彭正陽

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣東 廣州 510000）

0 引 言

低壓配電網(wǎng)是電網(wǎng)的末端，大部分配電側(cè)停電是由分路開關(guān)跳閘引起，但由于分路監(jiān)測(cè)單元未能實(shí)現(xiàn)大范圍推廣應(yīng)用，目前只是進(jìn)行小范圍試點(diǎn)，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)系統(tǒng)難以全面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到分路停復(fù)電，運(yùn)維故障排查及復(fù)電效率不及時(shí)，特別是客戶服務(wù)壓力大。因此，如何精準(zhǔn)判斷配電網(wǎng)停電故障逐漸成為我國學(xué)者研究熱點(diǎn)，文獻(xiàn)[1]利用多源非健全信息融合技術(shù)，設(shè)計(jì)配電網(wǎng)故障研判模型，有效解決故障研判誤差過大問題；文獻(xiàn)[2]針對(duì)配電網(wǎng)故障檢測(cè)水平較低等問題，通過故障的電氣量變化規(guī)律，提出綜合性研判平臺(tái)，可以保障配電網(wǎng)可靠供電。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)供電質(zhì)量的要求逐漸嚴(yán)格，如果配電網(wǎng)出現(xiàn)停電故障，不僅影響用戶的用電體驗(yàn)，而且會(huì)造成供電公司經(jīng)濟(jì)效益的損失。所以本文展開臺(tái)區(qū)故障停電研判方法的深入研究，望有助于降低客服壓力，并提升快速復(fù)電效率。

1 建立臺(tái)區(qū)負(fù)荷驟降特征標(biāo)簽庫

在配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)中，如果出現(xiàn)停電故障，將會(huì)導(dǎo)致臺(tái)區(qū)負(fù)荷驟降，不僅停電故障難以察覺，而且嚴(yán)重影響供電質(zhì)量，所以本文主要研究臺(tái)區(qū)因?yàn)樨?fù)荷驟降導(dǎo)致的停復(fù)電故障研判方法[3]。在進(jìn)行臺(tái)區(qū)故障停電研判時(shí)，首先需要建立負(fù)荷驟降特征標(biāo)簽庫，負(fù)荷驟降的特征參數(shù)主要包括幅值、持續(xù)時(shí)間和相位跳變。負(fù)荷驟降幅值就是負(fù)荷下降的深度，其計(jì)算公式為

式中：F表示臺(tái)區(qū)負(fù)荷驟降幅值參數(shù)；P(γ,δ)表示廣義S變換的幅值矩陣；γ表示負(fù)荷信號(hào)的時(shí)移因子；δ表示負(fù)荷驟降頻率參數(shù)。根據(jù)P(γ,δ)中高頻率分量所對(duì)應(yīng)的列向量，就可以得到臺(tái)區(qū)負(fù)荷信號(hào)的高頻幅值特征，與此同時(shí)，列向量之和可以構(gòu)成臺(tái)區(qū)負(fù)荷信號(hào)的頻譜幅值矩陣，利用矩陣中各幅值所繪制的曲線，則可以真實(shí)呈現(xiàn)出臺(tái)區(qū)負(fù)荷驟降時(shí)間的變化規(guī)律。其中幅值突變時(shí)刻就是臺(tái)區(qū)負(fù)荷驟降的起始與終止時(shí)間，曲線兩尖峰點(diǎn)之中就是負(fù)荷驟降的持續(xù)時(shí)間。而且幅值曲線也呈現(xiàn)了負(fù)荷驟降時(shí)相位跳變規(guī)律，計(jì)算公式為

式中：ω表示臺(tái)區(qū)負(fù)荷驟降相位跳變值。臺(tái)區(qū)負(fù)荷驟降特征量檢測(cè)的主要步驟如下：首先對(duì)待檢測(cè)的負(fù)荷進(jìn)行 S 變換，獲得幅值矩陣 P(γ,δ)與相位矩陣 ω(γ,δ)；其次根據(jù)P(γ,δ)獲得幅值曲線；最后結(jié)合幅值曲線計(jì)算出臺(tái)區(qū)負(fù)荷驟降的幅值、持續(xù)時(shí)間以及相位跳變這3個(gè)特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)特征量的檢測(cè)。通過以上流程對(duì)臺(tái)區(qū)負(fù)荷信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)之后，獲得準(zhǔn)確、直觀的負(fù)荷驟降特征量，進(jìn)而建立臺(tái)區(qū)負(fù)荷驟降特征標(biāo)簽庫，作為臺(tái)區(qū)故障停電研判的數(shù)據(jù)支撐。

