基于可靠性为导向的配电网现状诊断方法分析

国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司 朱 莹 周 宪 常 颢

目前，随着经济的不断发展，人们对电能的需求越来越大，传统的配电网已经无法满足人们的需求，经常会出现故障导致局部停电，对生产生活造成巨大影响。为解决这一问题，本公司主动进行改革和创新，引入先进的技术以及时发现和解决故障问题。现阶段，本公司配电网现状问题诊断工作涉及PMS3.0、调度、用采2.0、配电自动化、配网工程管控等多个系统，为解决系统关联性不强、数据融合度低以及评估工作成本高、时间长、时效性不足等问题，有必要基于开展以可靠性为导向的配电网现状诊断方法的研究，实现从供电可靠性入手的故障诊断与处理，提高配电网运行的可靠性，降低故障发生概率。

1 基于可靠性的配电网诊断方法

现阶段，本公司配电网存在多层面问题，如问题诊断时PMS3.0、调度、用采2.0、配电自动化、配网工程管控等多个系统的应用问题等。由于系统较多、相关设计不够统一，导致信息数据的关联性不强、综合利用和挖掘深度不够等，进而影响配电网运行可靠性，不利于本公司故障诊断工作的开展。不仅如此，在配电网现状评估工作中，传统诊断方式仍影响着目前的工作，如人工诊断，在工作中耗费的成本较多且最终的评价成效缺乏有效的参考依据，工作实效难以得到保障。针对上述问题，本文基于开展以可靠性为导向的配电网现状诊断方法的研究，实现从供电可靠性、电网结构、供电能力、智能化及绿色发展等多维度问题诊断的要求，提升配电网精益化管理水平。

本文主要通过融合PMS3.0、用采2.0、配电自动化等相关系统数据以及基于网架的图形拓扑，针对公司本部开展基于多源数据融合的中压配电网现状数据分析工作，完成配电网数据融合、可靠性分析、配电网拓扑分析、网架指标计算、现状问题分析工作。本文根据项目目标开展配电网诊断分析工作，并进一步确定项目研究范围，具体包含以下几方面内容。

对配电网进行可靠性分析。以2023年辖区内停电事件为研究对象，分析停电总时户数、计划停电时户数、年度故障停电时户数（包括年度故障停电时户数是否超200时户）、除重合闸成功的年度强停故障次数（判断年度强停故障次数是否超3次）、线路重复停电次数、重复停电配变台数等可靠性相关数据，期间灵活调整分析维度，比如网格分析、线路分析等，为配网现状诊断提供导向性支撑。

基于可靠性进行配电网现状诊断分析。在实际工作中，本公司基于可靠性制定配电网现状评价体系，对网架单线图进行拓扑解析，根据分析结果对线路的接线方式、N-1通过情况、供电半径情况、大分支情况、开关段分段、联络线路、无效联络、接线组接线方式等进行分析研究，最终为现状诊断提供问题支撑。

根据诊断结果进行项目的规划。在实际工作中，本公司从问题、项目的维度进行投资策略评估，最终形成规划项目的建设，并对建设完工项目进行项目后评估[1]。

2 优化故障诊断方法，加强流程设计

本公司比较常用的故障诊断方法如下。

第一，利用神经网络方法（ANN）进行诊断。该方法主要是分析人脑组织结构，对人的认知行为展开研究，模仿人脑分析问题的过程对故障进行分析。应用该方法时，需要采集故障诊断方面的信息作为学习样本，根据样本确定神经网络结构、如卷积神经网络；进一步确定学习算法、如梯度下降法；还要确定参数如迭代次数。该方法在中小规模电路故障诊断中发挥了重要的作用，取得了良好的应用效果。

第二，利用专家评估方法（ES）进行分析。该方法主要模拟专业人员分析、推理、决策的过程。要想让该方法发挥作用，需要合理利用知识库，在模糊推理、逻辑推理等技术的帮助下，快速确定故障发生的原因，同时还能预测故障带来的实际影响，提出合理的维修方案，为维修人员提供参考。需要注意的是，注重知识库、技术体系的适时完善与优化，确保技术方法应用的实效性。

第三，使用Petri 网方法开展诊断作业。Petri网本质上属于数学工具，能够对离散事件进行准确描述，在该技术方法的应用下可准确掌握系统状态。应用这一方法时需要构建Petri 网模型，明确故障状态的定义，根据Petri 网模型中托肯的分布和变迁状况进行诊断，由此得到故障分析结果。

第四，利用贝叶斯网络方法进行诊断。贝叶斯网络运用了概率论的知识，可以从图模型中分析各个变量的联系。可以利用该方法设计故障模型，确定系统常规状态、异常状态以及不同状态的转换关系，对系统进行分析，掌握系统当前的状态。

诊断算法会对故障诊断的准确率产生影响，应当对其进行优化，调整概率分布，运用先进的推理算法，保证故障识别的准确性。本公司根据实际问题和现实需求合理应用诊断方法，制定科学的配电网现状评价体系，对网架单线图进行拓扑解析，根据分析结果对线路的接线方式、N-1通过情况、供电半径情况进行研究，为现状诊断提供问题支撑。

