CN115037054A - 基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，涉及换相开关智能控制技术领域，本发明通过低压台区故障前后剩余电流变化曲线及特征分量、分布特性,三相自平衡等技术研究，提出以剩余电流暂态分量作为逻辑动作条件的剩余电流保护策略，实现配电网低压台区的故障定位和隔离；自动获取线路阻抗推导台区三相不平衡并结合相间压差实现三相自平衡；并通过微功率无线技术的研究，实现测量信息和故障信息的上传；为低压故障的分析和处理提出数据支撑，提高配电网的自动化水平。

Description

基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端

技术领域

本发明属于换相开关智能控制终端，尤其涉及基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端。

背景技术

随着社会和经济的快速发展，我国配电网规模日益庞大和复杂。由于历史原因，我国长期存在重“发电、输电”、轻“配电”的管理模式，而配电网的建设受国家政策、整体规划、环保要求等因素的影响，一定程度上造成了配电网的自动化程度不高、供电能力跟不上社会和经济发展的局面。同时由于配电网点多面广，线路结构复杂，损耗比较大，占电网损耗的50％以上，其节能空间明显。

2017年5月，国家电网发布了《关于开展配电台区三相负荷不平衡问题治理工作的通知》，《通知》要求，要按照“源头预防、常态监测、科学施策、动态治理”的原则，治理三相不平衡。三相不平衡是电能质量的一个重要指标，不平衡的情况大多是因为三相的元器件、线路参数或负荷的不对称。日常运行中，由于三相负荷的不合理分配、单相用电负荷的不断变化、对于配变负荷的监视力度的削弱，此外配电网中单相断线故障、单相接地故障等也会引起三相不平衡，未来随着分布式户用光伏的快速发展，将加剧供电点的三相电压和电流的不平衡现象，引起线路、配变等损耗增加，同时配变在三相负载不平衡工况下运行将产生零序电流，使变压器局部发热，绕组绝缘因过热而加快老化，导致设备寿命降低。不仅如此，其对供电点上的电动机也会造成一些不利的影响，严重危害电动机的正常运行。目前农村低压电网在改造后低压电网结构发生了很大的变化，电网结构薄弱环节基本上己经解决，低压电网的供电能力大大增强，电压质量明显提高，大部分配电台区的低压线损率降到了11％以下，但仍有个别配电台区因三相不平衡等原因而造成线损率居高不下，给供电企业管理上造成较大的困难、经济上造成很大的损失。综上所述，三相负载不平衡运行时，将严重危及用电设备的安全及经济运行，这也是国家电网不断颁布文件，要求治理三相负荷不平衡问题的原因所在。

人工调整耗时长且需要停电，影响电网供电可靠性，需要引入自动治理装置。目前常用的三种治理三相不平衡的装置包括换相开关型三相不平衡调节装置、电容型三相不平衡调节装置及电力电子型三相不平衡调节装置，这些装置的应用克服了传统靠人工改线来调节三项不平衡的缺点，无需专人维护和管理，自动换相，不中断用户供电，但各自都有不足。电容型三相不平衡调节装置及电力电子型三相不平衡调节装置仅实现配变低压出口三相负荷或三相电流的平衡，但由于负载不能改变，不能从根本上解决实际负荷均衡分配问题；换相开关型三相不平衡调节装置由一个智能换相终端和若干个换相开关单元组成，存在的问题一是换相开关的换相时间一般都在20ms以上，会引起电压闪变，影响用户用电质量，二是现有装置主要依靠终端进行换相决策，通信中断将影响其正常使用，三是随着负荷增长及台区改造可能使换相开关扩展接入，现有市场上的设备需要大量的施工调试工作，维护成本较大。因此有必要开发快速型换相开关，缩短换相时间，提高用户电能质量，并引入自感知深度学习理论，实现换相开关装置的自组网及即装即用，避免多余的调试和维护工作量。

低压电网故障停电已成为影响供电可靠性的重要因素。由于目前配电网的复杂性，用电用户地理位置分散、数量庞大，使得用电用户在故障发生后，不能在时间上得到及时的解决和响应，用户、分支低压故障时，总保会动作，导致停电面积扩大。由于目前传统低压配电线路的故障排除主要依靠人工巡视、检修的方式来进行，这种方式效率低、安全性差、实施条件受限，同时考虑到跳闸以后需要运维人员到现场进行手动复位，增加了运维工作量，因此需要开发具备防干扰、防误动及自动重合闸功能的低压故障定位隔离装置。此外，目前故障定位装置和三相不平衡治理装置一般独立安装与运行，造成了一些测量单元的冗余，因此考虑将三相不平衡治理、低压侧故障定位与隔离两种功能集成到一套装置，可以有效减小装置的体积，降低应用成本。

泰州地区目前配变三相不平衡问题较为突出，由于前期低压负荷接入未有效综合考虑三相负荷平衡，且部分地区小动力用户较多，易发生因三相不平衡引起的超重载、低电压，尤其进入迎峰度夏等高负荷时期，单相用户负荷分配不均匀、小动力用户超容用电引起的三相不平衡配变较多，尤其负荷不平衡度大于25％，零线电流大于变压器额定电流的40％的三相不平衡易造成台区线损高损，严重影响配变台区正常运行，亟待采取有效措施进行治理。

二、国内外研究水平综述

2.1三相不平衡问题研究现状

目前，针对由于低压配网三相负荷不平衡所导致的有功损耗过大、零线电流过大、无

功功率过大等方面的问题，国内外主要有三种解决方法：人工换相、无功补偿装置、自动切换装置等。

针对由于用电负荷分配不均所造成的低压配网三相不平衡问题，人工换相的做法是通

过对各支路负荷功率以及母线各相功率数据进行统计分析，计算出当前时刻最优的负荷分

配相序，然后手动对需要更换相序的负荷支路进行换相动作，降低重负荷相所连接支路数，

提高轻负荷相所连接支路数，使母线三相功率尽可能的接近三相平衡。这种方式有两种主要缺点：人工换相所造成的断电时间过长；人工换相无法对配电母线进行动态调整。

无功补偿装置尽管是解决配电系统三相不平衡度的技术手段之一，不过其缺点相对来说也是比较明显的。首先无功补偿的针对目标是在电力系统中分布的容、感性负荷，以“功率因数”或“无功功率”为依据进行控制，并不能直接解决系统中由于负荷分配不均所造成的三相不平衡情况。同时使用电容器易与感性负荷产生并联谐振，放大谐波电流，装置的补偿控制策略能否适应不同性质用户的用电需求，使用该装置的成本是否小于不平衡带来的损耗等都需要仔细地进行研讨。

自动切换装置是一种利用现代电力电子、通讯等技术，可以更换用电负荷当前的供电相，从而保证单相用电负荷在三相间合理、对称的分配的新型装置。但是装置动作依赖台区侧终端对其下发控制命令，一旦通讯终端装置将无法动作。

采用电力半导体变流器实现电网三相不平衡的治理的思想早在七十年代就已有人提出，经过近些年对其研究的深入，不论在理论还是具体装置方面都已有了突破性的进展，2006年3月清华大学与上海电力公司完成了50MVA的链式多电平三相不平衡治理装置，在上海黄渡西郊变电站成功运行。2016年扬州供电公司开展配电网低压台区三相负载平衡技术的研究，通过合理划分负荷区域，对每个台区的配变负荷进行分区控制，台区安装一个负荷分配控制器和多个换相控制器，换相策略采用集中式控制方式，下发切换指令，换相开关实现电源相别的切换，该套设备不具备故障定位与隔离、分时段换相控制、自主控制、重合闸等功能。

在我国，针对三相不平衡问题，国内专家学者还提出了多种理论研究。中国计量学院的严虹提出了基于单相逆变电源的柔性切换系统的设计，不但能实现换相时平稳过渡，还可以解决使用开关以及两相之间相位差所造成的电压短时中断的问题。但系统过于复杂，采取了一种由逆变器回路主动供电的方式，控制策略比较有难度，还不能保证能够获取最优的负荷分配方案，同时价格昂贵；华中科技大学考虑了配电网的三相负荷不平衡问题，给出了配电网三相负荷不平衡模型，并采用了粒子群(Particle SwarmOptimization，PSO)算法求解，但PSO算法存在早熟等问题。国网吉林省电力公司发表《浅谈低压配电网三相负荷不平衡问题》仅对配电网出现三相负荷不平衡的原因和常规解决方法进行了分析，并未举出案例和提出实际方案。浙江理工大学建立了微电网负荷优化分配模型，运用PSO算法对模型求解，模型的构建仍处于优化调度范畴，对三相负荷不平衡尚未考虑。国网山西晋城供电公司对于配电网三相负荷不平衡调整进行了讨论，以某供电所为例讨论了不平衡原因及调整方案，但其策略尚不智能，数据需为2天前所得，不能实时参考。

