浅析配电网故障诊断和谐波源定位技术

2016-03-19李兴文王进峰国网山东省电力公司梁山县供电公司山东济宁272600

低碳世界 2016年5期

关键词：谐波配电故障诊断

李兴文，王进峰（国网山东省电力公司梁山县供电公司，山东济宁272600）

浅析配电网故障诊断和谐波源定位技术

李兴文，王进峰（国网山东省电力公司梁山县供电公司，山东济宁272600）

配电网是电力供应系统中十分重要的环节，为了保障电力供应的安全，稳定的运行，就必须提升配电网故障诊断技术和谐波定位技术，一方面使配电网的故障得以迅速恢复，另一方面可以有效降低电子电力设备对配电网的谐波污染。

配电网；故障诊断；谐波源定位

1 前言

目前，电力资源已经成为居民生活，企业生产必不可缺的能源，电力资源的安全，稳定的供应关系到企事业单位、居民的生活质量和供电企业的安全生产及经济效益，但是长时间以来，供电企业电网建设还落后于国民经济的持续发展，相比于发达国家，我国的配电网还处于亚健康水平。随着社会对电力需求的不断增长，传统的配电网络已经无法满足当前的生产生活需要，供电企业配电网络建设和改造任务变得更加艰巨。

近些年来随着配网自动化技术的使用，配网故障率得到了有效抑制，但配电网故障还时有发生，严重影响着企业的供电可靠性，随着配电网的不断建设，网架结构更加复杂化，配电网络的故障诊断方法研究和提高已经成为当前运维管理人员面临的重要研究课题。配电网络的自动化系统建设，加强配电网故障的定位、隔离和恢复势在必行。配电网络的自动化系统对供电企业配电网建设具有推动作用，这使得配电网系统趋向于智能化和集约化，大大提升了电力供应的安全，可靠，稳定的运行，也使得系统及设备问题的检测变得准确简单[1]。

故障诊断是进行准确的故障分析，是实现快速恢复供电的基础，谐波源定位是谐波治理、谐波污染责任划分的前提，随着电力需求的增多，配电网的复杂化，配电系统规模的扩大，保护及监控装置的增多，故障诊断技术及谐波源定位技术的综合利用将具有非常重要的现实意义。本文主要阐述了配电网故障诊断和谐波源定位技术的研究和讨论。

2 配电网故障的分类及诊断方法概述

2.1 配电网故障分类

配电网是供电系统的重要环节，直接关系着用户是否能够安全可靠的用电，也关系着企业能否正常盈利。配电网中的配电线路点多面广，走径复杂，设备质量也参差不齐，受到气候环境等因素的影响，所以配电网中常有故障发生，以下便是对配电网故障的分类概括：

（1）人为因素造成的配电网故障：基建施工、违章驾车、违章建筑、高空落物、燃放烟花礼炮，放风筝等人为因素会造成配电网设备或配电线路的故障，影响电力的正常供应。

（2）自然因素造成的配电网故障：包括雷击，大风，洪涝等自然灾害会对配电网络甚至整个电力系统造成破坏。

（3）配备设备方面的因素造成的配电网络故障：配电变压器自身故障或操作不当引起弧光短路的配电变压器故障；绝缘子破裂造成的短路或接地等故障；保护装置及开关设备的长期未校验造成的故障；工作人员的技术水平不够或责任心不强造成的故障。

2.2 配电网故障的诊断方法

随着社会的发展，用户及企业对电力供应可靠性、稳定性、安全性的要求提高，不断扩大的配电网增大了故障发生的概率，所以说配电网故障的发生无法避免，运维管理人员要做的就是快速诊断故障的发生状况及原因，并尽快恢复供电系统的正常运行，速率快，效率高便是故障诊断方法的发展方向[2]。

