基于Lambda算法的配電網(wǎng)故障定位方法研究

　　摘要：為了有效地提升配電網(wǎng)故障分析和定位的效率，降低經(jīng)濟(jì)成本，論文對多種故障原因進(jìn)行了深度的分析并提出了一種基于Lambda算法的配電網(wǎng)故障定位技術(shù)。該算法通過對出現(xiàn)故障的配電網(wǎng)絡(luò)和饋線終端上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，使用高效的模糊度搜索技術(shù)，快速定位出故障所在位置。實(shí)驗(yàn)表明，使用所提出的基于Lambda配電網(wǎng)故障定位技術(shù)對故障網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，可以有效地降低不同模糊度之間的相關(guān)性，極大地減少迭代和搜索次數(shù)，提升配電網(wǎng)故障定位效率。

　　關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);故障定位;Lambda算法;模糊度求解;

　　引言隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的飛速發(fā)展，無論是工業(yè)還是居民都對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠供應(yīng)提出了更高的要求[1]。為了面對當(dāng)前新形勢下的各種具有挑戰(zhàn)性的需求，我國電力傳輸和供應(yīng)系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)日益復(fù)雜。如何確保供電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及保持電力的高效傳輸逐漸成為當(dāng)前的一個熱門的研究課題[2]。

　　配電網(wǎng)論文范例： 配電網(wǎng)規(guī)劃中的城市配電網(wǎng)自動化運(yùn)用探討

　　配電網(wǎng)作為終端用戶和電力負(fù)荷中心之間的紐帶，是整個電力供應(yīng)系統(tǒng)中最重要的部分之一，作為向終端用戶輸送電力的主要通道，該網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性將直接對終端用戶產(chǎn)生重大的影響[3]。配電網(wǎng)一旦出現(xiàn)故障將嚴(yán)重影響到正常的社會運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。對配電網(wǎng)故障精準(zhǔn)定位是電力供應(yīng)系統(tǒng)快速恢復(fù)的前提，因此配電網(wǎng)故障分析和定位等相關(guān)方面的研究在學(xué)術(shù)領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都具有非常重要的價值和意義。

　　隨著風(fēng)力、水利等高效清潔的分布式電源(DistributedGeneration,DG)的大量使用，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)由原始的單電源輻射式供電網(wǎng)絡(luò)逐步轉(zhuǎn)換為多電源分布式供電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致配電網(wǎng)故障定位的難度迅速增加，傳統(tǒng)的故障分析和定位方法在分布的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下已不再適用[4]。通過對配電網(wǎng)中饋線終端(FeederTerminalUnit,FTU)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并完成故障的區(qū)段定位，是目前常用的一種配電網(wǎng)故障分析和定位方法。

　　基于FTU故障分析和定位算法簡潔高效、普適性強(qiáng)，并且可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法如深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[5]、蜂群算法[6]、粒子群算法等[7]。文獻(xiàn)[8]提出了一種基于矩陣相似度搜索的配電網(wǎng)故障定位算法，這種算法運(yùn)算速度快、實(shí)時性強(qiáng)，可以完成配電網(wǎng)故障的快速定位，但是該方法魯棒性差，對噪聲數(shù)據(jù)非常敏感，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，會導(dǎo)致故障定位精度明顯下降。

　　文獻(xiàn)[7]對經(jīng)典的PSO算法進(jìn)行了改進(jìn)提出了一種適用于配電網(wǎng)故障定位的粒子群算法，這種在定位分析的過程中利用配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)潢P(guān)系來優(yōu)化故障定位的精度，可以明顯的加速數(shù)據(jù)分析過程，但是該方法在訓(xùn)練過程中不易收斂，容易陷入到局部最優(yōu)解。文獻(xiàn)[9]提出了一種基于改進(jìn)蝙蝠算法的配電網(wǎng)故障分析和定位技術(shù)，該算法針對傳統(tǒng)的蝙蝠故障定位算法求解速度慢、精度低等問題，通過引入一種時變慣性權(quán)重因子來提高模型的收斂速度和對配電網(wǎng)故障的定位精度，該方法適用于故障量較少的情況，一旦故障數(shù)量超過一定閾值并且含有畸變時，該算法的性能會迅速下降。