在国家电网公司《国网运检部关于开展配电台区三相负荷不平衡问题治理工作的通知》(运检三[2017]68号)文中明确了三种治理治理方式：电容型三相负荷自动调节装置、电力电子型三相负荷自动调节装置、换相开关型三相负荷自动调节装置。前两种装置安装在台区侧，只能解决台区的三相不平衡问题，无法解决居民用户侧引起的三相不平衡问题。目前市场已有的换相开关型三相负荷自动调节装置，各换相开关装置动作时间在20-50ms之间,在换相过程中会产生用户的冰箱、空调、电脑等设备重启的情况，影响设备寿命造成客户投诉；随着分布式电能接入配电台区，如屋顶式光伏在渗透率高的情况下加剧了台区三相不平衡的问题。目前依赖通讯的换相开关的通信方式主要有无线GPRS，光纤、低压线载电力通信，无线GPRS通信成本高且信号受运营商基站信号制约；光纤通信虽然稳定，但是需要在配变台区额外架设网线，建设周期长且费用较高；低压线载电力通信可以通过已有电力线进行通讯，但是容易受到台区谐波等因素干扰，且泰州地区目前居民远程抄表大都使用电力线载波，低压载波通讯的换相开关可能会和居民集抄产生相互干扰，影响换相开关动作和台区抄表成功率会对电力人员造成指标考核。

2.2故障定位问题研究现状

针对故障定位问题，长期以来.由于受技术和研究方向的影响.低压配电系统的故障定位研究工作一直是处于起步阶段。国内外电力行业对于低压配电线路故障定位方法研究只在公变在线监测系统中实现了台区总出线的监视功能，没有实现分支线的监视功能。更无法提供更为精确的故障定位和处理功能。所以现阶段低压末端故障，尤其是总出线开关保护动作，很难查找故障分段。还是需要耗费大量的人力成本去排查。智能电网的发展对用户安全用电的自动化水平提出了更高的要求，其中，用户低压配电网(400V低压电网)的故障自动侦测及定位是其中的一项关键技术，用来在短路等事故保护动作之后，通过配变终端自动(可配合少量人工巡查工作)给出故障类型辨识和故障定位。

当电力系统发生故障，尽快恢复系统正常运行是减少电能中断时间的重要条件。同时，故障诊断也是故障恢复的先决条件之一，所以应快速、准确的隔离故障区域。因此，高效的诊断故障方法一直都是配电系统的研究热点。

低压配电网的故障定位所面临的问题主要有：1)低压配电网的线路参数分布不均匀，低压配电网大多为三相不平衡系统，其主馈线上往往含有分支支路，且主馈线和侧根支路上大多含有中间负载，其中发生的故障形式大多为单相接地故障，且故障阻抗相对较大，故障电流水平较低。2)未来分布式电源接入的影响，分布式电源的接入容量直接影响其对故障电流的贡献能力，分布式电源的接入可对位于其接入点上游的故障提供反向故障电流，对其接入点下游的故障的定位造成影响电网贡献的故障电流水平不同。

目前，国内外提出的可用于低压配电网的故障定位方法可以分为基于配电自动化信息的方法与基于终端测量信息的方法两类。有文献指出可以通过加装带有方向的电流检测装置来解决，但该方法会导致改造成本增高。随着配电网的发展，馈线终端单元(feederterminal unit，FTU)被应用到配电网中，可以采集测量点处的电压、电流信息，使基于终端测量信息的故障定位方法在近几年得到国内外研究人员的广泛关注，提出的故障定位方法依据其原理可分为矩阵法、阻抗法、路径搜索法、高频分量法、特征匹配法，一共5类。其中，多数方法利用单点测量信息进行故障的判定和定位，由于多个单点测量信息不含多个测量点之间的相互关系，因而不具备良好的自适应性，主要表现在易受非故障状态扰动(分布式电源的波动、分布式电源或负载的投切等)的影响；算法设计复杂，故障定位速度慢，目前基本上处于离线实验的研究阶段。

此外，当前市场上已见一些带有通信功能的断路器，它们可以通过与其配套的通信模块连接至上位机，实现遥信、遥测、遥调、遥控“四遥功能”。不仅可以查询断路器的当前状态(合闸、分闸或者脱扣)，而且可以查询最近一次故障记录，包括故障相极、故障类型、故障时各相电流、保护整定值、故障相电流及分断时间等。但带通信功能的断路器价格昂贵，多用于中高压配电网中，低压配电网中的断路器一般不带有录波和通信功能，因此，目前低压配电网中还不能采用和断路器进行通信的方式来实现故障定位。使用中压配电网的方法和装置将导致低压配网的故障定位、隔离成本过高，影响其应用推广。

2.3深度学习技术研究现状

深度学习是机器学习研究中的一个新的领域，其动机在于建立、模拟人脑进行分析学习的神经网络，它模仿人脑的机制来解释数据，例如图像，声音和文本。常见的深度学习模型有卷积神经网络、自编码模型和深度信念网。

(1)卷积神经网络：卷积神经网络是一种前馈神经网络，它主要用来识别位移、缩放及其他形式扭曲不变性的二维图形。以其局部权值共享的特殊结构，卷积神经网在语音识别和图像处理方面有着独特的优越性。

(2)自编码模型：稀疏编码算法是一种无监督学习方法，它用来寻找一组“超完备”基向量来更高效地表示样本数据。稀疏编码算法的目的就是找到一组基向量，使得我们能将输入向量X表示为这些基向量的线性组合。

(3)深度信念网：深度信念网是一种生成模型，通过训练其神经元间的权重，我们可以让整个神经网络按照最大概率来生成训练数据。受限玻尔兹曼机(RBM)是DBN模型的核心组成部分。RBM具有两层结构：可见层(Visible layer)和隐含层(Hidden layer)。经典的DBN网络结构是由若干层RBM和一层BP组成的一种深层神经网络。

深度学习技术在电力行业中的应用：

(1)电网运行监测：利用深度学习技术对电网运行情况进行实时监控，对无法正常运行的电力设备进行故障诊断和分析、调度分析等。赵雪松等人提出一种基于深度学习算法的电网故障诊断方法，对电网故障信息进行学习并获得对应的诊断模型。吴尚阳提出了一种基于深度学习的风能预报算法，通过引入深度学习的限制玻尔兹曼机构造了一种调度风能预报机制。

(2)用户行为分析预测：收集电力用户用电信息，对用户用电行为进行分析，预测用户用电需求、购电方式等信息，提升服务用户水平。陆俊等人基于特征优选策略实现了一种特征自适应的用户用电行为分析方法，完成优化的用户用电行为分析。

(3)电力负荷分析与预测：电力负荷预测是制定发电计划和电力系统发展规划的基础，精确的负荷预测对于电力系统经济、安全、可靠地运行具有重要意义。杨佳驹基于MapReduce模型的并行化决策树应用于智能电表数据的用电习惯挖掘，对电力负荷进行分析及预测。

目前配变台区的三相不平衡问题主要解决方法是安装在配电变压器侧的终端通过计算出三相电流不平衡度，分析出轻载相和重载相，然后将重载相的换相开关相位切到轻载相。基于深度学习技术的三相自平衡技术能够对历史数据进行分析，同时结合实时数据进行负荷预测，形成最经济换相策略。

目前配变台区故障定位与隔离技术是通过对保护设备剩余电流阈值进行设置，超过阈值则设备跳闸，由于配变台区的负荷变化是动态的，因此阈值设置的准确性影响了台区的稳定性。通过深度学习技术，通过对分支路数据监测，根据剩余电流特征分量不断优化阈值，最终形成故障定位与隔离优化策略。

目前电力计算运用的主流算法是潮流算法、牛顿拉普逊算法，这些算法需要网络拓扑结构、变压器变比、节点注入功率等都是给定的。但是随着新能源接入改变了配变台区原先的网络拓扑结构，同时网络结构也会由于故障和检修而改变，用户负荷随时发生变化，这些因素均会对算法的计算准确度产生影响。设备运用传统的算法，可能需要定期的进行软件升级，现场升级会增加运维人员的工作量，由于设备一般安装在电力杆等高处，升级过程中也会有触电、摔伤的概率；远程升级依赖信号的稳定性，设备安装在农村信号不高的地方时，将无法升级，或者升级过程中断导致宕机等问题。

近年来深度学习已经广受学术界和工业界的关注，在图像处理及分类，自然语言处理和生物医疗领域中取得卓越成果，但其在电力行业的研究与应用还处于萌芽阶段。近年来，相关的研究虽然不多，但也存在一些成功的例子。研究的重点主要在电力设备的故障诊断、新能源发电机的出力预测与缺陷检测、电网的维修以及改造领域。对于存在大量高维度数据的电力领域，特别是在具备庞大用户数据的配电网三相自平衡与低压故障定位、隔离技术研究领域，引入深度学习的理论具有一定的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供一种基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，其采用自学习自适应技术、负荷预测、不依赖通讯的自决策技术、重合闸技术，实现降损节能、提高抢修效率，减小经济损失的作用，可以有效降低设备资产运行维护成本，提高电网安全稳定经济运行和安全生产水平，并提高供电可靠性和电能质量水平。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，包含智能配变终端、配电侧、用户侧和配电变压器，所述智能配变终端分别与配电侧、用户侧连接，所述配电变压器通过配电侧连接用户侧；

