面向泛在電力物聯網技術下配電網故障診斷方法

◎楊敏生

引言

基于泛在電力物聯網技術的配電網融合了工程生產管理系統、配電網圖模系統、數據采集與監控系統、配電自動化系統以及調度運行管理系統等多個專業技術的數據，能夠加強電網數據的資源共享，實現數據的優化配置，從而提升整個配電網的供電質量。但是泛在電力物聯網下的配電網故障診斷方法為災后的處理方案，這就要求要加強對泛在電力物聯網技術下的配電網故障診斷方法的優化，實現配電網故障的主動防御，讓配電網故障恢復時間能夠大大縮短。

一、傳統配電網存在的問題

我國配電網的設備數量非常多，結構非常復雜，當前配電網的自動化水平較低，還沒有實現對配電網運行狀態的實時檢測，難以對配電網故障做到有效預防。當配電網發生故障，則會導致無法向用戶供電，對用戶的正常生活和工作造成了巨大的影響。針對這種情況，就要求要及時獲知配電網的故障信息，并做好故障分析，在最短的時間內采取有效的策略和措施來應對，縮短供電的搶修時間，及時恢復正常供電。配電網的供電搶修是一項比較復雜的工作，涉及到多個專業和多個環節，配電網故障診斷和搶修的水平反映了供電企業的服務水平。但是從實際的情況來看，一些地區的配電自動化設備配備不足，對于配電網的指揮業務盲目性非常大，對于配電故障的信息難以及時獲取，所以很難形成主動配網搶修指揮[1]。在傳統的配電網臺區管理中，由于支線的頻繁變換以及人員交接變換會導致臺區拓撲架構不清晰。對于臺區分支線路的計量難以實現同步，所以就導致沒辦法確定臺區的線損，進而影響故障的診斷和處理。臺區故障信息和用戶之間沒有實現有效的溝通，導致客戶經常打電話投訴，臺區故障投訴率非常高。泛在電力物聯網融合了人工智能、大數據、云計算和物聯網等多種先進的通信信息技術，能夠實現電力系統多項業務的智能聯動，促進電網和用戶之間的協作共贏。

二、智能配電網臺區的建設要求

智能配電網臺區建設要求臺區拓撲要能夠精準識別，從而實現主站的自動成圖；實現對臺區的分段和分相精準監測，能夠及時做好臺區的線損分析，并制定綜合降損決策；實現臺區停電區段的就地定位，快速、精準檢測故障，并及時處置，主動搶修，減少投訴率；加強對臺區資產的清晰管理，實現臺區資產的便捷錄入，本地、主站互相備份。

三、面向泛在電力物聯網技術的配電網故障診斷方案

泛在電力物聯網技術下的配電網故障診斷和處理平臺建設方案包括感知層、網絡層、平臺層和應用層，能夠實現配電網數據共享功能、配電網故障區域快速定位功能和配網搶修指揮服務功能，如下圖1 所示。

圖1 面向泛在電力物聯網的配電網智能化狀況監測和故障處理平臺方案

（一）配電網數據共享功能

配電網數據共享功能是指利用信息交互總線和用電信息采集系統來采集用電信息，實現相關業務數據的共享，對終端上報給配電臺的電流數據、電壓數據等都可以收集起來，并進行綜合的分析和處理，為配電網的故障監測和處理提供有利的參考，避免故障處理的盲目性，實現配電網的主動工作局面。配電網的數據采集終端是通過同步相量數據集中器裝置來實現的，可以對相關的數據進行收集、存儲，還具有轉發信息的功能。當前隨著各種科學技術的不斷發展，我國通信方式也變得更加豐富，天線專網、光纖以太網通道等也可以應用到信息采集單位中，更好地實現數據的共享。

（二）配電網故障區域快速定位功能

共享數據反映出來的信息通過配電網故障區域快速定位功能就可以形成配電網分支線斷線不接地故障診斷主要特征庫，從而將故障診斷主要的條件特征以及結果特征之間的關聯規則充分挖掘出來，建立故障診斷規則庫，通過故障診斷規則就可以實現對配電網故障的快速診斷。故障診斷規則庫是通過頻繁模式樹結構來對相關的數據進行組織，然后通過數據集的掃描來將頻繁的項集提取出來，關聯規則挖掘效率非常高。在對配電網的故障進行診斷時，要將需要診斷的條件特征和規則庫中的條件特征進行匹配，如果匹配成功則判定存在故障，如果匹配不成功則判定沒有故障。通過配電網故障區域快速定位功能挖掘出來的強關聯規則，不僅可以用在故障的診斷中，同時也可以實現故障定位，也就是具體查找出故障發生的位置，能夠實現對故障區域的智能化確定。規則庫中的條件特征來自各饋線和分支線上的電氣量信息，一旦診斷出來發生了故障，則可以結合匹配到的關聯規則中的條件特征來對故障發生的地點進行推斷，并推斷涉及到的用戶所在的分支線上。

