配电网故障智能诊断与自愈控制实用化技术研究

黄达区

[摘    要]配网智能化建设使得其具备较强的故障智能诊断能力，且在一定程度上支持系统自愈。其主要工作原理是通过智能诊断技术进行故障识别与判断，及时发出预警信号，在预警状态下启动自愈控制系统进行配电网故障的智能化处理，其保证配网系统的运行稳定与可靠，是当前电力建设重点关注的技术项目。文章主要就配网故障智能诊断与自愈控制实用化技术进行探讨，明确其概念及完整的控制技术体系，希望为配网故障识别与处理提供相应的技术指导。

[关键词]配电网;故障智能诊断;自愈控制实用化技术

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–00–02

Research on Practical Technology of Intelligent Fault Diagnosis

and Self-healing Control in Distribution Network

Huang Da-qu

[Abstract]The intelligent construction of distribution network makes it have strong fault intelligent diagnosis ability， and supports the system self-healing to a certain extent. Its main working principle is to identify and judge faults through intelligent diagnosis technology， send early warning signals in time， and start the self-healing control system in the early warning state for intelligent treatment of distribution network faults， so as to ensure the stable and reliable operation of distribution network system. It is a key technical project of current power construction. This paper mainly discusses the practical technology of distribution network fault intelligent diagnosis and self-healing control， defines its concept and complete control technology system， and hopes to provide corresponding technical guidance for distribution network fault identification and treatment.

[Keywords]distribution network; intelligent fault diagnosis; practical technology of self-healing control; analysis

智能配电网建设是电网建设与电力产业发展的大趋势，而配电网的智能化建设也提升了其故障处理效率和水平。当前配电网故障诊断也对应多种智能算法，自愈控制方面也有相应的技术体系支持。总体来说，在具体的应用中也存在故障处理方法单一，自愈控制系统拓扑结构复杂等问题，不仅故障恢复时间长且伴有电能质量不高的问题。因此，系统研究配电网故障智能诊断技术，分析其自愈控制实用化技术具有现实必要性。

1 智能配电网故障诊断技术

当前电能用户对电能质量要求越来越高，要想确保电力系统进行高质量的稳定供电，必须尽可能地规避配电网络故障，为缩短监测及消除故障时间，一般推行故障智能识别技术，做到故障的精准定位、类型分析、范围排查、紧急应对，以智能配电网络故障诊断系体系实现故障诊断与预警。

1.1 专家系统

常用的智能配电网故障诊断技术是专家系统，这是应用最为成熟的故障智能识别技术，其根据该方向工作的专家提供的知识与经验进行推理判断，进行专家决策过程的模拟。由智能配电网基于产生式规则、保护断路器动作逻辑，形成故障诊断专家系统知识库，以知识库为参考进行报警信息的推理分析，得出结论。

1.2 Petri网络

Petri网络作为一种通用数学模型，其描述系统各元件关系，利用网络进行系统中同时发生、次序发生或循环发生的各种活动的描述，用于电力系统中进行电力系统故障排查、电网拓扑分析、变压器故障诊断等。

1.3 遗传算法

遗传算法本质上是解决复杂问题的思路和方法，基于优胜劣汰的原则对可能解的群体进行遗传学操作，产生新群体，群体更新中进化，同时以全局并行搜索优化群体中的最优个体，其能大概率求得全局最优解且计算时间少。

1.4 贝叶斯网络

贝叶斯网络又稱为信念网络，是基于概率分析图论的不确定性知识表达的推理模型。其对应的是有向无环图，节点对应变量。其在电力系统故障分析中，通过大量完备的故障样本的分析，进行现实场景下缺失信息的分析，基于其余故障信息进行缺失信息的估计与故障诊断。

1.5 智能模式馈线自动化技术

智能模式馈线自动化技术在实践应用中具备较高价值。其利用智能终端所采集到的相关信息，能够独立实现对于故障的监测、诊断、隔离，以及非故障区的供电恢复。这一故障处理过程不必依赖配电自动化控制中心，而是将故障处理均封装于一条馈线中，大大保障了智能配电网的安全可靠性。其也对应智能配电网运行状态评估系统，基于自动化技术的智能配电网运行状态评估具体内容见图1。

图1  基于自动化技术的智能配电网运行状态评估

1.6 综合故障诊断法

综合故障诊断法就是根据作业场景实际需要，多种诊断方法综合灵活使用。如贝叶斯网络法与专家系统法相结合，基于最小诊断规则的贝叶斯网络模型减少网络结构的复杂性，由专家系统法进行故障特征的读取与分析。在实际的故障智能诊断中融合多种智能方法，各种检测信息进行大规模连锁故障的追踪与预警，实现静态故障诊断到动态故障诊断的转化。

1.7 智能微网技术

当前分布式发电、储能等技术发展速度较快，实践应用也日益广泛，这为配电网自愈控制提供了有利契机。在以科学控制作为前提的保障之下，微网既可以兼顾高效的并网运行，同时又能通过相应操作达成脱离主电网独立运行的目的，这种智能微网技术的运行模式通过对其进行有效的模式切换能够提升故障识别的可靠性。智能微网技术本质上体现了微网的智能化运行，基于有机整合电力与通信技术，也使自愈控制体系能够利用计算机对微网相关设备加以操控，进而达到转化功能模块的目的。总体来说，智能微网技术利用信息集成形成微型智能化系统，并且凭借自身所展现出的信息交互能力，可进一步健全自愈控制技术信息系统。

