智能配電網(wǎng)中的線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)研究

［摘 要］電力系統(tǒng)的發(fā)展對線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)提出了新的要求。文章旨在研究智能配電網(wǎng)中的線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)，以提高電力系統(tǒng)的可靠性和智能化水平。介紹了智能配電網(wǎng)的組成與架構(gòu)，明確了其在電力系統(tǒng)中的地位。回顧了傳統(tǒng)的線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)，分析了其存在的局限性與不足。探討了智能配電網(wǎng)中線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)的整合策略，包括數(shù)據(jù)集成與信息共享、算法融合與優(yōu)化以及智能決策與響應(yīng)機(jī)制。通過案例分析，驗(yàn)證了這些整合策略在實(shí)際項(xiàng)目中的應(yīng)用效果。

［關(guān)鍵詞］智能配電網(wǎng)；線路監(jiān)測；故障檢測；數(shù)據(jù)集成；算法融合

［中圖分類號］TM41 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）02–0134–03

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的發(fā)展，智能配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的新型形態(tài)，不僅改變了電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式，也對其線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的監(jiān)測與檢測技術(shù)在滿足智能配電網(wǎng)的需求方面存在一些不足。因此，文章旨在研究智能配電網(wǎng)中的線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)，通過整合創(chuàng)新的方法，提高電力系統(tǒng)的智能化水平和運(yùn)行效率。

1 智能配電網(wǎng)的組成與架構(gòu)

智能配電網(wǎng)的架構(gòu)主要分為站控管理層、通信網(wǎng)絡(luò)層和現(xiàn)場設(shè)備層3個(gè)關(guān)鍵層次，具體架構(gòu)如圖1所示。

在站控管理層，涉及到的關(guān)鍵設(shè)備包括UPS電源、GPS 時(shí)鐘、監(jiān)控主機(jī)（主、從）、打印機(jī)等，通過這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)全站數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并存入到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫以及歷史數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并借助各功能界面開展數(shù)據(jù)查詢、動態(tài)監(jiān)測、報(bào)表打印和遠(yuǎn)程控制等。在通信網(wǎng)絡(luò)層，主要使用TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息傳遞，涉及到的設(shè)備有工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、通信網(wǎng)關(guān)、通信服務(wù)器、人機(jī)界面等。此層主要負(fù)責(zé)把源節(jié)點(diǎn)路的數(shù)據(jù)包路由至目的節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)間通過構(gòu)建路徑實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)調(diào)，且還會轉(zhuǎn)發(fā)、差錯(cuò)處理相關(guān)數(shù)據(jù)包。同時(shí)，此層還可以實(shí)現(xiàn)流量控制、多路的訪問控制、路由選擇和擁塞控制等操作，確保信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、高效、全面。在現(xiàn)場設(shè)備層，主要涉及到的設(shè)備有微機(jī)保護(hù)裝置、溫濕度控制器、電力儀表、電動機(jī)保護(hù)器、智能斷路器及四遙單元、直流屏等。它們屬于遠(yuǎn)程終端的監(jiān)控類設(shè)備，借助這些設(shè)備對配電網(wǎng)現(xiàn)場的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)采集、處理、顯示、通訊、控制等，同時(shí)經(jīng)由配電網(wǎng)上層網(wǎng)絡(luò)層所下達(dá)指令，都需上述設(shè)備進(jìn)行執(zhí)行。

2 傳統(tǒng)的線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)

傳統(tǒng)的線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)主要依賴于傳統(tǒng)的電力設(shè)備和監(jiān)測手段，其核心目標(biāo)在于提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在過去的監(jiān)測實(shí)踐中，通常采用基于傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及基于規(guī)則的故障檢測方法。傳感器主要用于測量電流、電壓、溫度等參數(shù)，然后通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)測系統(tǒng)。而故障檢測則依賴于預(yù)設(shè)的規(guī)則和閾值，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)偏離設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)會判定為存在故障并發(fā)出警報(bào)。