所述智能配变终端包含采集APP模块以及与其连接的自动换项负荷调节模块；

其中，采集APP模块，用于采集配电侧的低压总、分出线电流、电压、有功功率、无功功率和功率因数；

自动换项负荷调节模块，用于调节用户侧各个用户电流、电压、相位、功率和拓扑结构

所述配电侧包含低压总开关和多个分出线开关；

所述用户侧包含多个用于负责执行负荷换相的操作机构的换相开关；

具体包含如下步骤：

步骤1，通过低压台区故障前后剩余电流变化曲线及特征分量、分布特性和三相自平衡，提出以剩余电流暂态分量作为逻辑动作条件的剩余电流保护策略，实现配电网低压台区的故障定位和隔离；

步骤2，自动获取线路阻抗推导台区三相不平衡并结合相间压差实现三相自平衡。

作为本发明基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端的进一步优选方案，所述换相开关之间采用CGMESH网络通讯，CGMESH网络是基于IPV6的Mesh多跳网络，以CGR为根节点，通过多级互相中继的多跳方式进行无线网络覆盖范围的方便灵活地延伸和扩展。CGMESH无线Mesh网络中，无线节点可以同远程后台进行端到端的直接IPV6通讯外，无线网络内的各级无线节点之间可以进行相互间的平行双向通讯。

作为本发明基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端的进一步优选方案，所述换相开关采用双向晶闸管并联接触器结构的换相开关。

作为本发明基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端的进一步优选方案，在步骤1中，低压台区故障包含接地故障、断线故障、接地断线混合故障。

作为本发明基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端的进一步优选方案，所述步骤1具体如下：

步骤1.1，调研统计配网侧不同的故障类型，对故障进行分类并研究不同故障类型下的电气量变化特征，为故障精准定位提供判断依据；

步骤1.2，调研三相不平衡问题，研究分布式电源单相接入对配电台区电压三相不平衡影响；从营销、用电信息采集等系统导出近一年配电台区历史数据；统计损耗较大的台区近一年三相不平衡度的变化趋势；并结合台区负荷性质、气候、季节等因素对三相不平衡问题进行多维度分析，为三相不平衡治理策略提供依据；

同时，调研含分布式光伏的配电台区数量，通过对该类台区的用电负荷，用电户数、用电量和用电趋势等统计分析，筛选出典型的配电台区，通过对分布式光伏发电量、配电台区无功特征及电能质量等多维度仿真分析得出各因素之间的关系；

步骤1.3，统计调研台区负荷性质，结合历史数据分析负荷用电规律并确定台区敏感性负荷，提出换相开关选点布置原则；通过系统获取台区用电负荷历史数据等相关信息，对用电量、用户性质、用电增长等情况分析，确定台区负荷性质；

对于敏感负荷的分类，再结合台区用电负荷性质相关数据分析可进一步精准判断台区侧是否含敏感性负荷，从而选择适合治理三相不平衡问题的台区，提出换相开关选点布置基本原则。

作为本发明基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端的进一步优选方案，在步骤1中，实现配电网低压台区的故障定位和隔离，具体如下：

基于自感知学习技术优化防误动判据策略，通过对分支线路剩余电流暂态分量分析，将纯功率转移量作为防误动判据，再把配网数据库输入进粗糙集运算系统，在不提供任何经验知识的情况下，利用粗糙集算法直接对数据进行分析和推理，从中发现隐含的电网故障规律，不断优化判据结果，提升防误动判据的精确度；

采用深度学习技术对电网历史数据进行分析，对无法正常运行的电力设备基于运行数据进行故障诊断和分析，进而推导出电网故障诊断方法，形成一种特征自适应的配网故障分析方法，从而精确隔离故障。

作为本发明基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端的进一步优选方案，所述步骤2具体如下：

步骤2.1，建立台区负荷性质和新能源接入模型，利用双链式结构的改进型量子遗传算法对台区三相自平衡：

建立台区三相负荷不平衡优化模型、新能源接入的模型：将所有用户接入相序用矩阵表示，同时考虑负荷类型，换相成本、新能源接入影响；采用常规的配电网日内负荷模型，以三相负荷不平衡最低的情况下，经济成本最小为目标，建立的数学模型和三相不平衡度数学模型；

对配电网三相负荷不平衡度分析，通过在一段时间内对用户负荷进行分析，得出用电负荷、相平均电压、功率因数，得出平均分相电流计算方法；通过计算三相负荷平均值，建立配电网三相负荷函数；

基于改进型量子遗传算法采用了一种双链式结构，克服编码存在的随机性及基础量子遗传算法在优化求解过程中存在的频繁解码的问题，并采用动态调整旋转角调整策略和自适应的调整算法搜索角度；

步骤2.2，基于开关运行历史数据的换相判据阈值自主优化算法：

基于换相开关采集的电压、电流历史数据，对大量的历史数据进行预处理，处理无效值和缺失值；通过分析数据波动趋势、用电离散系数和变动性来提取数据的特征值；

运用bagging通过构造一个预测换相阈值函数，以一定的方式将它们组合成一个预测函数；给定一个弱学习算法,和一个训练集；然后将该学习算法使用多次,得出预测函数序列,进行投票；最后结果准确率将得到提高，得出换相判据最优阈值；

步骤2.3，基于大量历史数据及现有数据滚动刷新，研究低压故障预测算法，通过模糊理论的粗糙集方法，不断优化预测结果，提升预测精确度；

采用模糊理论利用粗糙集对故障判别，摒弃常规故障定位中非0即1的绝对隶属关系，形成[0,1]区间内都可以对故障结果的隶属度值进行选取，各个故障选线结果的不确定性用隶属函数表示；

基于故障类型汇总以及对应的电气量变化特征，通过对实时数据的分析和推理，从中发现潜在的规律，实现故障预测；同时粗糙集方法利用大量历史数据及现有数据滚动刷新，不断优化预测结果，提升预测精确度。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本发明通过低压台区故障前后剩余电流变化曲线及特征分量、分布特性,三相自平衡等技术研究，提出以剩余电流暂态分量作为逻辑动作条件的剩余电流保护策略，实现配电网低压台区的故障定位和隔离；自动获取线路阻抗推导台区三相不平衡并结合相间压差实现三相自平衡；并通过微功率无线技术的研究，实现测量信息和故障信息的上传；为低压故障的分析和处理提出数据支撑，提高配电网的自动化水平；

2、本发明将原先集中式的控制模式转变为集中+分散式的控制模式，在通信异常时换相开关可以实现自主检测、自主采集、自主判断、自主动作，通过采集安装点的电压电流信息，即可得出最优换相策略，并通过粗糙集方法和基于运行历史数据的深度自学习算法不断优化协调策略实现定值和时间的差值整定，解决通讯不稳定引起的误动作；

3、本发吗ing提出了基于CGMESH的无线多跳自组网网络，实现换相开关的即装即用换相开关通过CGMESH的自组网络与终端进行自动通讯，在后期进行开关拓展时，可即装即用免调试，开关采样与终端采样匹配进行相序辨识，解决现场电力线缆相序难以辨别的问题；

4、本发明提出了基于剩余电流暂态特征分量的低压配电网故障定位算法，基于各换相开关及终端采集安装点的电压电流值，可推导出整个配电台区的等值阻抗，基于剩余电流暂态特征分量计算故障点与终端与开关的距离，定位故障区域，解决低压配电网中的单相短路故障定位和隔离问题。

附图说明

图1是本发明基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端的系统架构图；

图2是本发明基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端系统功能模块图；

图3是本发明换相开关型原理接线图；

图4本发明电容型三相负荷自动调节装置原理接线图；

图5本发明电力电子型三相负荷自动调节原理接线图；

图6本发明金华配变台区三相不平衡治理分布式智能架构示意图；

图7本发明温州瓯海区三相不平衡装置安装及调节效果示意图；

图8本发明山东省菏泽市三相不平衡智能调节装置应用示意图；

图9本发明基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端的换相开关结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

结合附图对本发明创造的进一步详细的说明，至少具体描述一个最佳实施例，这种描述的具体化程度应达到使所属技术领域的技术人员按照所描述的内容能够重现发明或者实用新型，而不必再花费创造性的劳动，如不必再进行摸索研究和实验，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1和图2所示，基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，包含智能配变终端、配电侧、用户侧和配电变压器，所述智能配变终端分别与配电侧、用户侧连接，所述配电变压器通过配电侧连接用户侧；

所述智能配变终端包含采集APP模块以及与其连接的自动换项负荷调节模块；

其中，采集APP模块，用于采集配电侧的低压总、分出线电流、电压、有功功率、无功

功率和功率因数；

自动换项负荷调节模块，用于调节用户侧各个用户电流、电压、相位、功率和拓扑结构

所述配电侧包含低压总开关和多个分出线开关；

所述用户侧包含多个用于负责执行负荷换相的操作机构的换相开关；

具体包含如下步骤：

步骤1，通过低压台区故障前后剩余电流变化曲线及特征分量、分布特性和三相自平衡，提出以剩余电流暂态分量作为逻辑动作条件的剩余电流保护策略，实现配电网低压台区的故障定位和隔离；

步骤2，自动获取线路阻抗推导台区三相不平衡并结合相间压差实现三相自平衡，并通过微功率无线技术的研究，实现测量信息和故障信息的上传；为低压故障的分析和处理提出数据支撑，提高配电网的自动化水平。

