基于可靠性為導向的配電網現(xiàn)狀診斷方法分析

國網江蘇省電力有限公司泰州供電分公司 朱 瑩 周 憲 常 顥

目前，隨著經濟的不斷發(fā)展，人們對電能的需求越來越大，傳統(tǒng)的配電網已經無法滿足人們的需求，經常會出現(xiàn)故障導致局部停電，對生產生活造成巨大影響。為解決這一問題，本公司主動進行改革和創(chuàng)新，引入先進的技術以及時發(fā)現(xiàn)和解決故障問題?，F(xiàn)階段，本公司配電網現(xiàn)狀問題診斷工作涉及PMS3.0、調度、用采2.0、配電自動化、配網工程管控等多個系統(tǒng)，為解決系統(tǒng)關聯(lián)性不強、數(shù)據融合度低以及評估工作成本高、時間長、時效性不足等問題，有必要基于開展以可靠性為導向的配電網現(xiàn)狀診斷方法的研究，實現(xiàn)從供電可靠性入手的故障診斷與處理，提高配電網運行的可靠性，降低故障發(fā)生概率。

1 基于可靠性的配電網診斷方法

現(xiàn)階段，本公司配電網存在多層面問題，如問題診斷時PMS3.0、調度、用采2.0、配電自動化、配網工程管控等多個系統(tǒng)的應用問題等。由于系統(tǒng)較多、相關設計不夠統(tǒng)一，導致信息數(shù)據的關聯(lián)性不強、綜合利用和挖掘深度不夠等，進而影響配電網運行可靠性，不利于本公司故障診斷工作的開展。不僅如此，在配電網現(xiàn)狀評估工作中，傳統(tǒng)診斷方式仍影響著目前的工作，如人工診斷，在工作中耗費的成本較多且最終的評價成效缺乏有效的參考依據，工作實效難以得到保障。針對上述問題，本文基于開展以可靠性為導向的配電網現(xiàn)狀診斷方法的研究，實現(xiàn)從供電可靠性、電網結構、供電能力、智能化及綠色發(fā)展等多維度問題診斷的要求，提升配電網精益化管理水平。

本文主要通過融合PMS3.0、用采2.0、配電自動化等相關系統(tǒng)數(shù)據以及基于網架的圖形拓撲，針對公司本部開展基于多源數(shù)據融合的中壓配電網現(xiàn)狀數(shù)據分析工作，完成配電網數(shù)據融合、可靠性分析、配電網拓撲分析、網架指標計算、現(xiàn)狀問題分析工作。本文根據項目目標開展配電網診斷分析工作，并進一步確定項目研究范圍，具體包含以下幾方面內容。

對配電網進行可靠性分析。以2023年轄區(qū)內停電事件為研究對象，分析停電總時戶數(shù)、計劃停電時戶數(shù)、年度故障停電時戶數(shù)（包括年度故障停電時戶數(shù)是否超200時戶）、除重合閘成功的年度強停故障次數(shù)（判斷年度強停故障次數(shù)是否超3次）、線路重復停電次數(shù)、重復停電配變臺數(shù)等可靠性相關數(shù)據，期間靈活調整分析維度，比如網格分析、線路分析等，為配網現(xiàn)狀診斷提供導向性支撐。

基于可靠性進行配電網現(xiàn)狀診斷分析。在實際工作中，本公司基于可靠性制定配電網現(xiàn)狀評價體系，對網架單線圖進行拓撲解析，根據分析結果對線路的接線方式、N-1通過情況、供電半徑情況、大分支情況、開關段分段、聯(lián)絡線路、無效聯(lián)絡、接線組接線方式等進行分析研究，最終為現(xiàn)狀診斷提供問題支撐。

根據診斷結果進行項目的規(guī)劃。在實際工作中，本公司從問題、項目的維度進行投資策略評估，最終形成規(guī)劃項目的建設，并對建設完工項目進行項目后評估[1]。

2 優(yōu)化故障診斷方法，加強流程設計

本公司比較常用的故障診斷方法如下。

第一，利用神經網絡方法（ANN）進行診斷。該方法主要是分析人腦組織結構，對人的認知行為展開研究，模仿人腦分析問題的過程對故障進行分析。應用該方法時，需要采集故障診斷方面的信息作為學習樣本，根據樣本確定神經網絡結構、如卷積神經網絡；進一步確定學習算法、如梯度下降法；還要確定參數(shù)如迭代次數(shù)。該方法在中小規(guī)模電路故障診斷中發(fā)揮了重要的作用，取得了良好的應用效果。

