基于蟻群算法的10kV配電線路開關(guān)跳閘告警系統(tǒng)

趙瑩

摘 要：由于配電線路數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，使得對相關(guān)異常的告警效果并不理想，為此，提出基于蟻群算法的10kV配電線路開關(guān)跳閘告警系統(tǒng)設(shè)計研究。將具有可調(diào)頻采集功能的ZBD22305TZ作為數(shù)據(jù)采集裝置，將具有高效數(shù)據(jù)計算能力的HS2020MD1532作為數(shù)據(jù)處理芯片，利用蟻群算法對采集到的數(shù)據(jù)進行向量化處理后，通過分析配電線路開關(guān)跳閘相關(guān)信息的關(guān)聯(lián)性判定是否進行告警。測試結(jié)果表明，設(shè)計系統(tǒng)對配電線路開關(guān)跳閘告警的準確率為94.44%，告警報出率為94.74%。

關(guān)鍵詞：蟻群算法;配電線路開關(guān);跳閘告警;向量化處理;關(guān)聯(lián)性

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

引言

10kV配電線路開關(guān)跳閘是影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要故障類型之一[1]，對其作出準確告警對于提高供電質(zhì)量，優(yōu)化供電環(huán)境具有十分重要的現(xiàn)實意義[2]。蟻群算法作為一種應用廣泛的數(shù)據(jù)分析方法，將其應用在配電線路開關(guān)跳閘告警數(shù)據(jù)分析中具有巨大的優(yōu)勢[3]。與其他類型的告警系統(tǒng)設(shè)計相比，10kV配電線路開關(guān)跳閘故障帶來的影響是以一種相對聯(lián)動的方式存在的，這也是現(xiàn)階段相關(guān)告警研究需要克服的重點問題。

為此，本文提出基于蟻群算法的10kV配電線路開關(guān)跳閘告警系統(tǒng)設(shè)計研究，從硬件和軟件兩個角度實現(xiàn)了對其的設(shè)計，并通過試驗測試驗證了系統(tǒng)的有效性。

1硬件設(shè)計

1.1數(shù)據(jù)采集裝置

要實現(xiàn)對10kV配電線路開關(guān)跳閘的有效告警，要準確全面地采集對應線路上的數(shù)據(jù)信息[4]。本文選擇ZBD22305TZ作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，其自身攜帶的采集卡可以滿足不提供接線端子版本連接器的連接需求，將VHDCI作為裝置的直連接口，通過調(diào)節(jié)ADC分辨位數(shù)，適應不同基礎(chǔ)供電線路的配置，其可調(diào)節(jié)范圍為16位（Bit），32位（Bit），64位（Bit），對應的輸入通道也分為16/32/64三種。不僅如此，ZBD22305TZ支持單端和差分兩種量程輸入模式，在±5V的額定電壓下，通過對AD模擬量參數(shù)進行設(shè)置，可以實現(xiàn)采樣速度的自適應調(diào)節(jié)，最大速率為500KS/s，最小速率為200500KS/s。ZBD22305TZ指導的存儲器為8K點 FIFO，支持軟件強制觸發(fā)和模擬量觸發(fā)兩種觸發(fā)模式。當外部數(shù)字量通過采集采集裝置時，會自動校準采集通道的精度，利用32位多功能計數(shù)器對電網(wǎng)配電線路的邊沿信息、頻率信息、周期信息、半周期信息、脈中信息、脈寬信息進行采集。

1.2數(shù)據(jù)處理芯片

由于電網(wǎng)線路開關(guān)數(shù)據(jù)規(guī)模較大，要求數(shù)據(jù)處理芯片具有較高的運算能力[5]。本文選用HS2020MD1532作為本文設(shè)計系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理芯片，其在運行過程中分為HS2020MD1532-H、HS2020MD1530-M 兩個運行檔次，且在兩個檔次下芯片的數(shù)據(jù)管理能夠?qū)崿F(xiàn)兼容。具體如圖1所示。

在片外主控制器的調(diào)度管理下，可以實現(xiàn)最大256 位數(shù)據(jù)信息的運算，運算類型包括模加、模減、模乘、模冪運算。處理后的數(shù)據(jù)通過并口訪問的方式傳輸?shù)较乱荒K?？紤]到數(shù)據(jù)量較大，對傳輸路徑的要求較高，HS2020MD1532數(shù)據(jù)傳輸總線的寬度為32+32位，工作頻率可以達到100MHz，通過這樣的方式確保處理結(jié)果的同步傳輸，為配電線路開關(guān)跳閘故障的分析判斷提供實時數(shù)據(jù)信息。

2軟件設(shè)計

2.1配電線路數(shù)據(jù)向量化處理

由于采集到的10kV配電線路是多元化的，直接對其進行分析的難度較大，因此，本文以采集裝置的時間窗為基礎(chǔ)，對采集數(shù)據(jù)中的日志信息進行模式化統(tǒng)一處理。在實施對數(shù)據(jù)的向量化處理之前，需要確定配電線路區(qū)域?qū)臄?shù)據(jù)集。本文設(shè)計系統(tǒng)將采集裝置一個時間窗內(nèi)所有日志數(shù)據(jù)集合作為一個區(qū)域的數(shù)據(jù)集，并將其表示為