为实现配变台区三相自平衡与低压故障定位、隔离技术，本发明以换相开关为主体，利用双链式结构的改进型量子遗传算法对台区三相自平衡技术研究，换相开关采用双相晶闸管结构，缩短换相时间；基于模糊理论的粗糙集技术对分支线进行故障定位，基于CGMESH网络通讯实现换相开关之间及配变终端通讯，同时装置具备重合闸功能。

3.2发明研究内容的理论依据：

(1)现有三相不平衡治理技术

a)换相开关型三相负荷自动调节装置

技术原理:

换相开关型三相负荷自动调节装置(低压负荷自动换相装置)是由一个智能换相终端(负责负荷监测与自动换相控制)和若干个换相开关单元(负责执行负荷换相的操作机构)组成。智能换相终端实时监测配变低压出线的三相电流，如果在一定监测周期内配变低压侧三相负荷不平衡度超限，智能换相终端读取配变低压出线和所有换相开关单元各负荷支路的电流、相序实时数据，进行优化计算，发出最优换相控制指令，各换相开关单元按照规定相流程执行换相操作，实现用户负台区三相负荷均衡分配。

适用条件:

配电台区三相负荷不平衡问题由特殊负荷随机变化引起，且通过日常运维管理措施难以治理。配电变压器低压侧功率因数大于0.85。配电台区低压主干线和主要分支线为三相供电方式。换相开关供电范围内无对可靠性要求高的敏感性负荷。换相开关型原理接线图如图3所示。

智能换相终端通过电力线载波与所有换相开关单元实时通讯，智能换相终端根据换相开关单元电流、相序实时数据，进行优化计算，发出最优换相控制指令，换相开关单元接收指令执行换相操作，实现用户负台区三相负荷均衡分配。

b)电容型三相负荷自动调节装置

技术原理:

电容型三相负荷自动调节装置(相间无功补偿装置)是在相线间跨接电力电容器,实现有功功率转移，平衡相间的有功功率，同时利用连接在相线与零线之间的电力电容器对每一相进行不等量无功补偿，平衡相间的无功功率，降低三相不平衡度、提升功率因数。

适用条件:

配电台区三相负荷不平衡问题由特殊负荷随机变化引起，且通过日常运维管理措施难以治理。配电台区同时存在三相负荷不平衡和无功不足问题。配电台区供电半径较短。电容型三相负荷自动调节装置原理接线图如图4所示。

电容型三相负荷自动调节装置又称相间补偿型三相不平衡调节装置，通过是在相线间跨接电力电容器，实现有功功率转移，平衡相间的有功功率降低三相不平衡度。但是本装置仅实现配变低压出口三相负荷平衡，不能从根本上解决实际负荷均衡分配问题。

c)电力电子型三相负荷自动调节装置

技术原理:

电力电子型三相负荷自动调节装置(低压静止无功补偿装置SVG、有源滤波器APF)是采用大功率可关断型电力电子开关技术的电能质量综合治理装置。它通过快速检测出接入处无功、负序、谐波电流，根据空间矢量脉宽调制(SVPWM)控制方法产生触发脉冲信号驱动控制晶闸管输出与检测到的无功、负序、谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，综合解决配电台区无功、谐波、电压波动以及三相负荷不平衡等问题。

适用条件:

配电台区三相负荷不平衡问题由特殊负荷随机变化引起，且通过日常运维管理措施难以治理。用户对电能质量要求较高或同时存在三相负荷不平衡、无功不足和谐波超限问题。配电台区供电半径较短。电力电子型三相负荷自动调节原理接线图如图5所示。

负载功率不平衡产生三相电流不平衡，通过在线路上并联三相不平衡模块调节器，将需要转移的电能从线路上转存在调节器内，通过DSP(Digital Signal Processing)快速计算分配方式，将转移电能叠加在不同相别上，强制实现调节器前端电流三相平衡，但由于负载不能改变，调节器后端电流仍然不平衡。

(2)无线Mesh网络通讯技术

无线Mesh网络，由mesh routers(路由器)和mesh clients(客户端)组成，其中mesh routers构成骨干网络，并和有线的internet网相连接，负责为mesh clients提供多跳的无线internet连接。它是一种与传统无线网络完全不同的新型无线网络技术。

在无线Mesh网络中，任何无线设备节点都可以同时作为AP和路由器，网络中的每个节点都可以发送和接收信号，每个节点都可以与一个或者多个对等节点进行直接通信。

无线Mesh网络具有几个无可比拟的优势：

1)部署安装简便：安装Mesh节点非常简单，将设备从包装盒里取出来，接上电源就行了。由于极大地简化了安装，用户可以很容易增加新的节点来扩大无线网络的覆盖范围和网络容量。在无线Mesh网络中，不是每个Mesh节点都需要有线电缆连接，这是它与有线AP最大的不同。

2)稳定性实现网络稳定性通常的方法是使用多路由器来传输数据。如果某个路由器发生故障，信息由其他路由器通过备用路径传送。在Mesh网络结构中，由于每个节点都有一条或几条传送数据的路径。如果最近的节点出现故障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影响。

3)结构灵活：在多跳网络中，设备可以通过不同的节点同时连接到网络，因此不会导致系统性能的降低。Mesh网络还提供了更大的冗余机制和通信负载平衡功能。在无线Mesh网络中，每个设备都有多个传输路径可用，网络可以根据每个节点的通信负载情况动态地分配通信路由，从而有效地避免了节点的通信拥塞。而单跳网络并不能动态地处理通信干扰和接入点的超载问题。

4)高带宽：无线通信的物理特性决定了通信传输的距离越短就越容易获得高带宽，因为随着无线传输距离的增加，各种干扰和其他导致数据丢失的因素随之增加。因此选择经多个短跳来传输数据将是获得更高网络带宽的一种有效方法，而这正是Mesh网络的优势所在。

在Mesh网络中，一个节点不仅能传送和接收信息，还能充当路由器对其附近节点转发信息，随着更多节点的相互连接和可能的路径数量的增加，总的带宽也大大增加。

(3)三相平衡技术采用的算法

遗传算法(Genetic Algorithm)是一类借鉴生物界的进化规律(适者生存，优胜劣汰遗传机制)演化而来的随机化搜索方法。其主要特点是直接对结构对象进行操作，不存在求导和函数连续性的限定；具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力；采用概率化的寻优方法，能自动获取和指导优化的搜索空间，自适应地调整搜索方向，不需要确定的规则。遗传算法的这些性质，已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域。

遗传算法也是计算机科学人工智能领域中用于解决最优化的一种搜索启发式算法，是进化算法的一种。这种启发式通常用来生成有用的解决方案来优化和搜索问题。进化算法最初是借鉴了进化生物学中的一些现象而发展起来的，这些现象包括遗传、突变、自然选择以及杂交等。遗传算法在适应度函数选择不当的情况下有可能收敛于局部最优，而不能达到全局最优。

遗传算法还具有以下几方面的特点：

(a)遗传算法从问题解的串集开始搜索，而不是从单个解开始。这是遗传算法与传统优化算法的极大区别。传统优化算法是从单个初始值迭代求最优解的；容易误入局部最优解。遗传算法从串集开始搜索，覆盖面大，利于全局择优。

(b)遗传算法同时处理群体中的多个个体，即对搜索空间中的多个解进行评估，减少了陷入局部最优解的风险，同时算法本身易于实现并行化。

(c)遗传算法基本上不用搜索空间的知识或其它辅助信息，而仅用适应度函数值来评估个体，在此基础上进行遗传操作。适应度函数不仅不受连续可微的约束，而且其定义域可以任意设定。这一特点使得遗传算法的应用范围大大扩展。

(d)遗传算法不是采用确定性规则，而是采用概率的变迁规则来指导他的搜索方向。

(e)具有自组织、自适应和自学习性。遗传算法利用进化过程获得的信息自行组织搜索时，适应度大的个体具有较高的生存概率，并获得更适应环境的基因结构。

(f)此外，算法本身也可以采用动态自适应技术，在进化过程中自动调整算法控制参数和编码精度。

(4)故障定位方法

1)阻抗法

阻抗法通过测量故障发生后故障点到测量端之间的阻抗，然后利用线路参数建立故障定位方程，求解得到故障距离。这种方法多以线路集中参数模型为基础，由于原理简单，容易实现，所以一直得到人们广泛的关注。

电桥法是阻抗法故障测距中比较广泛使用的一种。电桥法包括电阻电桥法和电容电桥法两种。

电阻电桥法仅适用低阻抗的测量，要求故障点的电阻不得超过100千欧，最高不得超过500千欧，一般以2千欧为宜。其基本原理为：将被测电缆末端非故障相与故障相短接，电桥两输出臂分别接故障相和非故障相，调节电桥臂上的调节电阻，当电桥平衡后，根据电桥平衡原理计算出故障距离。

电容电桥法可以用于电缆断线故障的测量，其原理与电阻电桥法类似。

电桥法的优点是：方便、简单。但缺点是不适合测量高电阻和闪络性故障。因为故障电阻较高的情况下，电桥回路中电流很小，一般电流检流计灵敏度很低，很难检测出电桥是否平衡。电桥法的另一缺点是需要知道电缆的准确长度等原始材料，当一条电缆线路是由两种以上导体材料或不同截面积的两段以上的电缆组成时，还需进行换算。还有电桥法不能测量三相短路故障。

