配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制實(shí)用化技術(shù)研究

黃達(dá)區(qū)

[摘? ? 要]配網(wǎng)智能化建設(shè)使得其具備較強(qiáng)的故障智能診斷能力，且在一定程度上支持系統(tǒng)自愈。其主要工作原理是通過(guò)智能診斷技術(shù)進(jìn)行故障識(shí)別與判斷，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，在預(yù)警狀態(tài)下啟動(dòng)自愈控制系統(tǒng)進(jìn)行配電網(wǎng)故障的智能化處理，其保證配網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定與可靠，是當(dāng)前電力建設(shè)重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)項(xiàng)目。文章主要就配網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制實(shí)用化技術(shù)進(jìn)行探討，明確其概念及完整的控制技術(shù)體系，希望為配網(wǎng)故障識(shí)別與處理提供相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)。

[關(guān)鍵詞]配電網(wǎng);故障智能診斷;自愈控制實(shí)用化技術(shù)

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–00–02

Research on Practical Technology of Intelligent Fault Diagnosis

and Self-healing Control in Distribution Network

Huang Da-qu

[Abstract]The intelligent construction of distribution network makes it have strong fault intelligent diagnosis ability， and supports the system self-healing to a certain extent. Its main working principle is to identify and judge faults through intelligent diagnosis technology， send early warning signals in time， and start the self-healing control system in the early warning state for intelligent treatment of distribution network faults， so as to ensure the stable and reliable operation of distribution network system. It is a key technical project of current power construction. This paper mainly discusses the practical technology of distribution network fault intelligent diagnosis and self-healing control， defines its concept and complete control technology system， and hopes to provide corresponding technical guidance for distribution network fault identification and treatment.

[Keywords]distribution network; intelligent fault diagnosis; practical technology of self-healing control; analysis

智能配電網(wǎng)建設(shè)是電網(wǎng)建設(shè)與電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)，而配電網(wǎng)的智能化建設(shè)也提升了其故障處理效率和水平。當(dāng)前配電網(wǎng)故障診斷也對(duì)應(yīng)多種智能算法，自愈控制方面也有相應(yīng)的技術(shù)體系支持。總體來(lái)說(shuō)，在具體的應(yīng)用中也存在故障處理方法單一，自愈控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，不僅故障恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)且伴有電能質(zhì)量不高的問(wèn)題。因此，系統(tǒng)研究配電網(wǎng)故障智能診斷技術(shù)，分析其自愈控制實(shí)用化技術(shù)具有現(xiàn)實(shí)必要性。

1 智能配電網(wǎng)故障診斷技術(shù)

當(dāng)前電能用戶對(duì)電能質(zhì)量要求越來(lái)越高，要想確保電力系統(tǒng)進(jìn)行高質(zhì)量的穩(wěn)定供電，必須盡可能地規(guī)避配電網(wǎng)絡(luò)故障，為縮短監(jiān)測(cè)及消除故障時(shí)間，一般推行故障智能識(shí)別技術(shù)，做到故障的精準(zhǔn)定位、類型分析、范圍排查、緊急應(yīng)對(duì)，以智能配電網(wǎng)絡(luò)故障診斷系體系實(shí)現(xiàn)故障診斷與預(yù)警。

1.1 專家系統(tǒng)

常用的智能配電網(wǎng)故障診斷技術(shù)是專家系統(tǒng)，這是應(yīng)用最為成熟的故障智能識(shí)別技術(shù)，其根據(jù)該方向工作的專家提供的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理判斷，進(jìn)行專家決策過(guò)程的模擬。由智能配電網(wǎng)基于產(chǎn)生式規(guī)則、保護(hù)斷路器動(dòng)作邏輯，形成故障診斷專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，以知識(shí)庫(kù)為參考進(jìn)行報(bào)警信息的推理分析，得出結(jié)論。

1.2 Petri網(wǎng)絡(luò)

Petri網(wǎng)絡(luò)作為一種通用數(shù)學(xué)模型，其描述系統(tǒng)各元件關(guān)系，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)中同時(shí)發(fā)生、次序發(fā)生或循環(huán)發(fā)生的各種活動(dòng)的描述，用于電力系統(tǒng)中進(jìn)行電力系統(tǒng)故障排查、電網(wǎng)拓?fù)浞治觥⒆儔浩鞴收显\斷等。

1.3 遺傳算法

遺傳算法本質(zhì)上是解決復(fù)雜問(wèn)題的思路和方法，基于優(yōu)勝劣汰的原則對(duì)可能解的群體進(jìn)行遺傳學(xué)操作，產(chǎn)生新群體，群體更新中進(jìn)化，同時(shí)以全局并行搜索優(yōu)化群體中的最優(yōu)個(gè)體，其能大概率求得全局最優(yōu)解且計(jì)算時(shí)間少。

1.4 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)又稱為信念網(wǎng)絡(luò)，是基于概率分析圖論的不確定性知識(shí)表達(dá)的推理模型。其對(duì)應(yīng)的是有向無(wú)環(huán)圖，節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)變量。其在電力系統(tǒng)故障分析中，通過(guò)大量完備的故障樣本的分析，進(jìn)行現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景下缺失信息的分析，基于其余故障信息進(jìn)行缺失信息的估計(jì)與故障診斷。

