基于饋線自動化信息的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法研究

劉磊

摘要：集中控制型饋線自動化系統(tǒng)由于需要搭建配電主站和通信通道，所以其建設(shè)難度和成本也更大。除此之外，配電主站根據(jù)反饋回的故障信息進(jìn)行故障定位的速率與算法有著很大的關(guān)系，對于故障定位算法的設(shè)計(jì)和不斷優(yōu)化也將耗費(fèi)大量成本和精力。同時(shí)，由于FTU等設(shè)備長期安裝在戶外，故障信息在采集和傳輸過程中不可避免地存在信息丟失等情況，從而導(dǎo)致故障定位算法定位失敗，這也為故障定位算法的設(shè)計(jì)與研宄提出了更高的要求。因此，對于故障定位算法速率和抗信息丟失能力的研究則顯得十分重要。

關(guān)鍵詞：饋線自動化信息;配電網(wǎng);故障區(qū)段;定位方法

1配電網(wǎng)饋線自動化模式

饋線自動化（簡稱FA）指的是當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，能夠自動完成對故障進(jìn)行定位、故障隔離以及對非故障區(qū)域進(jìn)行供電恢復(fù)的自動化措施，是配電網(wǎng)自動化中至關(guān)重要的一項(xiàng)功能，能夠最大限度地減少配電線路發(fā)生故障給用戶帶來的不利影響。為了減少配電線路故障時(shí)造成的停電損失，繼電保護(hù)作為第一道防線能夠在故障發(fā)生時(shí)快速快速動作，盡可能地減小停電范圍。而饋線自動化則被稱為第二道防線，能夠?qū)^電保護(hù)提供一定的補(bǔ)充作用。這是由于配電網(wǎng)中所配備的繼電保護(hù)裝置較為簡單，裝置動作時(shí)很難具備絕對選擇性，從而會使得故障造成的配電線路停電范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。這時(shí)便需要借助配電網(wǎng)中的饋線自動化措施將故障所在區(qū)段進(jìn)行準(zhǔn)確隔離，并盡可能快地恢復(fù)對非故障區(qū)域的電力供應(yīng)，從而將線路故障造成的停電范圍被隔離在一個盡可能小的范圍。

2基于就地式配電網(wǎng)饋線自動化信息的故障定位方法

早期的配電網(wǎng)饋線自動化只是單純的為了將故障區(qū)段隔離，并恢復(fù)非故障區(qū)段的供電，還沒有提出遠(yuǎn)程故障區(qū)段定位的要求。因此就地控制型饋線自動化系統(tǒng)具有自主性，不依賴主站控制，對通信系統(tǒng)沒有過高的要求，所以經(jīng)濟(jì)性較好。但同時(shí)也具備以下缺點(diǎn)，在對故障區(qū)段進(jìn)行隔離后，往往需要檢修人員通過人工巡線或電話報(bào)修等方式進(jìn)行故障定位，無法遠(yuǎn)程獲取故障信息進(jìn)行故障區(qū)段定位。隨著配電網(wǎng)智能程度要求的不斷提高，也對配電網(wǎng)遠(yuǎn)程故障定位技術(shù)提出了新的要求。在這種情況下，如果能夠遠(yuǎn)程獲取線路分段開關(guān)的開合狀態(tài)，再借助智能算法進(jìn)行分析，即可遠(yuǎn)程定位故障所在區(qū)段。綜合考慮電網(wǎng)建設(shè)成本，僅需要在線路中安裝具有單一通信功能的智能開關(guān)，當(dāng)開關(guān)產(chǎn)生閉合或斷開動作時(shí)，自動將動作信息發(fā)送給主站。主站再根據(jù)接收到的開關(guān)動作信息，借助智能算法進(jìn)行遠(yuǎn)程故障定位并下達(dá)后續(xù)操作指令。根據(jù)上述流程，改進(jìn)后的系統(tǒng)模型如圖1所示在該模型中，主要由線路、電力通信網(wǎng)以及主站三部分構(gòu)成。故障發(fā)生后的一段時(shí)間內(nèi)，在故障隔離過程中會產(chǎn)生多條開關(guān)動作信息。這些信息被采集匯總后經(jīng)電力專用通信網(wǎng)絡(luò)上傳至主站，主站首先對這些信息進(jìn)行處理再輸入故障定位算法，監(jiān)控員根據(jù)故障定位的結(jié)果下達(dá)進(jìn)一步操作指令給檢修人員，從而縮短故障定位所需要的時(shí)間。