这种阻抗法是以线路集中参数模型为基础进行计算的，当故障电阻比较大，就无能为力了。为此，有文献提出了一种适于测量高电阻故障的阻抗法，这种方法以分布参数为基础，建立参数方程，并计算出故障距离。其基本原理是：对带有高电阻故障的电缆施加正弦高压信号，使高阻故障点闪络，此时故障点的高电阻故障变为电弧故障。因为电弧故障成电阻性，流过故障点的电流和故障点两端的电压同相位，通过采集系统，将流过线路的电流和线路两端的电压采集到后，根据分布参数理论就可以求出沿线路各点的电压和电流，从而实现故障定位。

2)行波法

行波法也是电力电缆故障测距中一种比较常用的方法。行波法故障定位具有速度快、精度高等优点，具体包括：A、B、C和D型行波测距法。

(a)A型行波测距故障点发生故障后，产生的行波就会在在故障点与测量端来回传播，可以通过行波往返故障点与测量端一次的时间和行波波速来确定故障点的距离。这种方法不受过渡电阻和对端负荷阻抗的影响，此原理简单，所用装置较少，且可以在理论上达到较高的精度。多年来，由于没有深入地了解故障点产生的行波特性以及传播特性，再加上需要高速采样系统和精准时间计时系统等条件，所以一直没得到广泛应用。近年来，比较常用的A型行波测距方法主要有：脉冲电流法和脉冲电压法。

脉冲电流法是80年代初发展起来的一种测试方法，该方法具有安全、可靠和接线简单等优点。其原理是：通过线性电流耦合器测量电缆故障击穿时产生的脉冲故障电流信号。它实现了仪器和高压回路的电耦合，省去了电容与电缆之间串联的电容和电感，简化了接线，而且还易于分辨传感器耦合出的脉冲电流信号。脉冲电压法，又称为冲击闪络法。该方法原理为：首先利用直流高压和脉冲高压信号把电缆故障点击穿，然后通过放电电压脉冲在测量端与故障点之间往返一次的时间来测距。其优点是不需将高阻和闪络性故障击穿，直接利用故障击穿产生的瞬时脉冲信号，测试速度比较快，测量过程简便。其缺点是：在利用此方法测距时，高压电容对脉冲信号呈短路状态，需要串联一个电阻或电感产生电压信号，这样就增加了接线的复杂性，且降低了电容放电时加在故障电缆的电压，使故障点难以击穿；还有在测量过程中，分压器耦合的电压波形变化不明显，难以分辨。

(b)B型行波测距

B型行波测距的基本原理是：只利用故障点行波产生的第一个行波波头信号到达电缆两端的信息，并借助于通信通道进行故障测距的。此方法的优点在于只利用第一个波头，因而故障点的反射波和透射波不会限制此方法的应用。但此方法仍需要精确的故障行波到达测量端的时间。

(c)C型行波测距

C型行波测距的基本原理：电缆发生故障时，将该电缆与电网断开，通过脉冲发射装置向故障电缆发射高频脉冲，然后计算脉冲信号在装置与故障点之间的来回时间，从而计算出故障距离。

目前，常用的C型行波测距方法主要有低压脉冲反射法和二次脉冲法。

低压脉冲反射法,又叫雷达法。主要用于电缆的低阻(或短路)故障及断路故障的测距。这种方法比较简单直观,通过观察故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差来进行测距。不同的故障性质具有不同的反射波,如果发射脉冲是正极性的,回波脉冲也是正极性的,表示是断路故障或终端头开路,即电压不能馈至另一端的故障；如果回波是负极性脉冲,则是短路接地故障,表示电缆故障点绝缘电阻低于该电缆的特性阻抗,甚至为零的故障。低压脉冲反射法的优点是简单、直观，不需要详细的电缆原始资料，还可以根据反射脉冲的极性分辨故障类型。缺点是不能用于测量高电阻与闪络故障。

3)声测法

声测法的基本原理是利用电力电缆故障点放电时产生的声音信号进行定点，声音传感器在电力电缆上方将声音信号检测出来，声音最大的地方为故障点所在的位置。对于电缆护层己经被烧穿的故障，往往可以在地面上用人耳直接听到故障点的放电声。但是对于电缆护层未被烧穿的电缆故障或者是埋深的电缆故障，都有可能使故障点放电声音减小，需要用高灵敏度的声电转换器，如拾音器或压电晶体，将地面上微弱的地震波转换为电信号并由相关仪器对信号进行放大处理，然后用耳机还原成声音，或通过显示装置显示声音的强度，以此来找出放电声音最大的位置。该方法主要用于电力电缆高阻故障的定点。

4)音频电流感应法

如果电缆发生了低阻故障，例如故障电阻小于10Ω，就很难利用声测法检测到故障点放电的声音或者根本没有放电声音，因此低阻故障不能使用声测法进行故障定位。这时可以使用音频电流感应法通过检测地面上磁场的变化来确定故障点的位置。其基本原理是用1～15kHz的音频信号发生器向被测电缆中通入音频信号电流，由于电磁耦合的作用，在大地中会产生感应电流，从而形成地面磁场，然后在地面上用探头沿着电缆敷设路径接收音频信号，并将接收到的音频信号送入接收机进行放大并送入耳机。根据耳机中响声的变化可探测故障点的位置，在故障点的上方音频信号最强，当探头继续前移时，音频信号逐渐降低，则音频信号最强处即为故障点。

音频感应法一般用于探测故障电阻小于10Ω的低阻故障。用音频感应法对两相(三相)短路或两相(三相)短路并接地故障进行测量都能获得满意的效果，一般测得的故障点位置绝对误差为1-2m。

(5)粗糙集理论

粗糙集理论作为一种数据分析处理理论，在1982年由波兰科学家Z.Pawlak创立。粗糙集理论作为智能计算的科学研究，无论是在理论方面还是在应用实践方面都取得了很大的进展。粗集理论不仅为信息科学和认知科学提供了新的科学逻辑和研究方法，而且为智能信息处理提供了有效的处理技术。

只要把数据库输入进粗糙集运算系统，而不用提供任何先验的知识，粗糙集算法就能自动学习出知识来，这正是它能够广泛应用的根源所在。而在模糊集、可拓集等集合论中我们还要事先给定隶属函数。

粗糙集理论作为一种处理不精确(imprecise)、不一致(inconsistent)、不完整(incomplete)等各种不完备的信息有效的工具，一方面得益于他的数学基础成熟、不需要先验知识；另一方面在于它的易用性。由于粗糙集理论创建的目的和研究的出发点就是直接对数据进行分析和推理，从中发现隐含的知识，揭示潜在的规律，因此是一种天然的数据挖掘或者知识发现方法，它与基于概率论的数据挖掘方法、基于模糊理论的数据挖掘方法和基于证据理论的数据挖掘方法等其他处理不确定性问题理论的方法相比较，最显著的区别是它不需要提供问题所需处理的数据集合之外的任何先验知识，而且与处理其他不确定性问题的理论有很强的互补性(特别是模糊理论)。

另一方面粗糙集理论可以和其他智能算法结合，比如：和神经网络的结合，利用粗糙集理论进行数据预处理，以提高神经网络收敛速度；和支持向量机SVM结合；和遗传算法结合；特别是和模糊理论结合，取得许多丰硕的成果，粗糙理论和模糊理论虽然两者都是描述集合的不确定性的理论，但是模糊理论侧重的是描述集合内部元素的不确定性，而粗糙集理论侧重描述的是集合之间的不确定性，两者互不矛盾，互补性很强。

配变台区三相不平衡综合治理以配变台区低压侧首端谐波治理、无功补偿调节，末端三相负荷切换为核心。其中，谐波、电压波动和闪变以及三相不平衡度同用户的电力负荷特性的关系较密切，这三个指标难以做到实时监督，一般由试验部门定期组织测量。

1)三相电压不平衡度

执行标准：GB/T 15543-2008《电能质量三相电压允许不平衡度》

根据相关执行标准，规定了三相电压不平衡度的允许值及其计算、测量和取值方法，适用于电力系统正常运行方式下由于负序分量引起的公共连接点的电压不平衡度。国标规定电力系统公共连接点的正常电压不平衡度允许值为2％，短时不得超过4％。每个用户一般不超过1.3％。

2)三相不平衡度超限

三相不平衡度超限规程规定：配电变压器出口处的负荷不平衡度应不小于10％，综合配电规定其出口电流不平衡度不应大于15％，中线电流不应超过低压侧额定电流的25％，低压主干线及主要分支线的首端电流不平衡应小于20％。根据现在电网改造，要使线损率达到12％以下，上述指标只能紧缩不能放宽。

3)谐波电流限值

执行标准：GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》

谐波用户注入电力系统公共连接点的各次谐波电流应满足国家标准GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》要求，并且应严格按国家标准所规定的方法，根据公共连接点的最小短路容量、供电设备容量及用电协议容量进行换算。

