薛肖雨，何永超
（国网陕西省电力有限公司宝鸡供电公司，陕西 宝鸡 721000）
0 引 言
大量研究表明，配电网中的大部分短路停电故障发生在配电系统中，其中80%以上的配电系统故障为不同区域内的故障。因此，需要对配电网故障进行分区定位研究，以确保在相应的配网区域中，缩短故障影响时间，保证用户用电的稳定性。唐冬来等人根据时空耦合矩阵的新型算法，定位配电网的故障区域，实现了快速定位的目标[1]。杨鹏杰等人利用多尺度自适应残差卷积神经网络来定位新型配电网的故障问题[2]。许可等人基于图卷积网络，实现配电网故障定位及故障类型识别[3]。故障定位的形式多样，根据需求选择不同的定位方式可以更好地解决配网的故障问题[4-5]。文章提出的基于窄带通信技术的配电网分区故障定位方法，将通过分区故障的定位，实现定位准确度的需求，并为相关的窄带通信技术的研究提供一定的参考。
1 配电网分区故障定位方法
1.1 收集处理配电网信息
配电网断线也称纵向故障，是配电网故障中较常见的故障类型。其主要是配电网线路的相邻节点之间发生的非正常断开或三相阻抗不一致的现象，包括单相断线和两相断线两种。文章所构建的配网故障模型如图1 所示。
图1 配网故障模型
根据图1 中的数学模型，分析出相应的配电网故障模型表达式为
式中：L为滤波器等效电感；R为网侧等效电阻；I为分布式电源交流侧输出电流；Up为公共连接点处的电网侧单相电压；U为配电网电源的输出电压。
配电网在发生纵向故障时，会产生的小于正常运行时的负荷电流，可根据故障线路与非故障线路电流参数幅值的不同，进行区段故障定位分析。横向故障主要包括短路接地故障和相间短路故障，故障类型主要包括两相短路、两相短路接地、三相短路。其相关因素包括工作中的电缆和装置内部潮湿或进水、配电装置和电缆的过负载工作。发生横向故障时电流均向故障点流动可采用判定故障电流方向的方法定位故障点，为配电网故障定位提供了足够依据和基础。
1.2 全局感知搜索配电网故障
在算法运行后期，其收敛性达到了整体最优化，大规模的粒子会聚集在最优解的附近。此时，引入角度机制，利用当前时刻的最优解搜索周围区域中的最优解，以降低算法的早期收敛性。如果当前时刻的最优解搜索到了其周围区域中的最优解，则该解为全局最优解，否则将当前时刻的最优解作为下一代的全局最优解，继续迭代。迭代算法的表达式为
式中：A表示低压电器中的电压幅值；m表示信号的波动幅值；Ω表示幅值所体现出的频率向量；ω表示电塔的角频率。如果m能够以正值表示，那么m=d/2。
为避免角度探索策略失效，将当前粒子与所有粒子位置的中间值二者之间作差来产生新的引导向量，使得新转换角度的粒子既能保持全局样性又能保持原有的优越性。
1.3 融合配电网拓扑信息定位故障
根据故障特征的分析结果，描述配电网的拓扑信息。在节点的描述中，利用电压电流的数据拓扑电网信息，在不同的节点信号中分析配电网的数据。因此，在电压的相流值的计算中，利用规划幅值描述特征信息，既能减少运算的复杂性，又能增加特征信息的丰富性，简化了流程，适合用于通信技术。同时，出于成本的考虑，应在适合的位点布置量测装置，避免受外部设备的限制，同时借助一定的运算技术快速精确地确定配电网的故障点。
1.4 构建配电网故障定位模型
在不同配电网故障线路的实时监控中，监控点的布设做不到十分全面，并不能做到精确排查故障问题。配电网分区线路实时监控模型如图2 所示。
图2 配电网分区线路实时监控模型
以图2 为例，文章建立的模型一共有6 个可能发生故障的电路区段。根据各点分析故障位置，判断模型中的电流流动方向，并根据电流方向，设置对应的传感监控点，依照传感数据判断故障区段。文章所设计模型对应的计算方法为
