薛肖雨，何永超
（國網(wǎng)陜西省電力有限公司寶雞供電公司，陜西 寶雞 721000）
0 引 言
大量研究表明，配電網(wǎng)中的大部分短路停電故障發(fā)生在配電系統(tǒng)中，其中80%以上的配電系統(tǒng)故障為不同區(qū)域內(nèi)的故障。因此，需要對(duì)配電網(wǎng)故障進(jìn)行分區(qū)定位研究，以確保在相應(yīng)的配網(wǎng)區(qū)域中，縮短故障影響時(shí)間，保證用戶用電的穩(wěn)定性。唐冬來等人根據(jù)時(shí)空耦合矩陣的新型算法，定位配電網(wǎng)的故障區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了快速定位的目標(biāo)[1]。楊鵬杰等人利用多尺度自適應(yīng)殘差卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來定位新型配電網(wǎng)的故障問題[2]。許可等人基于圖卷積網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障定位及故障類型識(shí)別[3]。故障定位的形式多樣，根據(jù)需求選擇不同的定位方式可以更好地解決配網(wǎng)的故障問題[4-5]。文章提出的基于窄帶通信技術(shù)的配電網(wǎng)分區(qū)故障定位方法，將通過分區(qū)故障的定位，實(shí)現(xiàn)定位準(zhǔn)確度的需求，并為相關(guān)的窄帶通信技術(shù)的研究提供一定的參考。
1 配電網(wǎng)分區(qū)故障定位方法
1.1 收集處理配電網(wǎng)信息
配電網(wǎng)斷線也稱縱向故障，是配電網(wǎng)故障中較常見的故障類型。其主要是配電網(wǎng)線路的相鄰節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生的非正常斷開或三相阻抗不一致的現(xiàn)象，包括單相斷線和兩相斷線兩種。文章所構(gòu)建的配網(wǎng)故障模型如圖1 所示。
圖1 配網(wǎng)故障模型
根據(jù)圖1 中的數(shù)學(xué)模型，分析出相應(yīng)的配電網(wǎng)故障模型表達(dá)式為
式中：L為濾波器等效電感；R為網(wǎng)側(cè)等效電阻；I為分布式電源交流側(cè)輸出電流；Up為公共連接點(diǎn)處的電網(wǎng)側(cè)單相電壓；U為配電網(wǎng)電源的輸出電壓。
配電網(wǎng)在發(fā)生縱向故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生的小于正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷電流，可根據(jù)故障線路與非故障線路電流參數(shù)幅值的不同，進(jìn)行區(qū)段故障定位分析。橫向故障主要包括短路接地故障和相間短路故障，故障類型主要包括兩相短路、兩相短路接地、三相短路。其相關(guān)因素包括工作中的電纜和裝置內(nèi)部潮濕或進(jìn)水、配電裝置和電纜的過負(fù)載工作。發(fā)生橫向故障時(shí)電流均向故障點(diǎn)流動(dòng)可采用判定故障電流方向的方法定位故障點(diǎn)，為配電網(wǎng)故障定位提供了足夠依據(jù)和基礎(chǔ)。
1.2 全局感知搜索配電網(wǎng)故障
在算法運(yùn)行后期，其收斂性達(dá)到了整體最優(yōu)化，大規(guī)模的粒子會(huì)聚集在最優(yōu)解的附近。此時(shí)，引入角度機(jī)制，利用當(dāng)前時(shí)刻的最優(yōu)解搜索周圍區(qū)域中的最優(yōu)解，以降低算法的早期收斂性。如果當(dāng)前時(shí)刻的最優(yōu)解搜索到了其周圍區(qū)域中的最優(yōu)解，則該解為全局最優(yōu)解，否則將當(dāng)前時(shí)刻的最優(yōu)解作為下一代的全局最優(yōu)解，繼續(xù)迭代。迭代算法的表達(dá)式為
式中：A表示低壓電器中的電壓幅值；m表示信號(hào)的波動(dòng)幅值；Ω表示幅值所體現(xiàn)出的頻率向量；ω表示電塔的角頻率。如果m能夠以正值表示，那么m=d/2。
為避免角度探索策略失效，將當(dāng)前粒子與所有粒子位置的中間值二者之間作差來產(chǎn)生新的引導(dǎo)向量，使得新轉(zhuǎn)換角度的粒子既能保持全局樣性又能保持原有的優(yōu)越性。
1.3 融合配電網(wǎng)拓?fù)?a class="channel_keylink" href="/search.asp">信息定位故障