4)配电网规划设计技术

执行标准：DL/T 5729-2016《配电网规划设计技术导则》

适用于110(66)kV、35kV及以下各电压等级配电网规划设计，标准对供电区域、规划编制基础、负荷预测与电力平衡、主要技术原则、电网结构、设备选型、智能化基本要求、用户及电源接入要求等方面进行了规范，并提出了配电网规划计算分析与技术经济分析的相关要求。目标是建成具有必备的容量裕度、适当的负荷转移能力、一定的自愈能力和应急处理能力、合理的分布式电源接纳能力的配电网，实现安全、可靠、经济地向用户供电。

5)配电网运维规程

执行标准：Q/GDW 1519-2014《配电网运维规程》

按照《配电网运维规程》(Q/GDW 1519-2014)规定，配电变压器的负荷不平衡度应符合：Yyn0接线变压器负荷不平衡度不大于15％，零线电流不大于变压器额定电流的25％；Dyn11接线变压器负荷不平衡度不大于25％，零线电流不大于变压器额定电流的40％。

(2)市面上现有设备示范应用情况

金华分布式智能架构的配变台区三相不平衡治理技术研究及应用

2016年，为解决城乡结合部配网的三相不平衡问题，研发了分布式智能架构的配变台区三相不平衡治理技术及解决方案，如图所示，由后台监控主站、有功自平衡负荷优化控制装置(子站)、负荷换相开关和通讯系统构成。并在金华电力公司六石新村台区做了试点应用。

金华配变台区三相不平衡治理分布式智能架构如图6所示。

六石新村台区配变容量630KVA，用户数量100户左右，原先三相负荷不平衡度普遍超过50％以上，用电高峰期存在单相重过载情况，末端用户投诉自身用电电压不稳定，用电电器无法正常使用。试点应用中安装了台区负荷智能平衡系统一套，有功自平衡负荷优化控制装置1台、负荷换相开关20台。

应用前：该台区某一时间点(22：30)单相负载电流为204A，306A，588A，最大单相负载率为64.6％，三相负荷不平衡度为65％，变压器剩余出力仅剩下变压器容量的35.4％；应用后：不平衡度控制至10％，最大单相负载率降低至44％，变压器剩余容量可达56％，可间接增加变压器20％以上的出力，极大减少变压器单相过载故障的发生，治理后线损降低到3％左右。

该方案采用换相开关型三相负荷自动调节装置，换相过程中存在短时供电中断现象，要求供电范围内无对可靠性要求高的敏感性负荷。同时在主站通信中断情况下，可能无法正常工作。

温州瓯海区三相不平衡调节装置应用。

娄桥供电所潘桥7#变台区为街道小区性质的变压器台区，主要用户为小作坊企业、商铺用电、家庭作坊用电以及居民用电，使用的变压器容量是315kVA。在变压器低压侧安装1套三相不平衡调节装置，容量为100Kvar。补偿前三相电流最大相差200多个安培，补偿后三相电流最大相差基本都保持在10A以内，因现场安装容量为100KVAR的三相不平衡装置，最大调节能力为150A，个别时间点会出现三相需调整电流大于150A的情况。

该方案采用电容型三相负荷自动调节装置，装在配电台区侧，供电台区半径较短，且仅实现配变低压出口三相负荷平衡，不能从根本上解决实际负荷均衡分配问题。如图7所示，温州瓯海区三相不平衡装置安装及调节效果。

山东省菏泽市三相不平衡智能调节装置应用

山东省菏泽市鄄城县部分行政村指导安装三相不平衡智能调节装置10台，该装置是一种将无源无功补偿及有源三相不平衡补偿结合的装置，利用有源的快速性及实用性来治理不平衡，无源电容器的廉价来提高装置的性价比，达到不平衡及无功综合治理的目的。

该方案采用电力电子型三相负荷自动调节装置，装在配电台区侧，供电台区半径较短，该装置将转移电能叠加在不同相别上，强制实现调节器前端电流三相平衡，但由于负载不能改变，调节器后端电流仍然不平衡。如图8所示，山东省菏泽市三相不平衡智能调节装置应

用示意图。

上述装置为本发明的研究与应用提供了实践基础，但是各类装置在系统性解决问题方面还存在各种不足，因此亟待研制一种集三相不平衡治理、采用自学习自适应技术、负荷预测、不依赖通讯的自决策技术、重合闸技术，低压侧故障定位与隔离于一体的换相开关型装置及

智能终端。

(1)基于改进型量子遗传算法的自决策型换相控制策略：基于各换相开关采集安装点的电压电流值，即可推导出整个配电台区的等值阻抗是本发明的难点；利用双链式结构的改进型量子遗传算法，预估换相调节前、后电压变化值，得出最优的自决策型换相控制策略是本发明的关键点。

(2)研制的换相开关应稳定可靠，功耗小：通过采用双向晶闸管技术，结合半导体器件与接触器开关的优点，研制一种换相时间在10ms以内并可自主调节换相时间的新型换相开关，保证短暂停电不影响用户用电是本发明研究的难点和关键点之一。

(3)研究基于深度学习优化防误动判据策略：基于分支线路剩余电流暂态分量研究，形成以纯功率转移量作为防误动判据，通过粗糙集方法和基于运行历史数据的深度自学习算法，不断优化判据结果，提升防误动判据的精确度是本发明研究的关键点。

发明研究内容

调研统计泰州地区低压故障分类，结合统计数据研究不同故障类型下电气量的变化特征；基于历史数据对三相不平衡问题多维度分析，研究新能源接入对配电台区无功电压三相不平衡的影响；结合历史数据分析负荷用电规律，统计调研台区负荷性质并确定台区敏感性负荷，提出换相开关选点布置原则。

建立台区负荷性质和新能源接入模型，利用双链式结构的改进型量子遗传算法对台区三相自平衡技术研究；研究基于开关运行历史数据的换相判据阈值自主优化算法；基于大量历史数据及现有数据滚动刷新，研究低压故障预测算法，通过模糊理论的粗糙集方法，不断优化预测结果，提升预测精确度。

基于剩余电流暂态特征分量研究低压故障定位算法、隔离判据；针对台区故障的不同类型，研究分析故障前后剩余电流变化曲线及特征分量、分布特性等，形成防干扰和防误动判据；考虑现场复杂情况及减小运行工作量的情况，研究换相开关在低压侧故障定位和隔离过程中的重合闸技术。

根据低压末端换相开关不同时刻采集的电压、电流数据，研究自动获取线路阻抗的计算方法；根据所计算的线路阻抗，通过低压潮流仿真技术，推导出台区首端不平衡度与线路末端阻抗及相间压差的数学关系，研究基于线路阻抗及相间压差的换相判据；结合台区的负荷预测，研究基于自组网通讯功能形成三相不平衡开关负荷切换的自决策型控制策略，研制自平衡换相开关样机。

基于剩余电流监测、故障定位、隔离和微功率无线传输，研究设计装置的架构和各功能模块；装置硬件平台及功能模块开发；新型智能配变终端样机试制及测试。选择试点工程示范应用。针对前述课题的研究成果，研究示范工程的设计，建设规范与发明可实施性，完成示范工程可研。针对泰州低压配电网的具体情况，进行示范工程成套设计，根据示范工程的方案，开展示范工程的建设与实施。以示范工程为评估对象，评估设备三相不平衡治理效果，故障定位及隔离可靠性。

发明实施方案

本发明总体上按照“基础研究”、“技术攻关”、“装置开发”、“示范应用”的思路开展本发明内容的研究工作。以“基础分析”，建立关键技术研究的理论和框架基础；以“关键技术研究”为骨干，结合实际配电网工程实例，开展关键技术研究；根据关键技术研究，开发相应的样

机并实现示范应用。

本发明通过低压台区故障前后剩余电流变化曲线及特征分量、分布特性,三相自平衡等技术研究，提出以剩余电流暂态分量作为逻辑动作条件的剩余电流保护策略，实现配电网低压台区的故障定位和隔离；自动获取线路阻抗推导台区三相不平衡并结合相间压差实现三相自平衡。并通过微功率无线技术的研究，实现测量信息和故障信息的上传。为低压故障的分析和处理提出数据支撑，提高配电网的自动化水平。

(1)调研统计泰州地区配网侧不同的故障类型，对故障进行分类并研究不同故障类型下的电气量变化特征，为故障精准定位提供判断依据。低压电缆线路故障主要是接地故障、断线故障、接地断线混合故障。

接地故障主要有单相接地、两相接地；断线故障主要有一相断线、两相断线和中性线断线。过对每种故障发生时的电气量变化进行分析总结。

(2)调研泰州地区三相不平衡问题，研究分布式电源单相接入对配电台区电压三相不平衡影响

首先从营销、用电信息采集等系统导出近一年配电台区历史数据。统计损耗较大的台区近一年三相不平衡度的变化趋势。并结合台区负荷性质、气候、季节等因素对三相不平衡问题进行多维度分析，为三相不平衡治理策略提供依据。

同时，调研泰州地区含分布式光伏的配电台区数量，通过对该类台区的用电负荷，用电户数、用电量和用电趋势等统计分析，筛选出典型的配电台区，通过对分布式光伏发电量、配电台区无功特征及电能质量等多维度仿真分析得出各因素之间的关系。

