基于边缘计算的分布式配电故障处理探析

引言

当分布式配电线路出现故障时,需要采取必要的措施来尽快排除故障,恢复供电。当前,大多数通过分布式配电系统各自单元配置的智能终端与主系统进行通信,来确定发生故障的位置,普遍采取统一矩阵法进行故障定位。此外,随着云计算等先进计算机数据处理技术的兴起,近年来逐渐采用人工智能算法来进行故障定位,并且日益受到重视。其中,基于边缘计算的分布式配电故障处理系统,其计算对象是可以直接对顶层的配电系统进行优化,并且本身不是系统控制单元的区段控制单元,因而可以直接在区段内完成相应的通信、判断等任务,缩短了元件间的通信过程,提高了数据处理效率。

1基于边缘计算的分布式智能配电线路故障区段定位技术

整个配电系统由许多系统组成,在运行时会在某些系统内产生一些故障,影响配电系统的正常运行。因此,需要对发生故障的区域进行及时的故障检测,迅速定位找到问题,以便于及时采取措施来修复故障区域,保证供电安全。

1.1开环配电线路的故障检测方法

基于边缘计算模式构建配电线路故障检测系统时,那些分段线路上不参与主系统控制的信息数据,可以直接在每个子系统内进行初步处理。当配电线路开环运行时,也就是配电线路的开路、回路之间的变电站有可以通信的元件时,故障出现在两者之间,就可以借助中间的子开关的闭合开启来确定通过的电流情况,借此判断故障发生的确切区域。具体来说,就是当某一个区间内的电流检测装置检测到有电流产生时,会借助边缘计算网络通信系统与相邻区域的智能电子元件进行通信,如果相邻区域反馈也检测到电流产生,说明本区间范围内未发生故障,然后相邻区块继续与下一个区域进行相同的检测操作,直到找出故障位置为止。

1.2闭环配电线路的故障检测技术

当发生故障的线路中各分段区间之间没有设置用于联络的智能电子通信开关时,也就是处于闭环方式时,就要结合各个区段的电流功率指向的方向来确定故障位置。在系统中某一区段,如果其两段的电流功率均指向本区段时,说明故障发生在本区段:相反,当与本区段关联的各个开关电流功率都指向本区域之外的区域,说明故障未发生在本区段,此时需要对与本区段相连的下一个区段进行同样的排查工作。

2基于边缘计算的分布式配电线路短路故障检测技术

配电系统的线路产生短路故障时,主要的故障类型有两相和三相短路两种故障,以及接地短路故障(包括两相和单相接地短路类型)。如果需要检测系统线路的短路故障时,要以这些类型来进行区分,配电线路短路故障的特征如下:

2.1三相短路故障特征

如果检测到整个系统的线路电流值大于系统的额定电流时,并且三相电流电压对称的特性没有发生变化,说明发生的故障类型为三相短路故障,此时如果配电系统的线路检测到短路故障,则可以借助这些评判标准来进行判断,即线路中电流的值均明显高于线路的额定电流,同时还保持电流电压的三相对称特性,那么就可以断定此时线路中发生了三相短路故障。

2.2两相短路故障特征

配电系统出现的两相短路故障,最主要的表现就是发生了两相线路的短接。在出现短接现象的两相电路之间,其中流经的电流方向是相反的,也就是二者之间的相角相差为180o。因此,通过两相电路之间的这一电流特性,就可以判断是否出现了两相短路故障,即通过该区段的线路中,任意两相电路中测量的电流角度差为180°,就可以断定其中发生了两相电路短接故障。

2.3单相接地短路故障特征

在判断整个配电系统的线路发生接地短路故障时,可以优先初判其为单相接地短路故障,因为此种类型的接地故障发生频率最高。单相接地短路故障主要根据中性点接地方式的差异又可以分为中性点不接地、中性点经消弧线圈接地两种类型。如果配电线路单相线路中发生中性点不接地的故障时,不接地的线路系统中,流过的零序电流大小等于除此故障线路之外的所有正常线路中的电容电流的向量和,同时该发生故障的线路上的容性无功功率方向与正常线路上的无功功率的方向相反。

因此,判断线路故障类型时,可以借助对比发生故障线路的零序电流与正常线路上的电容电流总和的大小,以及检测故障线路处电流无功功率的方向与正常工作线路上的电流无功功率方向是否一致,来判断线路中所发生的故障类型是否为单相接地短路故障。

3基于边缘计算的分布式配电线路的故障处理措施

如果发现整个配电系统线路中发生线路故障时,要立即断开故障区段两端的开关,隔离故障区段,然后再根据各种

故障的特征来具体判断到底是何种类型的线路故障,然后在最短时间内进行故障处理工作,恢复供电以降低供电损失,提高供电可靠性。

3.1开环状态配电线路的故障处理

如果线路中发生的是开环配电线路故障,则需要判断此区段内的分段开关两边的区段是否发生故障,如果与其相邻的区段内的线路均正常工作,则分段开关无论有无故障电流通过,都不进行分闸:与此相反,如果与其相邻的任意一个区段内部发生了线路故障,那么无论故障电流是否通过这个开关,都要进行分闸操作。当然如果这个开关是负责通信联络的开关,那么不进行操作。

如果发生故障区段的边界开关不是联络开关,那么需要判断该区段的联络开关所在的区段是否为以此联络开关为边界的区段,如果不是以联络开关为边界的线路区段,那么该处联络开关所对应的电子控制设备经过事先设定的延时后,会发出合闸指令,联络开关执行操作联通该处的线路,进而恢复该区域内的正常供电:反之,发生配电线路的故障区段与联络开关相邻,那么该处对应的电子控制设备不会对联络开关发出合闸操作,而是将发生故障的区域进行隔离,防止影响其他区块的正常供电。

3.2闭环状态配电线路的故障处理

如果发生的故障类型是闭环线路故障,并且没有设置联络开关,那么检测到配电线路发生线路故障并且完成故障定位后,其对线路进行故障区段隔离操作,恢复该区段供电机制,与开环线路的机制有差异。如果闭环线路发生故障,首先进行故障区段的定位,然后与发生故障区段的线路开关对应的电子控制设备就会发出通信指令,与相邻区段对应设备进行沟通,获取判断是否为闭环故障所需的信息。当其确定相邻区段的线路开关通过故障电流时,会进一步确认故障电流的功率方向,如果经过通信后没有发现故障电流的所有功率方向均指向本区段,那么就可以判断故障发生在本区段,进而对本区段的相关开关发出分闸操作指令,隔离故障区段。对于进行了分闸操作的区段,由于已经进行了隔离,整个系统线路没有失电区段,因而不用进行恢复供电的操作。

4结语

随着社会经济的不断发展,人们对于电力的需求也在日益增长,如何保障整个电网系统的供电可靠性,成为当前的研究热点。要想保障整个配电线路的供电安全性和可靠性,就需要在线路发生供电故障时,能够在最短时间内完成故障的定位排查、故障恢复、故障区段隔离以及恢复供电的操作,最大限度地保证供电线路的正常供电,这就需要借助当前先进的各种智能算法来优化整个故障的处理过程,提高故障处理效率,保障供电效果。