1.5 智能模式饋線自動(dòng)化技術(shù)

智能模式饋線自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中具備較高價(jià)值。其利用智能終端所采集到的相關(guān)信息，能夠獨(dú)立實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障的監(jiān)測(cè)、診斷、隔離，以及非故障區(qū)的供電恢復(fù)。這一故障處理過(guò)程不必依賴配電自動(dòng)化控制中心，而是將故障處理均封裝于一條饋線中，大大保障了智能配電網(wǎng)的安全可靠性。其也對(duì)應(yīng)智能配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)，基于自動(dòng)化技術(shù)的智能配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估具體內(nèi)容見(jiàn)圖1。

圖1? 基于自動(dòng)化技術(shù)的智能配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估

1.6 綜合故障診斷法

綜合故障診斷法就是根據(jù)作業(yè)場(chǎng)景實(shí)際需要，多種診斷方法綜合靈活使用。如貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法與專家系統(tǒng)法相結(jié)合，基于最小診斷規(guī)則的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型減少網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，由專家系統(tǒng)法進(jìn)行故障特征的讀取與分析。在實(shí)際的故障智能診斷中融合多種智能方法，各種檢測(cè)信息進(jìn)行大規(guī)模連鎖故障的追蹤與預(yù)警，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)故障診斷到動(dòng)態(tài)故障診斷的轉(zhuǎn)化。

1.7 智能微網(wǎng)技術(shù)

當(dāng)前分布式發(fā)電、儲(chǔ)能等技術(shù)發(fā)展速度較快，實(shí)踐應(yīng)用也日益廣泛，這為配電網(wǎng)自愈控制提供了有利契機(jī)。在以科學(xué)控制作為前提的保障之下，微網(wǎng)既可以兼顧高效的并網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)又能通過(guò)相應(yīng)操作達(dá)成脫離主電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的目的，這種智能微網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)行模式通過(guò)對(duì)其進(jìn)行有效的模式切換能夠提升故障識(shí)別的可靠性。智能微網(wǎng)技術(shù)本質(zhì)上體現(xiàn)了微網(wǎng)的智能化運(yùn)行，基于有機(jī)整合電力與通信技術(shù)，也使自愈控制體系能夠利用計(jì)算機(jī)對(duì)微網(wǎng)相關(guān)設(shè)備加以操控，進(jìn)而達(dá)到轉(zhuǎn)化功能模塊的目的。總體來(lái)說(shuō)，智能微網(wǎng)技術(shù)利用信息集成形成微型智能化系統(tǒng)，并且憑借自身所展現(xiàn)出的信息交互能力，可進(jìn)一步健全自愈控制技術(shù)信息系統(tǒng)。

2 配電網(wǎng)自愈控制實(shí)用化技術(shù)概述

自愈控制是智能配電網(wǎng)的基本特征，它強(qiáng)調(diào)在沒(méi)有人為干預(yù)的條件下，以先進(jìn)監(jiān)控技術(shù)持續(xù)在線自我評(píng)估電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)借助于相應(yīng)的預(yù)防控制措施，做到故障的快速診斷、處理，最終將故障損失降至最低。智能化電網(wǎng)建設(shè)不斷深化，自愈控制實(shí)用化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值更加突出，既可以有效保障供電質(zhì)量及其安全可靠性，又可以推動(dòng)智能配電網(wǎng)的新發(fā)展。分析配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)其主要對(duì)應(yīng)兩個(gè)方面：一方面，配網(wǎng)自愈饋線組建模。饋線組主要由饋線組描述、饋線組包含的饋線信息、饋線組類型、運(yùn)行模式等信息構(gòu)成，以饋線組的引入實(shí)現(xiàn)運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn)與軟件處理邏輯的高效結(jié)合，使得自愈配置更具靈活性以及運(yùn)用的可靠性。另一方面，配網(wǎng)自愈閉鎖邏輯處理。該邏輯處理系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)閉鎖、饋線組閉鎖以及設(shè)備閉鎖等，系統(tǒng)閉鎖權(quán)限最高，一旦設(shè)置系統(tǒng)閉鎖，所有投入自愈的饋線組均需退出運(yùn)行狀態(tài)。饋線組閉鎖是針對(duì)具體饋線組進(jìn)行的閉鎖處理，其對(duì)其他饋線組的運(yùn)行不起干擾作用。設(shè)備的閉鎖則是針對(duì)饋線組中的具體設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)其滿足閉鎖條件進(jìn)行閉鎖處理。

3 自愈控制實(shí)用化技術(shù)的功能架構(gòu)