(3)统计调研台区负荷性质，结合历史数据分析负荷用电规律并确定台区敏感性负荷，提出换相开关选点布置原则；

通过系统获取台区用电负荷历史数据等相关信息，对用电量、用户性质、用电增长等情况分析，确定台区负荷性质。基于负荷性质判断台区是否有敏感负荷。对于供电网中的负荷/设备，如果电压发生变动或者突然变化将导致其不能正常工作或者功能下降，称这类负荷为敏感负荷/设备。表1为敏感负荷定义，具体如下：

表1

根据表1对于敏感负荷的分类，再结合台区用电负荷性质相关数据分析可进一步精准判断台区侧是否含敏感性负荷，从而选择适合治理三相不平衡问题的台区，提出换相开关选点布置基本原则。

(1)建立台区负荷性质和新能源接入模型，利用双链式结构的改进型量子遗传算法对台区三相自平衡技术研究；

首先建立台区三相负荷不平衡优化模型、新能源接入的模型。将所有用户接入相序用矩阵表示，同时考虑负荷类型，换相成本、新能源接入影响等。采用常规的配电网日内负荷模型，以三相负荷不平衡最低的情况下，经济成本最小为目标，建立的数学模型和三相不平衡度数学模型。

对配电网三相负荷不平衡度分析，通过在一段时间内对用户负荷进行分析，得出用电负荷、相平均电压、功率因数，得出平均分相电流计算方法。通过计算三相负荷平均值，建立配电网三相负荷函数。

基于改进型量子遗传算法采用了一种双链式结构，克服编码存在的随机性及基础量子遗传算法在优化求解过程中存在的频繁解码的问题，并采用动态调整旋转角调整策略和自适应的调整算法搜索角度。最终得出一套相序调整方案，最终实现配电网三相负荷不平衡度的降低、线路损耗的减小、配电变压器损耗的减少、配变出力的合理分配以及用电设备安全运行效率的提高。

(2)研究基于开关运行历史数据的换相判据阈值自主优化算法；

基于换相开关采集的电压、电流等历史数据，首先对大量的历史数据进行预处理，处理无效值和缺失值；通过分析数据波动趋势、用电离散系数和变动性来提取数据的特征值。在尽量保证数据本质的前提下将提取数据中的特征值维数降低，并综合运用主成分分析，因子分析，独立成分分析。

接着运用bagging这种方法通过构造一个预测换相阈值函数，然后以一定的方式将它们组合成一个预测函数。首先给定一个弱学习算法,和一个训练集；然后将该学习算法使用多次,得出预测函数序列,进行投票；最后结果准确率将得到提高，得出换相判据最优阈值。

(3)基于大量历史数据及现有数据滚动刷新，研究低压故障预测算法，通过模糊理论的粗糙集方法，不断优化预测结果，提升预测精确度。

常见的故障定位方法的输出结果可表示为：1表示发生故障的线路，0表示没有发生故障的线路。不同线路针对某一故障特征可能会表现出明显的差别。因此本发明采用的模糊理论利用粗糙集对故障判别，摒弃常规故障定位中非0即1的绝对隶属关系，形成[0,1]区间内都可以对故障结果的隶属度值进行选取，各个故障选线结果的不确定性可以用隶属函数表示。发生故障的可能性随着选线结果的隶属度值越接近于0而越低；相反如果隶属度值越接近于1，则成功定位故障的可能性就越高。

基于课题1总结的故障类型汇总以及对应的电气量变化特征，通过对实时数据的分析和推理，从中发现潜在的规律，实现故障预测。同时粗糙集方法利用大量历史数据及现有数据滚动刷新，不断优化预测结果，提升预测精确度。

(1)基于剩余电流暂态特征分量研究低压故障定位算法、隔离判据；

当低压电网发生故障时，换相开关可监测到故障过电流，结合低压电网自身的特点，采用蚁群算法对故障定位进行分析。蚁群算法是模拟自然界中真实蚁群的觅食行为而形成的一种模拟进化算法。单个蚂蚁的行为是简单的,但是多个简单的个体组成的群体却表现出及其复杂的行为。

由于故障发生时，无法预料是单点故障还是多点故障，基于蚁群算法进行分布式计算。首先假设发生单点故障，进行全局寻优计算，求出评价函数的最小值以及假定条件下的故障点。其次再假定发生两点故障和三点故障，并分别计算出评价函数的最小值以及假定条件下的故障点；最后对三种假定条件下的评价函数值的最小值进行比较，评价函数值最小的假定情况成立，确定全局最优解。在确定故障支路后，换相开关动作从而实现隔离。

(2)针对台区故障的不同类型，研究分析故障前后剩余电流变化曲线及特征分量、分布特性等，形成防干扰和防误动判据。

研究当发生故障时剩余电流的变化规律，以及无故障时剩余电流值，从而得到故障时剩余电流的突变量。以突变量大小作为剩余电流保护的逻辑动作条件。研究剩余电流暂态特征分量，形成以纯功率转移量作为防误动判据。

电力设备无故障跳闸通常指设备未发生短路等故障而发生设备跳闸。无故障跳闸一般是由于电流或功率的突变引起的，因此基于电流和功率突变量的大小判断装置是否进入启动状态，当电流突变量或者功率突变量的绝对值分别大于电流定值或者功率定值时，则表示进入启动状态。

装置满足突变量电流或突变量功率启动条件后，若同时满足功率突变量绝对值大于跳闸前的有功功率定值、三相电流均小于投运电流定值且满足这些条件的时间大于无故障跳闸时间定值，则故障判为无故障跳闸。最终形成以纯功率转移量作为防误动判据。

现场的故障类型非常复杂，不同的故障由暂态过渡到稳态的时间也不相同，可能某个支路剩余电流突然提升以后就恢复正常，因此装置设定检测到故障后动作，防止误判的可能性，同时设备延时动作时间以及剩余电流保护阈值均可以手动设置。

(3)考虑到当发生故障换相开关跳闸以后，需要运维人员去现场手动复位，增加了运维人员工作量的情况，设备加入重合闸的功能，当线路发生故障为瞬时或暂时性的情况下，换相开关检测到故障后进行隔离，当检测到故障解除后自动合闸，避免了人工干预。同时重合闸次数以及从跳闸到重合的时间均可以手动设置。

基于自感知学习的自平衡控制，首先通过用电信息采集系统的台区首端电气量数据(三相电流、三相电压等)和末端用户(智能电表用户)的日有功电量数据，通过智能电表建立自动拓扑关联关系，主动召测电表的非电量数据，直接判断出最佳的台区户表三相不平衡技术措施(负荷切换开关型)安装的地点和容量，并提供切换前后效果对比。基于系统数据充分考虑选取更多维更广泛的电气量特征，最大程度上分析基于历史数据挖掘的配电网三相不平衡控制策略。考虑到配网周期性和规律性的特征，首先分析历史数据寻找数据中的共性特征，再通过改进型量子遗传算法对数据分类研究，最终将分析结果应用到配电网三相动态自平衡控制策略中。

数据源包括：配变台帐信息，包括配变额定容量、CT变比、台区接线方式；配变出口侧的历史数据断面，按日期提取24点、48点、96点历史数据，包含三相电流、三相电压、有功功率、无功功率等信息,断面数量尽量多,必须包含三相不平衡发生日期的数据；台区所有低压用户的日电量、月电量，断面数量尽量多，最好与台区首端断面的日期统一。

换相开关通过CGMESH的自组网络与终端进行自动通讯，当终端发生通讯异常，CGMESH通讯网络按照换相开关的负载率情况选出合适的开关作为终端通讯节点，通过自感知实现网络重组，不影响换相开关间的互相通讯，保证了换相开关数据采集和换相功能的执行。

考虑到当分布式居民光伏接入配变台区以后，通过对配电台区电压电流等数据进行仿真建模，提取数据波动趋势的特征值。同时考虑到分布式居民光伏的发电特性，预测不同时间段分布式居民光伏的发电量，实现有功动态自平衡的提前预判，在通信异常时换相开关可以实现自主检测、自主采集、自主判断、自主动作。基于换相开关“四个自主”控制方法，通过采集安装点的电压电流信息，即可得出最优换相策略，并通过粗糙集方法和基于运行历史数据的深度自学习算法不断优化协调策略实现定值和时间的差值整定，解决通讯不稳定引起的误动作。

基于自感知学习技术优化防误动判据策略，通过对分支线路剩余电流暂态分量分析，将纯功率转移量作为防误动判据，再把配网数据库输入进粗糙集运算系统，在不提供任何经验知识的情况下，利用粗糙集算法直接对数据进行分析和推理，从中发现隐含的电网故障规律，不断优化判据结果，提升防误动判据的精确度。

采用深度学习技术对电网历史数据进行分析，对无法正常运行的电力设备基于运行数据进行故障诊断和分析，进而推导出电网故障诊断方法，形成一种特征自适应的配网故障分析方法，从而精确隔离故障。

通过深度学习技术，对分支路数据监测，根据剩余电流特征分量不断优化阈值，对保护设备剩余电流阈值进行设置，超过阈值则设备跳闸，由于配变台区的负荷变化是动态的，因此阈值设置的准确性对台区的稳定性极其重要。

根据计算的线路阻抗值，通过低压潮流仿真技术，推导出台区首端不平衡度与线路末端阻抗及相间压差的数学关系，根据三相不平衡治理的条件，当配电变压器负荷不平衡度>15％，且一天内连续越限1小时即需治理的要求，同时实时监测相间压差，利用自学习技术形成换相判据。

