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，需要對配電網(wǎng)故障進行分區(qū)定位研究，以確保在相應的配網(wǎng)區(qū)域中，縮短故障影響時間，保證用戶用電的穩(wěn)定性。唐冬來等人根據(jù)時空耦合矩陣的新型算法，定位配電網(wǎng)的故障區(qū)域，實現(xiàn)了快速定位的目標[1]。楊鵬杰等人利用多尺度自適應殘差卷積神經(jīng)網(wǎng)絡來定位新型配電網(wǎng)的故障問題[2]。許可等人基于圖卷積網(wǎng)絡，實現(xiàn)配電網(wǎng)故障定位及故障類型識別[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，實現(xiàn)定位準確度的需求，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)學模型，分析出相應的配電網(wǎng)故障模型表達式為
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，會產(chǎn)生的小于正常運行時的負荷電流，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)部潮濕或進水、配電裝置和電纜的過負載工作。發(fā)生橫向故障時電流均向故障點流動可采用判定故障電流方向的方法定位故障點，為配電網(wǎng)故障定位提供了足夠依據(jù)和基礎。
1.2 全局感知搜索配電網(wǎng)故障
在算法運行后期，其收斂性達到了整體最優(yōu)化，大規(guī)模的粒子會聚集在最優(yōu)解的附近。此時，引入角度機制，利用當前時刻的最優(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。如果當前時刻的最優(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，否則將當前時刻的最優(yōu)解作為下一代的全局最優(yōu)解，繼續(xù)迭代。迭代算法的表達式為
式中：A表示低壓電器中的電壓幅值；m表示信號的波動幅值；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)拓撲信息定位故障
根據(jù)故障特征的分析結(jié)果，描述配電網(wǎng)的拓撲信息。在節(jié)點的描述中，利用電壓電流的數(shù)據(jù)拓撲電網(wǎng)信息，在不同的節(jié)點信號中分析配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)。因此，在電壓的相流值的計算中，利用規(guī)劃幅值描述特征信息，既能減少運算的復雜性，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，出于成本的考慮，應在適合的位點布置量測裝置，避免受外部設備的限制，同時借助一定的運算技術(shù)快速精確地確定配電網(wǎng)的故障點。
1.4 構(gòu)建配電網(wǎng)故障定位模型
在不同配電網(wǎng)故障線路的實時監(jiān)控中，監(jiān)控點的布設做不到十分全面，并不能做到精確排查故障問題。配電網(wǎng)分區(qū)線路實時監(jiān)控模型如圖2 所示。
圖2 配電網(wǎng)分區(qū)線路實時監(jiān)控模型
以圖2 為例，文章建立的模型一共有6 個可能發(fā)生故障的電路區(qū)段。根據(jù)各點分析故障位置，判斷模型中的電流流動方向，并根據(jù)電流方向，設置對應的傳感監(jiān)控點，依照傳感數(shù)據(jù)判斷故障區(qū)段。文章所設計模型對應的計算方法為
式中：Ij表示監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到的故障電流值。為更加準確分區(qū)線路中故障定位，需要歸類各點的監(jiān)控監(jiān)測數(shù)據(jù)，歸類標準為畸變信息的位置點。通過適應函數(shù)將信息迭代，并且在目標函數(shù)的運算下降低差值，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)的拓撲結(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)測信息所表達的0 或1 結(jié)構(gòu)，排查負荷效應，在內(nèi)層的優(yōu)化中定位故障的拓撲；最后，完成對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)實現(xiàn)故障定位
文章運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，能夠更加適應新型配電網(wǎng)的電力運輸。頻譜間置技術(shù)指選擇頻率時，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，從而達到去除噪聲的效果。跳時通信技術(shù)是將波形周期劃分為多個區(qū)間，并在發(fā)送端和接收端的不同信噪中選擇最優(yōu)點發(fā)送或?qū)⒉煌瑫r間片同時發(fā)送的技術(shù)。所用技術(shù)并不局限于時間順序，避免信噪比的衰減導致時間通信流程的減緩，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、環(huán)境適應能力強、傳輸距離遠、成本低以及便于推廣使用等優(yōu)勢。
2 實驗論證
實驗將對比不同方法下配電網(wǎng)分區(qū)故障定位方法，設置文章設計的基于窄帶通信技術(shù)的配電網(wǎng)分區(qū)故障定位方法為實驗組，基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡的故障定位方法為對照組Ⅰ，基于大數(shù)據(jù)運算的故障定位方法為對照組Ⅱ。
為保證測試的真實性，此次選擇某省電力系統(tǒng)中的歷史電力數(shù)據(jù)為測試對象，按照時間編號展示電力數(shù)據(jù)信號。以幅度為1，頻率為0.55 Hz 的正弦波為基礎，調(diào)取電力數(shù)據(jù)采集窗口下的電壓數(shù)據(jù)。實驗提取時間序列下電壓數(shù)據(jù)，時間編號和對應的電壓數(shù)據(jù)如表1 所示。
表1 時間序列下電壓數(shù)據(jù)
根據(jù)表1 所示內(nèi)容，以該電力系統(tǒng)的常規(guī)化運行情況為標準，當電壓數(shù)據(jù)超過49.5 V 時，表示電力系統(tǒng)會出現(xiàn)異常，會影響整個電路的運行安全。分別將選定的數(shù)據(jù)上傳至測試平臺，預測異常數(shù)據(jù)。
設定此次待測試的樣本數(shù)據(jù)共計有6 組。在對異常數(shù)據(jù)預測的過程中，需要分類正常數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，不同方法在預測時所花費的時間不同，夠預測時間減少不同，為異常狀況的處理爭取時間優(yōu)勢。仿真實驗中的配電網(wǎng)參數(shù)設置如表2 所示。
表2 實驗環(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)分析實現(xiàn)對故障的初步定位。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定較高，接地也為大電流和大電壓。為實現(xiàn)配電網(wǎng)中的簡化電路，需要仔細排查配網(wǎng)中的可能出現(xiàn)故障的狀況，避免產(chǎn)生電位差問題。不同方法在預測時所花費的時間不同，實驗結(jié)果希望既能夠保證預測精度，又能夠減少預測時間，為異常狀況的處理爭取時間優(yōu)勢。
在仿真實驗環(huán)境中，對比3 種不同定位方法，所獲得的定位延時數(shù)據(jù)對比結(jié)果如表3 所示。
表3 不同方法配電網(wǎng)故障定位延時對比結(jié)果
分析表3 中的實驗數(shù)據(jù)可知，所設計方法的配電網(wǎng)故障定位延時明顯低于另外2 種方法。由此表明，設計方法能夠一直保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，還能有效縮短配電網(wǎng)故障定位延時，為配電網(wǎng)的故障處理爭取時間優(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，在配電網(wǎng)故障特征的基礎上，融合配電網(wǎng)的拓撲信息初步定位電網(wǎng)故障，建立故障定位模型。在窄帶通信技術(shù)的基礎上，多方位多角度分區(qū)定位故障，并且在實驗中對方法進行對比分析，證實文章所提定位方法的故障定位速度具有一定的優(yōu)越性。
