關于智能電網(wǎng)故障快速診斷方案的探究

賈敏鋒

摘要：智能電網(wǎng)是基于基礎設施的安裝和數(shù)據(jù)集成的實施。這些基礎設施包括通信和監(jiān)控設備，其中大部分監(jiān)控功能通過變電站內(nèi)的智能電子設備實現(xiàn)。為了保障電子設備儀器的正常運轉(zhuǎn)，做好其中故障的快速識別和診斷尤為關鍵。基于此，本文結(jié)合相關資料分析了基于PN理論的智能電網(wǎng)故障診斷方法，希望通過對其的研究與分析，能為相關電力工作者提供幫助與借鑒。

關鍵詞：智能電網(wǎng);故障;診斷;Petri網(wǎng)（PN）

1.PN基礎理論

PN是一種表示描述流程的數(shù)學模型，可指定狀態(tài)演化方程以及控制系統(tǒng)行為的代數(shù)關系，根據(jù)每個事件發(fā)生后流程的新狀態(tài)對流程演化進行建模。通過考慮模型系統(tǒng)的狀態(tài)演化（令牌在庫所上的變化）來分析系統(tǒng)的動態(tài)行為，需要記住每個庫所可能持有非負數(shù)量的令牌，由小實心點表示。在任何給定的時刻中，令牌在庫所上的分布稱為PN標記，并定義系統(tǒng)的當前狀態(tài)。

由上述可得，變遷s2的觸發(fā)可指示事件的發(fā)生（如斷路器跳閘），使系統(tǒng)變遷到另一狀態(tài)（如斷路器開路）。電力系統(tǒng)中故障可能導致庫所中的令牌數(shù)量變?yōu)樨撝怠?/p>

2.智能電網(wǎng)故障快速診斷方案

當故障發(fā)生時，保護系統(tǒng)和檢測器電流達到一定的值，或指示一定的動作。文中假定這些信息是提供給需要評估其連貫性的推理器。推理器可以是SCADA系統(tǒng)，通過遠程終端單元（RTU）和通信信道接收和評估數(shù)據(jù)。所提出的故障檢測與識別方法基于一個PN模型，該模型捕獲所有保護系統(tǒng)和當前檢測器及其動作。其中推理器能夠?qū)收衔恢眠M行診斷，并在此過程中判斷是否提供了錯誤的數(shù)據(jù)。具體來說，提出的故障診斷方法基于以下三個步驟：（1）開發(fā)適合故障檢測的PN模型;（2）數(shù)據(jù)傳輸故障檢測;（3）電力系統(tǒng)故障識別。

2.1用于故障檢測的PN設計

PN的設計取決于所連接的DG和保護系統(tǒng)的底層電網(wǎng)的特性，預期精度取決于相應可用的傳感信息。機組數(shù)量影響故障電流方向，保護系統(tǒng)決定了PN在庫所和變遷方面的復雜性。假設有足夠可用的傳感器，通過圖1所示的配電網(wǎng)說明設計過程。

第一步，考慮每個保護系統(tǒng)，構(gòu)建其關聯(lián)的PPN模型。文中網(wǎng)絡由三個保護系統(tǒng)組成（P1，P2和P3），每個PN的結(jié)構(gòu)取決于每個保護系統(tǒng)的閾值級別的數(shù)量。假設P1包含兩個閾值級別，P2和P3都包含三個閾值級別，構(gòu)造三個PPN，得到的方案如圖4所示。第二步插入與母線相對應的DPN模型，母線具有識別當前方向的傳感器。假設在母線B4上存在一個傳感器，考慮到發(fā)電機的存在，在PN中加入一個DPN。如果PN是根據(jù)單個PPN的簡單組成的，它將無法定位故障，還需要添加一些庫所來關聯(lián)從各PN中獲得的信息。需要考慮定位饋線一（L1）的保護P2和母線發(fā)電機B4和饋線二（L2）下游的保護P3之間的故障。保護P2與母線B4之間的網(wǎng)絡部分命名為區(qū)域一，保護P3與饋線L2末端之間的網(wǎng)絡部分命名為區(qū)域二。因此，需要添加稱為地方位置錯誤（PLFs）的庫所。第一個PLF是pL1，表示區(qū)域一，第二個PLF是pL2，表示區(qū)域二。為了使這些信息相互關聯(lián)，必須考慮所構(gòu)造的PN和兩個PLFs之間的連接。由于母線B4和保護P2之間的故障均有發(fā)電機和變電站，導致了保護P1和P2的下游電流，以及母線B4和保護P3的上游電流。而這現(xiàn)象表明，我們應該將庫所p1d、p2d、p3u、pgen與pL1連接起來，相同地處理pL2（故障發(fā)生在區(qū)域二），但需注意饋線二上的唯一PN與保護P3相關聯(lián)。這些連接是通過兩個變遷sL1和sL2來實現(xiàn)的，這兩個變遷對控制中心的傳感器進行建模，使控制中心的傳感器能夠收集信息并指示故障位置。只有考慮庫所ppu和ppd的輸入和輸出弧對應的兩個令牌，PN才能正確演化。因此，系統(tǒng)地設計各保護系統(tǒng)的PN模型所采取的步驟如下：（1）若一個保護系統(tǒng)，其繼電器和CB的數(shù)量等于相應保護系統(tǒng)的閾值電平的數(shù)量，則添加一個PPN模型;（2）在負載或發(fā)電機連接點的對應關系中插入DPN模型，檢測器的數(shù)量越多，故障識別的準確度就越高;（3）在兩個保護系統(tǒng)或電流檢測器之間的任何電源分支添加一個PLF，其標記將表明故障的位置;（4）連接PPN和DPN到所添加的PLF，如果保護系統(tǒng)中與i-PLF所模擬的區(qū)段中的故障相對應的電流向下游（上游）流動，則將庫所ppd（ppu）與i-PLF連接。注意，若下游保護系統(tǒng)無發(fā)電機，則不進行步驟（4）中指定的連接。

2.2數(shù)據(jù)傳輸故障過程

數(shù)據(jù)傳輸故障過程基于PN模型，通過奇偶校驗操作，重構(gòu)其化狀態(tài)、識別故障，通常采用整數(shù)算法或p模運算。現(xiàn)有的方法通過將原始PN的狀態(tài)嵌入到冗余的PN中進行編碼，以便能夠診斷PN庫所或變遷中的故障。

2.3故障識別

故障的識別基于所建PN模型的演化。當與i-PLF相對應的變遷si觸發(fā)時，PN的自然演化提供了故障位置的信息。忽略DG母線上檢測器的PN，保護系統(tǒng)由三個帶繼電器的斷路器組成。

3.結(jié)束語

總而言之，隨著我國智能電網(wǎng)建設的不斷推進，對于智能電網(wǎng)故障的快速診斷方案應當進行深入研究，不僅有助于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，同時還能進一步推動我國電力事業(yè)發(fā)展與進步。

參考文獻

[1]任庭昊，代運滔，馬靜.面向智能電網(wǎng)應用的配電自動化系統(tǒng)研究[J].信息與電腦（理論版），2019（12）：100-101+104.

[2]葉國豪.探討智能配電網(wǎng)故障快速定位與故障恢復[J].中國新技術新產(chǎn)品，2016（23）：4-5.

國網(wǎng)金華供電公司，浙江金華?321000