基于算法角度的当前配网故障诊断中遇到的几个典型问题分析

薛静

【摘 要】随着我国国民经济的发展，电力网络规模不断扩大，网络结构日益复杂，同时用户对供电稳定性和可靠性的要求也越来越高。为此，一方面，在系统正常运行时要尽量防止故障的发生;另一方面，在故障发生后要尽快确定故障位置并予以排除。

【关键词】配电网故障;电能质量;预防为主;供电可靠性;故障定位;畸变信息;短路计算

0 引言

随着配电网网架的加强，线路长度的增长以及分支数目的增多，线路变得极其复杂。利用传统的方法分析故障点将变得非常困难，不仅会耗费大量的人力、财力、物力而且还会使停电时间延长，严重影响了供电的可靠性，难以满足当今生产和生活对供电质量的要求。因此，快速准确的故障定位具有重大的社会效益和经济效益。

1 可测控区的故障定位

1.1 运算速率落后于数据通信速率

广泛使用的矩阵系列算法的复杂度与网络节点总数的平方成线性关系，而EIEE规定可测控区终端节点的数据通信周期不能大于1s，即终端节点每秒钟至少上传一次采集信息。如果配电网规模非常庞大，众多的节点数将使矩阵类算法系统花费巨大时间开销，从而出现因运算速率落后于数据通信速率而造成的拥塞，无法适应现代监测系统的实时要求。这种拥塞现象在国内外的配电网发展中已长期存在，提高运算速率并使其在更大规模网络中适应标准通信频率是实现配电网实时监控的重要环节。以无迭代矩阵算法和统一判据法为代表的矩阵类算法，都是通过矩阵来描述电网节点间的拓扑关系，对每个节点的判断都需要搜索其它所有节点的相关信息。而我国配电网规模非常庞大，很多地方的配电网络包括几百个节点，对这样的网络利用矩阵分析进行故障诊断，势必会给系统带来大量的存储困难。另外，无迭代矩阵算法和统一判据法都以树形网络为前提条件，却无法充分利用树形网络的结构特点，这也限制了其性能的进一步提高。

1.2 畸变信息的处理

FTU监测设备多安装在室外，虽然本身具备一定的防护措施，但恶劣天气、电网冲击、通信干扰等因素仍会导致FTU设备上报错误的电流信息，即畸变信息。解决畸变信息可从两方面着手：一方面改善FTU设备的鲁棒性和抗干扰能力，另一方面改进上位机的算法，使算法对接收到的畸变信息具有一定的纠错能力。本文将针对后者详细讨论畸变信息的纠错方法。

1.3 多重故障的处理

具备FTU监测设备的可测控区网络一般是非常重要的配电网络，其网络元件会得到较好的维护，因此两点或多点同时发生自发性故障的概率很小。但有时可能因为配电变压器出线口发生单相短路故障未得到即时发现和处理，从而恶化并扩散造成网络的多重故障。

1.4 有环网络的处理

配电网一般为开环运行，但有些高压或中压配电网络因提高供电可靠性、并网等原因造成网络中出现少量环结构。目前还没有系统讲述配电环网故障定位方法的相关文献。

2 不可测控区的故障定位

2.1 畸变信息的处理

停电区域内的用户是否能及时上报故障信息？故障報投信息的采集时间，一般由系统操作员设定，如果设定的采集时间过长，虽然可以充分接收用户的投诉，但可能会因停电时间太长造成比较大的经济损失;如果设定的采集时间过短，则有可能无法充分接收各区域的报投信号，如果用户不能在采集时间内投诉，系统将会把该投诉当作“无效”处理，从而导致定位结果的错误。

另外，有用户上报故障信息的区域，未必确实发生整体停电故障。终端电力设备可能因为操作不当，保险开关跳砸，人为恶意关断电源等原因，突然停止运转，如果此时电网并未发生故障，终端用户可能误认为是网络停电，从而上报了错误的报投信息。很多报投信息处理系统，采用设定投诉人数门槛的方法。如果某区域投诉的人数超过某设定值，则认为该区域发生整体停电，否则不认为该区域发生了停电故障。但门槛值一般由操作员主观设定，如果门槛值过高，可能产生漏判;如果过低，则可能产生误判。

