摘要:配电网的故障定位是当配电网中出现短路或断线等故障,利用智能系统、装置实现快速判断、确定故障点所在馈线、区段的功能,故障定位是配电网自动化中的核心技术环节。目前,国内外学者从多角度对配电网的故障定位进行了深入的研究,包括故障诊断、故障选线、故障测距等。 当配电网发生单相接地故障时,故障定位方法分为主动式和被动式等。基于上述分析,文中将物联网技术应用到配电网的故障定位之中,提出了基于物联网和无线传感器网络的配电网故障定位方法。
关键词:故障定位;物联网技术
1物联网技术与故障定位
随着通信技术的发展,将无线通信技术、数据挖掘和信息分析融合处理的数字信息技术引入物联网,物联网技术得到了快速的发展和高度的认识与关注。 如今,物联网可以定义为通过视频识别技术、定位技术、无线传感器技术和激光扫描器等信息交换和通信技术,组成含有定位功能、监控和管理功能、智能化识别功能和跟踪功能的一个综合网络。随着智能电网的快速发展,将物联网技术应用于智能电网,可以实现对运行状态的实时监测、负荷管理、线损分析和需求侧管理等功能,实现智能电网的高效一体化管理。 实现配电网故障定位是智能电网的一个关键技术,配电线路具有结构复杂、分支数多、负荷分布不均匀等特点,不仅如此,配电网络中的导线、柱上开关、变压器和高压计量等电力设施的型号、规格、种类繁多,导致难以精确的实现配网的故障定位。 无线传感器网络作为物联网技术的核心,由于其具备监测、采集和传感信息的功能,实现对配电网运行状态的实时监测,因此将物联网技术与配电网融合,对实现配电网故障定位具有重要的作用。基于物联网技术的故障定位方法的主要原理为:根据配电网线路的特点,将无线传感器安装于线路支路节点上,监测线路和变压器等设备的正序、零序电压和电流,组成一个无线传感网络。利用无线传感网络采集监测变量,并且通过通信网络将监测信息传输给变电所,对数据进行处理和分析可以实现对故障地点快速准确定位,实现配电网故障定位的迅速精确化。基于物联网技术的故障定位方法与传统的故障定位方法相比,具有如下优点:1)故障地点定位距离更加准确,扩大了故障地点定位的距离,减小了故障监测的盲区;2)基于物联网技术的定位设备相比于传统的故障定位系统具有更高的性价比;3)基于物联网技术的故障定位方法在偏远地区或者环境较为恶劣区域具有更强的适应性;4)基于物联网技术的故障定位方法具有数据信息需求量小、方法简单等特点,同时可以有效的克服故障数据采集不同步的影响。
2诊断方法优化
2.1感知层
感知层作为泛在电力物联网的信息采集阶段,实现对配电网数据的精准采集,提升配电网主动防御技术的精准性。泛在电力物联网感知层技术的优化,应当聚焦在如何为配电网故障诊断提供更加准确广泛的数据之上。目前国内外学者对感知层传感器技术有针对性研究,1种空间正四面体的传感器节点,实现了对分布式清洁能源并网的配电网安全进行监测。针对配电网故障诊断技术存在的数据源匮乏现象,对泛在电力物联网感知层的优化方式主要是增加对极端天气信息及受灾区域配电网信息的采集。
配电网的组织结构较为复杂,大量分布式能源并网及电动汽车、智能电气等设备的接入也影响采集数据的准确性;在气象数据的实时采集方面,气象部门提供的数据与配电网数据不能在时间上实现同步。为解决上述问题,将风速、温湿度传感器等设备接入配电网终端的环网单元,实时采集现场气象信息,并通过与气象部门协作,校核上传气象数据的可靠性;同时利用传感器对配电网的实时运行工况信息进行采集,为配电网故障诊断分析提供有力的数据支撑。
2.2网络层
电力物联网网络层技术的优化,为配电网故障诊断时采集的大量数据传输提供了安全快捷的网络通道。目前国内外学者对泛在电力物联网网络层进行了针对性的研究。刘冲分析了基于泛在电力物联网的边缘计算技术对配电网的影响,在智能终端中集成采用边缘计算技术的网关,有效解决了物联网和云计算带来的请求延时、存储及计算量大、传输资源占用过多等问题,实现了对配电网实时运行情况的全面掌控,及时发现问题并上报,大大提升了配电网故障处理的时效性。针对配电网故障诊断技术存在的数据传输不及时、数据丢失等问题,对泛在电力物联网网络层采取的主要优化方式为提升数据传输速率。由于配电网的分布广、用户多,传统的一对一有线通信方式既不经济也不高效,而无线传输方式受外界影响较大,尤其是极端恶劣天气条件下,无线传输中断现象频频发生。如何保障在极端恶劣条件下,采集的数据能有效快速传递到终端,是实现配电网主动防御技术需要解决的重要问题。
2.3平台层
电力物联网平台层技术的优化,为配电网故障诊断的数据处理提供了可靠精准的算法模型。目前的研究中,杨珺等人对含分布式电源的配电网故障恢复情况进行了分析,并对现有的一些智能算法如遗传算法、蚁群算法、粒子群算法及一些新型算法的优缺点做了比较;同时还将上述智能算法进行了不同程度的整合应用,以分析对配电网故障恢复的优化效果。基于随机森林的算法,对台风灾害下配电网的停电区域进行预测,采用了针对极端天气对输电线路的影响进行建模,分析冰、风、雨等极端恶劣天气下架空线路的故障情况。针对配电网故障诊断技术数据处理速度慢、计算结果误差大等问题,本文对泛在电力物联网平台层的优化方式主要为数据处理算法的可靠选择在平台层可实现对采集的电能量数据及气象数据进行综合处理。为了实现配电网的主动防御功能,需要对大量的历史数据进行计算分析,找寻极端天气对配电网的影响因子、配电网在遭受极端天气时的故障类型及电力设备状态等数据的波动规律等。目前,关于极端天气对配电网的影响预测已有大量研究,预测的方式有很多,如最小二乘法、遗传算法、模糊神经网络法等,对平台层存储的大量实时数据进行建模计算,以提高平台层对海量数据的处理速度。
结束语
智能电网的应用是电网发展的必然趋势,而物联网技术的发展使智能电网的管理不再困难。但配电网故障定位的准确性是建立在高质量算法基础之上的,当前的定位算法虽然可以满足一些常规的故障分析需求,但对于大型配电网和更加精确的故障定位,这些算法仍需进行不断的改进。随着物联网技术的发展,配电网故障定位技术也将不断完善,成为配电网日常管理的重要辅助手段。
参考文献:
[1]汪洋,苏斌,赵宏波.电力物联网的理念和发展趋势[J].电信科学,2010,26(S3):9-14.
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