智能配电网故障定位与自愈控制策略设计

引言

智能配电网作为智能电网的重要组成部分，承担着分配电能、满足用户多样化用电需求的重任。智能配电网的故障定位技术，可在故障出现后快速明确故障所处的位置，自愈控制策略则能在故障定位的基础上，自动采取措施隔离故障、恢复非故障区域供电，将停电影响降至最低。智能配电网的故障定位技术能够在故障发生后迅速确定故障位置，为后续的故障处理提供依据；自愈控制策略则能在故障定位的基础上，自动采取措施隔离故障、恢复非故障区域供电，将停电影响降至最低。深入研究智能配电网故障定位与自愈控制策略，对推动智能电网的发展、提升电力服务质量具有深远的现实意义。

一、智能配电网故障定位技术

1.1 基于电气量测量的故障定位技术

阻抗法作为一种传统的故障定位手段，其工作原理依托于故障线路的阻抗特性。当配电网出现故障时，故障点与电源间的线路阻抗会产生改变。通过对故障线路的电压、电流等电气量进行测量，运用欧姆定律可算出故障点到测量点的阻抗，再结合线路单位长度的阻抗值，就能推测出故障点的具体位置。而当配电网发生故障时，会形成电压和电流行波，这些行波沿着线路传播的速度接近光速。借助在变电站或线路上安装的行波监测装置，记录行波抵达不同监测点的时间差，依据行波传播速度与该时间差，便可计算出故障点的位置。

1.2 基于故障指示器的故障定位技术

故障指示器是装在线路上、能指示线路故障的装置，目前主要有电流型和电压型两种。其中，电流型故障指示器借助监测线路的电流变动来判断是否有故障，当线路中的故障电流达到预设临界值时，该指示器就会启动动作。发出指示信号，对于一条具有较多分支的配电线路，在线路各分段位置安装多个电流型故障指示器，当线路发生故障的时候，故障指示器的检测范围内的故障发生区间处的指示器动作，其他部分的电流型故障指示器没有动作，通过巡视，运维人员可以很快查明故障区间。

1.3 基于人工智能的故障定位技术

人工神经网络具备很好的学习和模式识别能力，已经广泛应用于智能配电网的故障定位。通过大量配电网的故障样本数据采集，包括故障时刻的电气量、故障设备的状态等，对人工神经网络进行训练，使其建立故障特征与故障位置的对应关系。当配电网出现新的故障时，将实时收集到的配电网故障信息作为输入数据，导入已训练好的神经网络模型，该模型就能对故障的输出情况作出预测。模糊逻辑将人的模糊思维和经验转变为数学模型来处理具有不确定性的信息，将配电网故障的电流大小、电压幅值降低的程度、故障时刻等信息作为模糊输入量，依据专家积累的实践经验搭建模糊规则库，借助模糊推理的方式得到具体的故障结果。

二、智能配电网自愈控制策略

2.1 故障隔离策略

重合器是种可自动检测故障电流，完成跳闸动作并进行多次重合操作的设备。而分段器作为与重合器配套使用的装置，会在故障电流消失后自动分闸。在配电网里，合理布置重合器与分段器后，线路出现故障时，重合器会率先跳闸，分段器则依据重合器的动作次数来判断故障所在区段。要是故障出在分段器下游，重合器首次重合成功，分段器就保持合闸；若故障位于分段器上游，重合器重合失败再次跳闸，分段器在故障电流消失后会自动分闸，把故障区段隔离开，随后重合器再次重合，让非故障区段恢复供电。在由重合器和多个分段器组成的配电线路里，当线路中间某一区段发生故障时，重合器会先跳闸，经过预先设定的重合时间进行第一次重合。要是瞬时性故障，重合成功后线路就恢复正常供电；如果是永久性故障，重合器会再次跳闸，此时故障区段上游的分段器记录的重合器动作次数达到设定值，在故障电流消失后自动分闸隔离故障区段，重合器第三次重合后，非故障区段就能恢复供电。配电线路上的智能分布式馈线自动化以通信和智能终端为依托，实现配电网线路故障的快速检测、识别、定位、隔离。系统中配电终端实时采集配电线路上的电气量并进行信息的互相传送。

2.2 负荷转供策略

网络重构指的是对配电网开闭所、环网柜等开关设备状态进行变化，进行配电网拓扑结构的改善，合理实现负荷转移。配电网故障发生后，非故障区域被隔离后，根据配电网实时运行工况、负荷分布等情况，采用网络重构算法计算最优开关操作方案，将非故障区的负荷转移至其它健全线路上，实现配电网负荷转供。对于具有多联络线的配电网，一条主干线发生故障时，进行网络重构，闭合相应联络开关，断开部分分段开关，将故障线段负荷转供至相邻健全线上。网络重构进行时，会考虑到线路负载容量、电压质量等约束，转供负荷后，配电网的安全稳定运行至关重要。随着分布式电源的广泛应用，其在配电网负荷转供中扮演着关键角色。当配电网出现故障时，分布式电源可作为备用电源，为部分重要负荷或与之相连的负荷提供电力保障。

2.3 分布式电源的协调控制策略

分布式电源并入配电网后，改变了其原本单一方向的潮流特征。为保障配电网能够安全且稳定地运行，有必要对分布式电源和配电网实施协同控制。在常规运行状态下，需依据配电网的负荷需求以及分布式电源的发电量来进行调控，通过优化调度算法将分布式电源在满足本地负荷需求的同时，尽量向电网多供少量。故障情况下，当配电网发生故障，分布式电源能够根据故障类型及位置快速调整运行方式，配合配电网的故障切除及负荷转移的操作。为协调控制分布式电源和配电网，需要建立通信控制机制实现信息共享和实时交互。在多分布式电源的配电网中，为防止分布式电源之间的相互影响，保证系统的稳定运行，需要将分布式电源进行协调控制。不同类型的分布式电源如光伏、风电、储能等出力特性以及控制方式均不同，将各种分布式电源进行协调控制可使其相互配合，发挥各自的优点。在互补的光伏发电与风能发电中，按照光照强度及风速变化情况合理控制光伏发电与风能发电出力，光照充足风速低时，利用光伏发电；光照弱风速较高时，增大风电出力。储能系统可承担功率平滑以及功率供需平衡的任务，在分布式电源出力丰余时储能，在分布式电源出力不足及用电高峰时放电。

结论

本文对智能配电网故障定位与自愈控制策略进行了深入研究，详细阐述了多种故障定位技术和自愈控制策略。基于电气量测量、故障指示器以及人工智能的故障定位技术各有优缺点，在实际应用中需根据配电网的结构特点、运行要求等因素合理选择。智能配电网故障定位与自愈控制技术的应用，对保障电力系统的安全稳定运行、提高电力服务质量具有重要意义。

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