最小權(quán)點覆蓋下變電設(shè)備電源故障定位方法研究

陸曉峰

（國網(wǎng)蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000）

我國經(jīng)濟不斷地發(fā)展，人們對變電設(shè)備安全穩(wěn)定運行的需求越來越高。從已有的變電設(shè)備運行數(shù)據(jù)來看，在我國電網(wǎng)中，變電設(shè)備的數(shù)量非常多，其中80%是由于電源引起的，所以對變電設(shè)備電源故障進行定位具有重要的現(xiàn)實意義[1]。常規(guī)的基于Cricket 定位方法是利用超聲波信號，確定目標與運動節(jié)點的位置，但是由于存在障礙物的干擾，使得電源故障位置的定位精度下降[2]。在變電設(shè)備的電源出現(xiàn)故障時，由監(jiān)測終端向用戶報告故障情況，通過相應的計算方法，對變電設(shè)備電源故障的快速準確定位，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)安全可靠運行的有效控制。

任博等[3]針對電力系統(tǒng)中二次裝置的故障定位問題，以提升其定位精度和運行維護效率為目標，將深度學習應用到了二次裝置故障定位中。根據(jù)二次裝置各組件發(fā)生失效時的特性，對其進行邏輯推理。將自檢信息、報文訂閱關(guān)系和樣本數(shù)值相結(jié)合，給出了基于故障截面的信息描述方法。通過對一類典型的電力系統(tǒng)中的線路區(qū)間進行模擬，對所提出的算法進行實驗研究，證明所提出的算法是有效和準確的，并且在缺乏信息的條件下能夠獲得較好的鑒別效果，具有較好的容錯性。

1 變電設(shè)備電源故障定位方法設(shè)計

1.1 最小權(quán)點覆蓋下采集變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)

考慮到變電設(shè)備在運行過程中電源故障數(shù)據(jù)的不平衡會導致定位誤差偏大，因此引入最小權(quán)點覆蓋，計算出電源故障區(qū)域的覆蓋面積，采集變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)，具體步驟如下：

Step1：計算變電設(shè)備電源故障特征的相關(guān)系數(shù)，并提取出重要特征。

在變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)集中選取一個特征，計算出其與樣本類別之間的相關(guān)系數(shù)，在最小權(quán)點覆蓋下，將具有較大相關(guān)系數(shù)的故障特征作為重要特征[4]。假定變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)集中一共包含M個特征，那么在該數(shù)據(jù)集中，各個故障特征的屬性與樣本類別之間的相關(guān)系數(shù)用公式（1）表示：

式（1）中，?k表示第k個變電設(shè)備電源故障特征與類別標簽之間的相關(guān)系數(shù)。

在采集變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)時，在最小權(quán)點覆蓋下[5]，按照從大到小的順序，排列各個故障特征與類別標簽之間的相關(guān)系數(shù)，將相關(guān)系數(shù)較大的N個故障特征作為重要特征，公式（2）給出了變電設(shè)備電源故障的特征集合：

其中，δs1,δs2,…,δsN表示較小相關(guān)系數(shù)對應的變電設(shè)備電源故障特征。

在變電設(shè)備電源故障的特征集合中，采集變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)，以盡可能避免變電設(shè)備電源故障的主要特征信息丟失。

1.2 構(gòu)建變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計量

在構(gòu)建統(tǒng)計量的過程中，篩選出符合要求的故障數(shù)據(jù)變量信息[6]，利用公式（3）對變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)變量進行分析運算，即：

式（3）中，x表示變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)變量，y代表計算過程中的變量信息，Ω(x,y)表示x與y之間的關(guān)聯(lián)度，p(x,y)表示x與y之間的關(guān)系函數(shù)，p(x)表示電源故障數(shù)據(jù)之間的關(guān)系函數(shù)，p(y)表示計算變量之間的關(guān)系函數(shù)。

通過公式（3）的分析運算，得到變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)變量之間的關(guān)聯(lián)函數(shù)，經(jīng)過排列運算，得到變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)變量之間的關(guān)聯(lián)度Ω(x)，即：

式（4）中，p(x,Qi)表示電源故障數(shù)據(jù)變量x與關(guān)聯(lián)函數(shù)變量Q在對應常數(shù)為i下的概率，p(Q,xi)表示關(guān)聯(lián)函數(shù)變量Q與電源故障數(shù)據(jù)變量x在對應常數(shù)為i下的概率。

