基于無線通信和圖像識別的饋線自動化現(xiàn)場自動測試

劉 彬，李 盼

(1.陜西電力科學(xué)研究院，陜西 西安710054；2.大唐移動通信設(shè)備有限公司，陜西 西安710061)

0 引言

隨著用戶對供電可靠性需求的不斷提高，配電自動化受到供電業(yè)界的廣泛重視。傳統(tǒng)的故障處理性能需要長期運行等待故障發(fā)生才能檢驗，導(dǎo)致缺陷不能早期充分暴露和解決[1-3]。

文獻[4-6]對配電自動化系統(tǒng)測試進行了研究，側(cè)重對配電自動化主戰(zhàn)、子站和終端的功能和性能進行測試；文獻[7-8]針對配電自動化在線仿真系統(tǒng)與仿真測試環(huán)境進行了研究。

近年來，國內(nèi)許多電力科研單位企業(yè)已在配電自動化故障處理性能測試方面取得了突破進展。國網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院提出二次同步注入測試法，并研制出DATS-2000二次同步注入測試設(shè)備[9-10]，上述成果能夠較好地解決配電自動化系統(tǒng)故障處理測試問題，保障了配電自動化系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量，使其提高供電可靠性的作用切實發(fā)揮出來。

二次同步注入測試法雖然可對主站、子站、終端、保護配合、備用電源、通信和饋線開關(guān)等在故障處理過程中的相互配合進行測試，但是需要對模擬故障區(qū)域上游所有的終端注入故障信息，既需要攜帶大量設(shè)備又需要大量測試人員，當(dāng)配電網(wǎng)規(guī)模較大時工作量很大[11-12]。

由于饋線自動化牽扯主站、子站、通道、開關(guān)、終端等各方面因素，并與相關(guān)設(shè)備的參數(shù)配置緊密相關(guān)，二次同步注入測試法在測試過程中需要專業(yè)技術(shù)人員在終端側(cè)完成接線后并與主站側(cè)人員進行實時溝通來確保試驗方案是否正確執(zhí)行，造成了對測試人員技術(shù)要求高、測試結(jié)果不能自動判別、測試效率低等問題。

為了解決上述問題，本文提出一種基于無線通信[13-15]和圖像識別[16-18]的饋線自動化現(xiàn)場自動測試方法。

1 配電網(wǎng)饋線自動化現(xiàn)場測試原理

基于無線通信和圖像識別的饋線自動化現(xiàn)場自動測試示意圖如圖1所示，是一種完全自動化閉環(huán)運行的“配電自動化系統(tǒng)二次同步注入測試法”。該方法需要在擬模擬故障區(qū)段上游的各個配電自動化終端二次側(cè)，安置若干研發(fā)的移動測試裝置。由測試主控平臺借助于加密的私有無線通信通道，分別向每個移動測試裝置下發(fā)測試方案數(shù)據(jù)，控制移動測試裝置在同一時刻向被測試配電網(wǎng)注入擬模擬故障場景的電流、電壓波形，并借助圖像識別技術(shù)對測試結(jié)果進行采集及正確性判別。該方法實現(xiàn)了對配電自動化主站、子站、終端、通信、開關(guān)設(shè)備及繼電保護備用電源等各個環(huán)節(jié)在故障處理過程中的相互配合進行閉環(huán)全自動測試的技術(shù)。

圖1 基于無線通信和圖像識別的饋線自動化 現(xiàn)場自動測試示意圖

2 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 基本組成

基于無線通信和圖像識別的配電網(wǎng)饋線自動化現(xiàn)場自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，測試系統(tǒng)由測試主控平臺、圖像采集裝置、無線通信接口和移動測試裝置模擬斷路器等組成。

圖2 饋線自動化現(xiàn)場自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 測試主控平臺

測試主控平臺主要功能模塊包括圖形管理組態(tài)模塊、算法(網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒊绷饔嬎愫投搪冯娏饔嬎?模塊、方案管理控制模塊、數(shù)據(jù)采集處理(圖像識別、實時數(shù)據(jù)庫)模塊、自動測試控制模塊、三遙自動測試模塊及故障自動測試模塊。

首先，測試主控平臺借助CIM模型導(dǎo)入或人工編輯的方式對待測饋線進行建模并完成相應(yīng)的參數(shù)配置。其次，測試主控平臺根據(jù)正常情況下的負(fù)荷參數(shù)設(shè)定故障場景時的參數(shù)，自動生成測試方案。最后，測試主控平臺借助加密的私有無線通信通道分別向各個移動測試裝置下發(fā)測試方案，測試過程包含對配電主站、子站、終端、保護配合、備用電源、通信和饋線開關(guān)整個環(huán)節(jié)的故障處理過程進行全程監(jiān)控，完成對待測饋線的現(xiàn)場自動化測試。

