配電網(wǎng)故障尋址技術(shù)的研究

李子豪　孫玲　李旭光

【摘 要】針對(duì)配電網(wǎng)故障尋址困難的問題，提出了一種新的配電網(wǎng)故障尋址方法，應(yīng)用射頻通信技術(shù)和GPRS技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送到故障尋址系統(tǒng)分析中心；根據(jù)數(shù)據(jù)庫中具有結(jié)構(gòu)參數(shù)圖形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立故障序列標(biāo)準(zhǔn)集；采用模糊聚類算法判斷故障點(diǎn)，且按實(shí)際情況及時(shí)修改設(shè)備的誤動(dòng)率和拒動(dòng)率，提高故障點(diǎn)判斷正確率；把短信工具嵌入到故障分析軟件之中，保證相關(guān)人員及時(shí)了解配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況，提高供電可靠性。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；故障尋址；射頻通信；GPRS通信；圖形建模；模糊聚類

0 引言

配電網(wǎng)線路長分支多，發(fā)生故障時(shí)巡查費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且故障原因的多樣性、設(shè)備拒動(dòng)、設(shè)備誤動(dòng)、信息傳輸?shù)牟煌耆允沟门潆娋W(wǎng)故障尋址更加困難[1]。目前故障尋址的算法種類繁多，但這些算法存在著計(jì)算時(shí)間長，通用性及實(shí)用性差，費(fèi)用大的缺點(diǎn)[2-3]。因此，如何充分利用配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其故障特點(diǎn)，為配電自動(dòng)化提供一種快速、實(shí)時(shí)、簡單的故障尋址算法是目前研究故障尋址所面臨的主要問題。

1 故障尋址系統(tǒng)的硬件設(shè)備

本文研究的配電網(wǎng)故障尋址系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[4]如圖1所示，其中故障尋址系統(tǒng)的硬件設(shè)備由故障指示器、射頻收發(fā)裝置和DTU數(shù)據(jù)終端等單元組成，其與故障尋址中心通過GPRS/Internet進(jìn)行連接。

本文介紹的故障指示器分為A、B、C三相檢測模塊，分別懸掛于三相上，是一種安裝在電力系統(tǒng)線路上用于指示或監(jiān)控線路運(yùn)行狀態(tài)的裝置。故障發(fā)生時(shí)，故障指示器檢測到的故障信息及地址編碼信息由通訊單元發(fā)送至射頻收發(fā)裝置，然后由射頻收發(fā)裝置將信息匯集到GPRS數(shù)據(jù)終端單元，將信息發(fā)送至故障尋址系統(tǒng)中心。

通信裝置包括射頻收發(fā)裝置和GPRS數(shù)據(jù)終端單元（DTU）。射頻收發(fā)裝置可以接收所屬區(qū)域內(nèi)的故障指示器的信息，并發(fā)送給GPRS數(shù)據(jù)終端單元。GPRS數(shù)據(jù)終端單元基于無線DDN通信系統(tǒng)，方便開發(fā)和設(shè)計(jì)。同時(shí)開發(fā)了一套專用的通訊協(xié)議，可以將多組故障指示器信息一并送出，可以避免亂碼、傳送不連續(xù)等情況導(dǎo)致通信錯(cuò)誤的問題。

對(duì)射頻模塊的開發(fā)要求如下：運(yùn)行功耗要低，能夠自動(dòng)進(jìn)入休眠模式；有能夠處理信號(hào)碰撞時(shí)的能力，能夠確保信號(hào)發(fā)送和接收成功；通信距離能夠滿足要求?；谝陨蠋c(diǎn)要求[5-6]，選擇了DVB-nRF9E5開發(fā)套件，用于對(duì)Nordic VLSI公司無線Soc芯片nRF9E5進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)。

GPRS通信裝置接收射頻通信裝置發(fā)來的故障信號(hào)，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到故障尋址系統(tǒng)分析中心。通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組網(wǎng)方式如圖2，射頻收發(fā)裝置通過RS-232串口連接到數(shù)據(jù)終端，將數(shù)據(jù)打成IP包，再通過GPRS空中接口傳入到GPRS/Internet網(wǎng)，最后通過GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端到達(dá)故障尋址系統(tǒng)中心。

2 故障尋址系統(tǒng)分析中心的構(gòu)成

故障尋址系統(tǒng)分析中心的主要任務(wù)就是分析判斷配電網(wǎng)故障位置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，由以下幾個(gè)部分組成：GPRS數(shù)據(jù)接收中心、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、圖形建模、模糊聚類計(jì)算、短信通知系統(tǒng)等。為了配電網(wǎng)圖形建模的需要，同時(shí)開發(fā)了圖紙繪制工具。

