李興文，王進(jìn)峰（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司梁山縣供電公司，山東濟(jì)寧272600）

淺析配電網(wǎng)故障診斷和諧波源定位技術(shù)

李興文，王進(jìn)峰（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司梁山縣供電公司，山東濟(jì)寧272600）

配電網(wǎng)是電力供應(yīng)系統(tǒng)中十分重要的環(huán)節(jié)，為了保障電力供應(yīng)的安全，穩(wěn)定的運(yùn)行，就必須提升配電網(wǎng)故障診斷技術(shù)和諧波定位技術(shù)，一方面使配電網(wǎng)的故障得以迅速恢復(fù)，另一方面可以有效降低電子電力設(shè)備對(duì)配電網(wǎng)的諧波污染。

配電網(wǎng)；故障診斷；諧波源定位

1 前言

目前，電力資源已經(jīng)成為居民生活，企業(yè)生產(chǎn)必不可缺的能源，電力資源的安全，穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系到企事業(yè)單位、居民的生活質(zhì)量和供電企業(yè)的安全生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益，但是長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，供電企業(yè)電網(wǎng)建設(shè)還落后于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，相比于發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的配電網(wǎng)還處于亞健康水平。隨著社會(huì)對(duì)電力需求的不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前的生產(chǎn)生活需要，供電企業(yè)配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和改造任務(wù)變得更加艱巨。

近些年來(lái)隨著配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的使用，配網(wǎng)故障率得到了有效抑制，但配電網(wǎng)故障還時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響著企業(yè)的供電可靠性，隨著配電網(wǎng)的不斷建設(shè)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜化，配電網(wǎng)絡(luò)的故障診斷方法研究和提高已經(jīng)成為當(dāng)前運(yùn)維管理人員面臨的重要研究課題。配電網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)，加強(qiáng)配電網(wǎng)故障的定位、隔離和恢復(fù)勢(shì)在必行。配電網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)供電企業(yè)配電網(wǎng)建設(shè)具有推動(dòng)作用，這使得配電網(wǎng)系統(tǒng)趨向于智能化和集約化，大大提升了電力供應(yīng)的安全，可靠，穩(wěn)定的運(yùn)行，也使得系統(tǒng)及設(shè)備問(wèn)題的檢測(cè)變得準(zhǔn)確簡(jiǎn)單[1]。

故障診斷是進(jìn)行準(zhǔn)確的故障分析，是實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)供電的基礎(chǔ)，諧波源定位是諧波治理、諧波污染責(zé)任劃分的前提，隨著電力需求的增多，配電網(wǎng)的復(fù)雜化，配電系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，保護(hù)及監(jiān)控裝置的增多，故障診斷技術(shù)及諧波源定位技術(shù)的綜合利用將具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要闡述了配電網(wǎng)故障診斷和諧波源定位技術(shù)的研究和討論。

2 配電網(wǎng)故障的分類(lèi)及診斷方法概述

2.1 配電網(wǎng)故障分類(lèi)

配電網(wǎng)是供電系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系著用戶是否能夠安全可靠的用電，也關(guān)系著企業(yè)能否正常盈利。配電網(wǎng)中的配電線路點(diǎn)多面廣，走徑復(fù)雜，設(shè)備質(zhì)量也參差不齊，受到氣候環(huán)境等因素的影響，所以配電網(wǎng)中常有故障發(fā)生，以下便是對(duì)配電網(wǎng)故障的分類(lèi)概括：

（1）人為因素造成的配電網(wǎng)故障：基建施工、違章駕車(chē)、違章建筑、高空落物、燃放煙花禮炮，放風(fēng)箏等人為因素會(huì)造成配電網(wǎng)設(shè)備或配電線路的故障，影響電力的正常供應(yīng)。

（2）自然因素造成的配電網(wǎng)故障：包括雷擊，大風(fēng)，洪澇等自然災(zāi)害會(huì)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)甚至整個(gè)電力系統(tǒng)造成破壞。

