基于Lambda算法的配電網故障定位方法研究

　　摘要：為了有效地提升配電網故障分析和定位的效率，降低經濟成本，論文對多種故障原因進行了深度的分析并提出了一種基于Lambda算法的配電網故障定位技術。該算法通過對出現故障的配電網絡和饋線終端上傳的數據進行分析，使用高效的模糊度搜索技術，快速定位出故障所在位置。實驗表明，使用所提出的基于Lambda配電網故障定位技術對故障網絡進行分析，可以有效地降低不同模糊度之間的相關性，極大地減少迭代和搜索次數，提升配電網故障定位效率。

　　關鍵詞：配電網;故障定位;Lambda算法;模糊度求解;

　　引言隨著我國經濟實力的飛速發展，無論是工業還是居民都對電力系統的穩定和可靠供應提出了更高的要求[1]。為了面對當前新形勢下的各種具有挑戰性的需求，我國電力傳輸和供應系統的建設和維護日益復雜。如何確保供電系統的可靠性、穩定性以及保持電力的高效傳輸逐漸成為當前的一個熱門的研究課題[2]。

　　配電網論文范例： 配電網規劃中的城市配電網自動化運用探討

　　配電網作為終端用戶和電力負荷中心之間的紐帶，是整個電力供應系統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，該網絡的穩定性和安全性將直接對終端用戶產生重大的影響[3]。配電網一旦出現故障將嚴重影響到正常的社會運轉，導致嚴重的經濟損失。對配電網故障精準定位是電力供應系統快速恢復的前提，因此配電網故障分析和定位等相關方面的研究在學術領域和經濟領域都具有非常重要的價值和意義。

　　隨著風力、水利等高效清潔的分布式電源(DistributedGeneration,DG)的大量使用，配電網結構由原始的單電源輻射式供電網絡逐步轉換為多電源分布式供電網絡，導致配電網故障定位的難度迅速增加，傳統的故障分析和定位方法在分布的拓撲網絡結構下已不再適用[4]。通過對配電網中饋線終端(FeederTerminalUnit,FTU)上傳的數據進行分析并完成故障的區段定位，是目前常用的一種配電網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，并且可以根據不同的應用場景選擇適當的數據處理方法如深度神經網絡[5]、蜂群算法[6]、粒子群算法等[7]。文獻[8]提出了一種基于矩陣相似度搜索的配電網故障定位算法，這種算法運算速度快、實時性強，可以完成配電網故障的快速定位，但是該方法魯棒性差，對噪聲數據非常敏感，一旦數據出現偏差，會導致故障定位精度明顯下降。

　　文獻[7]對經典的PSO算法進行了改進提出了一種適用于配電網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絡的拓撲關系來優化故障定位的精度，可以明顯的加速數據分析過程，但是該方法在訓練過程中不易收斂，容易陷入到局部最優解。文獻[9]提出了一種基于改進蝙蝠算法的配電網故障分析和定位技術，該算法針對傳統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重因子來提高模型的收斂速度和對配電網故障的定位精度，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[10]提出了一種基于量子計算和免疫算法的配電網故障定位方法，該方法將量子計算的思想應用到縮減免疫算法的種群規模上，優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能力，但是量子計算存在建模復雜等缺點，導致該方法不能很好的適應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算法，使用一種應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，因為其自身在求解整周期模糊度問題上效率和準確性，迅速成為學術界研究的焦點。針對目前基于智能算法的配電網故障定位技術存在的收斂速度慢、易于陷入局部最優解、全局搜索能力弱以及容錯性差等缺點，文中將Lambda算法引入到配電網故障定位算法中，通過調整Lambda算法的變換方式來正則化模糊度搜索空間，進而提升算法的全局效率和故障定位精度。此外，文中還設計了多種配電網故障實驗，證明了所提出算法的有效性和魯棒性。

　　1配電網故障定位的數學模型

　　1.1配電網故障狀態編碼傳統的單一電源配電網中，一般采用編碼來表示該節點通過電流的狀態和FTU的故障情況，其中節點區段狀態正常使用表示，節點發生故障使用表示[12]。隨著分布式電源(DG)逐漸接入到現有的配電網中，配電網的拓撲結構由原有的點狀結構變為現在的發散狀結構，并且潮流分布也發生的重大的變化，使原有的故障編碼無法適用于當前的配電網。在含有DG的配電網中，由于流經開關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的配電網中故障電流的方向。

　　1.2開關函數開關函數在配電網故障分析和定位問題中主要用來表示開關狀態和FTU之間的關系，使用智能算法對FTU上傳數據進行分析和定位時，其中一個關鍵的步驟是建立開關函數和配電網故障之間的相互對應關系[10]。由于含有DG的配電網的拓撲結構復雜程度遠高于傳統的單一電源的配電網，并且含有DG的配電網中，每一個開關處的故障電流的狀態會受到相互關聯的電源的影響。

　　2Lambda配電網故障定位算法

　　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調整算法[15]，該算法的核心是去相關和最小二乘搜索，其中去相關的過程主要是通過整數的變換算法來實現。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，該方法經過不斷的發展和完善，目前已經具有了完善的理論體系和求解過程，在模糊度求解領域，是一種比較高效的運算方法[16]。

　　2.2Lambda算法模糊度搜索

　　經過變化后，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解進行搜索。算法在搜索空間中按照數據的大小進行搜索，并且每次只尋找一個整數解，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行搜索。經過有限次的迭代循環，如果可以在第維空間中找到整數解，則可以確定整個周期的模糊度矢量。在實際使用場景中，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，文中構建出一種含有DG的配電網模型，使用MATLAB2017b構建仿真開發環境，在IntelE53.1GHzCPU、16GBRAM的PC機上模擬配電網故障分析和定位。在基于Lambda配電網故障定位算法中，選擇變換最小二乘法，基線長度默認為。

　　3.1單節點故障分析

　　為了證明所提出算法的有效性，因此設計了一個含有多個節點的配電網故障模型，該故障模型可以模擬單接點故障和多節點故障。

　　3.2多節點故障分析

　　隨著目前供電系統的拓撲網絡結構日益復雜，配電網在實際運行過程中經常會有多節點同時發生故障的情況產生，因此在仿真實驗中使用配電網模型模擬兩處故障同時發生的情況。

　　4結束語

　　文中提出了一種基于Lambda算法的配電網故障定位算法，通過對經典的Lambda算法進行改進和優化，使算法可以更好地利用基線長度這一先驗知識，同時使用變化來對模糊度搜索空間進行正則化，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確率。

　　根據目前常用的配電網拓撲結構，分別設計了單故障定位實驗和多故障定位實驗，兩組實驗結果證明，所提出的算法可以準確、快速地對配電網中的故障進行分析和定位;同時進行了含有畸變信息的配電網故障定位實驗，實驗結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行對比，對比結果顯示所提出的算法在故障定位精度、收斂速度等指標上均優于目前常用的智能算法，是一種實時性強、普適度高的配電網故障定位算法。

　　參考文獻

　　[1]肖湘寧,廖坤玉,唐松浩,等.配電網電力電子化的發展和超高次諧波新問題[J].電工技術學報,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.基于數據挖掘的配電網故障風險預警[J].電力自動化設備,2018,38(5):148153.

　　作者：韋翔，梁艷，郭立，張丹，賈雅君

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