配電網(wǎng)絡(luò)中故障指示器有效的模糊分配方法

配電網(wǎng)絡(luò)中故障指示器有效的模糊分配方法D.M.B.S.deSouza,A.F.deAssis,I.N.daSilva,Member,IEEE,W.F.Usida摘要:本文評估了與影響故障指示器沿電力配電饋線安裝的潛在點(diǎn)的主要變量相關(guān)的變量。此外，基于這些變量特征,模糊推理系統(tǒng)也用來估計(jì)安裝故障指示器的最佳位置,其考慮了與特定母線更接近的從下游系統(tǒng)到各支路的保護(hù)裝置、負(fù)載分布和短路電流水平的距離。實(shí)際數(shù)據(jù)的結(jié)果突出顯示了提出的方法的效率。關(guān)鍵詞——人工智能，故障指示器，模糊推理系統(tǒng)，電力系統(tǒng)保護(hù)。1簡介設(shè)備故障指示器在初選饋電線路的應(yīng)用，使配電公司為用戶供電時(shí)提高系統(tǒng)可靠性和電能質(zhì)量，因?yàn)樗麄兡軌蜃R別衍生于短暫或永久性故障，并將這些短路的情況顯著化[1]。此外,這些裝置有助于減少電力系統(tǒng)重構(gòu)時(shí)間，有助于維修人員進(jìn)行維修,也促進(jìn)了與故障部分相關(guān)的隔離程序的執(zhí)行[2,3]。因此，為避免人身財(cái)產(chǎn)損害，檢查故障的主要元件在故障發(fā)生后的靈敏性是非常重要[4].有研究表明,在配電系統(tǒng)適當(dāng)?shù)奈恢门渲霉收现甘酒骺梢詼p少高達(dá)60%的停電時(shí)間，因?yàn)榫S修人員可以快速找出發(fā)生故障部分，然后有助于減少用戶斷電的總時(shí)間和斷電頻率[5]。然而，在對這種裝置的廣泛使用中發(fā)現(xiàn)的主要困難之一是缺乏有效的方法，找出哪里是配電系統(tǒng)中更適合安裝故障指示器的潛在點(diǎn)。事實(shí)上，在相關(guān)文獻(xiàn)中提出的主要工作指標(biāo)，把故障指示器當(dāng)作故障部分自動(dòng)修復(fù)過程的導(dǎo)向元件[6-8].。但是，如果故障指示器安裝在不當(dāng)?shù)牡胤剑詣?dòng)化過程的總體效率可能受到很大的影響[3].基于這樣的背景,本文提出了一種采用模糊推理系統(tǒng)來量化配電系統(tǒng)中最適合安裝故障指示器的潛在點(diǎn)的方法。用實(shí)際數(shù)據(jù)分析的試驗(yàn)結(jié)果也提出了一種已有方法的驗(yàn)證目的。2故障指示器最優(yōu)安裝位置的主要參數(shù)從涉及故障指示器正確使用的主要參數(shù)完成的技術(shù)分析,對于沿主要饋線的電能配電系統(tǒng)為故障指示器安裝的潛在點(diǎn)的量化提取相關(guān)信息是有可能的。考慮到由配電公司為此提供的真實(shí)資料,其中最主要的參數(shù)是某一與更多相鄰保護(hù)設(shè)備的特定總線的距離。為了推斷可能安裝點(diǎn)，這些信息是必須的，同時(shí)也考慮了反映故障發(fā)生后的恢復(fù)時(shí)間的電力質(zhì)量指數(shù)的最優(yōu)化。然而,除了這距離參數(shù),為估計(jì)故障指示器的潛在安裝點(diǎn)的模糊推理系統(tǒng)應(yīng)該對負(fù)載、用戶分布和下游系統(tǒng)到各支路的短路電流水平都很靈敏。在下面的小節(jié)里對這四個(gè)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明。A、主饋電線的鑒定為了通過從配電變電所（SE）確定主饋電線來驗(yàn)證該算法的可靠性，如下面圖1的例子所示。