)聯(lián)函數(shù)變量Q與電源故障數(shù)據(jù)變量x在對(duì)應(yīng)常數(shù)為i下的概率。

對(duì)公式（4）的關(guān)聯(lián)度Ω(x)進(jìn)行矩陣排列，獲得變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)排列情況。根據(jù)排列情況，構(gòu)建變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量，表示為：

公式（5）中，t表示變電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的電源故障變量，p仍表示各變量之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

根據(jù)以上過(guò)程，完成變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量的構(gòu)建。

1.3 設(shè)計(jì)變電設(shè)備電源故障定位算法

以變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量為依據(jù)，假設(shè)φ(t)表示變換處理的離散函數(shù)，利用公式（6）給出變電設(shè)備電源故障信息的變換函數(shù)φf(shuō),g(t)，即：

式（6）中，f和g分別代表小波變換因子和移動(dòng)因子，通過(guò)對(duì)f和g兩個(gè)因子進(jìn)行小波變換，就可以得到小波變換函數(shù)。

將變電設(shè)備電源故障信號(hào)定義為y(t)，以公式（6）為基礎(chǔ)，利用離散函數(shù)φ(t)對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行變換[7]，得到故障信號(hào)的變換系數(shù)Ty(f,g)，即：

式（7）中，t代表小波變換過(guò)程中的常數(shù)。

在公式（7）中可以發(fā)現(xiàn)，變電設(shè)備電源故障信號(hào)是連續(xù)的，根據(jù)這一特點(diǎn)，解析小波變換函數(shù)[8]，利用離散小波函數(shù)，計(jì)算變電設(shè)備電源故障信號(hào)的離散系數(shù)Ty(2l,2lt)，即：

式（8）中，l表示變電設(shè)備電源故障信號(hào)的權(quán)值。

根據(jù)公式（8）的離散系數(shù)，對(duì)變電設(shè)備電源故障信息進(jìn)行重構(gòu)，得到變電設(shè)備電源故障的準(zhǔn)確位置為：

式（9）中，cl,v表示變電設(shè)備電源故障定位點(diǎn)的小波系數(shù)，Ol代表任意一個(gè)變電設(shè)備電源故障點(diǎn)的位置信息。

綜上所述，利用小波變換設(shè)計(jì)了變電設(shè)備電源故障定位算法，實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備電源故障的定位。

2 實(shí)例分析

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

為了驗(yàn)證文中方法在變電設(shè)備電源故障定位中的有效性，選取一臺(tái)變電設(shè)備為研究對(duì)象，當(dāng)電源出現(xiàn)故障時(shí)，表1 給出了故障參數(shù)。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

2.2 故障信號(hào)去噪處理

由于變電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，導(dǎo)致電源故障信號(hào)會(huì)出現(xiàn)大量噪聲，需要利用小波變換去除電源故障信號(hào)的噪聲。

在變電設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)采集到的電源故障信號(hào)是一維信號(hào)，通過(guò)小波系數(shù)的重構(gòu)，并結(jié)合噪聲頻率特性，在不同尺度下，對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行處理，得到去噪后的變電設(shè)備電源故障信號(hào)，如圖1 所示。

圖1 消噪后的電源故障信號(hào)

圖1 中對(duì)變電設(shè)備電源故障信號(hào)進(jìn)行消噪之后，可以獲得一條比較圓滑的曲線，說(shuō)明小波變換具有較好的去噪效果。

2.3 故障定位測(cè)試

利用文中方法對(duì)圖1 中的變電設(shè)備電源故障進(jìn)行定位，得到不含噪聲的電壓波形，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 配網(wǎng)單相接地故障定位結(jié)果

根據(jù)圖2 的結(jié)果可知，利用文中方法對(duì)變電設(shè)備電源故障進(jìn)行定位的過(guò)程中，變電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的電壓波形出現(xiàn)了明顯的奇異性，文中方法通過(guò)小波變換，能夠精準(zhǔn)確定變電設(shè)備電源故障的位置。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出了最小權(quán)點(diǎn)覆蓋下變電設(shè)備電源故障定位方法研究，通過(guò)采集變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)，構(gòu)建了變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量，利用小波變換設(shè)計(jì)了故障定位算法，實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備電源故障的定位。通過(guò)實(shí)例分析發(fā)現(xiàn)，該方法能夠確定電源故障發(fā)生的位置。本文的研究雖然取得了一定成果，但是由于時(shí)間和精力有限，還存在很多不足，在今后的研究中，希望可以先確定電源故障的范圍，提高定位的效率。