2 獲取臺(tái)區(qū)日負(fù)荷特征

目前，我國對(duì)于臺(tái)區(qū)變壓器日負(fù)荷數(shù)據(jù)的采集已經(jīng)有了一些有效的方案，本文主要通過布置傳感器來采集日負(fù)荷數(shù)據(jù)。傳感器的布設(shè)需要滿足以下要求：傳感器應(yīng)面向變壓器，并且距離變壓器的距離應(yīng)盡量不超過0.5 m，同時(shí)傳感器與地面之間的距離控制在1 m左右。利用傳感器采集臺(tái)區(qū)日負(fù)荷數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)使變壓器處于最高工作流量下，且在變壓器運(yùn)行半個(gè)小時(shí)之后再進(jìn)行采集。對(duì)臺(tái)區(qū)變壓器日負(fù)荷數(shù)據(jù)的采集方案設(shè)計(jì)主要分為2個(gè)部分，一是最佳數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位置的布置，臺(tái)區(qū)變壓器運(yùn)行結(jié)構(gòu)復(fù)雜，布置的傳感器不能對(duì)變壓器穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)造成影響；二是數(shù)據(jù)采集點(diǎn)時(shí)間的設(shè)置，為確保采集負(fù)荷數(shù)據(jù)的質(zhì)量，需要在變壓器運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。在利用上述方案采集臺(tái)區(qū)日負(fù)荷數(shù)據(jù)過程中，由于傳感器自身的不穩(wěn)定性以及外界環(huán)境等因素的影響，會(huì)造成某些負(fù)荷數(shù)據(jù)丟失或異常，所以為獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，本文需要對(duì)采集的臺(tái)區(qū)日負(fù)荷進(jìn)行缺失值處理、數(shù)據(jù)降噪等操作。首先通過多元線性回歸模型對(duì)日負(fù)荷數(shù)據(jù)的缺失值進(jìn)行插補(bǔ)，此方法可以利用負(fù)荷數(shù)據(jù)之間的相關(guān)關(guān)系，客觀地補(bǔ)齊缺失值。假設(shè)某傳感器丟失的變壓器符合數(shù)據(jù)α為因變量，其他n個(gè)傳感器采集的正常數(shù)據(jù)β1,β2,…βn為自變量，多元線性回歸模型為

式中：k0、k1、k2、kn分別表示相關(guān)系數(shù)。將自變量帶入該模型中即可獲得臺(tái)區(qū)日負(fù)荷數(shù)據(jù)的缺失值。然后對(duì)臺(tái)區(qū)日負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，噪聲就是負(fù)荷數(shù)據(jù)中偏離期望值的數(shù)據(jù)變動(dòng)，不僅會(huì)對(duì)特征提取造成干擾，而且會(huì)影響故障停電研判精度。數(shù)據(jù)噪聲主要產(chǎn)生在數(shù)據(jù)采集與傳輸過程中，所以本文結(jié)合噪聲產(chǎn)生路徑采取合適的措施過濾掉這些噪聲。綜合考慮臺(tái)區(qū)日負(fù)荷信號(hào)與噪聲信號(hào)的實(shí)際波動(dòng)情況，采用離點(diǎn)群分析法進(jìn)行臺(tái)區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)的去噪，該方法就是通過聚類來檢測(cè)離群的噪聲數(shù)據(jù)點(diǎn)，并將這些噪聲點(diǎn)稱為簇，在同一個(gè)簇中的數(shù)據(jù)之間具有較高的相似性，且與其他簇內(nèi)的數(shù)據(jù)之間具有較高的差異性，然后將那些與正常負(fù)荷數(shù)據(jù)表現(xiàn)不一致的噪聲點(diǎn)進(jìn)行刪除，從而實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)的去噪。由于傳感器采集的臺(tái)區(qū)變壓器日負(fù)荷數(shù)據(jù)是瞬時(shí)數(shù)據(jù)，如果根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行故障停電研判，則無法確保研判效果與效率，因此需要從這些瞬時(shí)數(shù)據(jù)中提取到相應(yīng)的特征值，本文引入小波變換來提取負(fù)荷特征，表達(dá)式為

