基于可靠性為導(dǎo)向的配電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷方法分析

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司泰州供電分公司 朱 瑩 周 憲 常 顥

目前，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電能的需求越來越大，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)已經(jīng)無法滿足人們的需求，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)故障導(dǎo)致局部停電，對(duì)生產(chǎn)生活造成巨大影響。為解決這一問題，本公司主動(dòng)進(jìn)行改革和創(chuàng)新，引入先進(jìn)的技術(shù)以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決故障問題?，F(xiàn)階段，本公司配電網(wǎng)現(xiàn)狀問題診斷工作涉及PMS3.0、調(diào)度、用采2.0、配電自動(dòng)化、配網(wǎng)工程管控等多個(gè)系統(tǒng)，為解決系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)、數(shù)據(jù)融合度低以及評(píng)估工作成本高、時(shí)間長(zhǎng)、時(shí)效性不足等問題，有必要基于開展以可靠性為導(dǎo)向的配電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷方法的研究，實(shí)現(xiàn)從供電可靠性入手的故障診斷與處理，提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，降低故障發(fā)生概率。

1 基于可靠性的配電網(wǎng)診斷方法

現(xiàn)階段，本公司配電網(wǎng)存在多層面問題，如問題診斷時(shí)PMS3.0、調(diào)度、用采2.0、配電自動(dòng)化、配網(wǎng)工程管控等多個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用問題等。由于系統(tǒng)較多、相關(guān)設(shè)計(jì)不夠統(tǒng)一，導(dǎo)致信息數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)、綜合利用和挖掘深度不夠等，進(jìn)而影響配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，不利于本公司故障診斷工作的開展。不僅如此，在配電網(wǎng)現(xiàn)狀評(píng)估工作中，傳統(tǒng)診斷方式仍影響著目前的工作，如人工診斷，在工作中耗費(fèi)的成本較多且最終的評(píng)價(jià)成效缺乏有效的參考依據(jù)，工作實(shí)效難以得到保障。針對(duì)上述問題，本文基于開展以可靠性為導(dǎo)向的配電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷方法的研究，實(shí)現(xiàn)從供電可靠性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、供電能力、智能化及綠色發(fā)展等多維度問題診斷的要求，提升配電網(wǎng)精益化管理水平。

本文主要通過融合PMS3.0、用采2.0、配電自動(dòng)化等相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及基于網(wǎng)架的圖形拓?fù)洌槍?duì)公司本部開展基于多源數(shù)據(jù)融合的中壓配電網(wǎng)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)分析工作，完成配電網(wǎng)數(shù)據(jù)融合、可靠性分析、配電網(wǎng)拓?fù)浞治?、網(wǎng)架指標(biāo)計(jì)算、現(xiàn)狀問題分析工作。本文根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)開展配電網(wǎng)診斷分析工作，并進(jìn)一步確定項(xiàng)目研究范圍，具體包含以下幾方面內(nèi)容。

對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行可靠性分析。以2023年轄區(qū)內(nèi)停電事件為研究對(duì)象，分析停電總時(shí)戶數(shù)、計(jì)劃停電時(shí)戶數(shù)、年度故障停電時(shí)戶數(shù)（包括年度故障停電時(shí)戶數(shù)是否超200時(shí)戶）、除重合閘成功的年度強(qiáng)停故障次數(shù)（判斷年度強(qiáng)停故障次數(shù)是否超3次）、線路重復(fù)停電次數(shù)、重復(fù)停電配變臺(tái)數(shù)等可靠性相關(guān)數(shù)據(jù)，期間靈活調(diào)整分析維度，比如網(wǎng)格分析、線路分析等，為配網(wǎng)現(xiàn)狀診斷提供導(dǎo)向性支撐。

基于可靠性進(jìn)行配電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷分析。在實(shí)際工作中，本公司基于可靠性制定配電網(wǎng)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)體系，對(duì)網(wǎng)架單線圖進(jìn)行拓?fù)浣馕觯鶕?jù)分析結(jié)果對(duì)線路的接線方式、N-1通過情況、供電半徑情況、大分支情況、開關(guān)段分段、聯(lián)絡(luò)線路、無效聯(lián)絡(luò)、接線組接線方式等進(jìn)行分析研究，最終為現(xiàn)狀診斷提供問題支撐。

根據(jù)診斷結(jié)果進(jìn)行項(xiàng)目的規(guī)劃。在實(shí)際工作中，本公司從問題、項(xiàng)目的維度進(jìn)行投資策略評(píng)估，最終形成規(guī)劃項(xiàng)目的建設(shè)，并對(duì)建設(shè)完工項(xiàng)目進(jìn)行項(xiàng)目后評(píng)估[1]。

2 優(yōu)化故障診斷方法，加強(qiáng)流程設(shè)計(jì)