2.3 圖像采集裝置

圖像采集為本方案設(shè)計的重點其工作流程如圖3所示，首先，分屏器將配電主站監(jiān)控工作站畫面進行復(fù)制，將復(fù)制的監(jiān)控畫面輸出至圖像采集裝置中。其次，圖像采集裝置對復(fù)制的監(jiān)控畫面進行灰度化、過濾、二值化處理，最終將識別的開關(guān)狀態(tài)、遙測信息、遙信信息等結(jié)果輸出至測試主控平臺。

圖3 圖像采集流程圖

圖像識別的流程如圖4所示，測試主控平臺通過圖像采集裝置選出所需識別的開關(guān)狀態(tài)及對應(yīng)的模擬量信息。一方面用于開關(guān)狀態(tài)識別，通過調(diào)用開關(guān)識別模塊，將模擬斷路器上送的開關(guān)變位信息與實際工作站中的開關(guān)狀態(tài)進行比對，若比對結(jié)果一致，將結(jié)果進行輸出；另一方面用于開關(guān)模擬量的識別，調(diào)用數(shù)字識別模塊對采集的監(jiān)控畫面中開關(guān)的模擬量進行數(shù)字化處理，其輸出結(jié)果與被測線路中對應(yīng)開關(guān)模擬量進行比對，若結(jié)果一致，將結(jié)果進行輸出。

圖4 圖像識別流程圖

2.4 無線通信接口

無線通信接口組網(wǎng)方式作為本方案的關(guān)鍵點，其組成結(jié)構(gòu)如圖5所示，主要包括移動測試裝置內(nèi)置WIFI模塊、通信代理MIFI模塊、模擬斷路器內(nèi)置WIFI模塊、測試主控平臺內(nèi)置WIFI模塊、無線公網(wǎng)4G組成。移動測試裝置內(nèi)置WIFI模塊通過通信代理MIFI模塊進行上網(wǎng)、測試主控平臺通過通信代理MIFI模塊進行上網(wǎng)、模擬斷路器內(nèi)置WIFI模塊直接上網(wǎng)，三者之間應(yīng)用無線公網(wǎng)4G移動通信技術(shù)建立通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

圖5 無線通信接口組網(wǎng)示意圖

2.5 移動測試裝置

現(xiàn)場測試時，將移動測試裝置與各個配電終端二次回路進行連接，向終端發(fā)送電壓信號和電流信號，并模擬產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)量信號。移動測試裝置主要由前端采樣模塊、同步故障發(fā)生器、GPS模塊和儲能蓄電池柜組成。

前端采樣模塊采集二次側(cè)的電壓、電流及勵磁涌流信息并輸出控制試驗過程的開關(guān)量，同步故障發(fā)生器根據(jù)測試主控平臺下裝的測試方案及前端采樣模塊輸出的開關(guān)量向配電終端定時輸出電壓、電流信號，整個方案的執(zhí)行過程都是通過GPS衛(wèi)星時間同步系統(tǒng)同步完成工作，同時考慮戶外試驗可能缺少電源的情況，使用儲能電池柜作為系統(tǒng)的備用電源對整個模塊進行供電。

2.6 模擬斷路器

模擬斷路器由2個模擬控制模塊和內(nèi)置無線WIFI模塊組成。一方面2個控制模塊代替真實開關(guān)，將配電自動化終端到真實開關(guān)的控制回路斷開，而接至模擬斷路器，實現(xiàn)不停電測試功能；另一方面是內(nèi)置無線WIFI模塊借助其通信代理MIFI模塊將模擬斷路器的實時狀態(tài)上傳至無線通信接口處，此外，測試主控平臺也可通過無線公網(wǎng)4G實現(xiàn)對模擬短路器的遠(yuǎn)程操作。

3 測試步驟

配電網(wǎng)饋線自動化現(xiàn)場自動測試流程如圖6所示，具體步驟如下：

① 在測試主控平臺建立被測饋線電網(wǎng)試驗?zāi)Ｐ停浫氡粶y饋線參數(shù)和策略表，設(shè)定被測饋線的運行方式和故障場景。

② 布置于不同地點的移動測試裝置接入相應(yīng)的被測配電終端的二次側(cè)，具體方法為：將配電終端二次電流回路在電流試驗端子外側(cè)短連，移動測試裝置電流輸出加入到電流試驗端子內(nèi)側(cè)，其短連片打開；將配電終端二次電壓回路斷開，移動測試裝置電壓輸出加入到配電終端電壓輸入端子；將配電終端的分合閘控制信號接入模擬斷路器。