（3）配備設(shè)備方面的因素造成的配電網(wǎng)絡(luò)故障：配電變壓器自身故障或操作不當(dāng)引起弧光短路的配電變壓器故障；絕緣子破裂造成的短路或接地等故障；保護(hù)裝置及開(kāi)關(guān)設(shè)備的長(zhǎng)期未校驗(yàn)造成的故障；工作人員的技術(shù)水平不夠或責(zé)任心不強(qiáng)造成的故障。

2.2 配電網(wǎng)故障的診斷方法

隨著社會(huì)的發(fā)展，用戶及企業(yè)對(duì)電力供應(yīng)可靠性、穩(wěn)定性、安全性的要求提高，不斷擴(kuò)大的配電網(wǎng)增大了故障發(fā)生的概率，所以說(shuō)配電網(wǎng)故障的發(fā)生無(wú)法避免，運(yùn)維管理人員要做的就是快速診斷故障的發(fā)生狀況及原因，并盡快恢復(fù)供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，速率快，效率高便是故障診斷方法的發(fā)展方向[2]。

傳統(tǒng)的故障診斷方法有針對(duì)配電網(wǎng)故障區(qū)域定位和隔離的矩陣算法，該方法用于確定故障的位置但占用空間大，計(jì)算量也比較大；有向圖配電網(wǎng)描述法僅對(duì)單一故障起作用；通過(guò)考慮故障電流的方向可以解決輻射狀網(wǎng)等的故障定位。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，電力需求的不斷增大，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)故障診斷方法的弊端慢慢都顯現(xiàn)出來(lái)了，傳統(tǒng)的故障診斷技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的需求，近些年來(lái)，運(yùn)維管理人員在配電系統(tǒng)建設(shè)中慢慢趨于配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)，運(yùn)維管理人員把人工智能運(yùn)用到了配電網(wǎng)故障定位，診斷和故障恢復(fù)中。人工智能能夠模擬人類(lèi)處理問(wèn)題的過(guò)程，在配電網(wǎng)中廣泛的應(yīng)用能夠很大程度上提升配電網(wǎng)故障診斷的速率和效率。目前配電網(wǎng)故障診斷過(guò)程中采用的方法有：專家系統(tǒng)；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；模擬理論；遺傳算法；Petri網(wǎng)絡(luò)等。以下便是對(duì)這些方法的詳細(xì)介紹：

（1）專家系統(tǒng)。這是一個(gè)以知識(shí)和多年的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)方法。這種通過(guò)使用專家知識(shí)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行解決問(wèn)題的方法比較依賴與專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，但這種專家系統(tǒng)具有啟發(fā)性，高性能等諸多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)根據(jù)專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)形成的知識(shí)庫(kù)，通過(guò)推理判斷確定故障的發(fā)生位置。

（2）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)模仿人的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行處理傳輸信息的過(guò)程就是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該方法有著一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)即使用神經(jīng)元和他們之間的權(quán)重來(lái)處理問(wèn)題，這種方法有著非常強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。在實(shí)際應(yīng)用中，用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法來(lái)處理配電網(wǎng)故障診斷問(wèn)題時(shí)也有一些缺點(diǎn)：推理能力弱，適應(yīng)性差，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練還需要大量的樣本。

（3）模糊理論。將經(jīng)典理論模糊化的同時(shí)引入語(yǔ)言變量的模糊邏輯。該方法有著完善的推理體系，對(duì)不確定問(wèn)題有著很強(qiáng)的適應(yīng)性。隨著模糊理論的不斷完善，在配電網(wǎng)故障診斷中也越來(lái)越重視這種方法。

（4）遺傳算法。這種方法是通過(guò)建立診斷的數(shù)學(xué)模型，再運(yùn)用遺傳算法求解，最終實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障診斷的方法。遺傳算法是運(yùn)用的全局優(yōu)化的思想來(lái)解決配電網(wǎng)的故障診斷問(wèn)題的，這種方法較為適合處理復(fù)雜故障等問(wèn)題。在配電網(wǎng)故障診斷過(guò)程中運(yùn)用這種方法可以做到全局最優(yōu)化和局部最優(yōu)化的結(jié)果，具有較高的容錯(cuò)能力，遺傳算法也有自己的缺點(diǎn)即如何能更好更快的建立數(shù)學(xué)模型。