根據(jù)故障特征的分析結(jié)果，描述配電網(wǎng)的拓?fù)湫畔ⅰＴ诠?jié)點(diǎn)的描述中，利用電壓電流的數(shù)據(jù)拓?fù)潆娋W(wǎng)信息，在不同的節(jié)點(diǎn)信號(hào)中分析配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)。因此，在電壓的相流值的計(jì)算中，利用規(guī)劃幅值描述特征信息，既能減少運(yùn)算的復(fù)雜性，又能增加特征信息的豐富性，簡化了流程，適合用于通信技術(shù)。同時(shí)，出于成本的考慮，應(yīng)在適合的位點(diǎn)布置量測裝置，避免受外部設(shè)備的限制，同時(shí)借助一定的運(yùn)算技術(shù)快速精確地確定配電網(wǎng)的故障點(diǎn)。
1.4 構(gòu)建配電網(wǎng)故障定位模型
在不同配電網(wǎng)故障線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控中，監(jiān)控點(diǎn)的布設(shè)做不到十分全面，并不能做到精確排查故障問題。配電網(wǎng)分區(qū)線路實(shí)時(shí)監(jiān)控模型如圖2 所示。
圖2 配電網(wǎng)分區(qū)線路實(shí)時(shí)監(jiān)控模型
以圖2 為例，文章建立的模型一共有6 個(gè)可能發(fā)生故障的電路區(qū)段。根據(jù)各點(diǎn)分析故障位置，判斷模型中的電流流動(dòng)方向，并根據(jù)電流方向，設(shè)置對(duì)應(yīng)的傳感監(jiān)控點(diǎn)，依照傳感數(shù)據(jù)判斷故障區(qū)段。文章所設(shè)計(jì)模型對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法為
式中：Ij表示監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到的故障電流值。為更加準(zhǔn)確分區(qū)線路中故障定位，需要?dú)w類各點(diǎn)的監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)，歸類標(biāo)準(zhǔn)為畸變信息的位置點(diǎn)。通過適應(yīng)函數(shù)將信息迭代，并且在目標(biāo)函數(shù)的運(yùn)算下降低差值，通過縮小差值以篩選最優(yōu)解，從而在不同的定位區(qū)間內(nèi)確定故障位置。
在配電網(wǎng)的故障定位求解過程中，首先在配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中分析信息，并根據(jù)分析數(shù)據(jù)測算監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)；其次，按照監(jiān)測信息所表達(dá)的0 或1 結(jié)構(gòu)，排查負(fù)荷效應(yīng)，在內(nèi)層的優(yōu)化中定位故障的拓?fù)�；最后，完成�?duì)故障電流下不同配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的信息求解。
1.5 基于窄帶通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障定位
文章運(yùn)用的是低頻窄帶通信技術(shù)。由于該技術(shù)選擇低頻載波，并將傳輸帶寬變窄，能夠更加適應(yīng)新型配電網(wǎng)的電力運(yùn)輸。頻譜間置技術(shù)指選擇頻率時(shí)，載波頻率能夠保持在最小間隔區(qū)間內(nèi)，使電力線與載波頻率在同一諧波中，從而達(dá)到去除噪聲的效果。跳時(shí)通信技術(shù)是將波形周期劃分為多個(gè)區(qū)間，并在發(fā)送端和接收端的不同信噪中選擇最優(yōu)點(diǎn)發(fā)送或?qū)⒉煌瑫r(shí)間片同時(shí)發(fā)送的技術(shù)。所用技術(shù)并不局限于時(shí)間順序，避免信噪比的衰減導(dǎo)致時(shí)間通信流程的減緩，提高定位故障的速度，增加故障定位環(huán)節(jié)中所受到的故障區(qū)間的影響。窄帶通信技術(shù)具備傳統(tǒng)電力線通信方法所不具有的諸多優(yōu)勢，無須重新布線，具有抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、成本低以及便于推廣使用等優(yōu)勢。
2 實(shí)驗(yàn)論證
實(shí)驗(yàn)將對(duì)比不同方法下配電網(wǎng)分區(qū)故障定位方法，設(shè)置文章設(shè)計(jì)的基于窄帶通信技術(shù)的配電網(wǎng)分區(qū)故障定位方法為實(shí)驗(yàn)組，基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障定位方法為對(duì)照組Ⅰ，基于大數(shù)據(jù)運(yùn)算的故障定位方法為對(duì)照組Ⅱ。
