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(1.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 河南 鄭州 450052;2.國網(wǎng)河南省電力公司洛陽供電公司, 河南 洛陽 471009;3.上海電力學(xué)院, 上海 200090; 4.國網(wǎng)河南省電力公司, 河南 鄭州 450018)

提高配電網(wǎng)停電管理的工作效率,減少客戶停電時間,對提升供電服務(wù)水平極其重要。準(zhǔn)確、快速定位配電網(wǎng)中的故障,并恢復(fù)供電是配電網(wǎng)管理系統(tǒng)的重要功能。

目前故障定位的方法有行波法、基于阻抗的故障定位、基于電壓跌落的方法、基于知識的方法、信息集成的方法等[1-2]。隨著智能電表在配電網(wǎng)中的普及,利用智能電表信息進(jìn)行停電管理、故障定位的研究也隨之興起[3-4]。

由于配電網(wǎng)中不同業(yè)務(wù)部門根據(jù)其自身的需求已開發(fā)了眾多的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng),每個應(yīng)用系統(tǒng)從不同的角度提供有關(guān)停電故障的信息。例如,客戶通過客戶服務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行故障報修,描述了在客戶側(cè)發(fā)現(xiàn)的停電故障;配電自動化系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)對配電網(wǎng)拓?fù)浼爸骶W(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行建模,通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)獲取關(guān)于饋線上出口開關(guān)、分支線開關(guān)的狀態(tài),以及相關(guān)的電壓、電流信息;用戶信息采集系統(tǒng)用于維護(hù)表計與客戶的關(guān)聯(lián)關(guān)系,以及表計、表箱的狀態(tài)與數(shù)據(jù);生產(chǎn)管理系統(tǒng)則可以提供計劃停電信息,以及配電網(wǎng)中的設(shè)備資產(chǎn)信息。如何對這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息進(jìn)行集成來實現(xiàn)配電網(wǎng)故障的快速準(zhǔn)確定位的研究值得關(guān)注。文獻(xiàn)[5]根據(jù)故障指示器的相鄰關(guān)系來判斷配電網(wǎng)故障線路段,并根據(jù)智能表計、表箱、配電變壓器(以下簡稱“配變”)之間的關(guān)系來定位故障區(qū)域。文獻(xiàn)[6]利用詳細(xì)的饋線模型和配電系統(tǒng)智能電子設(shè)備(Intelligent Electronic Device,IED)的故障事件報告,確定故障類型并進(jìn)行故障定位。文獻(xiàn)[7]基于統(tǒng)一的配電網(wǎng)模型和配用電信息集成,探討了停電分析的關(guān)鍵技術(shù)。文獻(xiàn)[8]將生產(chǎn)管理系統(tǒng)中的停電信息與電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)的停電線段(或用戶)和停電時間進(jìn)行匹配,以實現(xiàn)停電原因的自動集成。文獻(xiàn)[9]對配電網(wǎng)故障征兆信息進(jìn)行了分類,通過量子遺傳算法和小波分析來判斷故障類型,并采用D-S證據(jù)理論進(jìn)行信息融合,提高了故障研判的效率和準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[10]則在調(diào)度運(yùn)行管理系統(tǒng)與其他系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,依據(jù)電網(wǎng)拓?fù)?、站—線—配變—用戶信息、開關(guān)動作信息、配變信息、故障指示器信息等進(jìn)行故障研判,實現(xiàn)了配電網(wǎng)調(diào)度與搶修指揮業(yè)務(wù)的融合。

為了快速定位中壓、低壓配電網(wǎng)中的故障,本文根據(jù)停電事件的觸發(fā)類型、多源信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,研究了基于多源數(shù)據(jù)的停電故障研判方法,并通過停電事件信息池的設(shè)計,用以加快停電故障的研判以及在多個應(yīng)用之間的共享。

1 多源數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系

隨著智能配電網(wǎng)建設(shè)的深入,電力企業(yè)已建有多個信息與自動化系統(tǒng),以支持配電網(wǎng)的管理。典型的系統(tǒng)有客戶服務(wù)管理系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)、用戶信息采集系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等。圖1為一條饋線上典型的中低壓配電網(wǎng)示意。

圖1 一條饋線上典型的中低壓配電網(wǎng)示意

客戶的故障投訴信息將匯總到客戶服務(wù)管理系統(tǒng)(95598);客戶處安裝了智能電表,客戶關(guān)聯(lián)的表計及表計關(guān)聯(lián)的表箱信息已錄入用戶信息采集系統(tǒng);如果配電自動化已覆蓋該饋線,即饋線上裝設(shè)有饋線終端單元(Feeder Terminal Unit,FTU)、配電終端單元(Distribution Terminal Unit,DTU)或故障指示器等配電終端,配電自動化系統(tǒng)提供了配變、分支線開關(guān)、饋線開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù),則可從調(diào)度自動化系統(tǒng)獲取變電站的運(yùn)行狀態(tài)信息。

