基于GSM網(wǎng)的電力系統(tǒng)配網(wǎng)線路運行安全監(jiān)控系統(tǒng)設計

李亮明

（廣東電網(wǎng)有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

隨著全球化發(fā)展的不斷推進，無論是人民生活還是經濟社會發(fā)展需求，電能供應都成為必不可少的重要基礎。在電力需求不斷增加的同時，如何保證高質量供電和可靠供電，是當今電力企業(yè)和電網(wǎng)行業(yè)急需解決的問題。當電力能源作為商品進入市場后，用戶將擁有更大的主動權，供電方需要對用電過程中出現(xiàn)的停電斷電負起主要責任。電力系統(tǒng)自身不能長期儲存，任一小故障都能影響整個的配網(wǎng)線路系統(tǒng)。本文在GSM網(wǎng)基礎上，設計了電力系統(tǒng)配網(wǎng)線路運行安全監(jiān)控系統(tǒng)。在配網(wǎng)線路運行時進行檢測，一旦發(fā)生線路故障，可對故障位置進行定位，并及時解決線路問題。為電網(wǎng)運行效率和可靠性作出理論指導，以保證供電的優(yōu)化配置。

1 電力系統(tǒng)配網(wǎng)線路運行安全監(jiān)控系統(tǒng)的設計

1．1 系統(tǒng)硬件的設計

為了確保電力系統(tǒng)配網(wǎng)線路運行安全監(jiān)控系統(tǒng)在運行時不受到電壓波動的干擾，需要設計系統(tǒng)硬件，以實現(xiàn)對電壓的及時調控。

本文選擇LCD12846的點陣式顯示模塊作為液晶顯示屏幕，在與電源處并行串聯(lián)8位或者5位MCN接口，保證每次顯示的內容在132列×68行狀態(tài)，其中包括光標的顯示和畫面自動移位功能，數(shù)據(jù)接口電路如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)接口電路

如圖所示在液晶顯示模塊中，其內置電壓不需要負壓就能夠直接進行升壓調控，通過YO12－YO17個接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸[1]，能夠滿足設計系統(tǒng)對于電壓調控的需求。在多組數(shù)據(jù)通信接口中各包含限流電阻PR21、PR22和PR23，以及調節(jié)電阻R24和R26，都能夠直接通過調節(jié)阻值完成電壓的調控，減少不必要電壓對通信數(shù)據(jù)的傳輸干擾。

1．2 系統(tǒng)軟件的設計

電力系統(tǒng)配網(wǎng)線路運行安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計通過基于GSM網(wǎng)分相校正配網(wǎng)線路功率和建立網(wǎng)絡模型監(jiān)控線路運行安全兩部分實現(xiàn)。

1．2．1 基于GSM網(wǎng)分相校正配網(wǎng)線路的功率

為了保證不同徑路下電壓的穩(wěn)定，采用GSM網(wǎng)分相校正的方法對配網(wǎng)線中不同路徑的功率進行校正。在5G GSM網(wǎng)的運用下，根據(jù)高頻輸出脈沖存儲器工作原則，在粗調誤差小于3%的標準下完成功率校正，其中包括相角0度到80度的多個階段，設置校正誤差數(shù)值為ujj，單相功率在2L的調整公式為：

式中：Q表示為可以調控的相角，e23表示單條線路中通過的最大電壓，在單相功率達標后依次增加60度，仍采用上述公式進行調整，其中在單相功率下降值1L后，進行系數(shù)校正：

式中：能被該寫的參數(shù)從2降至1，在相角調控至標準度數(shù)時，可以將標準電壓和測量電壓進行校正，校正范圍h計算為：

式中：標準電壓用kb表示，實際電壓用kr表示，完成電壓配置后若電路校正相角度不足180度時，對線路中的電流進行二次校正，范圍v計算表達式如下：

式中：標準電流用gr表示，測量電流用gb表示，在完成不同角度的校正功率下，刪減電壓強度通過線路承受的最大值和最小值，對不同組相進行類型填寫，以此實現(xiàn)主站和線路終端GSM網(wǎng)通信連接，建立無線通信連接的外圍網(wǎng)絡模型。