為保證測試的真實(shí)性，此次選擇某省電力系統(tǒng)中的歷史電力數(shù)據(jù)為測試對(duì)象，按照時(shí)間編號(hào)展示電力數(shù)據(jù)信號(hào)。以幅度為1，頻率為0.55 Hz 的正弦波為基礎(chǔ)，調(diào)取電力數(shù)據(jù)采集窗口下的電壓數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)提取時(shí)間序列下電壓數(shù)據(jù)，時(shí)間編號(hào)和對(duì)應(yīng)的電壓數(shù)據(jù)如表1 所示。
表1 時(shí)間序列下電壓數(shù)據(jù)
根據(jù)表1 所示內(nèi)容，以該電力系統(tǒng)的常規(guī)化運(yùn)行情況為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)電壓數(shù)據(jù)超過49.5 V 時(shí)，表示電力系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)異常，會(huì)影響整個(gè)電路的運(yùn)行安全。分別將選定的數(shù)據(jù)上傳至測試平臺(tái)，預(yù)測異常數(shù)據(jù)。
設(shè)定此次待測試的樣本數(shù)據(jù)共計(jì)有6 組。在對(duì)異常數(shù)據(jù)預(yù)測的過程中，需要分類正常數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，不同方法在預(yù)測時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間不同，夠預(yù)測時(shí)間減少不同，為異常狀況的處理爭取時(shí)間優(yōu)勢。仿真實(shí)驗(yàn)中的配電網(wǎng)參數(shù)設(shè)置如表2 所示。
表2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境參數(shù)
在配電網(wǎng)的單相接地故障的定位中，通過故障特征的暫態(tài)分析實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的初步定位。但是配電網(wǎng)單相接地故障中的短路電流較大，即使接地電阻的阻值設(shè)定較高，接地也為大電流和大電壓。為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)中的簡化電路，需要仔細(xì)排查配網(wǎng)中的可能出現(xiàn)故障的狀況，避免產(chǎn)生電位差問題。不同方法在預(yù)測時(shí)所花費(fèi)的時(shí)間不同，實(shí)驗(yàn)結(jié)果希望既能夠保證預(yù)測精度，又能夠減少預(yù)測時(shí)間，為異常狀況的處理爭取時(shí)間優(yōu)勢。
在仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，對(duì)比3 種不同定位方法，所獲得的定位延時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如表3 所示。
表3 不同方法配電網(wǎng)故障定位延時(shí)對(duì)比結(jié)果
分析表3 中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，所設(shè)計(jì)方法的配電網(wǎng)故障定位延時(shí)明顯低于另外2 種方法。由此表明，設(shè)計(jì)方法能夠一直保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，還能有效縮短配電網(wǎng)故障定位延時(shí)，為配電網(wǎng)的故障處理爭取時(shí)間優(yōu)勢。
3 結(jié) 論
文章研究了基于窄帶通信技術(shù)的配電網(wǎng)分區(qū)故障定位方法，分析配電網(wǎng)中的橫縱向故障。同時(shí)，在配電網(wǎng)故障特征的基礎(chǔ)上，融合配電網(wǎng)的拓?fù)?a class="channel_keylink" href="/search.asp">信息初步定位電網(wǎng)故障，建立故障定位模型。在窄帶通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，多方位多角度分區(qū)定位故障，并且在實(shí)驗(yàn)中對(duì)方法進(jìn)行對(duì)比分析，證實(shí)文章所提定位方法的故障定位速度具有一定的優(yōu)越性。
