智能配电网故障定位系统设计与研究

智能配电网故障定位系统设计与研究

张天浩

（国网杭州市余杭区供电公司浙江杭州市311100）

摘要：随着社会的快速发展以及经济水平的提高，社会和个人都对供电可靠性提出越来越高的要求。因此，配电自动化作为提高电力系统供电可靠性的重要手段之一，也受到了越来越多的关注。馈线自动化是配电自动化的主要功能之一，由馈线终端实时监控电网的运行状况。当配电网发生故障后，馈线终端将故障信息上报给主站;主站根据上报的故障信息，通过相关算法快速找到故障区段并隔离，同时迅速恢复非故障失电区域的供电。因此，研究配电网的故障定位与隔离技术，对提高配电网的供电可靠性具有十分重要的意义。

关键词：智能配电网；故障定位；系统设计

1智能配网故障定位的流程和步骤

对于智能化配电网来说，当其处于故障状态时，要按照一定的流程和步骤进行故障定位，具体流程为：1.分析故障类别。凭借观察、分析负序电流、零序电流来对应得出结论，该故障属于相间短路故障，还是相接地故障。2.判断故障相。通常应该通过计算三相电流的小波能量之和来对应明确故障相，这是因为不同的故障相能量和的数值不同。例如：单相接地故障下，小波能量和为最大，相间接地故障则相反。3.故障定位。明确故障类别、以及相以后，则要进行故障定位，通常情况下应该逐个级别、逐个层次地开关节点，对应分析有无故障。4.故障的准确定位。对发生故障的大致范围大致估算后，再进行精准化定位。

2配电网故障定位遗传算法

目前，配电网故障区段定位算法主要有两类，它们都是基于馈线终端FTU上报的故障过流信息来判断的。一类是根据配电网的网络拓扑结构，并结合现场设备FTU上报的故障过流信息的矩阵算法;另一类是人工智能型故障区段定位算法，如神经网络算法、遗传算法(geneticalgorthin，GA)、专家系统等。遗传算法具有良好的鲁棒性、全局优化性和可并行性，故本文选择该算法进行故障定位。在进行故障定位时，首先对上传的故障信息进行编码，依赖构造的开关函数及适应度函数对故障点进行计算求解，并对种群进行遗传操作，最终实现对故障设备的定位。

2.1遗传算法概述

遗传算法是模拟生物界自然选择和自然遗传机制的算法，它将复杂的问题空间转换为编码空间，以编码群体为进化基础，以适应度的计算进行寻优，并通过对群体中个体位串的遗传操作实现选择和遗传机制。遗传算法使用适者生存的原则，在迭代中逐次产生一个近似最优解。在遗传算法的每一代中，根据个体在问题域中的计算得到的适应度值进行个体选择，产生一个新的近似解，这样每一代的个体将不断进化，并逐渐逼近问题的最优解，最终达到求解问题的目的。

2.2配电网故障定位关键技术

配电网发生故障后，由配电网各FTU采集相应分段开关处的过流信息及电流波形，并上传给主站数据采集与监控(supervisorycontrolanddataacquisition，SCADA)系统。配电网主站的故障区段定位和隔离模块在接收到FTU处的过流变位信息后，结合馈线真空断路器的开关变位信息和主站的刀闸信息，控制故障定位软件的启动。

2.2.1编码方法

GA不能直接对参数进行操作，因此必须将参数编码成二进制的数字串。遗传操作只对由这些编码(基因)组成的数字串(染色体)进行操作。配电网故障定位问题按照GA的要求进行0/1编码，有过电流或设备故障表示为1，无过电流或设备正常表示为0。

2.2.2开关函数的构造

遗传算法通过分析馈线终端单元的状态信息，实现故障定位。开关函数是根据配电网中原件设备的信息确定各分段开关的状态信息，它反映了配电网各元件与开关之间的关系。对于单电源供电网络，开关函数可定义为:

