配电网络中故障指示器有效的模糊分配方法

配电网络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:本文评估了与影响故障指示器沿电力配电馈线安装的潜在点的主要变量相关的变量。此外，基于这些变量特征,模糊推理系统也用来估计安装故障指示器的最佳位置,其考虑了与特定母线更接近的从下游系统到各支路的保护装置、负载分布和短路电流水平的距离。实际数据的结果突出显示了提出的方法的效率。关键词——人工智能，故障指示器，模糊推理系统，电力系统保护。1简介设备故障指示器在初选馈电线路的应用，使配电公司为用户供电时提高系统可靠性和电能质量，因为他们能够识别衍生于短暂或永久性故障，并将这些短路的情况显著化[1]。此外,这些装置有助于减少电力系统重构时间，有助于维修人员进行维修,也促进了与故障部分相关的隔离程序的执行[2,3]。因此，为避免人身财产损害，检查故障的主要元件在故障发生后的灵敏性是非常重要[4].有研究表明,在配电系统适当的位置配置故障指示器可以减少高达60%的停电时间，因为维修人员可以快速找出发生故障部分，然后有助于减少用户断电的总时间和断电频率[5]。然而，在对这种装置的广泛使用中发现的主要困难之一是缺乏有效的方法，找出哪里是配电系统中更适合安装故障指示器的潜在点。事实上，在相关文献中提出的主要工作指标，把故障指示器当作故障部分自动修复过程的导向元件[6-8].。但是，如果故障指示器安装在不当的地方，自动化过程的总体效率可能受到很大的影响[3].基于这样的背景,本文提出了一种采用模糊推理系统来量化配电系统中最适合安装故障指示器的潜在点的方法。用实际数据分析的试验结果也提出了一种已有方法的验证目的。2故障指示器最优安装位置的主要参数从涉及故障指示器正确使用的主要参数完成的技术分析,对于沿主要馈线的电能配电系统为故障指示器安装的潜在点的量化提取相关信息是有可能的。考虑到由配电公司为此提供的真实资料,其中最主要的参数是某一与更多相邻保护设备的特定总线的距离。为了推断可能安装点，这些信息是必须的，同时也考虑了反映故障发生后的恢复时间的电力质量指数的最优化。然而,除了这距离参数,为估计故障指示器的潜在安装点的模糊推理系统应该对负载、用户分布和下游系统到各支路的短路电流水平都很灵敏。在下面的小节里对这四个参数进行了详细说明。A、主馈电线的鉴定为了通过从配电变电所（SE）确定主馈电线来验证该算法的可靠性，如下面图1的例子所示。主馈电线的获得不是单单以一种直接的方式就能够实现的，要求有距离的精确计算，并且与变电站有关，插入到每个总线上。这些操作，即使用最远距离总线的标准来定义主馈电线，是必须的。基于这一原则，考虑到主馈电线的，首先是相对于变电站的一级分支组，然后是最远距离总线从这一原则，一级分枝组线索，相对于变电站，到最遥远的总线上，然后考虑的主要反馈。因此，如图1所示，为配电系统分析，下面的一组线性方程组可以写成：图1电力配电系统决定主馈电线分布图矩阵表达式（1），有：这里Xi代表的距离，对于变电站为电力系统的第i总线。假设这是一种典型的径向分布系统,它或许能够确认对一个相同的总线来说冗余总线是不存在的。因此，给定一个具有n个总线的系统，将有（n-l）次一级分枝方程组以确定总线与变电站之间的距离。此外，考虑到代表该变电站总线的空引用，一共有n个方程。通过这种方式，它保证了矩阵A是正方形的当电力系统是完全径向，如分布1。从这个验证,解决(2)可以通过以下的表达:在这个例子中，矩阵A-I可以表示为：因此，在距离向量得到：从式（8）可以看出，总线7离变电站的距离更远，而总线1在位于距变电站13.3个长度单位的地方。通过观察矩阵A-I可以看出,对应距离最远的总线构成的行如下:因此,主要分支机构由那些总线1-2，2-3，3-6和6-7定义的主馈电线组成。电力配电系统主馈电线如图2所示。图2主配电系统的主馈电线使用例子在实际应用方面，为确定主馈电线，与稀疏矩阵相关的数字处理技术的使用也应在考虑的范围内。B、负载与用户分布本文的目的是根据公开标准介绍作为故障指示器的沿主馈电线安装潜在点的表现，以及两个真实的配电系统（PDS-1和PDS-2）选择和分析。如图3所示，PDS-1主馈电线突出表现了在上一节中表现出来的算法应用。图3PDS-1配电系统的地理结构通过使用该PDS-1提供的数据，可以计算出在每个构成主要反馈总线上的下游负载，其中共有335个总线。此外，这也可以计算那些总线上下游用户数量。如图4所示，为考虑了PDS-1配置的两个参数。图4沿PDS-1的主馈线的负载变化与客户数量通过分析图4，它可以论证主馈线呈现负荷与下游客户的数量到距离变电站3.35km的点的细微变化。从实际来看，这些都归因于这样的事实，该反馈线分配约3km到城市用户和余下超过15km到农村用户。