本公司比較常用的故障診斷方法如下。

第一，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法（ANN）進(jìn)行診斷。該方法主要是分析人腦組織結(jié)構(gòu)，對(duì)人的認(rèn)知行為展開研究，模仿人腦分析問題的過程對(duì)故障進(jìn)行分析。應(yīng)用該方法時(shí)，需要采集故障診斷方面的信息作為學(xué)習(xí)樣本，根據(jù)樣本確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；進(jìn)一步確定學(xué)習(xí)算法、如梯度下降法；還要確定參數(shù)如迭代次數(shù)。該方法在中小規(guī)模電路故障診斷中發(fā)揮了重要的作用，取得了良好的應(yīng)用效果。

第二，利用專家評(píng)估方法（ES）進(jìn)行分析。該方法主要模擬專業(yè)人員分析、推理、決策的過程。要想讓該方法發(fā)揮作用，需要合理利用知識(shí)庫(kù)，在模糊推理、邏輯推理等技術(shù)的幫助下，快速確定故障發(fā)生的原因，同時(shí)還能預(yù)測(cè)故障帶來的實(shí)際影響，提出合理的維修方案，為維修人員提供參考。需要注意的是，注重知識(shí)庫(kù)、技術(shù)體系的適時(shí)完善與優(yōu)化，確保技術(shù)方法應(yīng)用的實(shí)效性。

第三，使用Petri 網(wǎng)方法開展診斷作業(yè)。Petri網(wǎng)本質(zhì)上屬于數(shù)學(xué)工具，能夠?qū)﹄x散事件進(jìn)行準(zhǔn)確描述，在該技術(shù)方法的應(yīng)用下可準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)狀態(tài)。應(yīng)用這一方法時(shí)需要構(gòu)建Petri 網(wǎng)模型，明確故障狀態(tài)的定義，根據(jù)Petri 網(wǎng)模型中托肯的分布和變遷狀況進(jìn)行診斷，由此得到故障分析結(jié)果。

第四，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行診斷。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用了概率論的知識(shí)，可以從圖模型中分析各個(gè)變量的聯(lián)系?？梢岳迷摲椒ㄔO(shè)計(jì)故障模型，確定系統(tǒng)常規(guī)狀態(tài)、異常狀態(tài)以及不同狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，掌握系統(tǒng)當(dāng)前的狀態(tài)。

診斷算法會(huì)對(duì)故障診斷的準(zhǔn)確率產(chǎn)生影響，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整概率分布，運(yùn)用先進(jìn)的推理算法，保證故障識(shí)別的準(zhǔn)確性。本公司根據(jù)實(shí)際問題和現(xiàn)實(shí)需求合理應(yīng)用診斷方法，制定科學(xué)的配電網(wǎng)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)體系，對(duì)網(wǎng)架單線圖進(jìn)行拓?fù)浣馕?，根?jù)分析結(jié)果對(duì)線路的接線方式、N-1通過情況、供電半徑情況進(jìn)行研究，為現(xiàn)狀診斷提供問題支撐。

開展配電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷工作時(shí)，本公司主要選用專家法，借助專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，以此科學(xué)確定指標(biāo)權(quán)重，實(shí)施診斷的具體流程為先進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，包括配電網(wǎng)數(shù)據(jù)字段、跨專業(yè)異構(gòu)數(shù)據(jù)等，之后開展問題診斷，包括定性分析以及定量診斷兩個(gè)方面，最后則實(shí)施決策分析，包括網(wǎng)架優(yōu)化、輔助展示等。表1為專家法診斷本公司配電網(wǎng)運(yùn)行至今的故障定性分析報(bào)告[2]。

表1 專家法診斷故障定性分析報(bào)告

對(duì)當(dāng)前的評(píng)價(jià)體系進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，很多電力企業(yè)往往會(huì)參考統(tǒng)一的指標(biāo)，并未建立一套更為全面的評(píng)價(jià)體系，本公司在故障診斷工作中也因?yàn)檫@一問題受到了影響。為了更好地達(dá)到增強(qiáng)配網(wǎng)可靠性的目的，本文進(jìn)行研究和創(chuàng)新，嘗試構(gòu)建國(guó)網(wǎng)信息模型將各類數(shù)據(jù)信息整合到一起，為了更好地處理數(shù)據(jù)，還要運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)來發(fā)現(xiàn)配網(wǎng)中不夠穩(wěn)定的部分，整體流程大致如圖1所示。

圖1 配電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷系統(tǒng)架構(gòu)

相關(guān)診斷系統(tǒng)可以對(duì)跨專業(yè)異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，還可以從數(shù)據(jù)物理表中采集數(shù)據(jù)、獲取各類數(shù)據(jù)，以此來整合數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)故障診斷中，一方面要展開定性分析，在分析的過程中主要參考規(guī)劃與運(yùn)檢的核心業(yè)務(wù)規(guī)劃清單；另一方面要展開定量診斷，在診斷的過程中需要運(yùn)用先進(jìn)的診斷方法、包括大數(shù)據(jù)分析方法，對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)還要運(yùn)用層次分析法。在決策分析的部分，需要在設(shè)備的幫助下掌握指標(biāo)的相關(guān)信息，為決策分析提供參考，作出科學(xué)的決策。

本人根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，從DMS 系統(tǒng)和PMS系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，再對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，表2為數(shù)據(jù)抽取的范圍和頻率情況，這些數(shù)據(jù)將會(huì)成為配網(wǎng)現(xiàn)狀診斷的重要基礎(chǔ)。

