基于算法角度的當前配網故障診斷中遇到的幾個典型問題分析

薛靜

【摘 要】隨著我國國民經濟的發展，電力網絡規模不斷擴大，網絡結構日益復雜，同時用戶對供電穩定性和可靠性的要求也越來越高。為此，一方面，在系統正常運行時要盡量防止故障的發生;另一方面，在故障發生后要盡快確定故障位置并予以排除。

【關鍵詞】配電網故障;電能質量;預防為主;供電可靠性;故障定位;畸變信息;短路計算

0 引言

隨著配電網網架的加強，線路長度的增長以及分支數目的增多，線路變得極其復雜。利用傳統的方法分析故障點將變得非常困難，不僅會耗費大量的人力、財力、物力而且還會使停電時間延長，嚴重影響了供電的可靠性，難以滿足當今生產和生活對供電質量的要求。因此，快速準確的故障定位具有重大的社會效益和經濟效益。

1 可測控區的故障定位

1.1 運算速率落后于數據通信速率

廣泛使用的矩陣系列算法的復雜度與網絡節點總數的平方成線性關系，而EIEE規定可測控區終端節點的數據通信周期不能大于1s，即終端節點每秒鐘至少上傳一次采集信息。如果配電網規模非常龐大，眾多的節點數將使矩陣類算法系統花費巨大時間開銷，從而出現因運算速率落后于數據通信速率而造成的擁塞，無法適應現代監測系統的實時要求。這種擁塞現象在國內外的配電網發展中已長期存在，提高運算速率并使其在更大規模網絡中適應標準通信頻率是實現配電網實時監控的重要環節。以無迭代矩陣算法和統一判據法為代表的矩陣類算法，都是通過矩陣來描述電網節點間的拓撲關系，對每個節點的判斷都需要搜索其它所有節點的相關信息。而我國配電網規模非常龐大，很多地方的配電網絡包括幾百個節點，對這樣的網絡利用矩陣分析進行故障診斷，勢必會給系統帶來大量的存儲困難。另外，無迭代矩陣算法和統一判據法都以樹形網絡為前提條件，卻無法充分利用樹形網絡的結構特點，這也限制了其性能的進一步提高。

1.2 畸變信息的處理

FTU監測設備多安裝在室外，雖然本身具備一定的防護措施，但惡劣天氣、電網沖擊、通信干擾等因素仍會導致FTU設備上報錯誤的電流信息，即畸變信息。解決畸變信息可從兩方面著手：一方面改善FTU設備的魯棒性和抗干擾能力，另一方面改進上位機的算法，使算法對接收到的畸變信息具有一定的糾錯能力。本文將針對后者詳細討論畸變信息的糾錯方法。

1.3 多重故障的處理

具備FTU監測設備的可測控區網絡一般是非常重要的配電網絡，其網絡元件會得到較好的維護，因此兩點或多點同時發生自發性故障的概率很小。但有時可能因為配電變壓器出線口發生單相短路故障未得到即時發現和處理，從而惡化并擴散造成網絡的多重故障。

1.4 有環網絡的處理

配電網一般為開環運行，但有些高壓或中壓配電網絡因提高供電可靠性、并網等原因造成網絡中出現少量環結構。目前還沒有系統講述配電環網故障定位方法的相關文獻。

2 不可測控區的故障定位

2.1 畸變信息的處理

停電區域內的用戶是否能及時上報故障信息？故障報投信息的采集時間，一般由系統操作員設定，如果設定的采集時間過長，雖然可以充分接收用戶的投訴，但可能會因停電時間太長造成比較大的經濟損失;如果設定的采集時間過短，則有可能無法充分接收各區域的報投信號，如果用戶不能在采集時間內投訴，系統將會把該投訴當作“無效”處理，從而導致定位結果的錯誤。

另外，有用戶上報故障信息的區域，未必確實發生整體停電故障。終端電力設備可能因為操作不當，保險開關跳砸，人為惡意關斷電源等原因，突然停止運轉，如果此時電網并未發生故障，終端用戶可能誤認為是網絡停電，從而上報了錯誤的報投信息。很多報投信息處理系統，采用設定投訴人數門檻的方法。如果某區域投訴的人數超過某設定值，則認為該區域發生整體停電，否則不認為該區域發生了停電故障。但門檻值一般由操作員主觀設定，如果門檻值過高，可能產生漏判;如果過低，則可能產生誤判。