主饋電線的獲得不是單單以一種直接的方式就能夠?qū)崿F(xiàn)的，要求有距離的精確計(jì)算，并且與變電站有關(guān)，插入到每個(gè)總線上。這些操作，即使用最遠(yuǎn)距離總線的標(biāo)準(zhǔn)來定義主饋電線，是必須的?；谶@一原則，考慮到主饋電線的，首先是相對于變電站的一級分支組，然后是最遠(yuǎn)距離總線從這一原則，一級分枝組線索，相對于變電站，到最遙遠(yuǎn)的總線上，然后考慮的主要反饋。因此，如圖1所示，為配電系統(tǒng)分析，下面的一組線性方程組可以寫成：圖1電力配電系統(tǒng)決定主饋電線分布圖矩陣表達(dá)式（1），有：這里Xi代表的距離，對于變電站為電力系統(tǒng)的第i總線。假設(shè)這是一種典型的徑向分布系統(tǒng),它或許能夠確認(rèn)對一個(gè)相同的總線來說冗余總線是不存在的。因此，給定一個(gè)具有n個(gè)總線的系統(tǒng)，將有（n-l）次一級分枝方程組以確定總線與變電站之間的距離。此外，考慮到代表該變電站總線的空引用，一共有n個(gè)方程。通過這種方式，它保證了矩陣A是正方形的當(dāng)電力系統(tǒng)是完全徑向，如分布1。從這個(gè)驗(yàn)證,解決(2)可以通過以下的表達(dá):在這個(gè)例子中，矩陣A-I可以表示為：因此，在距離向量得到：從式（8）可以看出，總線7離變電站的距離更遠(yuǎn)，而總線1在位于距變電站13.3個(gè)長度單位的地方。通過觀察矩陣A-I可以看出,對應(yīng)距離最遠(yuǎn)的總線構(gòu)成的行如下:因此,主要分支機(jī)構(gòu)由那些總線1-2，2-3，3-6和6-7定義的主饋電線組成。電力配電系統(tǒng)主饋電線如圖2所示。圖2主配電系統(tǒng)的主饋電線使用例子在實(shí)際應(yīng)用方面，為確定主饋電線，與稀疏矩陣相關(guān)的數(shù)字處理技術(shù)的使用也應(yīng)在考慮的范圍內(nèi)。B、負(fù)載與用戶分布本文的目的是根據(jù)公開標(biāo)準(zhǔn)介紹作為故障指示器的沿主饋電線安裝潛在點(diǎn)的表現(xiàn)，以及兩個(gè)真實(shí)的配電系統(tǒng)（PDS-1和PDS-2）選擇和分析。如圖3所示，PDS-1主饋電線突出表現(xiàn)了在上一節(jié)中表現(xiàn)出來的算法應(yīng)用。圖3PDS-1配電系統(tǒng)的地理結(jié)構(gòu)通過使用該P(yáng)DS-1提供的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出在每個(gè)構(gòu)成主要反饋總線上的下游負(fù)載，其中共有335個(gè)總線。此外，這也可以計(jì)算那些總線上下游用戶數(shù)量。如圖4所示，為考慮了PDS-1配置的兩個(gè)參數(shù)。圖4沿PDS-1的主饋線的負(fù)載變化與客戶數(shù)量通過分析圖4，它可以論證主饋線呈現(xiàn)負(fù)荷與下游客戶的數(shù)量到距離變電站3.35km的點(diǎn)的細(xì)微變化。從實(shí)際來看，這些都?xì)w因于這樣的事實(shí)，該反饋線分配約3km到城市用戶和余下超過15km到農(nóng)村用戶。對于由于電纜的均勻度調(diào)整的主饋電線最小短路電流，這種參數(shù)的細(xì)微變化不被觀測到。圖5闡明了電力配電系統(tǒng)PDS-1的沿主饋線的最小短路電流的變化。圖6介紹了第二實(shí)際配電系統(tǒng)（PDS-2）地域的配置。圖7說明在每一個(gè)組成主饋電線的總線上的下游負(fù)載變化，以及下游客戶的數(shù)量。