然而，傳統(tǒng)技術(shù)在應(yīng)對復(fù)雜多變的電力系統(tǒng)中存在一定局限性：①傳感器的有限采樣頻率和精度使得對系統(tǒng)動態(tài)變化的監(jiān)測難以達(dá)到高效水平；②基于規(guī)則的故障檢測方法對系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性適應(yīng)性較差，容易受到噪聲和干擾的影響，導(dǎo)致漏報(bào)和誤報(bào)的問題。因此，傳統(tǒng)線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)在適應(yīng)大規(guī)模、高復(fù)雜性智能配電網(wǎng)的需求上存在一定的不足，迫切需要更先進(jìn)、智能的技術(shù)手段來應(yīng)對電力系統(tǒng)的新挑戰(zhàn)。

3 智能配電網(wǎng)中的線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)集成與信息共享

智能配電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)集成與信息共享是實(shí)現(xiàn)線路監(jiān)測與故障檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)集成旨在整合多源異構(gòu)的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息的無縫連接和共享。通過采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)集成技術(shù)，可將來自不同設(shè)備、傳感器和監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)整合成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，為后續(xù)的智能分析提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支持。

數(shù)據(jù)集成的數(shù)學(xué)表達(dá)式可通過以下形式表示：

Dintegrated={D1，D2，...，Dn}

式中，Dintegrated為整合后的數(shù)據(jù)集，D1，D2，...，Dn分別為來自不同源頭的原始數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)集成的過程包括數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換、時(shí)間同步等步驟，確保各類數(shù)據(jù)能夠在同一時(shí)間和空間上協(xié)同工作。

信息共享則側(cè)重于實(shí)現(xiàn)整合后數(shù)據(jù)的開放共享和協(xié)同利用。通過建立統(tǒng)一的信息共享平臺，電力系統(tǒng)的相關(guān)信息能夠被不同子系統(tǒng)和應(yīng)用共享，并支持多方間的協(xié)同工作。信息共享的公式可表示為：

Ishared={，I1，I2，...，Im}

式中，Ishared為共享的信息集，I1，I2，...，Im為不同系統(tǒng)、設(shè)備和用戶所共享的信息。

這一過程通過建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口和協(xié)議，確保信息能夠高效、安全地在系統(tǒng)內(nèi)外傳遞。

3.2 算法融合與優(yōu)化

智能配電網(wǎng)中的算法融合與優(yōu)化是為了提高線路監(jiān)測與故障檢測的準(zhǔn)確性和效率。通過采用先進(jìn)的算法融合技術(shù)，結(jié)合不同的監(jiān)測方法和故障診斷算法，能夠更全面地分析電力系統(tǒng)中的異常情況，并提高系統(tǒng)對潛在故障的預(yù)測和定位能力。融合算法通常通過權(quán)重分配、邏輯運(yùn)算等方式，綜合考慮各算法的優(yōu)劣勢，從而產(chǎn)生更為準(zhǔn)確和可靠的結(jié)果。

在算法融合的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行算法優(yōu)化是為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度。優(yōu)化算法可表示為：

Ooptimized=Ooptimized（Ooriginal）

式中，Ooptimized為優(yōu)化后的算法輸出，Ooriginal為原始算法的輸出。

優(yōu)化過程主要包括算法參數(shù)調(diào)整、模型更新、計(jì)算資源優(yōu)化等手段，以確保算法在保持高準(zhǔn)確性的同時(shí)，能夠更加高效地運(yùn)用于智能配電網(wǎng)中。

綜合而言，算法融合與優(yōu)化在智能配電網(wǎng)的線路監(jiān)測與故障檢測中起到至關(guān)重要的作用，通過數(shù)學(xué)表達(dá)和技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了對多源數(shù)據(jù)的高效整合和對算法性能的進(jìn)一步提升。