（三）配網搶修指揮服務功能

面向泛在電力物聯網的配電網智能化狀況監測和故障處理平臺能夠將采集終端上報配電臺區的電流和電壓數據進行綜合分析和判斷，從而掌握電網配電臺區的低壓網絡運行特征，從多個角度和層面來對配電臺區進行全方位的管理，提升管理精細化和全面性，從而提升平臺輔助決策的能力。對于各種運行數據的變化，可以對異常和故障進行預判，做好配電網整體運行工作狀況的實時監測，主動提升停電的區域，從而改變以往配電網被動搶修的狀況，提供主動搶修服務，同時還可以通過相關的通信手段來發出配電區域的停電信息通告，以提升整體的服務質量，給人們提供滿意的服務。

三、泛在電力物聯網配電網功能介紹

（一）線路電參測量

泛在電力物聯網配電網能夠實現對電壓、電流、無功功率、有功功率、電網頻率、視在功率以及三相電壓電流的諧波畸變率等的實時測量，同時可計量三相有功電能和三相無功電能以及正反向諧波有功電能，并記錄三相有無功最大需量和發生時間。

（二）拓撲自動識別

泛在電力物聯網配電網能夠實現拓撲自動識別，電容投切為短時投切，維持數十ms，對電網造成的影響非常小，可以忽略不計。通過投切的長短和有無，可以組成特定的無功狀態序列，具有良好的抗干擾能力和可識別性，以此來實現自動識別。

（三）精準故障定位

泛在電力物聯網背景下的配電網智能化狀態監測與故障處理平臺能夠實現對配電網信息的實時監測，智能化分析處理故障，并實現精準故障定位，以此來實現電網故障的主動防御。泛在電力物聯網配電網能夠對線路的停電工況進行實時監測；確保計量的采樣測量一體化，從而對線路的電壓和電流進行實時監測，及時檢測短路故障；智能配電網可以配置剩余電流互感器，這樣就能夠實現對接地漏電故障的實時監測。根據拓撲圖和各個節點的故障狀態，就能夠對線路的短路、停電工況以及接地漏電故障等進行實時判斷，并進行定位。

（四）精確臺賬管理

智能配電網臺區還具有對臺賬進行精確管理的功能，可以提供設備臺賬信息文件的生成、保存和上送。工程安裝時，工程安裝人員通過手機或者平板上的專用的APP 掃描設備的二維碼，將設備的型號、生產日期、規格和廠家等臺賬的信息數據生成XML 文檔，在藍牙的作用下輸送到低壓多路監測單元中保存起來，TTU 就可以通過無線通信或者載波獲得這個設備的臺賬信息文件，以此來實現對設備臺賬的精確管理。

（五）線路損耗精準計量

智能配電網臺區可以實現線路損耗的精準計量，將低壓多路監測單元安裝在臺區的各個分支點上，提供按時間凍結的電參數據和電量數據，這樣TTU 就可以獲得同一時間各個節點的電流功率和電能等數據，然后結合自動識別到的拓撲信息就能夠對線路的損耗進行精準的計量。

（六）其他功能

智能配電網臺區還可以實現諧波污染源的定位，諧波電能區分正負，對諧波污染源和諧波被污染者正確區分。可以實現對諧波電能的分相計量和保存，定位非常準確，不僅可以確定線路，還能夠進一步定位到相別。諧波電能定時凍結，對諧波污染源實現時間區段上的定位。智能配電網還可以實現分散式的無功就地補償。傳統的配電臺區無功補償方式主要是以集中補償為主，可調補償的檔位不夠精細。智能配電網臺區使用LTU 自帶的拓撲信號源終端，就可以實現就地多級的靈活補償，自主補償的可調補償單位非常低。智能配電網的維護非常便捷，并且擁有多種可擴展功能。

四、結語

泛在電力物聯網技術下的配電網建設是為了適應我國當前發展形勢的新型配電網，通過多種現代化通信技術的應用能夠有效解決配電網搶修工作中的盲目性問題，充分利用現有電網中可采集的數據量和采集系統數據轉化、數據共享技術來實現對配電網的智能化狀態監測和故障處理，能夠有效提升配電網的智能化水平，給用戶提供更加優質的供電服務。對于當前的泛在電力物聯網技術下的配電網，可以從多個層面來進行優化，從而實現對極端天氣下的故障預測，進一步強化配電網的主動防御功能。