（5）Petri網(wǎng)絡(luò)。利用系統(tǒng)中元件之間的相互關(guān)系同時(shí)利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示系統(tǒng)中的各種活動(dòng)并對(duì)其進(jìn)行合理的分析研究。該方法是模擬配電網(wǎng)系統(tǒng)同時(shí)出現(xiàn)、次序出現(xiàn)和循環(huán)出現(xiàn)故障的主要工具。

3 諧波源定位技術(shù)的研究

在配電系統(tǒng)中，為了監(jiān)測(cè)并治理電力系統(tǒng)中非線性負(fù)荷產(chǎn)生的大量諧波，就要從諧波源定位入手。諧波源的定位實(shí)質(zhì)上就是檢測(cè)配電系統(tǒng)側(cè)和用戶側(cè)對(duì)公共耦合點(diǎn)諧波電流和電壓進(jìn)行研究。當(dāng)系統(tǒng)側(cè)的影響較大時(shí)，就把系統(tǒng)側(cè)視為諧波源，同樣，當(dāng)用戶側(cè)的影響較大時(shí)就把用戶側(cè)視為諧波源。諧波源定位方法主要包括：諧波功率潮流方向法；諧波阻抗檢測(cè)法；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法；電流矢量法；參考阻抗法等。

基于諧波功率潮流方向的檢測(cè)方法。該方法最初是HcydtGT提出的，當(dāng)時(shí)這種方法被稱為諧波潮流的逆問(wèn)題。諧波功率潮流方向法又有很多分支：有功率方向法、無(wú)功率方向法、同步檢測(cè)判別法、臨界阻抗法、無(wú)功率變化法等?；谥C波阻抗的檢測(cè)方法主要包括：微分方程法，最小二乘系統(tǒng)辨識(shí)法，波動(dòng)量法，雙線性回歸估計(jì)法等。在諧波源定位研究中，運(yùn)維管理人員發(fā)現(xiàn)，基于最小二乘法的諧波源定位方法對(duì)四種工況（非主要諧波源存在注入干擾、量測(cè)矩陣存在誤差、網(wǎng)絡(luò)存在環(huán)路、網(wǎng)絡(luò)接有補(bǔ)償電容器）的適應(yīng)性好，但要增加測(cè)量點(diǎn)；諧波最大化的諧波源定位方法可以減少測(cè)量點(diǎn)能夠在注入干擾和網(wǎng)絡(luò)存在環(huán)路及誤差時(shí)還有較好的表現(xiàn)，但這種方法會(huì)在網(wǎng)絡(luò)有補(bǔ)償電容時(shí)，準(zhǔn)確性下降，這就需要通過(guò)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)上補(bǔ)償電容的諧波電流來(lái)減小其影響[3]。

4 結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，供電企業(yè)建設(shè)一個(gè)安全、穩(wěn)定、可靠的電力系統(tǒng)將具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文介紹了常見(jiàn)的一些配電網(wǎng)故障，闡述了傳統(tǒng)配電網(wǎng)故障診斷方法的一些弊端，并研究討論了專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論、遺傳算法等故障診斷方法，運(yùn)維管理人員發(fā)現(xiàn)人工智能應(yīng)用于配電網(wǎng)故障診斷中提升了診斷的速度和準(zhǔn)確性。

現(xiàn)今，電子設(shè)備廣泛應(yīng)用的同時(shí)也為供電網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了越來(lái)越嚴(yán)重的諧波污染，諧波源定位技術(shù)的研究能夠很好的限制污染的擴(kuò)大，保障供電網(wǎng)絡(luò)的安全平穩(wěn)地進(jìn)行，為居民和企業(yè)的正常生產(chǎn)生活提供保障。

[1]張 鈞.配電網(wǎng)智能故障診斷與諧波源定位研究[D].西南交通大學(xué)，2012.

[2]趙元鵬.配電網(wǎng)故障診斷方法與實(shí)現(xiàn)[D].西安石油大學(xué)，2013.

[3]陸偉明.配電網(wǎng)諧波源辨識(shí)技術(shù)研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2015.

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