GIS平臺配電網故障目前所用診斷算法特點分析

【摘要】基于GIS平臺，利用空間搜索技術、數學模型以及簡化了的關鍵設備的結構，能夠有效的確定配電網故障的位置，方便專業人員及時的給予故障處理方案。本文通過配電網故障的分類以及基于GIS平臺配電網故障診斷算法兩個部分對GIS平臺配電網故障目前所用的診斷算法特點進行分析，方便處理和快速定位配電網的故障。

【關鍵詞】GIS平臺;配電網故障;診斷算法

在對配電網故障進行診斷時，選擇基于GIS平臺并結合相應的診斷算法，能夠改善配電網故障診斷效率不高的問題，提高了基于空間搜索算法的診斷效率，有利于幫助實現在地理信息系統的基礎上進行故障的排查、診斷的仿真模擬。

一、配電網故障的分類

開關、刀閘、線路、配變等配電元件共同構成了配電網，四個元件中只要有一個配電原件出現故障就會導致配電網出現故障。在對配網的故障原因進行診斷的過程中，一般是通過相應的開關操作來使故障設備停電。因為任何設備出現的故障都可以通過相應的饋線來反應，因此在實際操作過程中，可以將故障的發生當作是在相應的線路上進行的。所以，可以將配電網出現故障的原因分為以下幾類：

1.單相接地

單相接地一般是指，由于三相平衡遭到破壞，使得非故障相的電壓升高，配電網運行的時間越長會擊穿相應設備的絕緣的概率越高，進而容易造成和引起更大的事故。因為造成單相接地的原因有很多，所以單相接地是在所有的配電網故障中發生的頻率最高的故障。

2.兩相短路

兩相短路一般是指，由于外力、雷擊等原因造成的用戶停電。兩相短路往往會形成強大的短路電流，如果故障得不到及時的隔離，會導致線路的燒斷。

3.三相短路

三相短路是所有配電網故障中最為嚴重的故障，發生的頻率較低，一般為人為引起。

4.缺相

缺相一般是指，由于三相電機無法正常運行或者一相或兩相電機的受電端沒有電壓所導致的配電網故障。

不管發生哪一種配電網故障，都會對用戶的日常生活造成一定的影響。所以一旦發現有配電網故障，應在發現故障的第一時間對故障進行解除或者隔離，確保整個配電網能夠照常運行。

二、基于GIS平臺配電網故障診斷算法

1.Dijkstra算法

一般來說，在一條路徑中，以開始時的點為源點，以結束時的點為終點。參照配電網對于最佳搶修路徑分析的特征，問題就可以轉換為求一個單源最短路徑的問題。即：已知有向網G=（V，E），求V中的某一源點到V中到其他各個頂點之間的所有最短路徑。

Dijkstra算法指的是由Dijkstra提出的一種按照路徑的長度，沿遞增的順序，所形成的到有向網中各個頂點的最短路徑的一種算法。如果需要按照長度遞增的順序生成其他頂點與源點s之間的最短路徑，并且將源點到自身的距離0看作源點的最短路徑，那么目前除了終點以外的正在生成的最短路徑，其他頂點的最短路徑都已形成。

對于有向網G=（V，E），Dijkstra算法需要保證兩個源點集合有意義。一個集合S是指，由源點S到終點所包含的所有最短路徑的節點的集合;另一個集合V-S是指指除了最短路徑所包含的節點，所有其余節點的集合。在Dijkstra算法中，一般是將有向網G中以S集合中的點為父點，以V-S集合中的點為子點，并且將最短邊的各個子節點歸入S中，到V-S集合中只剩下最短距離為∞的點或者直到加完所有的節點為止。

圖1 G

圖1G表示dijktra算法以0為源點選擇最優路徑的循環過程，從圖中可以看出從源點0到各個節點的最短路徑。

因此，該算法屬于基于貪心策略的算法，即通過保證局部的距離最短從而使得整體的距離最短。當然，如果不存在從源點到某一點的路徑，那么就可以假設該藍點與源點之間的最短路徑為長度無窮大的一條虛擬的路徑。