其中，s表示區(qū)域化的數(shù)據(jù)集，a表示ZBD22305TZ采集到的所有數(shù)據(jù)信息，sim表示一致性函數(shù)，date表示數(shù)據(jù)采集裝置的時間窗信息。需要注意的是，ZBD22305TZ的時間窗是由字符串構(gòu)成的，因此時間窗內(nèi)的線路開關(guān)數(shù)據(jù)也要以此為基準進行計算。

在此基礎(chǔ)上，就可以對區(qū)域化的數(shù)據(jù)集進行向量化處理，本文向量化處理的目的是將采集到的信息轉(zhuǎn)化成包含多個屬性錐度的向量。在具體的實施過程中，本文應用了蟻群算法。蟻群算法可以更加準確地評估單個數(shù)據(jù)對于數(shù)據(jù)集中狀態(tài)的重要程度，判斷依據(jù)是該數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻率。

假設(shè)區(qū)域化的數(shù)據(jù)集中共有n條數(shù)據(jù)，在其中一份數(shù)據(jù)D中，信息x出現(xiàn)的次數(shù)為i ，數(shù)據(jù)D長度為l，同時，x也出現(xiàn)在其他區(qū)域化數(shù)據(jù)集中，那么其對于線路開關(guān)異常判定結(jié)果的重要程度，也就是x信息的向量化處理結(jié)果可以表示為

其中，W（x）表示x信息線路開關(guān)異常判定結(jié)果的重要程度，即x信息的向量化處理結(jié)果。

2.2開關(guān)跳閘信息告警

在上述基礎(chǔ)上，本文為了降低遍歷數(shù)據(jù)集的次數(shù)，提高告警效率，將向量化的數(shù)據(jù)生成為包含k階子項的集，并利用其實現(xiàn)對候選項集的儲存。構(gòu)建了以所有10kV配電線路運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)的信息樹，對應每個葉子表示一個頻繁項集，枝干表示信息的向量化處理結(jié)果。具體的告警分為以下幾個步驟：

（1）遍歷ZBD22305TZ采集的所有數(shù)據(jù)集，統(tǒng)計出所有單個配電線路開關(guān)跳閘相關(guān)信息在數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)的次數(shù)，生成候選項集，并根據(jù)式（2）計算出量化結(jié)果，根據(jù)信息對線路開關(guān)異常判定結(jié)果重要程度，按照由大到小的排序進行排序。

（2）根據(jù)統(tǒng)計出的單個配電線路開關(guān)跳閘相關(guān)信息頻繁項集出現(xiàn)的次數(shù)，在原有數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，針對每個信息所包含的線路開關(guān)異常判定結(jié)果重要程度值，剔除最小項。

（3）根據(jù)得到的數(shù)據(jù)集將由重要程度最高的頻繁項集作為跳閘異常判定的根節(jié)點，當整個頻繁項集內(nèi)的 數(shù)據(jù)形成完整關(guān)聯(lián)關(guān)系，則進行告警。

3應用測試

為了測試本文設(shè)計系統(tǒng)在實際配電系統(tǒng)中的應用效果，進行了測試。

3.1測試環(huán)境概況

本文以某省級電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)為測試對象，提取其某階段30天內(nèi)的10kV配電線路運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，其中包含跳閘、短路、電流互感等多種異常信息。在此基礎(chǔ)上，采用本文設(shè)計的系統(tǒng)對上述數(shù)據(jù)進行分析，通過觀察其對跳閘異常數(shù)據(jù)的告警結(jié)果，判斷其有效性。

3.2測試結(jié)果

在上述基礎(chǔ)上，統(tǒng)計了本文設(shè)計系統(tǒng)測試結(jié)果，具體數(shù)據(jù)信息如表1所示。

從表1中可以看出，與測試配電系統(tǒng)原有的開關(guān)跳閘告警結(jié)果相比，本文設(shè)計系統(tǒng)對于跳閘故障的告警報出率由原來的52.63%提高至94.74%，幅度高達42.11%。不僅如此，告警準確率也由原來的90.91%提高到94.44%，幅度為3.53%。表明本文設(shè)計系統(tǒng)可以實現(xiàn)對10kV配電線路開關(guān)跳閘故障的有效告警。這是因為本文在系統(tǒng)設(shè)計過程中，引入了蟻群算法，有效利用了采集數(shù)據(jù)的特點，實現(xiàn)了對其的綜合分析。并在分析過程中引入了校驗機制，提高了告警數(shù)據(jù)的可靠性，降低了出現(xiàn)告警誤報和漏報的可能性。通過這樣的方式對開關(guān)跳閘故障發(fā)生的第一時間作出告警，為相關(guān)調(diào)控管理工作的開展提供充分的時間，最大限度降低由此帶來的停電損失。

4結(jié)束語

配電系統(tǒng)承擔的運載負荷越來越高，對其運行狀態(tài)進行有效監(jiān)管是十分必要的。開關(guān)跳閘作為一種較為常見的故障類型，對于整個供電系統(tǒng)的影響是極為明顯的，對該類異常作出及時告警對于配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行意義重大。本文提出基于蟻群算法的10kV配電線路開關(guān)跳閘告警系統(tǒng)設(shè)計研究，實現(xiàn)了對開關(guān)跳閘異常的準確告警，為實際的配電網(wǎng)管理工作提供了可靠的信息支撐。

參考文獻

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