配电网线路故障的基于模型诊断方法研究

黄浩 王光东 季东辉

摘 要 当前人们的生产生活都离不开对电力的需求，而配电线路受多种因素的影响，其故障产生的频次较高，加强故障诊断效率可有效提升供电可靠性。本文简要概述了模型诊断方法处理配电网故障的优势，并重点从模型建模、缩小诊断集、确认故障点、实施抢修四个方面提出了基于模型诊断的流程，仅供参考。

关键词 配电网;线路故障;模型诊断方法;故障诊断

引言

我国配电线路分为高压与低压配电线路两种，其中高压配电线路电压为3.6kV～40.5kV，低压配电线路电压小于1kV，由于配电线路大多布设与户外环境中，极易受到自然或人为因素的影响，使得输电线路出现运行故障，提高故障诊断的精准性十分重要，其中模型诊断方法是诊断配电线路故障的有效手段之一。

1模型诊断方法处理配电网故障的优势

1.1 能够进一步实现智能化诊断

MBD模型诊断方法是一种数字化模型技术，利用此技术在配电网系统中建立故障诊断模型需要以数字标工模型DMT的基本要求为标准，在具有高度协调关系电网线路与电气元件设备中建立起一个统一性较强的基准系统，从而能够较为精准的反应各输电环节运行系数的映射关系，为找到故障点奠定基础。MBD模型诊断方法当前已经在医疗、金融、航空航天等领域得以普及应用，同时也是智能化时代人工智能领域研究的重点内容，虽在电路诊断和配电网故障中的应用研究比较滞后，但也是未来智能电网发展过程中的重要方向。

1.2 弥补经验诊断方法的不足

由于我国传统配电网设计与管理模式较为粗放，使得长久发展以来各地区输电网络错综复杂，存在极大的安全隐患。当前在配电网系统中应用较为普遍的线路故障诊断方法多基于经验诊断，比如专家诊断方法，虽比较适合于解决复杂的电网系统，但在经验之外的故障诊断上缺乏系统性与专业性。MBD模型诊断方法能够将故障诊断过程与模型建模分开，模型系统移植性较强，理论上能对配电系统中各类型故障进行定点诊断[1]。

2配电网线路故障基于模型诊断方案设计

2.1 建立配电网线路及元件设施系统模型

利用MBD模型建立配电网线路及设施系统设计原理模型，一般需要利用配电网中电气元件的约束方程R（j）以及各类元件间的连接关系，建立起全面、系统的配电网结构构架和功能模型。在对配电网系统进行建模时，需要为每一个电气元部件的连接支路电流进行定义变量。同时对电网拓扑结构中每一个连接节点电压进行定义变量，然后对该节点所关联的所有支路列写KCL方程，从而得到配电网系统模型。

2.2 缩小诊断集

离线搜索最小冲突集候选。

最小冲突集指的是利用配电网设计原理模型以及模型计算过程中所观测到的信息分布特征，技术人员需要优先采用离线方式搜索配电网系统中所包含的所有解析冗余关系以及它们的最小支撑环境，其中解析冗余关系ARRi指的是从配电网系统模型中得到的只含有系统可观测变量的约束方程，其最小支撑环境由最小元件集合Ei所组成。当对配电网系进行设计模型建模后，检测技术人员需要充分利用已得的解析冗余关系中所包含的隐藏线索，采用RGA改进遗传算法离线搜索出最小冲突集候选。

（1）在线搜索最小冲突集

当配电网发生线路故障时，检测人员需要利用电网系统中电流电压互感器获得真实的故障信息，并从已经确认好的最小冲突集候选中在线搜索出最小冲突集，即是将故障信息代入到解析冗余方程中进行计算与分析，判断其是否满足解析条件，当不满足相关条件时，则判定此故障状态信息所对应的候选冲突集即是真正的最小冲突集。

（2）计算最小冲突集得到候选诊断集

一般最小冲突集搜索的算法有两种，一种是自顶向下方法，包括CS-tree法、标识集CS-tree法等;另一种是自底向上方法，包括CS-tree翻转法、CSSE-tree法。配单系统故障发生后，当技术人员在缩小诊断集前就已经知道最小冲突集与最大冲突集之间的数据信息较为接近，即可采用自顶向下的计算方法，快速找到最小冲突集，使故障诊断迅速完成，否则即需采用自底向上的方法，直接找到最小冲突集。

在找到最小冲突集以后，检测人员需要将系统（SD，OBS，COMP），ΔCOMP作为一个诊断利用碰集计算方法，计算出最小碰集;布尔代数法即是常见的碰集计算方法，此方法属于人工智能领域中计算碰集的方法，可在智能电网发展中得以全面的开发与利用。在此方法下，技术人员可得到一个满足推理条件的候选诊断集范围，然后即可进行配电网线路故障的定位和故障诊断。

2.3 确定故障点

由于利用最小碰集方法计算出的候选诊断集范围仍然较广泛，无法精准的定位故障点，此时技术人员可利用贝叶斯定理——P（A|B）=P（A）P（B|A）/P（B），确定出各诊断集可能发生故障的概率，从而实现对线路故障的精准定位。

一般技术人员可以根据自身诊断线路故障的经验，为配电系统中各元件故障产生的概率拟定一个合理的定性值，然后将候选诊断集的故障概率进行排序比较，从而选择概率最大的诊断集元件作为故障点。

2.4 实施抢修恢复供电

利用MBD模型診断方法得到故障点后，检修人员可迅速做出应急抢修，由于此种诊断方法的研究仍处在初级阶段，所有计算过程大多不计故障发生的边缘因素，在故障因素设想方面仍存在较大的不确定性，因此其还为形成较高的精准度。

技术人员需要深入故障检修现场，仔细记录每一次故障检修的实际状态信息，与模型计算下故障诊断之间存在的误差进行比较，找到影响诊断结果的原因，从而不断优化配电系统设计模型的构建方法与故障诊断的计算过程，有效提升建模质量，降低诊断误差[2]。

3结束语

综上所述，随着配电范围的不断扩大，我国配电网线路复杂程度与日俱增，给其运行安全与稳定带来了较大的威胁。加强配电网线路故障诊断是提高配电网运行可靠性的重要手段，其中利用MBD模型诊断方法，能够将配电网中的输电线路与电气元件集中体现在三维数字化模型中，然后通过数学模型与逻辑关系确认故障点，可大幅增强故障诊断的科学性与精准度，当前此种方法的应用与研究仍处于初级阶段，需要不断创新设计才能更好地服务于配电网故障诊断工作。

参考文献

[1] 刘松柏，秦绪春，杨镜霏，等.基于脉冲神经膜系统的微电网故障诊断模型研究[J].自动化应用，2019（9）：68-71.

[2] 王秋杰，金涛，梅李鹏，等.基于模型分层的配电网故障诊断方法[J].电力自动化设备，2020，40（1）：73-79.