2 配电网自愈控制实用化技术概述

自愈控制是智能配电网的基本特征，它强调在没有人为干预的条件下，以先进监控技术持续在线自我评估电网运行状态，同时借助于相应的预防控制措施，做到故障的快速诊断、处理，最终将故障损失降至最低。智能化电网建设不断深化，自愈控制实用化技术的应用价值更加突出，既可以有效保障供电质量及其安全可靠性，又可以推动智能配电网的新发展。分析配电网自愈控制技术其主要对应两个方面：一方面，配网自愈馈线组建模。馈线组主要由馈线组描述、馈线组包含的馈线信息、馈线组类型、运行模式等信息构成，以馈线组的引入实现运维管理经验与软件处理逻辑的高效结合，使得自愈配置更具灵活性以及运用的可靠性。另一方面，配网自愈闭锁逻辑处理。该逻辑处理系统主要包括系统闭锁、馈线组闭锁以及设备闭锁等，系统闭锁权限最高，一旦设置系统闭锁，所有投入自愈的馈线组均需退出运行状态。馈线组闭锁是针对具体馈线组进行的闭锁处理，其对其他馈线组的运行不起干扰作用。设备的闭锁则是针对馈线组中的具体设备进行检测，当其满足闭锁条件进行闭锁处理。

3 自愈控制实用化技术的功能架构

自愈控制实用化技术的主要功能有优化配电网运行、监测配电网运行并及时发现故障、消除配电网故障并恢复配电网的配电功能3种。配电网运行状态下，在决策机构的作用下，自愈控制系统有效控制并指导配电网运行的优化。配电网一旦出现故障，决策机构根据信息支持进行决策处理，将决策信息通过通信系统上传上层机构，处理后下传操作，实现配电网故障隐患的排查处理。自愈控制实用化技术功能的实现以及完善的硬件架构为前提。完善的硬件架构主要包括以下4个方面。

（1）数据采集系统是自愈控制功能发挥的基础。其主要是获取配电网一手数据，通过数据分析进行信息交换以指导自愈控制操作。配电网前端数据采集装置主要通过FTU模块实现，可实现配网运行状态监控、分布式电源监控等。同时，数据采集中还可借助敏感元件、DTU模块等实现。

（2）自愈控制系统。其获得有效数据信息后整合处理，并且系统分析将其传递到下一技术流程。上述数据处理过程中包括潮流计算、拓扑分析、负荷转供分析、状态评估等，可根据配电网现状实现实时化、动态化风险评估和负荷预测，为人工控制提供有效参考依据。

配电网故障智能诊断与自愈控制过程中应根据模型分析中的各项内容，确定配电网脆弱点及风险点，依照安全预警等级合理开展配电网运行管控，依托远程DTU和FTU模块快速进行故障投切和配电调度，从而保证配电网安全、稳定、可靠运行。尤其是在智能决策过程中，需利用经济性重构决策、预防性重构决策、故障性重构决策，形成与配电网运行现状契合的决策体系，以保证配电网“自我感知、自我诊断、自我决策、自我恢复”效益的最大化。

（3）人工控制系统。主要通过主交换机设备将数据信息分析情况传递给调度员，调度員进行数据分析并适时给予人工干预。上述过程中人员可通过配电网故障智能诊断与自愈控制中的关键信息，分析自愈控制的科学性、有效性和可靠性。若存在问题，可通过修改调度指令或调度电话指导作业的方式运维管控。

（4）通信设计系统。把自身所接收的分析结果传递在网络服务器、保护执行装置中，其不仅可以妥善维护整个系统运行，保障其安全可靠性，同时还能够合理管理自愈控制体系下的各项功能，并对系统进行更新升级，使自愈控制实用化技术在配电网实践中能够发挥更大价值。上述设计过程中应做好接口的选择，按照IEC61968、IEC61970标准中的各项规约，快速实现数据接口匹配和通信转换。

4 配电网故障智能诊断与自愈控制实用化技术应用效果分析

以某供电局为例，其在2020年引入了配电网故障智能诊断与自愈控制实用化技术。其配网系统中共有4 950条馈线，投入配网自愈的馈线组985组。由于数据质量、模型关系等原因，闭锁馈线组有120组。2020年10月17日凌晨3：16：40，该供电局接入配网主站自愈的某110 kV变电站某731线——干线42号塔42T1开关过流保护动作跳闸，而仅181s后主站自愈成功，在181s恢复配变数9台，中低压用户363个，即时挽救负荷约200 kV，减少波及用户726户。

本次故障发生后仅用181s重合成功，故障停电时间远远低于同类型事故人工处理事件。同时，将跳闸断电事故控制在最小范围内，避免了波及更多用户，降低了本次事故危害，再次验证了配电网故障智能诊断与自愈控制实用化技术的应用优势，提高了馈线组误动可能性，最大限度保证电网供电可靠。

5 结语

配电网智能化发展的大背景下，加大对故障智能诊断与自愈控制实用化技术的研究与探讨具有现实必要性，发挥其技术优势，真正保障电力系统运行的安全与可靠，让电力企业获得理想的效益回报，也真正推动电力产业的长足发展。现阶段关于配电网故障智能诊断与自用控制实用化技术的专题研究还需持续深入，以技术的改进与优化，实现其应用价值的最大化。

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