　　文獻(xiàn)[10]提出了一種基于量子計(jì)算和免疫算法的配電網(wǎng)故障定位方法，該方法將量子計(jì)算的思想應(yīng)用到縮減免疫算法的種群規(guī)模上，優(yōu)化了免疫算法在克隆和變異過程中的全局搜索性能，有效的提高了算法收斂速度和全局故障尋優(yōu)能力，但是量子計(jì)算存在建模復(fù)雜等缺點(diǎn)，導(dǎo)致該方法不能很好的適應(yīng)具有多重故障且含有畸變信息的情況，并且算法的容錯性能相對較差。Lambda算法又被稱為最小二乘模糊度去相關(guān)算法，使用一種應(yīng)用廣泛的周期模糊度求解過程中[11]。

　　該方法自從被提出以來，因?yàn)槠渥陨碓谇蠼庹�周期模糊度問題上效率和準(zhǔn)確性，迅速成為學(xué)術(shù)界研究的焦點(diǎn)。針對目前基于智能算法的配電網(wǎng)故障定位技術(shù)存在的收斂速度慢、易于陷入局部最優(yōu)解、全局搜索能力弱以及容錯性差等缺點(diǎn)，文中將Lambda算法引入到配電網(wǎng)故障定位算法中，通過調(diào)整Lambda算法的變換方式來正則化模糊度搜索空間，進(jìn)而提升算法的全局效率和故障定位精度。此外，文中還設(shè)計(jì)了多種配電網(wǎng)故障實(shí)驗(yàn)，證明了所提出算法的有效性和魯棒性。

　　1配電網(wǎng)故障定位的數(shù)學(xué)模型

　　1.1配電網(wǎng)故障狀態(tài)編碼傳統(tǒng)的單一電源配電網(wǎng)中，一般采用編碼來表示該節(jié)點(diǎn)通過電流的狀態(tài)和FTU的故障情況，其中節(jié)點(diǎn)區(qū)段狀態(tài)正常使用表示，節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障使用表示[12]。隨著分布式電源(DG)逐漸接入到現(xiàn)有的配電網(wǎng)中，配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由原有的點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)變?yōu)楝F(xiàn)在的發(fā)散狀結(jié)構(gòu)，并且潮流分布也發(fā)生的重大的變化，使原有的故障編碼無法適用于當(dāng)前的配電網(wǎng)。在含有DG的配電網(wǎng)中，由于流經(jīng)開關(guān)的故障電流方向具有不確定性，因此采用全新的編碼方式來描述在含有DG的配電網(wǎng)中故障電流的方向。

　　1.2開關(guān)函數(shù)開關(guān)函數(shù)在配電網(wǎng)故障分析和定位問題中主要用來表示開關(guān)狀態(tài)和FTU之間的關(guān)系，使用智能算法對FTU上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和定位時，其中一個關(guān)鍵的步驟是建立開關(guān)函數(shù)和配電網(wǎng)故障之間的相互對應(yīng)關(guān)系[10]。由于含有DG的配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的單一電源的配電網(wǎng)，并且含有DG的配電網(wǎng)中，每一個開關(guān)處的故障電流的狀態(tài)會受到相互關(guān)聯(lián)的電源的影響。

　　2Lambda配電網(wǎng)故障定位算法

　　2.1Lambda算法求解過程

　　Lambda算法是一種采用最小二乘模糊度去相關(guān)調(diào)整算法[15]，該算法的核心是去相關(guān)和最小二乘搜索，其中去相關(guān)的過程主要是通過整數(shù)的變換算法來實(shí)現(xiàn)。Lambda算法主要是通過改變搜索空間的形狀來提升搜索的效率和精度，該方法經(jīng)過不斷的發(fā)展和完善，目前已經(jīng)具有了完善的理論體系和求解過程，在模糊度求解領(lǐng)域，是一種比較高效的運(yùn)算方法[16]。

