劉 鎏

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司恩施供電公司，湖北 恩施 445000）

0 引 言

目前，配電網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成了現(xiàn)代化體系，具有線路多、元件多、配電區(qū)域廣以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)?，F(xiàn)代化配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的概率高，如接地故障、短路故障等。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，相關(guān)系統(tǒng)和平臺(tái)會(huì)反饋出大量的信息，雖然當(dāng)前配電技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了較高的水平，且配電網(wǎng)信息化建設(shè)也在不斷推進(jìn)，但是這些故障信息中依然會(huì)包含一些不相關(guān)的信息，增大了工作人員判斷配電網(wǎng)運(yùn)行故障位置的難度，導(dǎo)致配電網(wǎng)運(yùn)行故障不能得到及時(shí)處理。因此，需要采取有效手段對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行故障進(jìn)行精準(zhǔn)定位?；谝陨蠁?wèn)題，文章提出基于粗糙集理論的配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位方法。

1 配電網(wǎng)運(yùn)行故障樣本采集

配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位在故障信息樣本的綜合分析基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，因此故障樣本采集是故障定位的首要任務(wù)。將配電網(wǎng)配電區(qū)域內(nèi)用戶投訴信號(hào)和配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)作為采樣對(duì)象，通過(guò)無(wú)線傳感器采集故障樣本[1]。利用差分法確定周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)，其計(jì)算公式為

式中：n表示一個(gè)采樣周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)；w表示配電網(wǎng)運(yùn)行故障發(fā)生頻率；Δt表示采樣時(shí)間間隔。利用式（1）確定采樣點(diǎn)數(shù)，由無(wú)線傳感器向每個(gè)采樣點(diǎn)發(fā)射脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)反射被信號(hào)接收器接收，并由讀取器讀取[2]。利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將讀取到的故障信號(hào)樣本發(fā)送至計(jì)算機(jī)，用于后續(xù)故障定位決策。

2 基于粗糙集理論的故障定位決策表生成

本次采用粗糙集理論綜合分析故障信息，以決策表的形式對(duì)故障信息進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)故障定位決策，并生成初始決策表。為適應(yīng)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多變性，在構(gòu)建決策表之前，使用編碼技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型[3]。將配電網(wǎng)首個(gè)節(jié)點(diǎn)編碼為1，從首節(jié)點(diǎn)開(kāi)始編程，表示為

式中：G表示配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的首節(jié)點(diǎn)；Un表示當(dāng)前采樣節(jié)點(diǎn)；E表示當(dāng)前節(jié)點(diǎn)編碼；P表示子編碼[4]。

檢查配電網(wǎng)所有元件的首節(jié)點(diǎn)是否存在與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)相連的元件。如果有，則找到該元件。該元件編碼公式為

式中：Y表示配電網(wǎng)元件編碼。

如果沒(méi)有，則在配電網(wǎng)所有配電區(qū)域中查找與當(dāng)前節(jié)點(diǎn)相連的區(qū)，并用式（3）對(duì)配電區(qū)進(jìn)行編碼。

按照上述步驟對(duì)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的所有元件和配電區(qū)域進(jìn)行編碼，并對(duì)生成的故障定位決策表作出如下約定[5]：約定1，將配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中變壓器、線路等均視作一個(gè)元件；約定2，配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中任何一個(gè)元件都處于2 個(gè)節(jié)點(diǎn)之間；約定3，將流過(guò)元件的功率輸入側(cè)的節(jié)點(diǎn)作為元件首節(jié)點(diǎn)，將流過(guò)元件的功率輸出側(cè)的節(jié)點(diǎn)作為元件末節(jié)點(diǎn)。

在上述設(shè)定的約定下建立決策表。決策表是一個(gè)知識(shí)表達(dá)系統(tǒng)，表示為

式中：YUH表示配電網(wǎng)運(yùn)行故障決策表；UY表示配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Y元件的非空有限集合，即Y元件屬性的論域；R∪C表示配電網(wǎng)運(yùn)行故障條件屬性集合；M表示信息函數(shù)值域；A表示配電網(wǎng)運(yùn)行故障決策表的信息函數(shù)。

利用式（4）生成決策表二維框架。決策表的行表示配電網(wǎng)運(yùn)行故障的決策規(guī)則，列表示配電網(wǎng)運(yùn)行故障的屬性，其中采集的用戶投訴信息為配電網(wǎng)運(yùn)行故障的條件屬性。如果配電區(qū)域I中用戶向供電部門(mén)撥打了投訴電話，那么決策表中條件屬性值為0；如果沒(méi)有撥打過(guò)投訴電話，那么決策表中條件屬性值為1。配電網(wǎng)元件運(yùn)行狀態(tài)信息為運(yùn)行故障決策屬性。如果采集的配電網(wǎng)元件Y樣本信息為故障信息，那么決策表中決策屬性值為0；如果采集的配電網(wǎng)元件Y樣本信息為正常信息，那么決策表中決策屬性值為1。粗糙集使用決策表描述論域中的對(duì)象，將采集的故障信息映射到?jīng)Q策表中，從而生成一個(gè)完整的故障定位決策表。給出決策表中任意一個(gè)屬性信息，利用其重要度描述該屬性對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行故障決策的重要度，計(jì)算公式為

式中：sig(X)表示決策表中屬性信息X對(duì)于配電網(wǎng)運(yùn)行故障決策的重要度；UYYUH表示決策表YUH中屬性論域；B(X)表示決策表中屬性信息X的邊界域。