1．2．2 線路運行安全監(jiān)控網(wǎng)絡模型的建立

為了保障線路的運行安全，需構建網(wǎng)絡模型對其進行監(jiān)控。網(wǎng)絡模型的最大接收系數(shù)不能超過一次性強度比值，設置電壓強度為do，線路通過強度為du，在計算過程中加入線路的吸收系數(shù)i，則線路中能夠通過的最低電壓會受到限制，表達式為：

式中：線路的整體長度用a表示，線路的吸收系數(shù)最大值用kin表示，能夠在電壓通路中引起電流變化，基于此，構建電力系統(tǒng)配網(wǎng)線路運行安全監(jiān)控網(wǎng)絡模型，其表達式為：

在校正線路功率和構建網(wǎng)絡模型的基礎上，完成電力系統(tǒng)配網(wǎng)線路運行安全監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計。

2 監(jiān)控測試與結果分析

為驗證本文提出的基于GSM網(wǎng)的電力系統(tǒng)配網(wǎng)線路運行安全監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用性能，對本市某縣環(huán)網(wǎng)中典型的配電網(wǎng)的線路運行狀態(tài)進行監(jiān)控，在Matlab的環(huán)境下對監(jiān)控圖像進行預處理，并將其轉化為256＊256格式的灰度圖像，圖像灰度化的效果如圖2所示。

圖2 圖像灰度效果

通過實際監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)線路運行中存在線路故障，因此需要完成故障定位和隔離。選取一條運行狀態(tài)正常的五開關四分段的配電網(wǎng)絡結構，在線路終端配備有與主站前置機的通信設備，且各子站之間的聯(lián)絡開關能夠進行有效功率的傳輸，具體線路配備信息如表1所示。

表1 線路配備信息

根據(jù)表中內容可知，在該運行網(wǎng)線中包含速斷保護和過流保護的雙向閘開功能，通信裝置終端的FTU連接在I2變電站中，在正常用電負荷下處于斷開狀態(tài)。

對該線路的運行安全進行測試，分別導出常態(tài)下和故障狀態(tài)下該線路運行效果，如下圖3所示。

圖3 線路分段網(wǎng)絡運行監(jiān)控結構圖

如圖3（a）所示，常態(tài)下的變電站I1和I2之間聯(lián)絡開關處于斷開狀態(tài)，各子站斷路器也處于斷開狀態(tài)。

當52和52－4監(jiān)測到故障電流時，如圖3（b）所示，檢測到的線路故障為短暫性故障。本文設計系統(tǒng)可直接將開關量信息傳送至主站，自動跳起開關保護閘，等待故障小時候自動合閘恢復供電。

當52－4在按照指令多次重合閘后仍未能解決故障，會保持在跳開閘的狀態(tài)，如圖3（c）所示，檢測到的線路故障為永久性故障。此時，本文所設計的系統(tǒng)可在52－5長時間內沒有電壓通過時，讀取終端通信的電能數(shù)據(jù)，主站通信終端完成分析后可以確定故障的位置，并給出線損量最低的備用電源供電線路進行供電，直至線路恢復。

根據(jù)運行測試結果可知，本文提出的基于GSM網(wǎng)的電力系統(tǒng)配網(wǎng)線路運行安全監(jiān)控系統(tǒng)能夠在配電網(wǎng)線路運行時進行線路監(jiān)控，在故障發(fā)生時能夠及時對故障位置進行定位，為配電網(wǎng)線路運行安全提供保障。

3 結論

本文在GSM網(wǎng)的運用基礎上，通過對硬件線路接口電路設計和構建網(wǎng)絡模型，設計了新的電力系統(tǒng)配網(wǎng)線路運行安全監(jiān)控系統(tǒng)。實驗結果表明，該系統(tǒng)能夠在故障發(fā)生時完成線路監(jiān)控，給出最佳的備用電源供給路線，在較快線路重組過程中恢復供電線路，保證用戶的用電可靠性和供電雙方的利益不受到損害。但在研究過程中因本人知識經驗不足，在電網(wǎng)監(jiān)控通信上未考慮后期數(shù)據(jù)的整合功能，使得在大量數(shù)據(jù)中關聯(lián)通信無法做到快速融合。后續(xù)研究中應保證將當前數(shù)據(jù)模式轉為聯(lián)合監(jiān)控方式，使得監(jiān)控過程更加透明化，為配網(wǎng)線路的安全運行提供更科學的理論支持。