③ 在配電自動化主站系統(tǒng)側(cè)，測試主控平臺通過圖像采集裝置與主站系統(tǒng)監(jiān)控工作站連接，用于監(jiān)視采集被測饋線開關(guān)狀態(tài)等量測信息。

④ 測試主控平臺通過無線通信接口與移動測試裝置、模擬斷路器進行組網(wǎng)，完成相關(guān)通信參數(shù)的配置，同時通過GPS對時技術(shù)完成各測試設(shè)備間的時間同步。

⑤ 測試主控平臺采用電網(wǎng)仿真計算生成各個測試裝置的測試方案，測試方案包括故障前場景數(shù)據(jù)、故障場景數(shù)據(jù)、故障后場景數(shù)據(jù)；每個場景數(shù)據(jù)包括電壓波形、電流波形及持續(xù)時間。

⑥ 測試主控平臺通過無線通信接口下發(fā)測試方案至各個移動測試裝置。

⑦ 測試主控平臺下發(fā)試驗開始時間，各個移動測試裝置接收到開始試驗命令后，等待試驗開始時刻。

⑧ 試驗開始時間到時，各個移動測試裝置按照測試方案同步輸出測試場景數(shù)據(jù)，即包括負(fù)荷場景、多個故障場景的電壓、電流模擬信號。

⑨ 在配電自動化主站系統(tǒng)側(cè)，通過圖像采集裝置完成對被測饋線開關(guān)狀態(tài)等測試數(shù)據(jù)的采集，并將測試數(shù)據(jù)傳輸至測試主控平臺。

⑩ 測試主控平臺自動對測試結(jié)果數(shù)據(jù)進行分析，與內(nèi)置策略表進行對比分析，對測試結(jié)果進行正確性判斷、并形成測試報告。

圖6 配電網(wǎng)饋線自動化的現(xiàn)場自動測試方法流程

4 應(yīng)用情況

在西安、蘭州、西寧等地現(xiàn)場選擇部分線路采用基于具有無線通信和圖像識別的饋線自動化自動測試方法進行測試，主站側(cè)、現(xiàn)場終端側(cè)各安排1名測試人員，在現(xiàn)場操作人員按照標(biāo)準(zhǔn)化完成各移動裝置之間的接線，測試主控平臺借助于加密的私有無線通信通道，分別向每個移動測試裝置下發(fā)測試方案數(shù)據(jù)，控制移動測試裝置在同一時刻向被測試配電網(wǎng)注入擬模擬故障場景的電流、電壓波形，并借助圖像識別技術(shù)對測試結(jié)果進行采集及正確性判別。

試驗結(jié)束后，測試主控平臺可通過無線通道平臺對現(xiàn)場的模擬斷路器進行復(fù)歸，減少測試人員的工作量，提高了測試效率。

除此之外，基于無線通信和圖像識別的配電網(wǎng)二次同步注入測試方法與其他測試方法相比，還具有以下優(yōu)勢：

在測試過程中所使用的無線通道與配電網(wǎng)自動化主網(wǎng)相互隔離、相互獨立，從而保證了配電網(wǎng)主網(wǎng)的安全性。

在整個測試過程中，不僅不受主站廠家的約束，具有普遍推廣的價值，而且也無需配電自動化主站系統(tǒng)開放權(quán)限來采集所需的電壓、電流等數(shù)據(jù)信息，沒有與配電自動化主站系統(tǒng)直接進行數(shù)據(jù)交互，保障了配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的安全性。

測試過程中，只需終端側(cè)留守1名測試人員完成測試所需硬件設(shè)備的接線，主站側(cè)測試人員就可實現(xiàn)對待測饋線自動化系統(tǒng)的閉環(huán)自動測試，這樣以來，不僅降低了對現(xiàn)場測試人員的技術(shù)要求，而且也減少了現(xiàn)場溝通時間，大大地提高了測試效率。

5 結(jié)束語

本文提出了一種基于無線通信和圖像識別的配電網(wǎng)二次同步注入測試的方法，該方法需要在擬模擬故障區(qū)段上游的各個配電自動化終端二次側(cè)，安置若干研發(fā)的移動測試裝置。由測試主控平臺借助于加密的私有無線通信通道，分別向每個移動測試裝置下發(fā)測試方案數(shù)據(jù)，控制移動測試裝置在同一時刻向被測試配電網(wǎng)注入擬模擬故障場景的電流、電壓波形，并借助圖像識別技術(shù)對測試結(jié)果進行采集及正確性判別。該方法實現(xiàn)了對配電自動化主站、子站、終端、通信、開關(guān)設(shè)備、繼電保護備用電源等各個環(huán)節(jié)在故障處理過程中的相互配合進行閉環(huán)全自動測試的技術(shù)，從而實現(xiàn)了對饋線自動化的現(xiàn)場自動測試，提高了測試效率，降低了測試成本。

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