式中：f '(u,v)表示負(fù)荷信號(hào)的u與v的小波變換；t表示時(shí)間序列；ψ[t]表示母小波函數(shù)。通過小波變換可以實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)日負(fù)荷時(shí)間特征的分解，將不同時(shí)間特征的負(fù)荷信號(hào)投影到不同尺度上，可以呈現(xiàn)出臺(tái)區(qū)負(fù)荷時(shí)間特征的周期性，進(jìn)而提取出各個(gè)子序列的周期特征。最后根據(jù)提取的特征來繪制臺(tái)區(qū)負(fù)荷區(qū)間特征曲線，作為臺(tái)區(qū)用電特征基礎(chǔ)曲線，并根據(jù)最新采集數(shù)據(jù)更新特征曲線，從而生成用戶動(dòng)態(tài)負(fù)荷特征區(qū)間畫像[4,5]。

3 設(shè)計(jì)臺(tái)區(qū)故障停電研判策略

為了便于描述本文所設(shè)計(jì)臺(tái)區(qū)故障停電研判策略的機(jī)理，首先需要計(jì)算出臺(tái)區(qū)饋線中各開關(guān)的負(fù)荷占比μ為

式中：Qi表示臺(tái)區(qū)第i個(gè)開關(guān)流經(jīng)的功率參數(shù)；Q1表示臺(tái)區(qū)饋線出口開關(guān)流經(jīng)的功率參數(shù)。當(dāng)臺(tái)區(qū)出現(xiàn)故障停電時(shí)，輸電線路中停電負(fù)荷將會(huì)超出繼電保護(hù)整定值，導(dǎo)致停電負(fù)荷附近的開關(guān)i出現(xiàn)跳閘，控制配變變壓器負(fù)荷被切除，從而造成負(fù)荷驟降，如果不考慮輸電線路電能損耗，那么負(fù)荷驟降的幅度與開關(guān)負(fù)荷占比參數(shù)一致。所以如果可以獲得臺(tái)區(qū)開關(guān)負(fù)荷占比，那么就可以利用負(fù)荷驟降數(shù)據(jù)來判斷故障停電位置。因此，本文所設(shè)計(jì)臺(tái)區(qū)故障停電研判策略的機(jī)理就是利用負(fù)荷驟降特征與日負(fù)荷特征，在臺(tái)區(qū)出現(xiàn)故障停電之后，根據(jù)傳感器采集的各變壓器日負(fù)荷特征進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，獲取停電時(shí)刻各變壓器的負(fù)荷，再參考臺(tái)區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的拓?fù)潢P(guān)系，就可以得到開關(guān)負(fù)荷占比，最后結(jié)合負(fù)荷驟降特征實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)故障停電判斷。綜上所述，本文所設(shè)計(jì)臺(tái)區(qū)故障停電研判策略的實(shí)現(xiàn)步驟如圖1所示。

圖1 臺(tái)區(qū)故障停電研判流程

如圖1所示，在進(jìn)行臺(tái)區(qū)故障停電研判時(shí)，首先根據(jù)臺(tái)區(qū)饋線有功負(fù)荷，獲取負(fù)荷驟降特征，并建立特征庫；然后采集故障停電前30 d的變壓器有功功率歷史數(shù)據(jù)，并提取出日負(fù)荷特征；再結(jié)合日負(fù)荷特征預(yù)測(cè)出停電時(shí)刻的變壓器負(fù)荷值。本文主要基于相似日來計(jì)算負(fù)荷的預(yù)測(cè)值，對(duì)于臺(tái)區(qū)的同1個(gè)變壓器，可以將相似日的變壓器負(fù)荷當(dāng)作停電時(shí)刻的負(fù)荷，所以相似日的選取是研判策略中的關(guān)鍵。引入加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)值來選取相似日，假設(shè)停電日之前30 d內(nèi)臺(tái)區(qū)的負(fù)荷特征集合為Z0=[Z01,Z02,…,Z0N]，且其中第i天的負(fù)荷特征為Zi=[Zi1,Zi2,…,Zij]，其中i=1,2,3,…,30，那么將停電日的負(fù)荷特征Z0當(dāng)作母序列，Zi當(dāng)作子序列，就可以獲取二者之間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)Gij為