只有條件屬性集在屬性約簡和值約簡之后，其元素值有所減少時，粗糙集定位算法才具有畸變分析能力，且畸變分析的范圍僅限于條件屬性集內少數被減少的用戶區，而無法對大多數未被減少的用戶區進行畸變判斷。如果畸變數據發生在未被減少的用戶區，系統將產生錯誤結果或定位失敗。

2.2 拓撲變化的適應性

很多不可測控區配電網絡，直接面向低壓用戶。用戶區接入或斷開網絡，常使配網發生拓撲結構變化，即變結構網絡。如何提高算法的拓撲變化適應性，是很多中低壓配電網故障定位系統急待解決的問題。

2.3 多重故障

包括粗糙集定位算法在內的傳統不可測控區故障定位算法，都未提出有效的多重故障定位方法。而不可測控區網絡的設備很多較為陳舊，抗干擾能力較差，如果某一處故障不能得到即時處理，有時還會殃及其他元件，造成網絡的多重故障。因此多重故障處理方法的研究，具有較大的實際意義。

3 配電網短路計算

由于配電網的網絡環境與輸電網有很大不同，矩陣迭代類算法在配電網中的效果，受到了很多因素的局限。主要有以下幾個方面：

（1）輸電網中元件的阻抗比與配電網有很大不同。輸電網元件電抗與電阻的比值很大，計算中可以忽略電阻因素，僅考慮電抗對網絡電流的影響，從而將網絡矩陣中的元素簡化為與電抗值有關的實數。而配電網元件的電阻與電抗值可能會比較接近，計算時必須考慮電阻因素對計算結果的影響。此時網絡矩陣中的元素必須為復數，其運算復雜度會大幅增加。

（2）輸電網結構復雜，節點間關聯度高，網絡節點矩陣的空間利用率較高;而且輸電網的規模一般都不大，節點數相對較少，迭代、求逆等復雜的矩陣運算，給程序復雜度帶來的影響較小。配電網絡的節點關聯度較小，但節點數量很多，網絡規模龐大，其節點矩陣的空間利用率不高，大量節點使矩陣的階數大幅增加，其運算復雜度將呈幾何級數大幅增長。

（3）輸電網絡電壓等級高，傳輸線路長，計算時需考慮電磁干擾、波阻抗等電磁波因素對電網潮流的影響;而配電網絡電壓等級較低，每一段線路的長度都不大，一般可忽略這些因素。

（4）輸電網的A、B、C三相對稱度比較高，發生不對稱短路時，可方便地采用序量法進行等效計算;配電網直接面向用戶，由于用戶接入和斷開電網的隨意性，網絡的三相不對稱現象比較嚴重，采用序量法會使計算結果的準確性受到影響。

（5）輸電網網絡元件的維護較好，更新及時，網絡參數隨外界環境變化的影響，也有較完善的經驗計算公式，其參考性高。而很多不發達地區的配電網絡維護較差、設備陳舊，網絡實際參數同建網時相比有很大差異，并且受天氣和溫度的影響比較大，所以要經常測定元件的一些固定參數，使數據庫中的元件等值阻抗時常發生變化。

（6）輸電網拓撲結構比較穩定，而配電網的拓撲結構經常會發生變化。輸電網的下級負荷是配電網系統，配電系統的入端端口電壓較穩定，很少發生整個配網系統大面積停電的現象，因此輸電系統的有關節點不輕易脫離網絡。配網直接面向用戶，而用戶隨時可能接入或脫離電網，所以配網的節點拓撲具有隨機性。

4 結束語

總之，隨著我國配電網自動化的不斷深入推進，故障后上送的信息將大大豐富，這包括：電氣量信息、開關信息、保護信息、開關和保護所帶時標的事件順序記錄信息等。如何有效的利用這些信息，實現故障的快速定位、減少停電面積、縮短停電時間，使配電網的潛力得到最大限度的利用將是配電網自動化發展的必然趨勢，而準確的故障診斷是發掘配電網潛力的必由之路。

【參考文獻】

[1]樂樂.基于配電網自動化的網絡拓撲分析[D].浙江大學，2008.

[2]石晶.基于GIS的10kV配電網故障定位方法及其應用研究[D].中南大學，2007.

[責任編輯：楊玉潔]