基于模糊推理法的配電系統網絡饋線安全識別

丁力　王修儉

摘 要：在配電系統中，網絡安全與否直接影響系統的供電品質及供電可靠度。對于系統所發生的擾動，輕者會造成系統的不穩定，重則會使饋線的保護繼電器動作使饋線開關跳脫。由于配電系統網絡狀態變化相當復雜，需要一個有效的方法判斷系統的安全狀態。本文提出基于模糊推理方法來判斷網絡饋線安全狀態，并對該方法的分析流程作簡要介紹，作為配電系統運行人員的參考。

關鍵詞：配電系統；網路饋線安全；模糊推理法；供電可靠度

中圖分類號：TM93 文獻標識碼：A

配電系統運行中經常會有負載變化、故障跳脫、饋線開關變化等現象發生，這些擾動會使配電系統部分網路運行接近或超越其安全限制條件，從而影響系統供電可靠度及安全性。

對配電網路安全的即時分析可確保用戶供電品質及供電可靠度，開發一種快速有效的網路安全分析方法，把網路上不安全饋線迅速尋找出來，提供給運行人員作為適當處理的重要參考，使供電系統隨時保持在安全環境下運行。

1 模糊關系推理

配電系統在發生擾動時或擾動發生后，系統網路上會出現一些不正常的現象，如：電壓突降、電流過載、相關電流差變大等現象發生，這些不正常現象，有可能使系統陷入不安全狀態。這些變化現象對系統安全程度的影響，可用模糊函數來歸納。假設這些參數變量電流值、相間電流差值及網絡不安全程度可用以下五個程度來區分：很低（VL）、低（L）、中（M）、高（H）、很高（VH）來表示。配電系統在正常運行條件下，一般每個匯流排皆有一條以上饋線相連接，當系統上發生偶發事件，則與該事件臨近的匯流排及饋線上的電壓和電流會發生異常變化。本文只針對饋線電流變化情況作為分析依據，建立饋線電流和饋線相間電流差的模糊集，以模糊推理法把不安全的網路饋線搜尋出來。

偶發事件發生后電流模糊化隸屬函數的推導如下：以變化后的電流值為計算基礎，取每組饋線三相電流中最高值的單相電流作為計算依據，即式（1）所示：

式中表示第i條饋線。再將每條饋線Ii除以饋線額定電流Irate，其比值設為Is，再將Is值根據模糊隸屬關系定義其適當的隸屬函數值，可區分其不安全程度：很低（VL）、低（L）、中（M）、高（H）、很高（VH）。

當偶發事件發生后引起饋線三相中任意兩相間相電流差值過大時，會造成接地繼電器動作、饋線跳脫，使i系統陷入不安全，因此本文以饋線相間電流差與允許的接地繼電器設定電流值Ig的比值，得到正規化后的Iu值，決定饋線相間電流差相對于不安全程度的模糊隸屬函數值。相間最大電流差計算如式（2）所示，文中接地繼電器設定電流值Ig為40Amp。

對于配電系統網路上所發生的偶發事件，利用上述所定義的關系，可將所分析系統內各饋線電流及相間電流的不安全程度迅速分類出來。依次把不安全程度H、VH模糊集的饋線組，利用楊格類型模糊集關系，判斷網路上每一條饋線的不安全程度，迅速排序找出不安全饋線。

2 饋線安全性與模糊關系

結合相關文獻基操作經驗，對于不安全饋線模糊隸屬集合，根據下列判斷準則給予適當的模糊隸屬值：

1）只有一單獨饋線供電的匯流排，當此饋線發生了因偶發事件而跳脫的情況，在安全分析時給予次饋線最高的不安全等級，其隸屬值為1。

2）一般饋線可允許110～125%的過載，因此以饋線負荷的110%為安全的限制條件，當饋線負荷電流超過110%時，網絡立即陷入有安全隱患的狀態；饋線負荷電流低于額定電流下，對網路不會有任何安全問題；當饋線負荷電流介于100%～110%間則網路正處于安全與不安全的邊界，對于此類不明確的現象，分別以模糊集來歸類其不安全程度。

3）饋線相間電流差超過接地繼電器設定值的95%時，網路立即陷入有安全隱患的狀態，極易使饋線接地繼電器跳脫，在安全分析中給予此饋線最高的不安全等級，其隸屬值為1。饋線相間電流低于50%對網路有不安全隱患；當饋線相間電流差介于70%～95%間，極易因其它事件使系統陷入不安全環境，對于此區間以適當的模糊集來歸類其不安全程度。

4）一個重大偶發事故發生時，所引起多條饋線運行負荷電流接近或超過饋線的安全限制條件，對于此類情況在安全分析時，給予較高的不安全等級。

3 饋線安全性與模糊關系

在不安全饋線搜尋過程中，首先搜尋是否有負載跳脫的匯流排，如果有直接列入此跳脫的饋線。如果網路上沒有此類跳脫事件，則執行三相配電系統負載潮流分析，計算出每一條饋線三相電流值，再經過模糊推理方法來分析，迅速準確的篩選出不安全的饋線，并依其不安全程度排序。

先以一個簡單系統來說明，假設網路上發生偶發事件，與匯流排相鄰的饋線有L1、L2、L3，此三條饋線上的電流及相間電流的模糊隸屬函數值。然后利用楊格類型模糊運算，可得到該狀態下各饋線的模糊隸屬函數值分別為i（L1）=0.9，i（L2）=0.792，i（L3）=0.509，其不安全排序為（L1，L2），此推算過程可推至全網路系統，可把所有不安全饋線排序出來。

4 結論

配電系統網路饋線安全分析的方式，一般以電壓及電流大小是否違反限制判定條件來判斷，由效能指標排序方法或篩選方式得到，在計算過程中皆須經過復雜的運算過程，再經所定義的效能指標來排序篩選。在時效上較難符合配電自動化系統快速反應的要求。本文以具有快速收斂特性的電流注入負載潮流分析程序做基礎，再經過簡單且快速的模糊推論策略來分析系統的不安全程度。