传统的故障诊断方法有针对配电网故障区域定位和隔离的矩阵算法，该方法用于确定故障的位置但占用空间大，计算量也比较大；有向图配电网描述法仅对单一故障起作用；通过考虑故障电流的方向可以解决辐射状网等的故障定位。随着经济的发展，社会的进步，电力需求的不断增大，传统的配电网故障诊断方法的弊端慢慢都显现出来了，传统的故障诊断技术已经无法满足当前社会发展的需求，近些年来，运维管理人员在配电系统建设中慢慢趋于配电网自动化建设，运维管理人员把人工智能运用到了配电网故障定位，诊断和故障恢复中。人工智能能够模拟人类处理问题的过程，在配电网中广泛的应用能够很大程度上提升配电网故障诊断的速率和效率。目前配电网故障诊断过程中采用的方法有：专家系统；人工神经网络；模拟理论；遗传算法；Petri网络等。以下便是对这些方法的详细介绍：

（1）专家系统。这是一个以知识和多年的经验为基础的系统方法。这种通过使用专家知识经验进行解决问题的方法比较依赖与专家的知识经验，但这种专家系统具有启发性，高性能等诸多优点。当配电网发生故障时根据专家的知识经验形成的知识库，通过推理判断确定故障的发生位置。

（2）人工神经网络。通过模仿人的神经系统进行处理传输信息的过程就是人工神经网络，该方法有着一个显著的优点即使用神经元和他们之间的权重来处理问题，这种方法有着非常强的学习能力。在实际应用中，用人工神经网络法来处理配电网故障诊断问题时也有一些缺点：推理能力弱，适应性差，网络训练还需要大量的样本。

（3）模糊理论。将经典理论模糊化的同时引入语言变量的模糊逻辑。该方法有着完善的推理体系，对不确定问题有着很强的适应性。随着模糊理论的不断完善，在配电网故障诊断中也越来越重视这种方法。

（4）遗传算法。这种方法是通过建立诊断的数学模型，再运用遗传算法求解，最终实现配电网故障诊断的方法。遗传算法是运用的全局优化的思想来解决配电网的故障诊断问题的，这种方法较为适合处理复杂故障等问题。在配电网故障诊断过程中运用这种方法可以做到全局最优化和局部最优化的结果，具有较高的容错能力，遗传算法也有自己的缺点即如何能更好更快的建立数学模型。

（5）Petri网络。利用系统中元件之间的相互关系同时利用网络来表示系统中的各种活动并对其进行合理的分析研究。该方法是模拟配电网系统同时出现、次序出现和循环出现故障的主要工具。

3 谐波源定位技术的研究

在配电系统中，为了监测并治理电力系统中非线性负荷产生的大量谐波，就要从谐波源定位入手。谐波源的定位实质上就是检测配电系统侧和用户侧对公共耦合点谐波电流和电压进行研究。当系统侧的影响较大时，就把系统侧视为谐波源，同样，当用户侧的影响较大时就把用户侧视为谐波源。谐波源定位方法主要包括：谐波功率潮流方向法；谐波阻抗检测法；神经网络法；电流矢量法；参考阻抗法等。

基于谐波功率潮流方向的检测方法。该方法最初是HcydtGT提出的，当时这种方法被称为谐波潮流的逆问题。谐波功率潮流方向法又有很多分支：有功率方向法、无功率方向法、同步检测判别法、临界阻抗法、无功率变化法等。基于谐波阻抗的检测方法主要包括：微分方程法，最小二乘系统辨识法，波动量法，双线性回归估计法等。在谐波源定位研究中，运维管理人员发现，基于最小二乘法的谐波源定位方法对四种工况（非主要谐波源存在注入干扰、量测矩阵存在误差、网络存在环路、网络接有补偿电容器）的适应性好，但要增加测量点；谐波最大化的谐波源定位方法可以减少测量点能够在注入干扰和网络存在环路及误差时还有较好的表现，但这种方法会在网络有补偿电容时，准确性下降，这就需要通过测量网络上补偿电容的谐波电流来减小其影响[3]。