配電網線路故障的基于模型診斷方法研究

黃浩 王光東 季東輝

摘 要 當前人們的生產生活都離不開對電力的需求，而配電線路受多種因素的影響，其故障產生的頻次較高，加強故障診斷效率可有效提升供電可靠性。本文簡要概述了模型診斷方法處理配電網故障的優勢，并重點從模型建模、縮小診斷集、確認故障點、實施搶修四個方面提出了基于模型診斷的流程，僅供參考。

關鍵詞 配電網;線路故障;模型診斷方法;故障診斷

引言

我國配電線路分為高壓與低壓配電線路兩種，其中高壓配電線路電壓為3.6kV～40.5kV，低壓配電線路電壓小于1kV，由于配電線路大多布設與戶外環境中，極易受到自然或人為因素的影響，使得輸電線路出現運行故障，提高故障診斷的精準性十分重要，其中模型診斷方法是診斷配電線路故障的有效手段之一。

1模型診斷方法處理配電網故障的優勢

1.1 能夠進一步實現智能化診斷

MBD模型診斷方法是一種數字化模型技術，利用此技術在配電網系統中建立故障診斷模型需要以數字標工模型DMT的基本要求為標準，在具有高度協調關系電網線路與電氣元件設備中建立起一個統一性較強的基準系統，從而能夠較為精準的反應各輸電環節運行系數的映射關系，為找到故障點奠定基礎。MBD模型診斷方法當前已經在醫療、金融、航空航天等領域得以普及應用，同時也是智能化時代人工智能領域研究的重點內容，雖在電路診斷和配電網故障中的應用研究比較滯后，但也是未來智能電網發展過程中的重要方向。

1.2 彌補經驗診斷方法的不足

由于我國傳統配電網設計與管理模式較為粗放，使得長久發展以來各地區輸電網絡錯綜復雜，存在極大的安全隱患。當前在配電網系統中應用較為普遍的線路故障診斷方法多基于經驗診斷，比如專家診斷方法，雖比較適合于解決復雜的電網系統，但在經驗之外的故障診斷上缺乏系統性與專業性。MBD模型診斷方法能夠將故障診斷過程與模型建模分開，模型系統移植性較強，理論上能對配電系統中各類型故障進行定點診斷[1]。

2配電網線路故障基于模型診斷方案設計

2.1 建立配電網線路及元件設施系統模型

利用MBD模型建立配電網線路及設施系統設計原理模型，一般需要利用配電網中電氣元件的約束方程R（j）以及各類元件間的連接關系，建立起全面、系統的配電網結構構架和功能模型。在對配電網系統進行建模時，需要為每一個電氣元部件的連接支路電流進行定義變量。同時對電網拓撲結構中每一個連接節點電壓進行定義變量，然后對該節點所關聯的所有支路列寫KCL方程，從而得到配電網系統模型。

2.2 縮小診斷集

離線搜索最小沖突集候選。

最小沖突集指的是利用配電網設計原理模型以及模型計算過程中所觀測到的信息分布特征，技術人員需要優先采用離線方式搜索配電網系統中所包含的所有解析冗余關系以及它們的最小支撐環境，其中解析冗余關系ARRi指的是從配電網系統模型中得到的只含有系統可觀測變量的約束方程，其最小支撐環境由最小元件集合Ei所組成。當對配電網系進行設計模型建模后，檢測技術人員需要充分利用已得的解析冗余關系中所包含的隱藏線索，采用RGA改進遺傳算法離線搜索出最小沖突集候選。

（1）在線搜索最小沖突集

當配電網發生線路故障時，檢測人員需要利用電網系統中電流電壓互感器獲得真實的故障信息，并從已經確認好的最小沖突集候選中在線搜索出最小沖突集，即是將故障信息代入到解析冗余方程中進行計算與分析，判斷其是否滿足解析條件，當不滿足相關條件時，則判定此故障狀態信息所對應的候選沖突集即是真正的最小沖突集。

（2）計算最小沖突集得到候選診斷集

一般最小沖突集搜索的算法有兩種，一種是自頂向下方法，包括CS-tree法、標識集CS-tree法等;另一種是自底向上方法，包括CS-tree翻轉法、CSSE-tree法。配單系統故障發生后，當技術人員在縮小診斷集前就已經知道最小沖突集與最大沖突集之間的數據信息較為接近，即可采用自頂向下的計算方法，快速找到最小沖突集，使故障診斷迅速完成，否則即需采用自底向上的方法，直接找到最小沖突集。

在找到最小沖突集以后，檢測人員需要將系統（SD，OBS，COMP），ΔCOMP作為一個診斷利用碰集計算方法，計算出最小碰集;布爾代數法即是常見的碰集計算方法，此方法屬于人工智能領域中計算碰集的方法，可在智能電網發展中得以全面的開發與利用。在此方法下，技術人員可得到一個滿足推理條件的候選診斷集范圍，然后即可進行配電網線路故障的定位和故障診斷。

2.3 確定故障點

由于利用最小碰集方法計算出的候選診斷集范圍仍然較廣泛，無法精準的定位故障點，此時技術人員可利用貝葉斯定理——P（A|B）=P（A）P（B|A）/P（B），確定出各診斷集可能發生故障的概率，從而實現對線路故障的精準定位。

一般技術人員可以根據自身診斷線路故障的經驗，為配電系統中各元件故障產生的概率擬定一個合理的定性值，然后將候選診斷集的故障概率進行排序比較，從而選擇概率最大的診斷集元件作為故障點。

2.4 實施搶修恢復供電

利用MBD模型診斷方法得到故障點后，檢修人員可迅速做出應急搶修，由于此種診斷方法的研究仍處在初級階段，所有計算過程大多不計故障發生的邊緣因素，在故障因素設想方面仍存在較大的不確定性，因此其還為形成較高的精準度。

技術人員需要深入故障檢修現場，仔細記錄每一次故障檢修的實際狀態信息，與模型計算下故障診斷之間存在的誤差進行比較，找到影響診斷結果的原因，從而不斷優化配電系統設計模型的構建方法與故障診斷的計算過程，有效提升建模質量，降低診斷誤差[2]。

3結束語

綜上所述，隨著配電范圍的不斷擴大，我國配電網線路復雜程度與日俱增，給其運行安全與穩定帶來了較大的威脅。加強配電網線路故障診斷是提高配電網運行可靠性的重要手段，其中利用MBD模型診斷方法，能夠將配電網中的輸電線路與電氣元件集中體現在三維數字化模型中，然后通過數學模型與邏輯關系確認故障點，可大幅增強故障診斷的科學性與精準度，當前此種方法的應用與研究仍處于初級階段，需要不斷創新設計才能更好地服務于配電網故障診斷工作。

參考文獻

[1] 劉松柏，秦緒春，楊鏡霏，等.基于脈沖神經膜系統的微電網故障診斷模型研究[J].自動化應用，2019（9）：68-71.

[2] 王秋杰，金濤，梅李鵬，等.基于模型分層的配電網故障診斷方法[J].電力自動化設備，2020，40（1）：73-79.