式中：Ij表示监控系统监测到的故障电流值。为更加准确分区线路中故障定位，需要归类各点的监控监测数据，归类标准为畸变信息的位置点。通过适应函数将信息迭代，并且在目标函数的运算下降低差值，通过缩小差值以筛选最优解，从而在不同的定位区间内确定故障位置。
在配电网的故障定位求解过程中，首先在配电网的拓扑结构中分析信息，并根据分析数据测算监测信息的数据；其次，按照监测信息所表达的0 或1 结构，排查负荷效应，在内层的优化中定位故障的拓扑；最后，完成对故障电流下不同配电网区域内的信息求解。
1.5 基于窄带通信技术实现故障定位
文章运用的是低频窄带通信技术。由于该技术选择低频载波，并将传输带宽变窄，能够更加适应新型配电网的电力运输。频谱间置技术指选择频率时，载波频率能够保持在最小间隔区间内，使电力线与载波频率在同一谐波中，从而达到去除噪声的效果。跳时通信技术是将波形周期划分为多个区间，并在发送端和接收端的不同信噪中选择最优点发送或将不同时间片同时发送的技术。所用技术并不局限于时间顺序，避免信噪比的衰减导致时间通信流程的减缓，提高定位故障的速度，增加故障定位环节中所受到的故障区间的影响。窄带通信技术具备传统电力线通信方法所不具有的诸多优势，无须重新布线，具有抗干扰能力强、环境适应能力强、传输距离远、成本低以及便于推广使用等优势。
2 实验论证
实验将对比不同方法下配电网分区故障定位方法，设置文章设计的基于窄带通信技术的配电网分区故障定位方法为实验组，基于图神经网络的故障定位方法为对照组Ⅰ，基于大数据运算的故障定位方法为对照组Ⅱ。
为保证测试的真实性，此次选择某省电力系统中的历史电力数据为测试对象，按照时间编号展示电力数据信号。以幅度为1，频率为0.55 Hz 的正弦波为基础，调取电力数据采集窗口下的电压数据。实验提取时间序列下电压数据，时间编号和对应的电压数据如表1 所示。
表1 时间序列下电压数据
根据表1 所示内容，以该电力系统的常规化运行情况为标准，当电压数据超过49.5 V 时，表示电力系统会出现异常，会影响整个电路的运行安全。分别将选定的数据上传至测试平台，预测异常数据。
设定此次待测试的样本数据共计有6 组。在对异常数据预测的过程中，需要分类正常数据和异常数据，不同方法在预测时所花费的时间不同，够预测时间减少不同，为异常状况的处理争取时间优势。仿真实验中的配电网参数设置如表2 所示。
表2 实验环境参数
在配电网的单相接地故障的定位中，通过故障特征的暂态分析实现对故障的初步定位。但是配电网单相接地故障中的短路电流较大，即使接地电阻的阻值设定较高，接地也为大电流和大电压。为实现配电网中的简化电路，需要仔细排查配网中的可能出现故障的状况，避免产生电位差问题。不同方法在预测时所花费的时间不同，实验结果希望既能够保证预测精度，又能够减少预测时间，为异常状况的处理争取时间优势。
在仿真实验环境中，对比3 种不同定位方法，所获得的定位延时数据对比结果如表3 所示。
表3 不同方法配电网故障定位延时对比结果
分析表3 中的实验数据可知，所设计方法的配电网故障定位延时明显低于另外2 种方法。由此表明，设计方法能够一直保持相对稳定的状态，还能有效缩短配电网故障定位延时，为配电网的故障处理争取时间优势。
3 结 论
文章研究了基于窄带通信技术的配电网分区故障定位方法，分析配电网中的横纵向故障。同时，在配电网故障特征的基础上，融合配电网的拓扑信息初步定位电网故障，建立故障定位模型。在窄带通信技术的基础上，多方位多角度分区定位故障，并且在实验中对方法进行对比分析，证实文章所提定位方法的故障定位速度具有一定的优越性。