传统的换相开关硬件采用继电器和永磁断路器模式，这类换相开关机械寿命短且换相时间长，因此本发明采用双向晶闸管并联接触器结构，换相过程无冲击、切换速度快，结构图如图9所示。

切换技术：采用过零换相技术，换相时间不超过10ms，能够避免在负荷投切瞬间产生的较大涌流，避免对用户的用电设备产生影响。

节能可靠：采用双相晶闸管并联接触器结构，避免传统换相开关中半导体器件长期运行带来的发热问题，将大幅提高配网运行稳定性和安全性，装置自身损耗小，接近零损耗，对环境无电磁污染、无噪声污染。

由于配电台区用电负荷高峰期是在10点-12点、16点-18点，20点-22点这三个时间段，这些时间段的三相不平衡度最大，本发明设计的换相开关可以设置在这三个时间段治理三相不平衡度。同时根据现场不同的情况，不平衡度的阈值可在换相开关界面手动设置。

换相开关之间采用CGMESH网络通讯。CGMESH网络是基于IPV6的Mesh多跳网络。以CGR为根节点，通过多级互相中继的多跳方式进行无线网络覆盖范围的方便灵活地延伸和扩展。CGMESH无线Mesh网络中，无线节点可以同远程后台进行端到端的直接IPV6通讯外，无线网络内的各级无线节点之间可以进行相互间的平行双向通讯。

(1)基于剩余电流监测、故障定位、隔离和微功率无线传输，研究设计样机的架构和各功能模块；

(2)装置硬件平台及功能模块开发，为了方便主站方便查询数据，终端从内网搭建通讯后台，发生故障后及时告知运维人员；

(3)开展样机试制及测试。

(4)针对前述课题的研究成果，针对泰州实际配电台区情况，研究示范工程的设计，建设规范与发明可实施性，完成示范工程应用及验证。

本发明提出了基于自感知深度学习的换相开关“四个自主”控制方法：将原先集中式的控制模式转变为集中+分散式的控制模式，在通信异常时换相开关可以实现自主检测、自主采集、自主判断、自主动作。通过采集安装点的电压电流信息，即可得出最优换相策略，并通过粗糙集方法和基于运行历史数据的深度自学习算法不断优化协调策略实现定值和时间的差值整定，解决通讯不稳定引起的误动作。

本发明提出了基于CGMESH的无线多跳自组网网络，实现换相开关的即装即用：换相开关通过CGMESH的自组网络与终端进行自动通讯，在后期进行开关拓展时，可即装即用免调试。开关采样与终端采样匹配进行相序辨识，解决现场电力线缆相序难以辨别的问题。

本发明提出了基于剩余电流暂态特征分量的低压配电网故障定位算法：基于各换相开关及终端采集安装点的电压电流值，可推导出整个配电台区的等值阻抗，基于剩余电流暂态特征分量计算故障点与终端与开关的距离，定位故障区域，解决低压配电网中的单相短路故障定位和隔离问题。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，其特征在于：

包含智能配变终端、配电侧、用户侧和配电变压器，所述智能配变终端分别与配电侧、用户侧连接，所述配电变压器通过配电侧连接用户侧；

所述智能配变终端包含采集APP模块以及与其连接的自动换项负荷调节模块；

其中，采集APP模块，用于采集配电侧的低压总、分出线电流、电压、有功功率、无功功率和功率因数；

自动换项负荷调节模块，用于调节用户侧各个用户电流、电压、相位、功率和拓扑结构

所述配电侧包含低压总开关和多个分出线开关；

所述用户侧包含多个用于负责执行负荷换相的操作机构的换相开关；

具体包含如下步骤：

步骤1，通过低压台区故障前后剩余电流变化曲线及特征分量、分布特性和三相自平衡，提出以剩余电流暂态分量作为逻辑动作条件的剩余电流保护策略，实现配电网低压台区的故障定位和隔离；

步骤2，自动获取线路阻抗推导台区三相不平衡并结合相间压差实现三相自平衡。

2.根据权利要求1所述的基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，其特征在于：所述换相开关之间采用CGMESH网络通讯，CGMESH网络是基于IPV6的Mesh多跳网络，以CGR为根节点，通过多级互相中继的多跳方式进行无线网络覆盖范围的方便灵活地延伸和扩展。CGMESH无线Mesh网络中，无线节点可以同远程后台进行端到端的直接IPV6通讯外，无线网络内的各级无线节点之间可以进行相互间的平行双向通讯。

3.根据权利要求2所述的基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，其特征在于：所述换相开关采用双向晶闸管并联接触器结构的换相开关。

4.根据权利要求1所述的基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，其特征在于：在步骤1中，低压台区故障包含接地故障、断线故障、接地断线混合故障。

5.根据权利要求3所述的基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，其特征在于：所述步骤1具体如下：

步骤1.1，调研统计配网侧不同的故障类型，对故障进行分类并研究不同故障类型下的电气量变化特征，为故障精准定位提供判断依据；

步骤1.2，调研三相不平衡问题，研究分布式电源单相接入对配电台区电压三相不平衡影响；从营销、用电信息采集等系统导出近一年配电台区历史数据；统计损耗较大的台区近一年三相不平衡度的变化趋势；并结合台区负荷性质、气候、季节等因素对三相不平衡问题进行多维度分析，为三相不平衡治理策略提供依据；

同时，调研含分布式光伏的配电台区数量，通过对该类台区的用电负荷，用电户数、用电量和用电趋势等统计分析，筛选出典型的配电台区，通过对分布式光伏发电量、配电台区无功特征及电能质量等多维度仿真分析得出各因素之间的关系；

步骤1.3，统计调研台区负荷性质，结合历史数据分析负荷用电规律并确定台区敏感性负荷，提出换相开关选点布置原则；通过系统获取台区用电负荷历史数据等相关信息，对用电量、用户性质、用电增长等情况分析，确定台区负荷性质；

对于敏感负荷的分类，再结合台区用电负荷性质相关数据分析可进一步精准判断台区侧是否含敏感性负荷，从而选择适合治理三相不平衡问题的台区，提出换相开关选点布置基本原则。

6.根据权利要求1所述的基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，其特征在于：在步骤1中，实现配电网低压台区的故障定位和隔离，具体如下：

基于自感知学习技术优化防误动判据策略，通过对分支线路剩余电流暂态分量分析，将纯功率转移量作为防误动判据，再把配网数据库输入进粗糙集运算系统，在不提供任何经验知识的情况下，利用粗糙集算法直接对数据进行分析和推理，从中发现隐含的电网故障规律，不断优化判据结果，提升防误动判据的精确度；

采用深度学习技术对电网历史数据进行分析，对无法正常运行的电力设备基于运行数据进行故障诊断和分析，进而推导出电网故障诊断方法，形成一种特征自适应的配网故障分析方法，从而精确隔离故障。

7.根据权利要求1所述的基于三相自平衡、低压故障定位隔离的换相开关智能终端，其特征在于：所述步骤2具体如下：

步骤2.1，建立台区负荷性质和新能源接入模型，利用双链式结构的改进型量子遗传算法对台区三相自平衡：

建立台区三相负荷不平衡优化模型、新能源接入的模型：将所有用户接入相序用矩阵表示，同时考虑负荷类型，换相成本、新能源接入影响；采用常规的配电网日内负荷模型，以三相负荷不平衡最低的情况下，经济成本最小为目标，建立的数学模型和三相不平衡度数学模型；

对配电网三相负荷不平衡度分析，通过在一段时间内对用户负荷进行分析，得出用电负荷、相平均电压、功率因数，得出平均分相电流计算方法；通过计算三相负荷平均值，建立配电网三相负荷函数；

基于改进型量子遗传算法采用了一种双链式结构，克服编码存在的随机性及基础量子遗传算法在优化求解过程中存在的频繁解码的问题，并采用动态调整旋转角调整策略和自适应的调整算法搜索角度；

步骤2.2，基于开关运行历史数据的换相判据阈值自主优化算法：

基于换相开关采集的电压、电流历史数据，对大量的历史数据进行预处理，处理无效值和缺失值；通过分析数据波动趋势、用电离散系数和变动性来提取数据的特征值；

运用bagging通过构造一个预测换相阈值函数，以一定的方式将它们组合成一个预测函数；给定一个弱学习算法,和一个训练集；然后将该学习算法使用多次,得出预测函数序列,进行投票；最后结果准确率将得到提高，得出换相判据最优阈值；

步骤2.3，基于大量历史数据及现有数据滚动刷新，研究低压故障预测算法，通过模糊理论的粗糙集方法，不断优化预测结果，提升预测精确度；

采用模糊理论利用粗糙集对故障判别，摒弃常规故障定位中非0即1的绝对隶属关系，形成[0,1]区间内都可以对故障结果的隶属度值进行选取，各个故障选线结果的不确定性用隶属函数表示；

基于故障类型汇总以及对应的电气量变化特征，通过对实时数据的分析和推理，从中发现潜在的规律，实现故障预测；同时粗糙集方法利用大量历史数据及现有数据滚动刷新，不断优化预测结果，提升预测精确度。

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