3.3 智能決策與響應(yīng)機(jī)制

在智能配電網(wǎng)中，智能決策與響應(yīng)機(jī)制是實(shí)現(xiàn)線路監(jiān)測與故障檢測結(jié)果的智能化處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。該機(jī)制旨在通過合理的決策和響應(yīng)策略，提高電網(wǎng)的自適應(yīng)性和自主性，確保系統(tǒng)在面臨異常情況時(shí)能夠迅速做出科學(xué)合理的決策并采取相應(yīng)的措施。

智能決策公式可表示為：

Dintelligent=F（D1，D2，…，Dm）

式中，Dintelligent為智能決策的結(jié)果，D1，D2，…，Dm為不同決策算法的輸出。

智能決策的關(guān)鍵在于對各種決策因素的全面考量，如電網(wǎng)負(fù)載情況、設(shè)備狀態(tài)、能源需求等，通過數(shù)學(xué)模型和算法實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的綜合評估，為后續(xù)的響應(yīng)機(jī)制提供決策支持。

智能響應(yīng)機(jī)制的公式可表示為：

Rintelligent=G（Roriginal）

式中，Rintelligent為智能響應(yīng)的結(jié)果，Roriginal為原始響應(yīng)機(jī)制的輸出。

響應(yīng)機(jī)制的優(yōu)化主要包括響應(yīng)速度的提升、控制策略的調(diào)整等，以確保系統(tǒng)能夠迅速而準(zhǔn)確地應(yīng)對線路監(jiān)測與故障檢測所產(chǎn)生的各類情況。

通過智能決策與響應(yīng)機(jī)制的整合，智能配電網(wǎng)能夠在復(fù)雜多變的電力環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對線路監(jiān)測與故障檢測的智能化處理，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

4 案例分析

4.1 案例概況

針對某商業(yè)區(qū)域供電線路的監(jiān)測與故障檢測，通過智能配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了對該線路的全面監(jiān)測和實(shí)時(shí)故障檢測，包括線路的基本信息，如電流、電壓、頻率等關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，以及成功檢測到的一次電力波動故障。系統(tǒng)通過智能決策與響應(yīng)機(jī)制迅速發(fā)出警報(bào)，并采取了相應(yīng)措施，如自動切換備用電源，最大程度地減小了潛在故障對商業(yè)活動的影響。該案例充分展示了智能配電網(wǎng)中線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和故障處理提供了有力支持，同時(shí)反映了智能決策與響應(yīng)機(jī)制在提高電力系統(tǒng)應(yīng)對突發(fā)情況能力方面的重要性。

4.2 應(yīng)用效果

對上述商業(yè)區(qū)域供電線路的監(jiān)測與故障檢測情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體應(yīng)用效果見表1。

根據(jù)表1 中的智能配電網(wǎng)線路監(jiān)測與故障檢測效果可以看到，系統(tǒng)在不同時(shí)間戳下電流、電壓和頻率的監(jiān)測結(jié)果。在12 ：10 ：00 時(shí)，系統(tǒng)準(zhǔn)確識別到電流升高、電壓下降及頻率異常的故障狀態(tài)，及時(shí)標(biāo)記為異常。這一精準(zhǔn)的故障檢測使系統(tǒng)能夠在出現(xiàn)問題時(shí)立即做出響應(yīng)，采取相應(yīng)的措施，有效保證了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，智能配電網(wǎng)的應(yīng)用效果顯著，為提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性提供了可行的解決方案。通過及時(shí)識別并處理異常情況，智能配電網(wǎng)為電力設(shè)備的保護(hù)和維護(hù)提供了有效支持，使得電力供應(yīng)更加安全可靠。

5 結(jié)束語

在智能配電網(wǎng)中，線路監(jiān)測與故障檢測技術(shù)的研究為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高效管理提供了有力支持。通過對傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行整合與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集成與信息的共享，算法的融合與優(yōu)化，以及智能決策與響應(yīng)機(jī)制的建立。這些創(chuàng)新性的技術(shù)手段提高了電力系統(tǒng)的響應(yīng)速度，降低了故障對電網(wǎng)運(yùn)行的影響，為電力行業(yè)的可靠性和安全性帶來了新的提升。

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