2.深度優先遍歷搜索算法

隨著人們對于網絡分析的需求越來越高，基于GIS平臺的軟件也不斷推出不同的可以進行網絡分析的子系統。但是，由于當前市場上許多的機遇GIS平臺的拓撲分析功能目前還不能夠達到專業拓撲分析的水平，因此只有結合一些算法才能有效的幫助完成專業的網絡拓撲分析。

假定圖G的初態為所有頂點均未被訪問過，任選一點v∈G作為源點，對深度優先搜索算法進行定義。深度優先搜索算法是指，訪問出發點v并將其標記為已訪問過，接著從v出發依次搜索v的每個臨節點w，如果w未曾被訪問過，則以w為新的起點進行深度優先遍歷，直至所有從源點可達的點均已被訪問，若仍有沒有被訪問過的點，那么就需要再選擇一個沒有被訪問過的點重新作為源點，不斷的重復上述步驟，直到圖G中所有的頂點均已被訪問過為止。

圖2 G

圖2G表示dijktra算法以0為源點選擇最優路徑的循環過程，從圖中可以看出從源點0到各個節點的最短路徑。

深度優先遍歷搜索算法和樹的前序遍歷相似。這種搜索算法的特點是，盡可能的先進行縱深方向的搜索。

3.廣度優先遍歷搜索算法

廣度優先搜索算法這種成熟的算法與基于GIS平臺的拓撲分析方法相結合，能夠快速有效的找到配網拓撲圖中所有的帶電節點，提高網絡分析的效率和速度，進一步保證了搜索速度的實用性。

假定圖G的初態為所有頂點均未被訪問過，任選一點v∈G作為源點，對廣度優先算法遍歷進行定義。廣度優先遍歷算法是指，訪問出發點v并將其標記為已訪問過，接著從v出發依次搜索v的每個臨節點w，再以每個臨節點w為新的起點進行遍歷，直至所有從源點可達的點均已被訪問。如果G為連通圖，則訪問結束，反之如果還有沒有被訪問過的點，那么就選擇一個沒有被訪問過的點重新作為源點，不斷的重復上述步驟，直到圖中所有的頂點均已被訪問過為止。

廣度優先遍歷搜索的算法和樹的按層次遍歷相似。這種搜索方法的特點是，盡可能的先進行橫向的搜索。

4.算法實例

在相關的基于GIS平臺配電網故障診斷的實例中，其單分支線的拓撲結構如圖3所示。

圖3

具體的計算步驟為：（1）由電網GIS平臺下的電網結構圖得到相關的簡化圖;（2）通過簡化圖建立起相關的關系矩陣;（3）通過運算得到故障信息所處的架空線段的區間。在配電網的GIS系統，線路大多數是有多檔線所組成的，并且支線中具有多個負荷開關，其拓撲結構所對應的開關間的關系矩陣D如下所示：

依據故障信息向量的定義及拓撲結構的分析可以知道，如果其定點i中有電流通過，那么g[i]=1，否則g[i]=0，所以得到G=[1，1，1，0，0，0，0，0]，故障信息矩陣P=D×diag（G），計算得到矩陣P如下所示：

從矩陣P中就很容易進行故障點的定位，其中取值為1的元素，其行數與列數就代表了故障區域兩端的開關節點。

三、結束語

配電網故障的定位是指，能夠準確和及時的對故障所發生的區域或者故障點進行確定，從而迅速的對故障區域進行隔離并且對故障區域非故障點進行供電恢復。本文通過分析配電網故障的分類以及基于GIS平臺配電網故障診斷算法兩個部分對GIS平臺配電網故障目前所用的診斷算法特點進行分析，提出了Dijkstra算法、深度優先遍歷搜索算法和廣度優先遍歷搜索算法，并對這些搜索算法的特性進行分析，能夠有效解決基于GIS平臺上的搜索速度受限的問題，值得臨床上的借鑒推廣。

參考文獻

[1]姜勇，丁鋒，朱紅.基于GIS平臺的配電網調度管理系統[J].東北電力技術，2012（10）.

[2]陳根永，陳永華，賈俊潔等.基于GIS平臺的配電網故障診斷算法[J].電力自動化設備，2013（3）.

作者簡介：張帆（1985—），男，河南省羅山縣電業局助理工程師。