式中:ffit(X)为解空间中每个节所对应的适应度值;X为配电网中元件设备状态(n为元件数)，用1表示设备原件故障(有过电流)，用0表示设备原件正常(无过电流);Ij为第j个开关实际状态，用1表示有故障电流，用0表示无故障电流。故障定位就是在解空间中搜索开关实际状态值与推导出来的状态值的最小差值，也就是找出式(2)的最小解，那么适应度最小值所对应的解就是实际的故障原件设备。

2.2.4遗传操作

遗传操作包括选择、交叉和变异等。其通过选择、交叉和变异等运算，把优化的个体遗传给下一代。

3行波法

现阶段，智能配网系统最常见的故障定位方法为行波法，通常能够根据故障的具体列别以及网络架构之间的区分度等来进行故障定位，行波法又包括A/B/C/D/E/F几大方法，每一类方法有着自身的工作原理。例如：A方法主要是依托于波的反射，通过测量从注入行波到反射波返回这一区段的时间长短来对应定位故障。B和D则是双端检测法，简单说就是当故障出现后，向两端发射行波波头，凭借行波抵达的时间来对应锁定故障的区位。C方法则是把某一脉冲信号添加到故障回路内，再对应记下脉冲反射过程中的时长，凭借反复的记录最后更加准确地定位故障。E和F方法则是根据重合闸分闸与合闸的原理进行故障测量，相比之下精准度较高，然而其中的投资则较多。要想有效确保故障精准定位，可以尝试行波法来定位故障区段，采用交流定位法来精准定位，具体的过程如下：行波信号注入线路→注入信号的采集→行波特征分析→明确故障区域→确定故障点位置→区域内信号检测→线路首端交流信号注入。

4配电网故障快速恢复法

4.1单联络环网连通恢复

配网故障时，分段开关将自动将故障分隔开来，据此应该闭合一切单联络环所对应的联络开关，以此来重新让网络连通起来。因为各个分段开关设置了多个环，相邻环间也有着公共开关，对此，则可以根据单联络环矩阵来做出故障判断。第一步明确联络开关的数目，用n表示，故障分段开关则分别用S1，S2，S3??表示，零矩阵则定义成：Bnxc，找到Si单联络环关联矩阵中所对的xi，同时，把相关信号数据等拷贝至矩阵B的第i行，对应的矩阵则用以下关系式：B（i，：）=A（xi，：）来代表，再对应分析B内相同行，试着去掉其中一行，同时，分析B矩阵内有无非零元素，当发现非零元素后，则应该让其充当联络开关号码，保存至P，同时让一切非零元素变成0，并发现和最小元素相对的联络开关，同时明确转供裕度最大的开关支路。

4.2切负荷故障恢复法

网络重构可能无法彻底消灭线路过电压，同时，当电压超出某一限度，则需要在网络重构系统内发现最优解，依靠其进行负荷切除，以此来更为高效、及时地恢复配网，并实现的安全运转。其中的原理为：在重构中获得网络拓扑，逐层分解电源线路，其中和电源最近的设置为第一层支路，再顺着辐射网系统来锁定线路末尾，对应得出剩余层，可以自最大层入手，来逐层分析检查各层内支路有无过载现象，对应明确过载功率，自过载支路入手，进行搜寻，从而明确负荷切除位置，一般来说要保证所切除的负荷量，大于过载功率。

5结论

配网智能化建设能够提高配网运行水平，减少故障对配网的威胁，提高配网供电恢复率，有效控制配网的运行风险。智能化条件下要积极研究故障快速定位的方法，采用先进的故障定位方法，及时精准地找到故障，同时，采取措施来恢复配网的正常运转，从而提高配网的运行水平，为配网创造一个安全、稳定的运行环境。

参考文献：

[1]朱菲菲.智能配电网故障定位研究[D].扬州大学,2012.

[2]刘蓓.智能配电网故障定位与故障恢复方法研究[D].湖南大学,2014.

[3]田永超.中压配电网单相接地故障在线定位系统的设计与实现[D].华北电力大学,2013.