第二，利用專家評估方法（ES）進行分析。該方法主要模擬專業(yè)人員分析、推理、決策的過程。要想讓該方法發(fā)揮作用，需要合理利用知識庫，在模糊推理、邏輯推理等技術的幫助下，快速確定故障發(fā)生的原因，同時還能預測故障帶來的實際影響，提出合理的維修方案，為維修人員提供參考。需要注意的是，注重知識庫、技術體系的適時完善與優(yōu)化，確保技術方法應用的實效性。

第三，使用Petri 網方法開展診斷作業(yè)。Petri網本質上屬于數(shù)學工具，能夠對離散事件進行準確描述，在該技術方法的應用下可準確掌握系統(tǒng)狀態(tài)。應用這一方法時需要構建Petri 網模型，明確故障狀態(tài)的定義，根據Petri 網模型中托肯的分布和變遷狀況進行診斷，由此得到故障分析結果。

第四，利用貝葉斯網絡方法進行診斷。貝葉斯網絡運用了概率論的知識，可以從圖模型中分析各個變量的聯(lián)系。可以利用該方法設計故障模型，確定系統(tǒng)常規(guī)狀態(tài)、異常狀態(tài)以及不同狀態(tài)的轉換關系，對系統(tǒng)進行分析，掌握系統(tǒng)當前的狀態(tài)。

診斷算法會對故障診斷的準確率產生影響，應當對其進行優(yōu)化，調整概率分布，運用先進的推理算法，保證故障識別的準確性。本公司根據實際問題和現(xiàn)實需求合理應用診斷方法，制定科學的配電網現(xiàn)狀評價體系，對網架單線圖進行拓撲解析，根據分析結果對線路的接線方式、N-1通過情況、供電半徑情況進行研究，為現(xiàn)狀診斷提供問題支撐。

開展配電網現(xiàn)狀診斷工作時，本公司主要選用專家法，借助專家經驗進行關聯(lián)分析，以此科學確定指標權重，實施診斷的具體流程為先進行數(shù)據融合，包括配電網數(shù)據字段、跨專業(yè)異構數(shù)據等，之后開展問題診斷，包括定性分析以及定量診斷兩個方面，最后則實施決策分析，包括網架優(yōu)化、輔助展示等。表1為專家法診斷本公司配電網運行至今的故障定性分析報告[2]。

表1 專家法診斷故障定性分析報告

對當前的評價體系進行分析可以發(fā)現(xiàn)，很多電力企業(yè)往往會參考統(tǒng)一的指標，并未建立一套更為全面的評價體系，本公司在故障診斷工作中也因為這一問題受到了影響。為了更好地達到增強配網可靠性的目的，本文進行研究和創(chuàng)新，嘗試構建國網信息模型將各類數(shù)據信息整合到一起，為了更好地處理數(shù)據，還要運用先進的技術來發(fā)現(xiàn)配網中不夠穩(wěn)定的部分，整體流程大致如圖1所示。

圖1 配電網現(xiàn)狀診斷系統(tǒng)架構

相關診斷系統(tǒng)可以對跨專業(yè)異構數(shù)據進行整合，還可以從數(shù)據物理表中采集數(shù)據、獲取各類數(shù)據，以此來整合數(shù)據。在系統(tǒng)故障診斷中，一方面要展開定性分析，在分析的過程中主要參考規(guī)劃與運檢的核心業(yè)務規(guī)劃清單；另一方面要展開定量診斷，在診斷的過程中需要運用先進的診斷方法、包括大數(shù)據分析方法，對海量的數(shù)據進行分析，同時還要運用層次分析法。在決策分析的部分，需要在設備的幫助下掌握指標的相關信息，為決策分析提供參考，作出科學的決策。

本人根據項目實際情況，從DMS 系統(tǒng)和PMS系統(tǒng)中獲取數(shù)據，再對這些數(shù)據進行處理形成標準的數(shù)據，表2為數(shù)據抽取的范圍和頻率情況，這些數(shù)據將會成為配網現(xiàn)狀診斷的重要基礎。

