配電網故障智能診斷與自愈控制實用化技術研究

黃達區

[摘? ? 要]配網智能化建設使得其具備較強的故障智能診斷能力，且在一定程度上支持系統自愈。其主要工作原理是通過智能診斷技術進行故障識別與判斷，及時發出預警信號，在預警狀態下啟動自愈控制系統進行配電網故障的智能化處理，其保證配網系統的運行穩定與可靠，是當前電力建設重點關注的技術項目。文章主要就配網故障智能診斷與自愈控制實用化技術進行探討，明確其概念及完整的控制技術體系，希望為配網故障識別與處理提供相應的技術指導。

[關鍵詞]配電網;故障智能診斷;自愈控制實用化技術

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]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

智能配電網建設是電網建設與電力產業發展的大趨勢，而配電網的智能化建設也提升了其故障處理效率和水平。當前配電網故障診斷也對應多種智能算法，自愈控制方面也有相應的技術體系支持。總體來說，在具體的應用中也存在故障處理方法單一，自愈控制系統拓撲結構復雜等問題，不僅故障恢復時間長且伴有電能質量不高的問題。因此，系統研究配電網故障智能診斷技術，分析其自愈控制實用化技術具有現實必要性。

1 智能配電網故障診斷技術

當前電能用戶對電能質量要求越來越高，要想確保電力系統進行高質量的穩定供電，必須盡可能地規避配電網絡故障，為縮短監測及消除故障時間，一般推行故障智能識別技術，做到故障的精準定位、類型分析、范圍排查、緊急應對，以智能配電網絡故障診斷系體系實現故障診斷與預警。

1.1 專家系統

常用的智能配電網故障診斷技術是專家系統，這是應用最為成熟的故障智能識別技術，其根據該方向工作的專家提供的知識與經驗進行推理判斷，進行專家決策過程的模擬。由智能配電網基于產生式規則、保護斷路器動作邏輯，形成故障診斷專家系統知識庫，以知識庫為參考進行報警信息的推理分析，得出結論。

1.2 Petri網絡

Petri網絡作為一種通用數學模型，其描述系統各元件關系，利用網絡進行系統中同時發生、次序發生或循環發生的各種活動的描述，用于電力系統中進行電力系統故障排查、電網拓撲分析、變壓器故障診斷等。

1.3 遺傳算法

遺傳算法本質上是解決復雜問題的思路和方法，基于優勝劣汰的原則對可能解的群體進行遺傳學操作，產生新群體，群體更新中進化，同時以全局并行搜索優化群體中的最優個體，其能大概率求得全局最優解且計算時間少。

1.4 貝葉斯網絡

貝葉斯網絡又稱為信念網絡，是基于概率分析圖論的不確定性知識表達的推理模型。其對應的是有向無環圖，節點對應變量。其在電力系統故障分析中，通過大量完備的故障樣本的分析，進行現實場景下缺失信息的分析，基于其余故障信息進行缺失信息的估計與故障診斷。

1.5 智能模式饋線自動化技術

智能模式饋線自動化技術在實踐應用中具備較高價值。其利用智能終端所采集到的相關信息，能夠獨立實現對于故障的監測、診斷、隔離，以及非故障區的供電恢復。這一故障處理過程不必依賴配電自動化控制中心，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的安全可靠性。其也對應智能配電網運行狀態評估系統，基于自動化技術的智能配電網運行狀態評估具體內容見圖1。

圖1? 基于自動化技術的智能配電網運行狀態評估

1.6 綜合故障診斷法

綜合故障診斷法就是根據作業場景實際需要，多種診斷方法綜合靈活使用。如貝葉斯網絡法與專家系統法相結合，基于最小診斷規則的貝葉斯網絡模型減少網絡結構的復雜性，由專家系統法進行故障特征的讀取與分析。在實際的故障智能診斷中融合多種智能方法，各種檢測信息進行大規模連鎖故障的追蹤與預警，實現靜態故障診斷到動態故障診斷的轉化。

1.7 智能微網技術

當前分布式發電、儲能等技術發展速度較快，實踐應用也日益廣泛，這為配電網自愈控制提供了有利契機。在以科學控制作為前提的保障之下，微網既可以兼顧高效的并網運行，同時又能通過相應操作達成脫離主電網獨立運行的目的，這種智能微網技術的運行模式通過對其進行有效的模式切換能夠提升故障識別的可靠性。智能微網技術本質上體現了微網的智能化運行，基于有機整合電力與通信技術，也使自愈控制體系能夠利用計算機對微網相關設備加以操控，進而達到轉化功能模塊的目的。總體來說，智能微網技術利用信息集成形成微型智能化系統，并且憑借自身所展現出的信息交互能力，可進一步健全自愈控制技術信息系統。