3基于故障指示設(shè)備信息的故障區(qū)段定位方法

近年來，配電網(wǎng)向著更加復(fù)雜化和智能化的方向不斷發(fā)展。其中城市配電網(wǎng)分支眾多且線路錯綜復(fù)雜，因此也更容易發(fā)生線路故障，傳統(tǒng)的就地式饋線自動化系統(tǒng)已不能滿足城市配電網(wǎng)故障定位、隔離及供電恢復(fù)的要求。更重要的是城市人口密度大，配電網(wǎng)直接與用戶相連接，發(fā)生故障將直接影響到人民的工作和生活。因此，對于快速、準(zhǔn)確的配電網(wǎng)故障定位技術(shù)的研宄則顯得尤為重要。隨著越來越多的饋線終端設(shè)備，如饋線終端單元（FTU）和故障指示器（FI）在集中式饋線自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用饋線終端設(shè)備采集到的故障狀態(tài)信息從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速故障定位已成為一個重要的研宄課題。與此同時(shí)，分布式電源在配電網(wǎng)中的存在和故障信號采集設(shè)備信息丟失的情況對配電網(wǎng)故障定位方法的研究工作也提出了更高的要求。前文在緒論中提到，近些年各國學(xué)者提出了多種基于FTU等智能設(shè)備的故障定位方法，但仍然存在一些缺點(diǎn)和不足。綜合考慮其存在的問題，本文提出了一種基于故障指示設(shè)備信息的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法，其借助了集中式饋線自動化系統(tǒng)中的智能設(shè)備和工作原理，在復(fù)雜城市配電網(wǎng)的故障定位工作中具有很好的適用性。該方法的主要創(chuàng)新點(diǎn)如下：（1）本文所提方法不同于其他分析電氣量的故障定位方法，其是利用線路中FTU等故障指示設(shè)備的狀態(tài)信息，將故障電流的電氣量信息轉(zhuǎn)換成開關(guān)量信息，并不需要分析和計(jì)算任何復(fù)雜電氣參數(shù)，從而降低了方法的實(shí)現(xiàn)難度。（2）本文提出了一種能夠自動生成的設(shè)備狀態(tài)列表構(gòu)建方法，該列表能夠?qū)ε潆娋€路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和故障指示設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行表示。此外，該列表還能夠在配電線路拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)自動更新。因此，其能夠更好地適用于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頻繁變化的配電網(wǎng)。（3）本文提出了一種拓?fù)渌阉魉惴▉矶ㄎ还收衔恢盟趨^(qū)段，經(jīng)大量仿真結(jié)果表明，其不僅能定位線路中的單一故障和不同分支上的多重故障，并且當(dāng)系統(tǒng)中含有分布式電源時(shí)同樣能夠適用。因此，本文所提的故障定位方法能夠很好地適用于解決配電網(wǎng)的復(fù)雜故障情況。（4）考慮到設(shè)備信息的丟失可能導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)列表的錯誤，本文又提出了一種信息丟失檢測算法，用于檢測和糾正故障指示設(shè)備的錯誤狀態(tài)。從而預(yù)先消除了拓?fù)渌阉魉惴ㄏ萑刖植孔顑?yōu)解的可能性，從而大大提高了故障定位結(jié)果的準(zhǔn)確性。（5）經(jīng)大量仿真結(jié)果表明，本文所提的故障定位算法運(yùn)行時(shí)間并不一定會隨著電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)規(guī)模的擴(kuò)大而增加，具備很好的時(shí)效性。

4結(jié)束語

本文以饋線自動化信息為分析對象，為就地式和集中式兩種配電網(wǎng)提出了新的故障定位方法。該研宄取得了一些學(xué)術(shù)成果，但仍有一些不足之處有待進(jìn)一步研宄及改進(jìn)，總結(jié)如下：本文所提的兩種故障定位方法主要針對于輻射型配電網(wǎng)，對于發(fā)生在輻射型配電網(wǎng)的故障能夠做到自動定位與結(jié)果輸出。當(dāng)處理環(huán)形配電網(wǎng)故障時(shí)，則首先要在特定位置手動對環(huán)網(wǎng)進(jìn)行解環(huán)處理，或者提前設(shè)定好解環(huán)位置從而對線路開關(guān)進(jìn)行編號，本文所提的故障定位方法才可適用，此方面的算法改進(jìn)還有待進(jìn)一步研宄。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭一斌.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動建模的配電網(wǎng)故障區(qū)段定位研究[D].浙江大學(xué)，2021.