面向对象的配电网故障定位算法设计

喻丽丽

（金山职业技术学院，江苏 扬中 212200）

1 基于FTU的馈线自动化系统

通常把电力系统中二次降压变电所低压侧直接或降压后向用户供电的网络，称为配电网（Distribution Network），其作用是将电能分配给用户。它由架空线或电缆配电线路、配电所或柱上降压变压器直接接入用户所构成。我国配电系统的电压等级，根据《城市电网规划设计导则》的规定，35、63、110kV为高压配电系统，10（6）kV为中压配电系统，380V及220V为低压配电系统，220V及以下电压为输变电系统。从体系结构上，配电网可分作辐射状网、树状网和环状网。

馈线自动化是对配电线路上的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成系统，是配电自动化的主要内容之一。

2 面向对象的配电网故障定位

（1）形成网络描述矩阵。为了定位故障区段，应形成配电网接线拓扑信息，即网络描述矩阵D。将馈线上安装有现场监控终端的重合器、分段开关和联络开关进行编号。以有向图描述网络的接线关系，但需先确定网络接线的正方向。其正方向可这样确定：网络开环运行时，以正常运行时网络的功率方向作为网络接线的正方向。若第i个节点和第j个节点之间存在一条馈线，正方向为从开关节点i流向开关节点j，则矩阵D上位于第i行第j列的元素dij=1，而位于第j行第i列的元素dji=0；反之将矩阵D上不存在馈线连接的节点所对应的元素均置0。

（2）生成故障电流支路末端节点判断矩阵。故障时FTU上报了故障电流信息以形成故障电流支路末端节点判断矩阵P，该矩阵实际上反映了故障网络的拓扑结构。其定义方式为：若第i个节点的开关经历了超过整定值的故障电流，则将D中节点i对应的对角线元素置为1，同时D中第i列所有非对角线上的元素均保持不变；若第i个节点的开关未经历超过整定值的故障电流，则将D中节点i对应的对角线元素仍为0，同时将D中第i列所有非对角线上的元素均置为0。

（3）故障电流支路末端节点及故障区段定位方法。利用矩阵P就可以进行故障电流支路末端节点及故障区段的判断。判断方法是：如果矩阵P中第i行只有对角线上的元素的值为1，该行非对角线上的元素的值均为0，节点i就是故障电流支路的末端节点。确定故障支路的末端节点i之后，通过D可进行故障定位：若D中第i行存在Dij=1，则故障区段为节点i和节点j之间；若D中第i行的元素全为0，则故障区段为节点i之后的末端馈线。

3 算法的优化

用于描述配电网络拓扑结构的网络描述矩阵D是一个高度稀疏的矩阵，如果直接使用该矩阵进行存储及运算，由于配电网络节点很多，存储该矩阵需要占用较大的存储空间，搜索该矩阵也需要较长的时间。

考虑到故障定位过程中，需要修改顶点之间的信息以反映故障时的网络结构及判断顶点之间的关系，选择使用十字链表作为配电网络的存储结构。在十字链表中，配电网中每一条馈线〈vi，vj〉用一个弧结点表示，有向馈线段的始端称为弧尾，末端称为弧头。弧结点有四个域：tail域表示这条弧的尾vi；head域表示这条弧的头vj；linkh域是链接以顶点vj为弧头的弧的指针域；linkt域是链接以顶点vi为弧尾的弧的指针域；增加一个value域，用以存放弧的信息，当馈线无故障时，所有弧结点的value值为1，表明正常时的馈线两端结点的联系，当该馈线故障时，用于表示馈线上的故障电流信息，馈线流过故障电流时，对应的弧结点的value值为1，馈线未流过故障电流时，对应的弧结点的value值为0。用于存放即弧结点的结构如下：

tail head value linkh linkt

弧结点的数目由馈线的数目决定，弧头相同的弧在同一链表上，弧尾相同的弧也在同一链表上，它们的头结点即为顶点结点。配电网中每一节点用一个顶点结点vi表示，顶点结点vi包含四个域：vertexnumber域表示顶点编号；right域用于链接以vi为弧尾的第一个弧结点的指针域；down域用于链接以vi为弧头的第一个弧结点的指针域；value域用于存放顶点的信息，若顶点无故障电流流过，value值为0；若顶点有故障电流流过，value值为1。顶点结点之间非链相接，而是顺序存储，顶点结点数由配电网络的节点数决定，用一个数组表示。顶点结点结构如下：

vertexnumber right value down

利用十字链表存储配电网络结构信息后，在形成网络判断矩阵P时，可以对前述算法进行优化，过程如下：

（1）生成故障判断矩阵P的十字链表。远方监控终端检测到某节点过流，则将网络描述矩阵D的十字链表中相应的顶点节点的value值变成1。若某顶点节点的value值为1，则该down域所指向的弧结点的value值不变；若某顶点节点的value值为0，则该down域所指向的弧结点的value值变成0。

（2）判断故障区段。搜索故障判断矩阵P的十字链表的顶点节点，若其value值为1，且该顶点节点的right域所联接的所有弧结点的value值为0，则该节点为故障电流支路的末端节点，而相应的弧结点所对应的馈线即为故障区段；若其value值为1，且该顶点节点的right为空，表明该节点为故障电流支路的末端节点，也是馈线支路的末端节点，故障发生该节点之后的馈线末端。

［1］刘健，倪建立，邓永辉.配电自动化系统［M］.北京：中国水利水电出版社，2004.

［2］李欣唐.配网故障自动定位、隔离与供电恢复功能的实现［J］.继电器，2000，（9）.