只有条件属性集在属性约简和值约简之后，其元素值有所减少时，粗糙集定位算法才具有畸变分析能力，且畸变分析的范围仅限于条件属性集内少数被减少的用户区，而无法对大多数未被减少的用户区进行畸变判断。如果畸变数据发生在未被减少的用户区，系统将产生错误结果或定位失败。

2.2 拓扑变化的适应性

很多不可测控区配电网络，直接面向低压用户。用户区接入或断开网络，常使配网发生拓扑结构变化，即变结构网络。如何提高算法的拓扑变化适应性，是很多中低压配电网故障定位系统急待解决的问题。

2.3 多重故障

包括粗糙集定位算法在内的传统不可测控区故障定位算法，都未提出有效的多重故障定位方法。而不可测控区网络的设备很多较为陈旧，抗干扰能力较差，如果某一处故障不能得到即时处理，有时还会殃及其他元件，造成网络的多重故障。因此多重故障处理方法的研究，具有较大的实际意义。

3 配电网短路计算

由于配电网的网络环境与输电网有很大不同，矩阵迭代类算法在配电网中的效果，受到了很多因素的局限。主要有以下几个方面：

（1）输电网中元件的阻抗比与配电网有很大不同。输电网元件电抗与电阻的比值很大，计算中可以忽略电阻因素，仅考虑电抗对网络电流的影响，从而将网络矩阵中的元素简化为与电抗值有关的实数。而配电网元件的电阻与电抗值可能会比较接近，计算时必须考虑电阻因素对计算结果的影响。此时网络矩阵中的元素必须为复数，其运算复杂度会大幅增加。

（2）输电网结构复杂，节点间关联度高，网络节点矩阵的空间利用率较高;而且输电网的规模一般都不大，节点数相对较少，迭代、求逆等复杂的矩阵运算，给程序复杂度带来的影响较小。配电网络的节点关联度较小，但节点数量很多，网络规模庞大，其节点矩阵的空间利用率不高，大量节点使矩阵的阶数大幅增加，其运算复杂度将呈几何级数大幅增长。

（3）输电网络电压等级高，传输线路长，计算时需考虑电磁干扰、波阻抗等电磁波因素对电网潮流的影响;而配电网络电压等级较低，每一段线路的长度都不大，一般可忽略这些因素。

（4）输电网的A、B、C三相对称度比较高，发生不对称短路时，可方便地采用序量法进行等效计算;配电网直接面向用户，由于用户接入和断开电网的随意性，网络的三相不对称现象比较严重，采用序量法会使计算结果的准确性受到影响。

（5）输电网网络元件的维护较好，更新及时，网络参数随外界环境变化的影响，也有较完善的经验计算公式，其参考性高。而很多不发达地区的配电网络维护较差、设备陈旧，网络实际参数同建网时相比有很大差异，并且受天气和温度的影响比较大，所以要经常测定元件的一些固定参数，使数据库中的元件等值阻抗时常发生变化。

（6）输电网拓扑结构比较稳定，而配电网的拓扑结构经常会发生变化。输电网的下级负荷是配电网系统，配电系统的入端端口电压较稳定，很少发生整个配网系统大面积停电的现象，因此输电系统的有关节点不轻易脱离网络。配网直接面向用户，而用户随时可能接入或脱离电网，所以配网的节点拓扑具有随机性。

4 结束语

总之，随着我国配电网自动化的不断深入推进，故障后上送的信息将大大丰富，这包括：电气量信息、开关信息、保护信息、开关和保护所带时标的事件顺序记录信息等。如何有效的利用这些信息，实现故障的快速定位、减少停电面积、缩短停电时间，使配电网的潜力得到最大限度的利用将是配电网自动化发展的必然趋势，而准确的故障诊断是发掘配电网潜力的必由之路。

【参考文献】

[1]乐乐.基于配电网自动化的网络拓扑分析[D].浙江大学，2008.

[2]石晶.基于GIS的10kV配电网故障定位方法及其应用研究[D].中南大学，2007.

[责任编辑：杨玉洁]