基于新型建筑智能化平臺的配電系統(tǒng)故障定位方法研究

高通興

（中國雄安集團數(shù)字城市科技有限公司，河北 保定 071700）

0 引 言

作為供電系統(tǒng)的重要組成部分，建筑配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性不僅影響建筑使用的安全性，還影響整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前電力系統(tǒng)中約有80%的故障發(fā)生在配電環(huán)節(jié)，如何快速定位和處理故障是配電系統(tǒng)主要研究的問題。隨著可再生能源的推廣與應(yīng)用，建筑配電系統(tǒng)故障定位與處理變得愈發(fā)困難，因此針對建筑配電系統(tǒng)故障定位問題進行研究具有重要價值。

1 基于新型建筑智能化平臺的建筑配電仿真系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)硬件

基于新型建筑智能化平臺的建筑配電仿真系統(tǒng)主要包括智能設(shè)備/傳感器、算力網(wǎng)絡(luò)（Computing Power Network，CPN）系統(tǒng)、交換機、服務(wù)器以及顯示器[1]。

智能設(shè)備/傳感器通過個人計算機（Personal Computer，PC）操作系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)紺PN 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CPN 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接收來自智能設(shè)備/傳感器的傳輸數(shù)據(jù)后，進行數(shù)據(jù)運算，通過群智能控制算法實現(xiàn)群智能控制。交換機負責(zé)周期性地采集CPN 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息。服務(wù)器利用群智能仿真框架軟件將周期性調(diào)度運行的仿真模型動態(tài)鏈接庫（Dynamic Link Library，DLL）數(shù)據(jù)通過交換機實時寫入CPN 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的內(nèi)存段。顯示器用于展示仿真監(jiān)視軟件獲取的CPN 內(nèi)存段中的數(shù)據(jù)信息和服務(wù)器中的仿真模型DLL 數(shù)據(jù)。

1.2 系統(tǒng)軟件

基于新型建筑智能化平臺的建筑配電仿真系統(tǒng)軟件主要負責(zé)周期性運行調(diào)度仿真模型DLL，進而為仿真系統(tǒng)提供信息數(shù)據(jù)，并將獲得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紺PN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[2]。

在配電仿真系統(tǒng)開始運行時，模型調(diào)度單運行模塊會對仿真模型DLL 進行初始化處理，并通過模型DLL 接口對其進行管理。

事件任務(wù)隊列管理模塊的作用主要體現(xiàn)在2 個方面。一方面，監(jiān)測配電仿真系統(tǒng)的變化事件；另一方面，依托參數(shù)接口在模型中寫入群智能算法控制結(jié)果，以實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的互通[3]。

除事件任務(wù)隊列管理模塊，其他模塊同樣具有參數(shù)讀取傳輸功能，在各模塊的配合下完成配電仿真系統(tǒng)模型的計算過程。

1.3 系統(tǒng)運行流程

配電仿真系統(tǒng)的運行流程主要包括CPN 組網(wǎng)測試、導(dǎo)入仿真模型DLL、配置實驗平臺數(shù)據(jù)庫、運行群智能平臺以及數(shù)據(jù)曲線監(jiān)測[4]。在配電仿真系統(tǒng)運行前，為確定CPN 硬件設(shè)備連接是否正確、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是否健全，需要進行CPN 組網(wǎng)測試。在測試過程中，系統(tǒng)會與網(wǎng)絡(luò)中的任一CPN 建立連接，向其發(fā)送特定的網(wǎng)絡(luò)拓撲通信幀，以查詢CPN 網(wǎng)絡(luò)拓撲連接狀況[5]。

2 基于建筑配電仿真系統(tǒng)的故障定位方法

本研究以某建筑群14 節(jié)點配電系統(tǒng)為例，通過建筑配電仿真系統(tǒng)進行故障定位實驗測試。為深入剖析建筑配電系統(tǒng)故障定位過程，將實驗分為無分布式電源接入條件下的單點故障無畸變定位實驗、分布式電源接入條件下的兩點故障且發(fā)生信息畸變定位實驗。

2.1 無分布式電源接入條件下的單點故障無畸變定位實驗

在兩分布式電源未接入的情況下，隨機設(shè)置單點配電系統(tǒng)故障，故障過流信息如圖1 所示[6]。其中，黑色代表正常節(jié)點，灰色代表存在故障過流信息節(jié)點。

圖1 單點故障過流信息

利用二進制蝙蝠算法（Interactive Binary Bat Algorithm，IBBA）定位配電系統(tǒng)故障，獲得單點故障定位實驗14節(jié)點IBBA 故障位置如表1 所示[7]。

從表1 可以看出，在迭代到第6 步時，14 節(jié)點中的IBBA 均收斂于S（8）線路區(qū)段，即確定故障位置為線路區(qū)段S（8）。在兩分布式電源未接入的情況下，建筑配電系統(tǒng)故障過流信息監(jiān)測結(jié)果為[1,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0]，其中1 表示存在故障過流信息，0 表示無故障過流信息。由于故障位置為線路區(qū)段S（8），該線路區(qū)段對應(yīng)的故障位置為建筑配電仿真系統(tǒng)的N8節(jié)點。通過監(jiān)測N8節(jié)點電流、電壓，發(fā)現(xiàn)該故障導(dǎo)致N8節(jié)點電流激增和電壓驟降，初步判斷該故障類型為接地短路故障[8]。

2.2 分布式電源接入條件下的兩點故障且發(fā)生信息畸變定位實驗

在兩分布式電源接入的情況下，隨機設(shè)置兩點配電系統(tǒng)故障，故障過流信息如圖2 所示。其中，黑色代表正常節(jié)點，灰色代表存在故障過流信息節(jié)點。

圖2 兩點故障過流信息

擬定N2、N4節(jié)點故障過流信息發(fā)生畸變，利用二進制蝙蝠算法對配電系統(tǒng)故障進行定位，獲得兩點故障定位實驗14 節(jié)點IBBA 故障位置如表2所示。

表2 兩點故障定位實驗14 節(jié)點IBBA 故障位置

從表2 可以看出，在迭代到第6 步時，14 節(jié)點中的IBBA 均收斂于S（5）和S（12）線路區(qū)段，即確定故障位置為線路區(qū)段S（5）和S（12）。

再利用二進制蝙蝠算法對配電系統(tǒng)故障進行定位，獲得兩點故障定位結(jié)果如圖3 所示。其中，N5和N12為故障設(shè)備。

圖3 兩點故障定位結(jié)果

從圖3 可以看出，即便存在信息畸變，通過二進制蝙蝠算法仍能對故障進行精準定位。通過監(jiān)測N5、N12故障節(jié)點的電流、電壓，發(fā)現(xiàn)兩點電流激增的同時電壓驟降，初步判斷故障類型為接地短路故障。

3 結(jié) 論

傳統(tǒng)建筑配電系統(tǒng)故障定位依賴中央主站集中管控的配電自動化系統(tǒng)，存在跨系統(tǒng)信息共享困難、擴展協(xié)調(diào)能力差等問題，導(dǎo)致故障定位速度慢、準確度低。新型建筑智能化平臺技術(shù)基于無中心、扁平化的控制架構(gòu)，有效解決了現(xiàn)有集中式分層架構(gòu)中存在的眾多問題，在智能建筑、智慧城市及智能電網(wǎng)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。