自愈控制實(shí)用化技術(shù)的主要功能有優(yōu)化配電網(wǎng)運(yùn)行、監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)運(yùn)行并及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、消除配電網(wǎng)故障并恢復(fù)配電網(wǎng)的配電功能3種。配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，在決策機(jī)構(gòu)的作用下，自愈控制系統(tǒng)有效控制并指導(dǎo)配電網(wǎng)運(yùn)行的優(yōu)化。配電網(wǎng)一旦出現(xiàn)故障，決策機(jī)構(gòu)根據(jù)信息支持進(jìn)行決策處理，將決策信息通過(guò)通信系統(tǒng)上傳上層機(jī)構(gòu)，處理后下傳操作，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障隱患的排查處理。自愈控制實(shí)用化技術(shù)功能的實(shí)現(xiàn)以及完善的硬件架構(gòu)為前提。完善的硬件架構(gòu)主要包括以下4個(gè)方面。

（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是自愈控制功能發(fā)揮的基礎(chǔ)。其主要是獲取配電網(wǎng)一手?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行信息交換以指導(dǎo)自愈控制操作。配電網(wǎng)前端數(shù)據(jù)采集裝置主要通過(guò)FTU模塊實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、分布式電源監(jiān)控等。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集中還可借助敏感元件、DTU模塊等實(shí)現(xiàn)。

（2）自愈控制系統(tǒng)。其獲得有效數(shù)據(jù)信息后整合處理，并且系統(tǒng)分析將其傳遞到下一技術(shù)流程。上述數(shù)據(jù)處理過(guò)程中包括潮流計(jì)算、拓?fù)浞治觥⒇?fù)荷轉(zhuǎn)供分析、狀態(tài)評(píng)估等，可根據(jù)配電網(wǎng)現(xiàn)狀實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和負(fù)荷預(yù)測(cè)，為人工控制提供有效參考依據(jù)。

配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制過(guò)程中應(yīng)根據(jù)模型分析中的各項(xiàng)內(nèi)容，確定配電網(wǎng)脆弱點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，依照安全預(yù)警等級(jí)合理開展配電網(wǎng)運(yùn)行管控，依托遠(yuǎn)程DTU和FTU模塊快速進(jìn)行故障投切和配電調(diào)度，從而保證配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。尤其是在智能決策過(guò)程中，需利用經(jīng)濟(jì)性重構(gòu)決策、預(yù)防性重構(gòu)決策、故障性重構(gòu)決策，形成與配電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀契合的決策體系，以保證配電網(wǎng)“自我感知、自我診斷、自我決策、自我恢復(fù)”效益的最大化。

（3）人工控制系統(tǒng)。主要通過(guò)主交換機(jī)設(shè)備將數(shù)據(jù)信息分析情況傳遞給調(diào)度員，調(diào)度員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并適時(shí)給予人工干預(yù)。上述過(guò)程中人員可通過(guò)配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制中的關(guān)鍵信息，分析自愈控制的科學(xué)性、有效性和可靠性。若存在問(wèn)題，可通過(guò)修改調(diào)度指令或調(diào)度電話指導(dǎo)作業(yè)的方式運(yùn)維管控。

（4）通信設(shè)計(jì)系統(tǒng)。把自身所接收的分析結(jié)果傳遞在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、保護(hù)執(zhí)行裝置中，其不僅可以妥善維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，保障其安全可靠性，同時(shí)還能夠合理管理自愈控制體系下的各項(xiàng)功能，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行更新升級(jí)，使自愈控制實(shí)用化技術(shù)在配電網(wǎng)實(shí)踐中能夠發(fā)揮更大價(jià)值。上述設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)做好接口的選擇，按照IEC61968、IEC61970標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)規(guī)約，快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接口匹配和通信轉(zhuǎn)換。

4 配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制實(shí)用化技術(shù)應(yīng)用效果分析

以某供電局為例，其在2020年引入了配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制實(shí)用化技術(shù)。其配網(wǎng)系統(tǒng)中共有4 950條饋線，投入配網(wǎng)自愈的饋線組985組。由于數(shù)據(jù)質(zhì)量、模型關(guān)系等原因，閉鎖饋線組有120組。2020年10月17日凌晨3：16：40，該供電局接入配網(wǎng)主站自愈的某110 kV變電站某731線——干線42號(hào)塔42T1開關(guān)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作跳閘，而僅181s后主站自愈成功，在181s恢復(fù)配變數(shù)9臺(tái)，中低壓用戶363個(gè)，即時(shí)挽救負(fù)荷約200 kV，減少波及用戶726戶。

本次故障發(fā)生后僅用181s重合成功，故障停電時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同類型事故人工處理事件。同時(shí)，將跳閘斷電事故控制在最小范圍內(nèi)，避免了波及更多用戶，降低了本次事故危害，再次驗(yàn)證了配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制實(shí)用化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提高了饋線組誤動(dòng)可能性，最大限度保證電網(wǎng)供電可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)智能化發(fā)展的大背景下，加大對(duì)故障智能診斷與自愈控制實(shí)用化技術(shù)的研究與探討具有現(xiàn)實(shí)必要性，發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，真正保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全與可靠，讓電力企業(yè)獲得理想的效益回報(bào)，也真正推動(dòng)電力產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展。現(xiàn)階段關(guān)于配電網(wǎng)故障智能診斷與自用控制實(shí)用化技術(shù)的專題研究還需持續(xù)深入，以技術(shù)的改進(jìn)與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值的最大化。

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