对于由于电缆的均匀度调整的主馈电线最小短路电流，这种参数的细微变化不被观测到。图5阐明了电力配电系统PDS-1的沿主馈线的最小短路电流的变化。图6介绍了第二实际配电系统（PDS-2）地域的配置。图7说明在每一个组成主馈电线的总线上的下游负载变化，以及下游客户的数量。图5沿着PDS-1主馈线的最小短路电流的变化图6电力配电系统PDS-2的地理配置图7沿PDS-2主馈线的负载和客户数量的变化从图7，除了作为负载和沿着PDS-2的客户数量的变化的论证外，这也是验证你的伟大的延伸。这样的事实更能推动在故障指示器优化配置技术的调查研究的进行，这将有助于为配电系统快速恢复。图8说明了沿PDS-2主馈电线的最小短路电流变化。图8沿着PDS-2主馈线的最小短路电流的变化与PDS-1主馈线的观察一样，也验证了PDS-2上最小短路电流均匀下降，这短路电流直接反映在用于组成其主馈线的电缆上。C.、与最邻近的保护装置的距离与最邻近的故障指示器的距离算法可以由与2.A小节描述的相类似的方法实现。此操作应该在矩阵A的第一行作出的必要调整，并与距离空引用公式对应。在2.A小节中提出的例子，该参考被放在了与变电站相对应的1号总线上。以这种方法，从故障指示器安装在3号总线上来考虑，矩阵A应该被修改，如公式(10)所示，因此解决方案(向量x)提供的每个总线距离是定位在与3号总线上故障指示器安装相应的位置上。为说明距离在直至相邻较近设备的进行，在图9中给出了这个沿PDS-1电源反馈线参数的变化。在图9中，验证了就各自的PDS-1主馈线设备故障指示器之间的最大距离值大约是10和15公里。同样，图10给出了故障指示器之间考虑PDS-2主馈线设备的距离值。图9沿着PDS-1主馈线的故障指示器之间的标准距离图10沿着PDS-2主馈线的故障指示器之间的标准距离这种变化以不同的方式可以在PDS-1观察到，在PDS-2主馈线的故障指示器之间的距离更加均衡了，除周围63公里距离以外的区域。三模糊推理系统用于故障指示器装置优化配置的结论从对故障指示器正确使用的主要参数的分析中，可以为它们沿电力配电系统主馈电线的安装提取与量化潜在故障点相关信息。同时考虑到配电公司提供的真实信息，对负载，用户分配和下游系统到个支点的短路电流值，负责为估算故障指示器的安装潜在点的模糊推理系统应该反应灵敏。因此，如图11所示，模糊推理系统被设计用于估计故障指示器在主馈线的安装潜在点。在这种方式下，模糊推理系统的输入参数如上述定义，它在0和1之间的产出输出参数，这描绘了沿主要主馈线安装的潜在点。在这些点的故障指示器的安装潜在点越接近1，值越大。图11模糊推理系统的系统框图一般来说，一个模糊系统的规范可通过人的经验，或使用自动调整技术制定，这是在已知的输入/输出对的基础上的。基于在这里处理的问题，第一个规范的策略是比较合适的。因此，如图11所示，模糊推理系统总共由28条规则组成。如图12所示，每个输入/输出参数由5组标准隶属函数组成。图12故障指示器优化配置的标准隶属函数从第2节介绍的数据和本节描述的模糊推理系统的使用，计算出故障指示器沿电力配电系统PDS-1和PDS-2安装的潜在点，如图13和14所示。它可以观察到，虽然在PDS-1主馈线有较大的下游负载，故障指示器安装的主要点是市区没有。图14着重指出了PDS-2主馈线故障指示器的安装潜在点。除本馈线最后分支机构，安装潜在点有随相对于变电站的距离增加而减少的趋势。这样的结果表明，在反馈线上有故障指示器的电流网络是相关的，仅需要在分支端的求值。图13沿PDS-1主馈线的故障指示器的安装潜在点图14沿PDS-2主馈线的故障指示器的安装潜在点从所提出的结果，可以验证模糊系统的输入变量的推断，以提供沿特定反馈线的故障指示器的潜在安装点。观察两条反馈线上的负载数据和用户数量，还可以验证得到一些与通过模糊推理系统选择的安装故障指示器点相关的相似似结果。然而，从到邻近装置的距离方面看可以发现在所调查的馈线存在差异。四结论本文介绍的是量化沿实际配电系统故障指示器的潜在安装点的有关程序。同时提出了一个高效的基于模糊推理的智能化系统架构，以确定最优化的方式在一个最适当的故障点安装故障指示器。另外，本文为在配电系统安装新的故障指示器提供了潜在安装点，同时提出了评估已在沿主反馈线上安装故障指示器的电力网络的方法，而得到的结果也证明了该方法的可行性。五感谢TheauthorsgratefullyacknowledgethetechnicalsupportreceivedfromtheELEKTRO-PowerDistributionCompany.六参考文献[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