客戶服務(wù)管理系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)、用戶信息采集系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)可以對同一個配電網(wǎng)的不同方面進(jìn)行描述;而營配信息的貫通則可實現(xiàn)各業(yè)務(wù)應(yīng)用所收集的基礎(chǔ)信息在各部門、各環(huán)節(jié)之間的自由流轉(zhuǎn)與共享。營配貫通模式下,各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息需要相互之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系,如圖2所示。

圖2 多源信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系

依據(jù)圖1中從變電站開始的向下供電路徑,可將圖2中多源信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系梳理如下:

(1) 饋線與變電站之間是多對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系,即一個變電站可能會有多條饋線出線,一條饋線也可能關(guān)聯(lián)到多個變電站;

(2) 饋線與饋線開關(guān)之間為一對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系,即一條饋線上可以有多個饋線開關(guān),但一個饋線開關(guān)僅關(guān)聯(lián)到一條饋線上;

(3) 饋線與分支線路之間為一對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系,即一條饋線下有多條分支線,但分支線僅與一條饋線關(guān)聯(lián);

(4) 分支線與分支開關(guān)之間為一對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系,即分支線上有多個分支開關(guān),但分支開關(guān)僅關(guān)聯(lián)一條分支線;

(5) 分支線與配變之間為一對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系,即一條分支線下會有多個配變,但配變僅關(guān)聯(lián)一條分支線;

(6) 一個配變可為多個客戶供電,配變和表計之間為一對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系,即配變可關(guān)聯(lián)多個表計,但表計僅關(guān)聯(lián)一個配變;

(7) 客戶與一個或多個智能電表關(guān)聯(lián),一個表箱中會部署多個電表,即客戶與表計之間為一對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

利用多源數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,可以在某些地點故障信息缺失的情況下,利用拓?fù)渖匣蚬芾韺蛹壣纤P(guān)聯(lián)的上級或鄰近信息來快速定位中低壓配電網(wǎng)中的故障。

2 停電事件信息池

待研判的停電事件經(jīng)觸發(fā)后,首先進(jìn)入停電事件信息池。停電事件信息池是多個應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行停電事件共享管理的場所。

配電網(wǎng)中停電事件的觸發(fā)條件包括:來自生產(chǎn)管理系統(tǒng)的計劃停電,來自用戶信息采集系統(tǒng)的欠費停電,來自客戶服務(wù)管理系統(tǒng)的客戶報修,來自調(diào)度自動化系統(tǒng)或配電自動化系統(tǒng)的線路跳閘,來自配電自動化系統(tǒng)的配變停電等。停電事件創(chuàng)建后,可以根據(jù)觸發(fā)條件及外部接口進(jìn)行停電故障研判分析。停電故障研判分析結(jié)果將進(jìn)入停電信息池,以完善停電事件信息。圖3為停電事件信息池與停電故障研判模塊之間的關(guān)系。

圖3 停電事件信息池與停電故障研判的關(guān)系

經(jīng)停電研判分析后的停電事件包含停電設(shè)備、停電范圍、停電原因、停電時間、計劃送電時間、實際送電時間等屬性。停電事件信息池中停電事件的狀態(tài)分為:“待確認(rèn)”“確認(rèn)屬實”“確認(rèn)不屬實”“已銷毀”。確認(rèn)屬實的停電事件信息將報送至國網(wǎng)95598系統(tǒng)。

3 基于多源數(shù)據(jù)的停電故障研判

拓?fù)浞治鍪峭ｋ姽收涎信械闹匾A(chǔ)。但在實際應(yīng)用中,中壓和低壓配電網(wǎng)模型存在多變且難以獲取準(zhǔn)確拓?fù)湫畔⒌膯栴},因此可以結(jié)合配電自動化、調(diào)度自動化、用電信息采集、計劃/故障停電、95598客戶報修、用戶欠費及臺區(qū)低壓設(shè)備拓?fù)涞葼I配融合信息,進(jìn)行停電故障研判。

對于計劃停電、欠費停電這兩類停電事件,可以直接根據(jù)拓?fù)鋪砼袛嗤ｋ姺秶?不需要進(jìn)行額外的故障研判分析。本文主要針對客戶報修、線路跳閘、配變停電這3類停電事件,設(shè)計了基于多源信息關(guān)聯(lián)的停電故障研判搜索方法。