　　2.2Lambda算法模糊度搜索

　　經(jīng)過變化后，原始的模糊度空間變成了一個具有維空間的超橢球空間，該空間的中心是第維度中的向量，Lambda算法將會在該模糊度空間中對所有可能的整數(shù)解進(jìn)行搜索。算法在搜索空間中按照數(shù)據(jù)的大小進(jìn)行搜索，并且每次只尋找一個整數(shù)解，一旦第維空間中的解確定，算法將按照同樣的方式對維度進(jìn)行搜索。經(jīng)過有限次的迭代循環(huán)，如果可以在第維空間中找到整數(shù)解，則可以確定整個周期的模糊度矢量。在實(shí)際使用場景中，可以通過多次搜索的方式來提升算法的搜索精度。

　　3算法仿真和案例分析

　　為了證明所提出算法的有效性和可靠性，文中構(gòu)建出一種含有DG的配電網(wǎng)模型，使用MATLAB2017b構(gòu)建仿真開發(fā)環(huán)境，在IntelE53.1GHzCPU、16GBRAM的PC機(jī)上模擬配電網(wǎng)故障分析和定位。在基于Lambda配電網(wǎng)故障定位算法中，選擇變換最小二乘法，基線長度默認(rèn)為。

　　3.1單節(jié)點(diǎn)故障分析

　　為了證明所提出算法的有效性，因此設(shè)計(jì)了一個含有多個節(jié)點(diǎn)的配電網(wǎng)故障模型，該故障模型可以模擬單接點(diǎn)故障和多節(jié)點(diǎn)故障。

　　3.2多節(jié)點(diǎn)故障分析

　　隨著目前供電系統(tǒng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，配電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過程中經(jīng)常會有多節(jié)點(diǎn)同時發(fā)生故障的情況產(chǎn)生，因此在仿真實(shí)驗(yàn)中使用配電網(wǎng)模型模擬兩處故障同時發(fā)生的情況。

　　4結(jié)束語

　　文中提出了一種基于Lambda算法的配電網(wǎng)故障定位算法，通過對經(jīng)典的Lambda算法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，使算法可以更好地利用基線長度這一先驗(yàn)知識，同時使用變化來對模糊度搜索空間進(jìn)行正則化，并且通過使用部分模糊度搜索算法來降低搜索空間的維度，有效地提升了算法在在模糊度空間上搜索的效率和準(zhǔn)確率。

　　根據(jù)目前常用的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別設(shè)計(jì)了單故障定位實(shí)驗(yàn)和多故障定位實(shí)驗(yàn)，兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，所提出的算法可以準(zhǔn)確、快速地對配電網(wǎng)中的故障進(jìn)行分析和定位;同時進(jìn)行了含有畸變信息的配電網(wǎng)故障定位實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了所述算法具有很好的容錯性能。此外，將所提出的算法和重用的蟻群算法進(jìn)行對比，對比結(jié)果顯示所提出的算法在故障定位精度、收斂速度等指標(biāo)上均優(yōu)于目前常用的智能算法，是一種實(shí)時性強(qiáng)、普適度高的配電網(wǎng)故障定位算法。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]肖湘寧,廖坤玉,唐松浩,等.配電網(wǎng)電力電子化的發(fā)展和超高次諧波新問題[J].電工技術(shù)學(xué)報,2018,33(4):707720.XiaoXiangning,LiaoKunyu,TangSonghao,etal.Developmentofpowerelectronizationindistributionnetworkandnewproblemsofultrahighharmonic[J].TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety,2018,33(4):707720

　　[2]劉科研,吳心忠,石琛,等.基于數(shù)據(jù)挖掘的配電網(wǎng)故障風(fēng)險預(yù)警[J].電力自動化設(shè)備,2018,38(5):148153.

　　作者：韋翔，梁艷，郭立，張丹，賈雅君

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