开展配电网现状诊断工作时，本公司主要选用专家法，借助专家经验进行关联分析，以此科学确定指标权重，实施诊断的具体流程为先进行数据融合，包括配电网数据字段、跨专业异构数据等，之后开展问题诊断，包括定性分析以及定量诊断两个方面，最后则实施决策分析，包括网架优化、辅助展示等。表1为专家法诊断本公司配电网运行至今的故障定性分析报告[2]。

表1 专家法诊断故障定性分析报告

对当前的评价体系进行分析可以发现，很多电力企业往往会参考统一的指标，并未建立一套更为全面的评价体系，本公司在故障诊断工作中也因为这一问题受到了影响。为了更好地达到增强配网可靠性的目的，本文进行研究和创新，尝试构建国网信息模型将各类数据信息整合到一起，为了更好地处理数据，还要运用先进的技术来发现配网中不够稳定的部分，整体流程大致如图1所示。

图1 配电网现状诊断系统架构

相关诊断系统可以对跨专业异构数据进行整合，还可以从数据物理表中采集数据、获取各类数据，以此来整合数据。在系统故障诊断中，一方面要展开定性分析，在分析的过程中主要参考规划与运检的核心业务规划清单；另一方面要展开定量诊断，在诊断的过程中需要运用先进的诊断方法、包括大数据分析方法，对海量的数据进行分析，同时还要运用层次分析法。在决策分析的部分，需要在设备的帮助下掌握指标的相关信息，为决策分析提供参考，作出科学的决策。

本人根据项目实际情况，从DMS 系统和PMS系统中获取数据，再对这些数据进行处理形成标准的数据，表2为数据抽取的范围和频率情况，这些数据将会成为配网现状诊断的重要基础。

表2 配电网现状诊断数据归集

在实际诊断中，应当做好充分的前期准备工作，获取完整的数据信息，为诊断提供参考。本人根据工作中的实际情况确定诊断指标，并根据这些指标构建了模型，加深对配电网现状问题的研究。在对模型进行优化的过程中，分析了配网常见的问题，根据具体问题进行改进，在保障配网运行质量的同时降低运行损耗。本文认为，有必要发挥信息技术在问题诊断方面的应用，利用可视化设计针对诊断结果对配网现状展开分析[3]。

3 创新基于可靠性约束的配网故障指示器布点方法

本文在研究中假设已经得到了网络拓扑的有关情况，同时还掌握了负荷相关的情况，为模型的建设奠定良好的基础。

首先，对限定故障集合进行分析，如果其中存在单个馈线段的故障，可以进一步完善，保证故障集合的完整性；其次，在实际运行的过程中，一般会呈现为放射状的形式，馈线在起始的部位需要安装断路器，该部位没有设置重合器，在这种情况下馈线会划分为不同的支路，需要引入分段刀闸，将其设置在每条支路的开始处和终止处，通过这种方式断开故障区域；再次，为了及时获得准确的信息，需要引入故障指示器，利用该装置分析当前的运行情况，判断电流是否异常；最后，如果故障比较严重、持续时间较长，刀闸就会发挥作用，将发生故障的部分和其他区域隔断，避免其他区域受到影响。工作人员可以对断路器重合闸进行控制，让其他区域正常运行[4]。

本公司基于配电网可靠性的角度出发，基于用户用电需求进行电网故障诊断，并明确以下指标：用户平均停电次数（AITC）、用户平均停电时间（AIHC）、系统平均停电次数（SITC）、系统平均停电时间（SIEH）以及系统缺供电量期望（ENS）。配电网运行中会用到故障指示器，本文依靠这一装置对配电网进行可靠性评估，并创建最小化系统年平均中断持续时间的目标函数，即minrSIEH，该目标函数可让故障隔离更加有序的执行[5]。

本文根据项目实际概况，为解决上述系统关联性不强、数据融合度低以及评估工作成本高、时间长、时效性不足等问题，开展以可靠性为导向的配电网现状诊断方法的研究，实现从供电可靠性角度入手的故障诊断分析，创建最小化投资成本模型，以此降低投资运维与失电成本，该模型的目标函数如下所示[6]：

上述公式中：CF1指的是单个故障指示器运行时的投资运维成本；ω指的是单位失电成本；i和j分别代表不同的节点，uij为馈线段ij上故障指示器的安装情况，其中uij=0为未安装，uij=1为已安装；rENS指的是系统缺供电量期望。本文对这一模型进行测试，分别在未安装和已安装故障指示器的情况下进行探究，得知系统的SIEH 值分别为1.4809和0.6344。此外，min 函数即为求得最小值参数的函数，本次研究是求得最小投资成本。

综上所述，本文通过对配电网运行现状的问题诊断和辅助分析，针对泰州本部开展基于多源数据融合的中压配电网现状数据分析工作，完成配电网数据融合、可靠性分析。经过调查得知，经过优化设计后的配电网系统成功解决了以往系统关联性不强、数据融合度低以及评估工作成本高、时间长、时效性不足等问题，优化时要根据项目目标确定研究范围，不断完善、更新故障诊断方法，创新基于可靠性约束的配网故障指示器布点方法等，以此优化配电网运行状态。