式中：ζ表示分辨系數(shù)。結(jié)合加權(quán)系數(shù)，計(jì)算出第i天臺(tái)區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)為

式中：wj表示權(quán)重；G0表示臺(tái)區(qū)日負(fù)荷加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)，該系數(shù)越大，說明母子序列之間的相似性越大。選取最大灰色關(guān)聯(lián)度系數(shù)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間作為臺(tái)區(qū)負(fù)荷預(yù)測(cè)的相似日，根據(jù)相似日預(yù)測(cè)停電日的負(fù)荷特征。最后根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)值獲取開關(guān)負(fù)荷占比，結(jié)合負(fù)荷驟降特征實(shí)現(xiàn)停電研判以及定位。

4 實(shí)例分析

下面將本文所設(shè)計(jì)基于負(fù)荷驟降的臺(tái)區(qū)故障停電研判方法應(yīng)用于工程實(shí)例中，并選取基于邊端協(xié)同的故障研判方法和基于多源數(shù)據(jù)的故障研判方法作為本次實(shí)驗(yàn)的對(duì)照組，進(jìn)行對(duì)比分析。在該實(shí)例中，用戶報(bào)修停電有30種，計(jì)劃停電有25種，中壓線路停電有25種。本章主要根據(jù)該臺(tái)區(qū)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障停電研判實(shí)驗(yàn)，如圖2所示。

圖2 臺(tái)區(qū)運(yùn)行狀態(tài)

針對(duì)圖2中臺(tái)區(qū)故障停電，分別使用文中上述所提3種方法對(duì)用戶報(bào)修故障、計(jì)劃故障、中壓線路故障進(jìn)行研判，并對(duì)比這3種研判方法的精度，研判結(jié)果對(duì)比如圖3所示。

由圖3可知，在本次測(cè)試的10 h期間，基于邊端協(xié)同的故障研判方法平均研判誤差為8.63%，基于多源數(shù)據(jù)的故障研判方法平均研判誤差為7.28%，本文所設(shè)計(jì)研判方法的平均研判誤差為2.33%，較實(shí)驗(yàn)對(duì)照組降低6.3%、4.95%。由此可以說明，對(duì)照組方法雖然可以進(jìn)行分路跳閘的停電判斷，但其準(zhǔn)確性不高，存在誤報(bào)率較高等問題，而本文所設(shè)計(jì)基于負(fù)荷驟降的故障停電研判方法具有較高的精度，可以滿足臺(tái)區(qū)故障研判需求，進(jìn)而有效支撐客戶服務(wù)和快速復(fù)電業(yè)務(wù)。

5 結(jié) 論

針對(duì)配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)分路跳閘停電判斷不及時(shí)和誤報(bào)率較高等問題，本文研發(fā)一種基于臺(tái)區(qū)電流特征區(qū)間畫像的負(fù)荷驟降停電研判方法，通過采集臺(tái)區(qū)變壓器的負(fù)荷數(shù)據(jù)繪制出臺(tái)區(qū)負(fù)荷區(qū)間特征曲線，結(jié)合負(fù)荷驟降特征標(biāo)簽庫來對(duì)停電故障進(jìn)行判斷。該方法不僅實(shí)現(xiàn)了臺(tái)區(qū)因?yàn)樨?fù)荷驟降導(dǎo)致的停復(fù)電準(zhǔn)確性判斷，而且解決了分路停復(fù)電的有效監(jiān)測(cè)，通過技術(shù)手段填補(bǔ)了業(yè)務(wù)盲區(qū)，維持配電網(wǎng)臺(tái)區(qū)穩(wěn)定。