面向?qū)ο蟮呐潆娋W(wǎng)故障定位算法設(shè)計

喻麗麗

（金山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚中 212200）

1 基于FTU的饋線自動化系統(tǒng)

通常把電力系統(tǒng)中二次降壓變電所低壓側(cè)直接或降壓后向用戶供電的網(wǎng)絡(luò)，稱為配電網(wǎng)（Distribution Network），其作用是將電能分配給用戶。它由架空線或電纜配電線路、配電所或柱上降壓變壓器直接接入用戶所構(gòu)成。我國配電系統(tǒng)的電壓等級，根據(jù)《城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》的規(guī)定，35、63、110kV為高壓配電系統(tǒng)，10（6）kV為中壓配電系統(tǒng)，380V及220V為低壓配電系統(tǒng)，220V及以下電壓為輸變電系統(tǒng)。從體系結(jié)構(gòu)上，配電網(wǎng)可分作輻射狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和環(huán)狀網(wǎng)。

饋線自動化是對配電線路上的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方實時監(jiān)視、協(xié)調(diào)及控制的一個集成系統(tǒng)，是配電自動化的主要內(nèi)容之一。

2 面向?qū)ο蟮呐潆娋W(wǎng)故障定位

（1）形成網(wǎng)絡(luò)描述矩陣。為了定位故障區(qū)段，應(yīng)形成配電網(wǎng)接線拓?fù)湫畔ⅲ淳W(wǎng)絡(luò)描述矩陣D。將饋線上安裝有現(xiàn)場監(jiān)控終端的重合器、分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行編號。以有向圖描述網(wǎng)絡(luò)的接線關(guān)系，但需先確定網(wǎng)絡(luò)接線的正方向。其正方向可這樣確定：網(wǎng)絡(luò)開環(huán)運行時，以正常運行時網(wǎng)絡(luò)的功率方向作為網(wǎng)絡(luò)接線的正方向。若第i個節(jié)點和第j個節(jié)點之間存在一條饋線，正方向為從開關(guān)節(jié)點i流向開關(guān)節(jié)點j，則矩陣D上位于第i行第j列的元素dij=1，而位于第j行第i列的元素dji=0；反之將矩陣D上不存在饋線連接的節(jié)點所對應(yīng)的元素均置0。

（2）生成故障電流支路末端節(jié)點判斷矩陣。故障時FTU上報了故障電流信息以形成故障電流支路末端節(jié)點判斷矩陣P，該矩陣實際上反映了故障網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其定義方式為：若第i個節(jié)點的開關(guān)經(jīng)歷了超過整定值的故障電流，則將D中節(jié)點i對應(yīng)的對角線元素置為1，同時D中第i列所有非對角線上的元素均保持不變；若第i個節(jié)點的開關(guān)未經(jīng)歷超過整定值的故障電流，則將D中節(jié)點i對應(yīng)的對角線元素仍為0，同時將D中第i列所有非對角線上的元素均置為0。

（3）故障電流支路末端節(jié)點及故障區(qū)段定位方法。利用矩陣P就可以進(jìn)行故障電流支路末端節(jié)點及故障區(qū)段的判斷。判斷方法是：如果矩陣P中第i行只有對角線上的元素的值為1，該行非對角線上的元素的值均為0，節(jié)點i就是故障電流支路的末端節(jié)點。確定故障支路的末端節(jié)點i之后，通過D可進(jìn)行故障定位：若D中第i行存在Dij=1，則故障區(qū)段為節(jié)點i和節(jié)點j之間；若D中第i行的元素全為0，則故障區(qū)段為節(jié)點i之后的末端饋線。

3 算法的優(yōu)化

用于描述配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)描述矩陣D是一個高度稀疏的矩陣，如果直接使用該矩陣進(jìn)行存儲及運算，由于配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點很多，存儲該矩陣需要占用較大的存儲空間，搜索該矩陣也需要較長的時間。

考慮到故障定位過程中，需要修改頂點之間的信息以反映故障時的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及判斷頂點之間的關(guān)系，選擇使用十字鏈表作為配電網(wǎng)絡(luò)的存儲結(jié)構(gòu)。在十字鏈表中，配電網(wǎng)中每一條饋線〈vi，vj〉用一個弧結(jié)點表示，有向饋線段的始端稱為弧尾，末端稱為弧頭。弧結(jié)點有四個域：tail域表示這條弧的尾vi；head域表示這條弧的頭vj；linkh域是鏈接以頂點vj為弧頭的弧的指針域；linkt域是鏈接以頂點vi為弧尾的弧的指針域；增加一個value域，用以存放弧的信息，當(dāng)饋線無故障時，所有弧結(jié)點的value值為1，表明正常時的饋線兩端結(jié)點的聯(lián)系，當(dāng)該饋線故障時，用于表示饋線上的故障電流信息，饋線流過故障電流時，對應(yīng)的弧結(jié)點的value值為1，饋線未流過故障電流時，對應(yīng)的弧結(jié)點的value值為0。用于存放即弧結(jié)點的結(jié)構(gòu)如下：

tail head value linkh linkt

弧結(jié)點的數(shù)目由饋線的數(shù)目決定，弧頭相同的弧在同一鏈表上，弧尾相同的弧也在同一鏈表上，它們的頭結(jié)點即為頂點結(jié)點。配電網(wǎng)中每一節(jié)點用一個頂點結(jié)點vi表示，頂點結(jié)點vi包含四個域：vertexnumber域表示頂點編號；right域用于鏈接以vi為弧尾的第一個弧結(jié)點的指針域；down域用于鏈接以vi為弧頭的第一個弧結(jié)點的指針域；value域用于存放頂點的信息，若頂點無故障電流流過，value值為0；若頂點有故障電流流過，value值為1。頂點結(jié)點之間非鏈相接，而是順序存儲，頂點結(jié)點數(shù)由配電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)決定，用一個數(shù)組表示。頂點結(jié)點結(jié)構(gòu)如下：

vertexnumber right value down

利用十字鏈表存儲配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息后，在形成網(wǎng)絡(luò)判斷矩陣P時，可以對前述算法進(jìn)行優(yōu)化，過程如下：

（1）生成故障判斷矩陣P的十字鏈表。遠(yuǎn)方監(jiān)控終端檢測到某節(jié)點過流，則將網(wǎng)絡(luò)描述矩陣D的十字鏈表中相應(yīng)的頂點節(jié)點的value值變成1。若某頂點節(jié)點的value值為1，則該down域所指向的弧結(jié)點的value值不變；若某頂點節(jié)點的value值為0，則該down域所指向的弧結(jié)點的value值變成0。

（2）判斷故障區(qū)段。搜索故障判斷矩陣P的十字鏈表的頂點節(jié)點，若其value值為1，且該頂點節(jié)點的right域所聯(lián)接的所有弧結(jié)點的value值為0，則該節(jié)點為故障電流支路的末端節(jié)點，而相應(yīng)的弧結(jié)點所對應(yīng)的饋線即為故障區(qū)段；若其value值為1，且該頂點節(jié)點的right為空，表明該節(jié)點為故障電流支路的末端節(jié)點，也是饋線支路的末端節(jié)點，故障發(fā)生該節(jié)點之后的饋線末端。

［1］劉健，倪建立，鄧永輝.配電自動化系統(tǒng)［M］.北京：中國水利水電出版社，2004.

［2］李欣唐.配網(wǎng)故障自動定位、隔離與供電恢復(fù)功能的實現(xiàn)［J］.繼電器，2000，（9）.