對公式（4）的關(guān)聯(lián)度Ω(x)進行矩陣排列，獲得變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)排列情況。根據(jù)排列情況，構(gòu)建變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計量，表示為：

公式（5）中，t表示變電設(shè)備運行過程中的電源故障變量，p仍表示各變量之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

根據(jù)以上過程，完成變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計量的構(gòu)建。

1.3 設(shè)計變電設(shè)備電源故障定位算法

以變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計量為依據(jù)，假設(shè)φ(t)表示變換處理的離散函數(shù)，利用公式（6）給出變電設(shè)備電源故障信息的變換函數(shù)φf,g(t)，即：

式（6）中，f和g分別代表小波變換因子和移動因子，通過對f和g兩個因子進行小波變換，就可以得到小波變換函數(shù)。

將變電設(shè)備電源故障信號定義為y(t)，以公式（6）為基礎(chǔ)，利用離散函數(shù)φ(t)對故障信號進行變換[7]，得到故障信號的變換系數(shù)Ty(f,g)，即：

式（7）中，t代表小波變換過程中的常數(shù)。

在公式（7）中可以發(fā)現(xiàn)，變電設(shè)備電源故障信號是連續(xù)的，根據(jù)這一特點，解析小波變換函數(shù)[8]，利用離散小波函數(shù)，計算變電設(shè)備電源故障信號的離散系數(shù)Ty(2l,2lt)，即：

式（8）中，l表示變電設(shè)備電源故障信號的權(quán)值。

根據(jù)公式（8）的離散系數(shù)，對變電設(shè)備電源故障信息進行重構(gòu)，得到變電設(shè)備電源故障的準確位置為：

式（9）中，cl,v表示變電設(shè)備電源故障定位點的小波系數(shù)，Ol代表任意一個變電設(shè)備電源故障點的位置信息。

綜上所述，利用小波變換設(shè)計了變電設(shè)備電源故障定位算法，實現(xiàn)變電設(shè)備電源故障的定位。

2 實例分析

2.1 實驗參數(shù)

為了驗證文中方法在變電設(shè)備電源故障定位中的有效性，選取一臺變電設(shè)備為研究對象，當電源出現(xiàn)故障時，表1 給出了故障參數(shù)。

表1 實驗參數(shù)

2.2 故障信號去噪處理

由于變電設(shè)備的運行環(huán)境比較復雜，導致電源故障信號會出現(xiàn)大量噪聲，需要利用小波變換去除電源故障信號的噪聲。

在變電設(shè)備運行現(xiàn)場采集到的電源故障信號是一維信號，通過小波系數(shù)的重構(gòu)，并結(jié)合噪聲頻率特性，在不同尺度下，對小波系數(shù)進行處理，得到去噪后的變電設(shè)備電源故障信號，如圖1 所示。

圖1 消噪后的電源故障信號

圖1 中對變電設(shè)備電源故障信號進行消噪之后，可以獲得一條比較圓滑的曲線，說明小波變換具有較好的去噪效果。

2.3 故障定位測試

利用文中方法對圖1 中的變電設(shè)備電源故障進行定位，得到不含噪聲的電壓波形，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 配網(wǎng)單相接地故障定位結(jié)果

根據(jù)圖2 的結(jié)果可知，利用文中方法對變電設(shè)備電源故障進行定位的過程中，變電設(shè)備運行過程中的電壓波形出現(xiàn)了明顯的奇異性，文中方法通過小波變換，能夠精準確定變電設(shè)備電源故障的位置。

3 結(jié)語

本文提出了最小權(quán)點覆蓋下變電設(shè)備電源故障定位方法研究，通過采集變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)，構(gòu)建了變電設(shè)備電源故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計量，利用小波變換設(shè)計了故障定位算法，實現(xiàn)變電設(shè)備電源故障的定位。通過實例分析發(fā)現(xiàn)，該方法能夠確定電源故障發(fā)生的位置。本文的研究雖然取得了一定成果，但是由于時間和精力有限，還存在很多不足，在今后的研究中，希望可以先確定電源故障的范圍，提高定位的效率。