圖5沿著PDS-1主饋線的最小短路電流的變化圖6電力配電系統(tǒng)PDS-2的地理配置圖7沿PDS-2主饋線的負(fù)載和客戶數(shù)量的變化從圖7，除了作為負(fù)載和沿著PDS-2的客戶數(shù)量的變化的論證外，這也是驗(yàn)證你的偉大的延伸。這樣的事實(shí)更能推動(dòng)在故障指示器優(yōu)化配置技術(shù)的調(diào)查研究的進(jìn)行，這將有助于為配電系統(tǒng)快速恢復(fù)。圖8說明了沿PDS-2主饋電線的最小短路電流變化。圖8沿著PDS-2主饋線的最小短路電流的變化與PDS-1主饋線的觀察一樣，也驗(yàn)證了PDS-2上最小短路電流均勻下降，這短路電流直接反映在用于組成其主饋線的電纜上。C.、與最鄰近的保護(hù)裝置的距離與最鄰近的故障指示器的距離算法可以由與2.A小節(jié)描述的相類似的方法實(shí)現(xiàn)。此操作應(yīng)該在矩陣A的第一行作出的必要調(diào)整，并與距離空引用公式對應(yīng)。在2.A小節(jié)中提出的例子，該參考被放在了與變電站相對應(yīng)的1號總線上。以這種方法，從故障指示器安裝在3號總線上來考慮，矩陣A應(yīng)該被修改，如公式(10)所示，因此解決方案(向量x)提供的每個(gè)總線距離是定位在與3號總線上故障指示器安裝相應(yīng)的位置上。為說明距離在直至相鄰較近設(shè)備的進(jìn)行，在圖9中給出了這個(gè)沿PDS-1電源反饋線參數(shù)的變化。在圖9中，驗(yàn)證了就各自的PDS-1主饋線設(shè)備故障指示器之間的最大距離值大約是10和15公里。同樣，圖10給出了故障指示器之間考慮PDS-2主饋線設(shè)備的距離值。圖9沿著PDS-1主饋線的故障指示器之間的標(biāo)準(zhǔn)距離圖10沿著PDS-2主饋線的故障指示器之間的標(biāo)準(zhǔn)距離這種變化以不同的方式可以在PDS-1觀察到，在PDS-2主饋線的故障指示器之間的距離更加均衡了，除周圍63公里距離以外的區(qū)域。三模糊推理系統(tǒng)用于故障指示器裝置優(yōu)化配置的結(jié)論從對故障指示器正確使用的主要參數(shù)的分析中，可以為它們沿電力配電系統(tǒng)主饋電線的安裝提取與量化潛在故障點(diǎn)相關(guān)信息。同時(shí)考慮到配電公司提供的真實(shí)信息，對負(fù)載，用戶分配和下游系統(tǒng)到個(gè)支點(diǎn)的短路電流值，負(fù)責(zé)為估算故障指示器的安裝潛在點(diǎn)的模糊推理系統(tǒng)應(yīng)該反應(yīng)靈敏。因此，如圖11所示，模糊推理系統(tǒng)被設(shè)計(jì)用于估計(jì)故障指示器在主饋線的安裝潛在點(diǎn)。在這種方式下，模糊推理系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)如上述定義，它在0和1之間的產(chǎn)出輸出參數(shù)，這描繪了沿主要主饋線安裝的潛在點(diǎn)。在這些點(diǎn)的故障指示器的安裝潛在點(diǎn)越接近1，值越大。圖11模糊推理系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖一般來說，一個(gè)模糊系統(tǒng)的規(guī)范可通過人的經(jīng)驗(yàn)，或使用自動(dòng)調(diào)整技術(shù)制定，這是在已知的輸入/輸出對的基礎(chǔ)上的?；谠谶@里處理的問題，第一個(gè)規(guī)范的策略是比較合適的。因此，如圖11所示，模糊推理系統(tǒng)總共由28條規(guī)則組成。如圖12所示，每個(gè)輸入/輸出參數(shù)由5組標(biāo)準(zhǔn)隸屬函數(shù)組成。