2 配電網自愈控制實用化技術概述

自愈控制是智能配電網的基本特征，它強調在沒有人為干預的條件下，以先進監控技術持續在線自我評估電網運行狀態，同時借助于相應的預防控制措施，做到故障的快速診斷、處理，最終將故障損失降至最低。智能化電網建設不斷深化，自愈控制實用化技術的應用價值更加突出，既可以有效保障供電質量及其安全可靠性，又可以推動智能配電網的新發展。分析配電網自愈控制技術其主要對應兩個方面：一方面，配網自愈饋線組建模。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、運行模式等信息構成，以饋線組的引入實現運維管理經驗與軟件處理邏輯的高效結合，使得自愈配置更具靈活性以及運用的可靠性。另一方面，配網自愈閉鎖邏輯處理。該邏輯處理系統主要包括系統閉鎖、饋線組閉鎖以及設備閉鎖等，系統閉鎖權限最高，一旦設置系統閉鎖，所有投入自愈的饋線組均需退出運行狀態。饋線組閉鎖是針對具體饋線組進行的閉鎖處理，其對其他饋線組的運行不起干擾作用。設備的閉鎖則是針對饋線組中的具體設備進行檢測，當其滿足閉鎖條件進行閉鎖處理。

3 自愈控制實用化技術的功能架構

自愈控制實用化技術的主要功能有優化配電網運行、監測配電網運行并及時發現故障、消除配電網故障并恢復配電網的配電功能3種。配電網運行狀態下，在決策機構的作用下，自愈控制系統有效控制并指導配電網運行的優化。配電網一旦出現故障，決策機構根據信息支持進行決策處理，將決策信息通過通信系統上傳上層機構，處理后下傳操作，實現配電網故障隱患的排查處理。自愈控制實用化技術功能的實現以及完善的硬件架構為前提。完善的硬件架構主要包括以下4個方面。

（1）數據采集系統是自愈控制功能發揮的基礎。其主要是獲取配電網一手數據，通過數據分析進行信息交換以指導自愈控制操作。配電網前端數據采集裝置主要通過FTU模塊實現，可實現配網運行狀態監控、分布式電源監控等。同時，數據采集中還可借助敏感元件、DTU模塊等實現。

（2）自愈控制系統。其獲得有效數據信息后整合處理，并且系統分析將其傳遞到下一技術流程。上述數據處理過程中包括潮流計算、拓撲分析、負荷轉供分析、狀態評估等，可根據配電網現狀實現實時化、動態化風險評估和負荷預測，為人工控制提供有效參考依據。

配電網故障智能診斷與自愈控制過程中應根據模型分析中的各項內容，確定配電網脆弱點及風險點，依照安全預警等級合理開展配電網運行管控，依托遠程DTU和FTU模塊快速進行故障投切和配電調度，從而保證配電網安全、穩定、可靠運行。尤其是在智能決策過程中，需利用經濟性重構決策、預防性重構決策、故障性重構決策，形成與配電網運行現狀契合的決策體系，以保證配電網“自我感知、自我診斷、自我決策、自我恢復”效益的最大化。

（3）人工控制系統。主要通過主交換機設備將數據信息分析情況傳遞給調度員，調度員進行數據分析并適時給予人工干預。上述過程中人員可通過配電網故障智能診斷與自愈控制中的關鍵信息，分析自愈控制的科學性、有效性和可靠性。若存在問題，可通過修改調度指令或調度電話指導作業的方式運維管控。

（4）通信設計系統。把自身所接收的分析結果傳遞在網絡服務器、保護執行裝置中，其不僅可以妥善維護整個系統運行，保障其安全可靠性，同時還能夠合理管理自愈控制體系下的各項功能，并對系統進行更新升級，使自愈控制實用化技術在配電網實踐中能夠發揮更大價值。上述設計過程中應做好接口的選擇，按照IEC61968、IEC61970標準中的各項規約，快速實現數據接口匹配和通信轉換。

4 配電網故障智能診斷與自愈控制實用化技術應用效果分析

以某供電局為例，其在2020年引入了配電網故障智能診斷與自愈控制實用化技術。其配網系統中共有4 950條饋線，投入配網自愈的饋線組985組。由于數據質量、模型關系等原因，閉鎖饋線組有120組。2020年10月17日凌晨3：16：40，該供電局接入配網主站自愈的某110 kV變電站某731線——干線42號塔42T1開關過流保護動作跳閘，而僅181s后主站自愈成功，在181s恢復配變數9臺，中低壓用戶363個，即時挽救負荷約200 kV，減少波及用戶726戶。

本次故障發生后僅用181s重合成功，故障停電時間遠遠低于同類型事故人工處理事件。同時，將跳閘斷電事故控制在最小范圍內，避免了波及更多用戶，降低了本次事故危害，再次驗證了配電網故障智能診斷與自愈控制實用化技術的應用優勢，提高了饋線組誤動可能性，最大限度保證電網供電可靠。

5 結語

配電網智能化發展的大背景下，加大對故障智能診斷與自愈控制實用化技術的研究與探討具有現實必要性，發揮其技術優勢，真正保障電力系統運行的安全與可靠，讓電力企業獲得理想的效益回報，也真正推動電力產業的長足發展。現階段關于配電網故障智能診斷與自用控制實用化技術的專題研究還需持續深入，以技術的改進與優化，實現其應用價值的最大化。

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