GPRS數(shù)據(jù)接收中心是用于管理GPRS通信裝置、與GPRS通信裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)的服務(wù)軟件，它需要通過開發(fā)包中動(dòng)態(tài)庫wcomm_dll.dll來完成和GPRS通信裝置之間的通訊。動(dòng)態(tài)庫wcomm_ dll.dll包括了通訊所需要的全部API函數(shù)，包括服務(wù)的啟動(dòng)與停止、數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收、參數(shù)的配置與查詢等。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是本系統(tǒng)必不可少的部分，其功能和應(yīng)用貫穿整個(gè)系統(tǒng)的每一個(gè)部分。GPRS數(shù)據(jù)接收中心將接收到的設(shè)備信息按照數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的設(shè)備編號(hào)，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，從而使系統(tǒng)數(shù)據(jù)瞬間更新。圖形建模需要將死板的圖形元件賦予拓?fù)潢P(guān)系，因此在拓?fù)潢P(guān)系結(jié)構(gòu)中存儲(chǔ)的將會(huì)是數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)元件的標(biāo)識(shí)符，從而使得圖形建模的結(jié)果不必因元件的狀態(tài)等原因而重新進(jìn)行。模糊聚類的分析計(jì)算更加需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)，其計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果都將存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，成為短信通知系統(tǒng)的告警信息的來源。

基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，利用面向?qū)ο笏枷胩岢雠潆娋W(wǎng)設(shè)備模型，在網(wǎng)絡(luò)圖形上直觀地表示出所有具體的配電網(wǎng)電力設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上提出了一種鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)涿枋?，稱之為圖形建模。圖形建模除了完成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析的功能外，還需要形成故障序列標(biāo)準(zhǔn)集。同時(shí)，在該圖形建模所形成的模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的快速動(dòng)態(tài)修正和設(shè)備搜索模塊的設(shè)計(jì)。圖紙繪制工具是為圖形建模服務(wù)的，利用圖紙繪制工具可以方便的將一般形式的配電網(wǎng)圖形轉(zhuǎn)換成具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系的配電網(wǎng)圖形，從而使配電網(wǎng)圖形繪制和配電網(wǎng)故障尋址系統(tǒng)相互獨(dú)立，圖紙更換更加靈活，具有通用性，系統(tǒng)更具實(shí)用價(jià)值。

根據(jù)配電網(wǎng)圖形建模，給出了故障序列標(biāo)準(zhǔn)集，將其作為模糊聚類中心，然后根據(jù)實(shí)際設(shè)備狀態(tài)，結(jié)合設(shè)備的誤動(dòng)率和拒動(dòng)率，進(jìn)行模糊聚類計(jì)算，選擇最合乎實(shí)際情況的故障位置，并通知相關(guān)配電網(wǎng)維護(hù)人員，進(jìn)行故障排除。

雖然故障尋址系統(tǒng)給出了估計(jì)的故障位置，但由于模糊聚類本來就是從概率角度出發(fā)進(jìn)行故障位置決策的，判斷失誤是在所難免的，因此增加了一項(xiàng)設(shè)備誤動(dòng)率和拒動(dòng)率參數(shù)校正的功能。

如圖4所示，在實(shí)際故障位置一欄點(diǎn)擊帶有“…”的小按鈕，將彈出實(shí)際情況對(duì)話框，用來選擇實(shí)際故障位置。此項(xiàng)功能針對(duì)配電網(wǎng)維護(hù)人員有效，由配電網(wǎng)維護(hù)人員確認(rèn)實(shí)際故障位置后，錄入數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而修正相應(yīng)設(shè)備的誤動(dòng)率和拒動(dòng)率。

為了達(dá)到高效處理配電網(wǎng)故障，需要改進(jìn)故障告警通知的技術(shù)。本系統(tǒng)采用成都眾山科技有限公司的飛天短信引擎FT35A GSM MODEM。組網(wǎng)方式如圖5。

該模塊與配電網(wǎng)故障尋址系統(tǒng)通過RS232數(shù)據(jù)接口連接，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障由配電網(wǎng)故障尋址系統(tǒng)判斷出故障位置之后，將故障現(xiàn)象和故障位置通過短信發(fā)送到具有權(quán)限的配電網(wǎng)維護(hù)人員的手機(jī)上。

3 總結(jié)

隨著配電網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)方式和方法的改進(jìn)，配電網(wǎng)故障尋址系統(tǒng)終將推廣應(yīng)用于大型配電網(wǎng)系統(tǒng)中，本文提出的方法已應(yīng)用于天津市某供電局的配電網(wǎng)故障尋址系統(tǒng)?，F(xiàn)場運(yùn)行的結(jié)果表明，故障信息能夠正確傳輸，故障點(diǎn)能夠正確判斷，具有很好的發(fā)展前景。

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