圖12故障指示器優(yōu)化配置的標(biāo)準(zhǔn)隸屬函數(shù)從第2節(jié)介紹的數(shù)據(jù)和本節(jié)描述的模糊推理系統(tǒng)的使用，計(jì)算出故障指示器沿電力配電系統(tǒng)PDS-1和PDS-2安裝的潛在點(diǎn)，如圖13和14所示。它可以觀察到，雖然在PDS-1主饋線有較大的下游負(fù)載，故障指示器安裝的主要點(diǎn)是市區(qū)沒有。圖14著重指出了PDS-2主饋線故障指示器的安裝潛在點(diǎn)。除本饋線最后分支機(jī)構(gòu)，安裝潛在點(diǎn)有隨相對于變電站的距離增加而減少的趨勢。這樣的結(jié)果表明，在反饋線上有故障指示器的電流網(wǎng)絡(luò)是相關(guān)的，僅需要在分支端的求值。圖13沿PDS-1主饋線的故障指示器的安裝潛在點(diǎn)圖14沿PDS-2主饋線的故障指示器的安裝潛在點(diǎn)從所提出的結(jié)果，可以驗(yàn)證模糊系統(tǒng)的輸入變量的推斷，以提供沿特定反饋線的故障指示器的潛在安裝點(diǎn)。觀察兩條反饋線上的負(fù)載數(shù)據(jù)和用戶數(shù)量，還可以驗(yàn)證得到一些與通過模糊推理系統(tǒng)選擇的安裝故障指示器點(diǎn)相關(guān)的相似似結(jié)果。然而，從到鄰近裝置的距離方面看可以發(fā)現(xiàn)在所調(diào)查的饋線存在差異。四結(jié)論本文介紹的是量化沿實(shí)際配電系統(tǒng)故障指示器的潛在安裝點(diǎn)的有關(guān)程序。同時(shí)提出了一個(gè)高效的基于模糊推理的智能化系統(tǒng)架構(gòu)，以確定最優(yōu)化的方式在一個(gè)最適當(dāng)?shù)墓收宵c(diǎn)安裝故障指示器。另外，本文為在配電系統(tǒng)安裝新的故障指示器提供了潛在安裝點(diǎn)，同時(shí)提出了評估已在沿主反饋線上安裝故障指示器的電力網(wǎng)絡(luò)的方法，而得到的結(jié)果也證明了該方法的可行性。五感謝TheauthorsgratefullyacknowledgethetechnicalsupportreceivedfromtheELEKTRO-PowerDistributionCompany.六參考文獻(xiàn)[1]Y.Tang,H.F.Wang,R.K.Aggarwal,andA.T.Johns,"Faultindicatorsintransmissionanddistributionsystems,"inProceedingsofElectricUtilityDeregulationandRestructuringandPowerTechnologies,London,UK,pp.238-243,2000.[2]G.Baker,1.P.Steiner,andD.Rockwell,"Performanceofon-linefaultdistancemonitorfordistributioncablecircuits,"inIEEETransmissionandDistributionConferenceandExposition,Atlanta,GA,USA,pp.979-981,2001.[3]H.Falaghi,M.R.Haghifam,andM.R.o.Tabrizi,"Faultindicatorseffectsondistributionreliabilityindices,"in18thInternationalConferenceonElectricityDistribution(CIRED),Turin,Italy,pp.1-4,2005.[4]H.F.Zhang,Z.C.Pan,andZ.Z.Sang,"Faultlocatinginungroundedandcompensatedsystems,"in8thlEEIn