屬性信息的重要度取值范圍為0 ～1。數(shù)值越接近1，則表示該屬性信息在決策表中的重要程度越高?？紤]個(gè)別時(shí)候?qū)傩缘闹匾炔⒉荒芡耆硪粋€(gè)屬性的分布情況，在上述基礎(chǔ)上計(jì)算決策表中各個(gè)屬性的依賴(lài)度，利用依賴(lài)度描述配電網(wǎng)運(yùn)行故障決策對(duì)屬性信息的依賴(lài)程度。其計(jì)算公式為

式中：ε(X)表示決策表中屬性信息X的依賴(lài)度；F表示決策表中屬性信息X的信息熵。

屬性信息的依賴(lài)度取值范圍為0 ～1。數(shù)值越接近1，則表示配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位決策對(duì)該屬性信息的依賴(lài)程度越高。利用式（6）對(duì)決策表中所有屬性信息依賴(lài)度進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)剩余的2 個(gè)屬性信息定位到配電網(wǎng)運(yùn)行故障位置，從而完成基于粗糙集理論的配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位。

3 故障定位決策

文章建立的初始決策表的行信息、列信息中，并不是每個(gè)信息對(duì)于配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位決策都同等重要，即信息與信息之間的重要性和依賴(lài)性不同。因此，以粗糙集理論作為理論依據(jù)，對(duì)初始決策表中行信息、列信息進(jìn)行約簡(jiǎn)處理，從而使決策表剩下對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位更有價(jià)值的條件量。

4 實(shí)驗(yàn)論證

4.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與設(shè)計(jì)

為了檢驗(yàn)基于粗糙集理論的配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位方法的可行性與可靠性，選擇某配電網(wǎng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。該配電網(wǎng)包含輸電線路10 條、關(guān)鍵元件10 個(gè)、變壓器8 個(gè)以及電力用戶100 戶。選擇基于深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的定位方法和基于決策樹(shù)的定位方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，以下分別用傳統(tǒng)方法1、傳統(tǒng)方法2 表示。根據(jù)該配電網(wǎng)的實(shí)際情況，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備了5 臺(tái)OYFTA-4AF78 無(wú)線傳感器，將無(wú)線傳感器接入配電網(wǎng)總線，以測(cè)量配電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)共采集到1 000 個(gè)數(shù)據(jù)樣本，接收到100 個(gè)投訴電話，按照上述流程建立該配電網(wǎng)故障決策表，并對(duì)其進(jìn)行約簡(jiǎn)，生成決策表如表1 所示。

表1 配電網(wǎng)運(yùn)行故障決策表

利用表1 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)表1 中的決策規(guī)則，定位配電網(wǎng)故障點(diǎn)。每種故障隨機(jī)選擇了2 個(gè)樣本，具體定位如表2 所示。

表2 配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位結(jié)果

基于粗糙集理論的配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位方法基本可以完成配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位，以下對(duì)具體定位效果進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)以定位時(shí)間作為設(shè)計(jì)方法、傳統(tǒng)方法1 以及傳統(tǒng)方法2 性能評(píng)價(jià)的指標(biāo)，以采集到的配電網(wǎng)運(yùn)行故障狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)間作為開(kāi)始時(shí)間，以輸出定位結(jié)果時(shí)間為結(jié)束時(shí)間。實(shí)驗(yàn)共分4 組，每組定位100 次，根據(jù)總定位時(shí)間，確定平均定位時(shí)間。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)繪制實(shí)驗(yàn)對(duì)比圖，如圖1 所示。

圖1 3 種方法定位時(shí)間對(duì)比

從圖1 中的數(shù)據(jù)可以看出，在本次實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)方法定位時(shí)間相對(duì)較短，設(shè)計(jì)方法平均定位時(shí)間僅為0.46 s，未超過(guò)1 s，比傳統(tǒng)方法1 縮短將近5 s，比傳統(tǒng)方法2 縮短將近6 s，證明設(shè)計(jì)方法響應(yīng)速度更快。為進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的適用性，對(duì)3 種方法錯(cuò)誤定位次數(shù)進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)將定位樣本數(shù)量作為變量，統(tǒng)計(jì)不同數(shù)量下3 種方法錯(cuò)誤定位次數(shù)，使用電子表格對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，具體數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 3 種方法錯(cuò)誤定位次數(shù)對(duì)比

從表3 中數(shù)據(jù)可以看出，設(shè)計(jì)方法錯(cuò)誤定位次數(shù)相對(duì)較少，當(dāng)故障樣本數(shù)量達(dá)到800 個(gè)時(shí)，設(shè)計(jì)方法錯(cuò)誤定位次數(shù)僅占總量的1.125%，而傳統(tǒng)方法1錯(cuò)誤定位次數(shù)占總量的12.625%，傳統(tǒng)方法2 錯(cuò)誤定位次數(shù)占總量的12%，即傳統(tǒng)方法1 和傳統(tǒng)方法2 的占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無(wú)論是在定位速度方面還是在定位精度方面，與2 種傳統(tǒng)方法相比，設(shè)計(jì)方法均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，更適用于配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位，具有良好的適用性與可靠性。

5 結(jié) 論

故障定位可以為配電網(wǎng)故障處理和維修提供詳細(xì)的位置信息，從而快速處理和解決配電網(wǎng)的運(yùn)行故障問(wèn)題。文章將粗糙集理論應(yīng)用到配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位中，設(shè)計(jì)了一套新的故障定位方案，能夠有效提高配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位速度和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有定位理論的完善與補(bǔ)充，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)方法的優(yōu)化與創(chuàng)新，可為配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位提供參考依據(jù)，具有一定的研究?jī)r(jià)值。