表2 配電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷數(shù)據(jù)歸集

在實(shí)際診斷中，應(yīng)當(dāng)做好充分的前期準(zhǔn)備工作，獲取完整的數(shù)據(jù)信息，為診斷提供參考。本人根據(jù)工作中的實(shí)際情況確定診斷指標(biāo)，并根據(jù)這些指標(biāo)構(gòu)建了模型，加深對(duì)配電網(wǎng)現(xiàn)狀問題的研究。在對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化的過程中，分析了配網(wǎng)常見的問題，根據(jù)具體問題進(jìn)行改進(jìn)，在保障配網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的同時(shí)降低運(yùn)行損耗。本文認(rèn)為，有必要發(fā)揮信息技術(shù)在問題診斷方面的應(yīng)用，利用可視化設(shè)計(jì)針對(duì)診斷結(jié)果對(duì)配網(wǎng)現(xiàn)狀展開分析[3]。

3 創(chuàng)新基于可靠性約束的配網(wǎng)故障指示器布點(diǎn)方法

本文在研究中假設(shè)已經(jīng)得到了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠嘘P(guān)情況，同時(shí)還掌握了負(fù)荷相關(guān)的情況，為模型的建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。

首先，對(duì)限定故障集合進(jìn)行分析，如果其中存在單個(gè)饋線段的故障，可以進(jìn)一步完善，保證故障集合的完整性；其次，在實(shí)際運(yùn)行的過程中，一般會(huì)呈現(xiàn)為放射狀的形式，饋線在起始的部位需要安裝斷路器，該部位沒有設(shè)置重合器，在這種情況下饋線會(huì)劃分為不同的支路，需要引入分段刀閘，將其設(shè)置在每條支路的開始處和終止處，通過這種方式斷開故障區(qū)域；再次，為了及時(shí)獲得準(zhǔn)確的信息，需要引入故障指示器，利用該裝置分析當(dāng)前的運(yùn)行情況，判斷電流是否異常；最后，如果故障比較嚴(yán)重、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，刀閘就會(huì)發(fā)揮作用，將發(fā)生故障的部分和其他區(qū)域隔斷，避免其他區(qū)域受到影響。工作人員可以對(duì)斷路器重合閘進(jìn)行控制，讓其他區(qū)域正常運(yùn)行[4]。

本公司基于配電網(wǎng)可靠性的角度出發(fā)，基于用戶用電需求進(jìn)行電網(wǎng)故障診斷，并明確以下指標(biāo)：用戶平均停電次數(shù)（AITC）、用戶平均停電時(shí)間（AIHC）、系統(tǒng)平均停電次數(shù)（SITC）、系統(tǒng)平均停電時(shí)間（SIEH）以及系統(tǒng)缺供電量期望（ENS）。配電網(wǎng)運(yùn)行中會(huì)用到故障指示器，本文依靠這一裝置對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行可靠性評(píng)估，并創(chuàng)建最小化系統(tǒng)年平均中斷持續(xù)時(shí)間的目標(biāo)函數(shù)，即minrSIEH，該目標(biāo)函數(shù)可讓故障隔離更加有序的執(zhí)行[5]。

本文根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際概況，為解決上述系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)、數(shù)據(jù)融合度低以及評(píng)估工作成本高、時(shí)間長(zhǎng)、時(shí)效性不足等問題，開展以可靠性為導(dǎo)向的配電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷方法的研究，實(shí)現(xiàn)從供電可靠性角度入手的故障診斷分析，創(chuàng)建最小化投資成本模型，以此降低投資運(yùn)維與失電成本，該模型的目標(biāo)函數(shù)如下所示[6]：

上述公式中：CF1指的是單個(gè)故障指示器運(yùn)行時(shí)的投資運(yùn)維成本；ω指的是單位失電成本；i和j分別代表不同的節(jié)點(diǎn)，uij為饋線段ij上故障指示器的安裝情況，其中uij=0為未安裝，uij=1為已安裝；rENS指的是系統(tǒng)缺供電量期望。本文對(duì)這一模型進(jìn)行測(cè)試，分別在未安裝和已安裝故障指示器的情況下進(jìn)行探究，得知系統(tǒng)的SIEH 值分別為1.4809和0.6344。此外，min 函數(shù)即為求得最小值參數(shù)的函數(shù)，本次研究是求得最小投資成本。

綜上所述，本文通過對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀的問題診斷和輔助分析，針對(duì)泰州本部開展基于多源數(shù)據(jù)融合的中壓配電網(wǎng)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)分析工作，完成配電網(wǎng)數(shù)據(jù)融合、可靠性分析。經(jīng)過調(diào)查得知，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的配電網(wǎng)系統(tǒng)成功解決了以往系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)、數(shù)據(jù)融合度低以及評(píng)估工作成本高、時(shí)間長(zhǎng)、時(shí)效性不足等問題，優(yōu)化時(shí)要根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)確定研究范圍，不斷完善、更新故障診斷方法，創(chuàng)新基于可靠性約束的配網(wǎng)故障指示器布點(diǎn)方法等，以此優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。