基于饋線自動化信息的配電網故障區段定位方法研究

劉磊

摘要：集中控制型饋線自動化系統由于需要搭建配電主站和通信通道，所以其建設難度和成本也更大。除此之外，配電主站根據反饋回的故障信息進行故障定位的速率與算法有著很大的關系，對于故障定位算法的設計和不斷優化也將耗費大量成本和精力。同時，由于FTU等設備長期安裝在戶外，故障信息在采集和傳輸過程中不可避免地存在信息丟失等情況，從而導致故障定位算法定位失敗，這也為故障定位算法的設計與研宄提出了更高的要求。因此，對于故障定位算法速率和抗信息丟失能力的研究則顯得十分重要。

關鍵詞：饋線自動化信息;配電網;故障區段;定位方法

1配電網饋線自動化模式

饋線自動化（簡稱FA）指的是當配電網發生故障時，能夠自動完成對故障進行定位、故障隔離以及對非故障區域進行供電恢復的自動化措施，是配電網自動化中至關重要的一項功能，能夠最大限度地減少配電線路發生故障給用戶帶來的不利影響。為了減少配電線路故障時造成的停電損失，繼電保護作為第一道防線能夠在故障發生時快速快速動作，盡可能地減小停電范圍。而饋線自動化則被稱為第二道防線，能夠對繼電保護提供一定的補充作用。這是由于配電網中所配備的繼電保護裝置較為簡單，裝置動作時很難具備絕對選擇性，從而會使得故障造成的配電線路停電范圍進一步擴大。這時便需要借助配電網中的饋線自動化措施將故障所在區段進行準確隔離，并盡可能快地恢復對非故障區域的電力供應，從而將線路故障造成的停電范圍被隔離在一個盡可能小的范圍。

2基于就地式配電網饋線自動化信息的故障定位方法

早期的配電網饋線自動化只是單純的為了將故障區段隔離，并恢復非故障區段的供電，還沒有提出遠程故障區段定位的要求。因此就地控制型饋線自動化系統具有自主性，不依賴主站控制，對通信系統沒有過高的要求，所以經濟性較好。但同時也具備以下缺點，在對故障區段進行隔離后，往往需要檢修人員通過人工巡線或電話報修等方式進行故障定位，無法遠程獲取故障信息進行故障區段定位。隨著配電網智能程度要求的不斷提高，也對配電網遠程故障定位技術提出了新的要求。在這種情況下，如果能夠遠程獲取線路分段開關的開合狀態，再借助智能算法進行分析，即可遠程定位故障所在區段。綜合考慮電網建設成本，僅需要在線路中安裝具有單一通信功能的智能開關，當開關產生閉合或斷開動作時，自動將動作信息發送給主站。主站再根據接收到的開關動作信息，借助智能算法進行遠程故障定位并下達后續操作指令。根據上述流程，改進后的系統模型如圖1所示在該模型中，主要由線路、電力通信網以及主站三部分構成。故障發生后的一段時間內，在故障隔離過程中會產生多條開關動作信息。這些信息被采集匯總后經電力專用通信網絡上傳至主站，主站首先對這些信息進行處理再輸入故障定位算法，監控員根據故障定位的結果下達進一步操作指令給檢修人員，從而縮短故障定位所需要的時間。

3基于故障指示設備信息的故障區段定位方法

近年來，配電網向著更加復雜化和智能化的方向不斷發展。其中城市配電網分支眾多且線路錯綜復雜，因此也更容易發生線路故障，傳統的就地式饋線自動化系統已不能滿足城市配電網故障定位、隔離及供電恢復的要求。更重要的是城市人口密度大，配電網直接與用戶相連接，發生故障將直接影響到人民的工作和生活。因此，對于快速、準確的配電網故障定位技術的研宄則顯得尤為重要。隨著越來越多的饋線終端設備，如饋線終端單元（FTU）和故障指示器（FI）在集中式饋線自動化系統中的應用，利用饋線終端設備采集到的故障狀態信息從而實現準確、快速故障定位已成為一個重要的研宄課題。與此同時，分布式電源在配電網中的存在和故障信號采集設備信息丟失的情況對配電網故障定位方法的研究工作也提出了更高的要求。前文在緒論中提到，近些年各國學者提出了多種基于FTU等智能設備的故障定位方法，但仍然存在一些缺點和不足。綜合考慮其存在的問題，本文提出了一種基于故障指示設備信息的配電網故障區段定位方法，其借助了集中式饋線自動化系統中的智能設備和工作原理，在復雜城市配電網的故障定位工作中具有很好的適用性。該方法的主要創新點如下：（1）本文所提方法不同于其他分析電氣量的故障定位方法，其是利用線路中FTU等故障指示設備的狀態信息，將故障電流的電氣量信息轉換成開關量信息，并不需要分析和計算任何復雜電氣參數，從而降低了方法的實現難度。（2）本文提出了一種能夠自動生成的設備狀態列表構建方法，該列表能夠對配電線路的拓撲結構和故障指示設備的狀態進行表示。此外，該列表還能夠在配電線路拓撲發生變化時自動更新。因此，其能夠更好地適用于拓撲結構頻繁變化的配電網。（3）本文提出了一種拓撲搜索算法來定位故障位置所在區段，經大量仿真結果表明，其不僅能定位線路中的單一故障和不同分支上的多重故障，并且當系統中含有分布式電源時同樣能夠適用。因此，本文所提的故障定位方法能夠很好地適用于解決配電網的復雜故障情況。（4）考慮到設備信息的丟失可能導致設備狀態列表的錯誤，本文又提出了一種信息丟失檢測算法，用于檢測和糾正故障指示設備的錯誤狀態。從而預先消除了拓撲搜索算法陷入局部最優解的可能性，從而大大提高了故障定位結果的準確性。（5）經大量仿真結果表明，本文所提的故障定位算法運行時間并不一定會隨著電網節點規模的擴大而增加，具備很好的時效性。

4結束語

本文以饋線自動化信息為分析對象，為就地式和集中式兩種配電網提出了新的故障定位方法。該研宄取得了一些學術成果，但仍有一些不足之處有待進一步研宄及改進，總結如下：本文所提的兩種故障定位方法主要針對于輻射型配電網，對于發生在輻射型配電網的故障能夠做到自動定位與結果輸出。當處理環形配電網故障時，則首先要在特定位置手動對環網進行解環處理，或者提前設定好解環位置從而對線路開關進行編號，本文所提的故障定位方法才可適用，此方面的算法改進還有待進一步研宄。

參考文獻

[1]鄭一斌.基于數據驅動建模的配電網故障區段定位研究[D].浙江大學，2021.