3.1 線路跳閘觸發(fā)的停電事件

配電自動化檢測到線路開關(guān)跳閘后,將觸發(fā)一個停電事件。故障點一般會位于最近的一個配電終端的下游。其故障研判搜索過程描述如下:

(1) 如果停電事件信息池中已有一個停電事件的停電范圍覆蓋了該線路,則停止故障研判搜索過程;

(2) 根據(jù)配電網(wǎng)拓?fù)?取回饋線上所有開關(guān)信息,形成開關(guān)之間的上下游關(guān)系;

(3) 取回饋線上所有配電終端的信息,包括相鄰終端的上下游屬性;

(4) 根據(jù)上下游配電終端的觸發(fā)啟動信息,來判斷故障位置。

3.2 配變停電觸發(fā)的停電事件

用戶信息采集系統(tǒng)檢測到配變停電,將觸發(fā)一個停電事件。其故障研判搜索過程描述如下:

(1) 如果停電事件信息池中已有一個停電事件停電范圍覆蓋了該配變,則停止故障研判搜索過程;

(2) 根據(jù)配變與分支線的關(guān)聯(lián)關(guān)系,取回該分支線下的所有配變以及分支線開關(guān)的狀態(tài),判斷是否為單臺配變故障;

(3) 如果分支線開關(guān)狀態(tài)不可用,則根據(jù)分支線下其他配變的狀態(tài)來判斷是否分支線故障;

(4) 如果分支線下其他配變狀態(tài)不可用,則根據(jù)分支線與饋線的關(guān)聯(lián)關(guān)系,取回饋線開關(guān)的狀態(tài),按照線路跳閘觸發(fā)的停電事件故障研判搜索過程中的第(2)～第(4)步進(jìn)行故障位置判斷。

3.3 客戶報修觸發(fā)的停電事件

客戶服務(wù)管理系統(tǒng)收到客戶報修電話后,將在系統(tǒng)中生成一個停電事件,并提交至停電事件信息池。其故障研判搜索過程描述如下:

(1) 如果停電事件信息池中已有一個停電事件的停電范圍覆蓋了該報修的客戶,則停止故障研判搜索過程;

(2) 根據(jù)客戶與表計的關(guān)聯(lián)關(guān)系,確定與該用戶相關(guān)的表計、表箱以及配變信息;

(3) 如果上一步的表計無電或表計信息有缺失,則根據(jù)配變與表計的關(guān)聯(lián)關(guān)系取回該配變下所有的表箱和表計信息;

(4) 如果該配變下表箱和表計無電或信息缺失,則檢查配變狀態(tài);

(5) 如果配變狀態(tài)無電,則根據(jù)配變與分支線的關(guān)聯(lián)關(guān)系,取回該分支線下的所有配變以及分支線開關(guān)的狀態(tài);

(6) 如果分支線開關(guān)狀態(tài)不可用,則根據(jù)分支線下其他配變的狀態(tài)來判斷故障位置;

(7) 如果分支線下其他配變狀態(tài)不可用,則根據(jù)分支線與饋線的關(guān)聯(lián)關(guān)系,取回饋線開關(guān)的狀態(tài),按照線路跳閘觸發(fā)的停電事件故障研判搜索過程中的第(2)～第(4)步進(jìn)行故障位置判斷。

4 停電故障研判過程示例

以圖4的客戶報修觸發(fā)停電事件的故障研判流程為例來說明本文所提出的基于多源信息關(guān)聯(lián)的故障研判方法。假設(shè)圖1中的客戶1撥打95598發(fā)起一個故障報修,由此觸發(fā)一個停電事件。系統(tǒng)首先檢查此停電事件是否已存在于停電事件信息池中,根據(jù)停電事件信息池中的停電事件狀態(tài)回復(fù)客戶。如果是一個新的停電事件,則添加至停電事件信息池,并按照圖4所示的客戶、表計、同表箱其他表計、相鄰表箱表計、配變、同分支線路其他配變、分支線、饋線的信息,向上溯源以判斷停電故障是否為客戶內(nèi)部故障、單戶表計故障、表箱故障或表前低壓故障、低壓故障、單臺配變故障、多臺配變故障或分支線故障、干線故障、饋線故障,為故障搶修人員提供準(zhǔn)確有效的信息,縮短客戶故障停電時間。

圖4 客戶報修觸發(fā)的停電事件研判流程

5 結(jié) 語

利用配電網(wǎng)中客戶、表計、表箱、配變、分支線、饋線之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,在部分停電故障信息缺失的情況下,采用本文提出的基于多源信息的配電網(wǎng)停電故障研判方法,可以進(jìn)行中低壓配電網(wǎng)故障定位,而停電故障研判的分析結(jié)果可以對停電事件信息池中的事件處理進(jìn)行完善。