基于拓撲的配網故障處理方法的實現

薛建中

（南京藍人電力科技有限公司，江蘇 南京 211800）

0 引 言

隨著計算機技術、人工智能技術等各種高新技術的不斷發展，配網故障的智能分析處理等技術具有了一定的發展。配網故障一般分為瞬時故障和永久故障。瞬時故障可以通過變電站出線的重合閘自動消除，而永久性故障需要快速隔離后人工干預排除故障，然后恢復全部用電。在未排除故障前，由系統根據配電饋線設備的參數、網絡拓撲和采集的實時信息，智能分析故障所在的線路，并隔離故障所在的線路，最終對正常區域恢復供電，從而避免沒有故障的線路失電，減少停電面積。這需要一種配網故障處理方法，能夠實現配網故障的故障定位、故障隔離和恢復供電。因此，本文提出通過配網的實時拓撲和遙信實現配網故障的處理方法。

1 實現策略

采集變電站出線和配電饋線的實時信息。當某段線路發生故障時，從變電站出線到故障線路之間的每個FTU 均發出遙故障信號事件，變電站的保護裝置也會發出遙信變位和故障信號的事件，且能在很短時間內傳送至后臺系統。后臺系統接收到遙信變化和信號事件后，根據建立的各開關節點的實時拓撲關系，從變電站側的開關（電源節點）開始搜索直到最后一個有故障信號的FTU。最后一個有故障信號的FTU 即為故障開關，通過故障開關用遞歸的方法計算出所有的故障線路，將故障線路隔離，并通過告警或者短信通知給運維人員。在故障隔離完成后，重新進行網絡拓撲分析計算，恢復沒有故障線路的供電，減少停電面積。

2 應用軟件實現

2.1 總體結構

故障智能分析的數據包括開關信息、開關參數信息、網絡拓撲信息、實時遙信和實時事件記錄順序等[1]。其中，開關信息、開關參數信息等靜態數據存儲在數據庫，實時遙信和事件記錄順序等動態信息是FTU 通過無線或者有線將數據上送到后臺的數據采集系統。網絡拓撲信息通過靜態信息和動態信息進行實時動態計算獲得。

故障智能分析的模塊包括控制處理、告警系統、數據處理、故障定位、故障隔離和恢復供電等，協同處理并實現各自的功能。FTU 將數據上送到后臺的數據采集系統，數據采集系統將接收數據提交至數據處理；數據處理將數據進行分類處理，并分類提交至實時庫；故障定位從實時庫獲取遙信變位和事件順序記錄，進行拓撲分析計算出故障線路；故障隔離根據分析的故障線路，通過控制處理將故障線路兩端的開關分閘；故障隔離完成后，重新進行網絡拓撲分析計算，通過控制處理將無故障的開發合閘恢復供電。在各模塊處理過程中，需要將告警的信息提交給告警系統進行顯示，同時根據配置決定是否短信告警。總體結構見圖1，灰色部分是本文需要實現的方法。

2.2 模型的建立

設計一個數組NodeArray 記錄配網中所有開關節點的信息。每個開關節點信息包括節點類型、節點名稱、節點數據源、節點狀態和節點遙控號等。其中，節點類型包括普通節點、電源節點和聯絡節點。在故障定位、故障隔離和恢復供電時需要根據節點類型作為判斷依據；開關節點數據源用于從實時數據庫中獲取開關節點的遙信、事件順序記錄等實時信息；節點狀態將記錄從實時數據庫中獲取到的遙信狀態；節點遙控號用于記錄節點的遙控號，在進行故障隔離和故障恢復時，通過控制處理對該遙控進行分合。

圖1 總體結構

設計一個二維數組TopologyArray 用于定義節點NodeArray 中每個節點的網絡拓撲關系。假設NodeArray的長度為n，則二維數組是n行n列[2]：

如果Dij的值為1，表示NodeArray 中的第i個節點與第j個節點有直接的連接關系；如果Dij的值為0時，表示NodeArray 中的第i個節點與第j個節點沒有直接的連接關系。

2.3 方法的處理過程

故障定位模塊從實時庫中獲取遙信變位和事件記錄順序[2]。如果獲取到的遙信變位或者事件順序記錄屬于NodeArray 中的開關節點，則將遙信變位或者事件記錄順序保存至ChangeData。因為數據采集系統接收到的上傳信號總有時間差，獲取到第一個遙信變位或者事件順序記錄時開始進行智能分析倒計時。倒計時結束后，立刻開始進行智能分析。根據NodeArray 和ChangeData 獲取有變化的電源節點并 記 錄 至 PowerNodeArray； 通 過 PowerNodeArray、TopologyArray、ChangeData 從電源節點開始查找故障開關 FalutNodeArray； 通 過 TopologyArray、NodeArray、FalutNodeArray 查找與故障節點直接連接的開關節點，并將故障線路記錄至FaultLineArray。故障定位流程見圖2。

故障隔離是將故障線路中FaultLineArray 中兩端的開關遙控分閘實現隔離[3]。恢復供電是在隔離故障后重新進行網絡拓撲分析計算，獲取與故障電源節點相連接的非故障節點NormalNodeArray 和與故障電源節點相連接，且為非故障節點NormalOffNodeArray，計算NormalOffNodeArray 的子集并虛擬將子集中的節點進行合閘，使得網絡中的非故障線路盡可能恢復供電，最終得到需要合閘的開關節點。處理流程見圖3。

圖2 定位流程

圖3 隔離和恢復供電流程

3 實驗情況

圖4 是在正常運行下的網絡開關節點，其中有2個電源節點（1#、2#）在合位、4 個開關節點（A、B、D、E）也在合位、1 個聯絡開關（E）在分位。模擬1#電源分閘并發生故障事件，A 開關發生故障事件，故障定位計算分析出線路2 出現故障。故障隔離將A 開關和B 開關分閘，實現故障隔離。此時，沒有故障的線路3 失電，將C 聯絡開關合閘，恢復線路3 的供電。處理后的狀態見圖5。

圖4 正常運行網絡節點狀態

圖5 恢復供電后網絡節點狀態

4 結 論

經過大量的實驗和實際工程的驗證，在配網發生故障時能迅速=進行智能分析定位故障區域并將其進行隔離，盡快恢復無故障線路的供電，減少停電的面積，提高供電的可靠性。