表2 配電網現(xiàn)狀診斷數(shù)據歸集

在實際診斷中，應當做好充分的前期準備工作，獲取完整的數(shù)據信息，為診斷提供參考。本人根據工作中的實際情況確定診斷指標，并根據這些指標構建了模型，加深對配電網現(xiàn)狀問題的研究。在對模型進行優(yōu)化的過程中，分析了配網常見的問題，根據具體問題進行改進，在保障配網運行質量的同時降低運行損耗。本文認為，有必要發(fā)揮信息技術在問題診斷方面的應用，利用可視化設計針對診斷結果對配網現(xiàn)狀展開分析[3]。

3 創(chuàng)新基于可靠性約束的配網故障指示器布點方法

本文在研究中假設已經得到了網絡拓撲的有關情況，同時還掌握了負荷相關的情況，為模型的建設奠定良好的基礎。

首先，對限定故障集合進行分析，如果其中存在單個饋線段的故障，可以進一步完善，保證故障集合的完整性；其次，在實際運行的過程中，一般會呈現(xiàn)為放射狀的形式，饋線在起始的部位需要安裝斷路器，該部位沒有設置重合器，在這種情況下饋線會劃分為不同的支路，需要引入分段刀閘，將其設置在每條支路的開始處和終止處，通過這種方式斷開故障區(qū)域；再次，為了及時獲得準確的信息，需要引入故障指示器，利用該裝置分析當前的運行情況，判斷電流是否異常；最后，如果故障比較嚴重、持續(xù)時間較長，刀閘就會發(fā)揮作用，將發(fā)生故障的部分和其他區(qū)域隔斷，避免其他區(qū)域受到影響。工作人員可以對斷路器重合閘進行控制，讓其他區(qū)域正常運行[4]。

本公司基于配電網可靠性的角度出發(fā)，基于用戶用電需求進行電網故障診斷，并明確以下指標：用戶平均停電次數(shù)（AITC）、用戶平均停電時間（AIHC）、系統(tǒng)平均停電次數(shù)（SITC）、系統(tǒng)平均停電時間（SIEH）以及系統(tǒng)缺供電量期望（ENS）。配電網運行中會用到故障指示器，本文依靠這一裝置對配電網進行可靠性評估，并創(chuàng)建最小化系統(tǒng)年平均中斷持續(xù)時間的目標函數(shù)，即minrSIEH，該目標函數(shù)可讓故障隔離更加有序的執(zhí)行[5]。

本文根據項目實際概況，為解決上述系統(tǒng)關聯(lián)性不強、數(shù)據融合度低以及評估工作成本高、時間長、時效性不足等問題，開展以可靠性為導向的配電網現(xiàn)狀診斷方法的研究，實現(xiàn)從供電可靠性角度入手的故障診斷分析，創(chuàng)建最小化投資成本模型，以此降低投資運維與失電成本，該模型的目標函數(shù)如下所示[6]：

上述公式中：CF1指的是單個故障指示器運行時的投資運維成本；ω指的是單位失電成本；i和j分別代表不同的節(jié)點，uij為饋線段ij上故障指示器的安裝情況，其中uij=0為未安裝，uij=1為已安裝；rENS指的是系統(tǒng)缺供電量期望。本文對這一模型進行測試，分別在未安裝和已安裝故障指示器的情況下進行探究，得知系統(tǒng)的SIEH 值分別為1.4809和0.6344。此外，min 函數(shù)即為求得最小值參數(shù)的函數(shù)，本次研究是求得最小投資成本。

綜上所述，本文通過對配電網運行現(xiàn)狀的問題診斷和輔助分析，針對泰州本部開展基于多源數(shù)據融合的中壓配電網現(xiàn)狀數(shù)據分析工作，完成配電網數(shù)據融合、可靠性分析。經過調查得知，經過優(yōu)化設計后的配電網系統(tǒng)成功解決了以往系統(tǒng)關聯(lián)性不強、數(shù)據融合度低以及評估工作成本高、時間長、時效性不足等問題，優(yōu)化時要根據項目目標確定研究范圍，不斷完善、更新故障診斷方法，創(chuàng)新基于可靠性約束的配網故障指示器布點方法等，以此優(yōu)化配電網運行狀態(tài)。