基于蟻群算法的10kV配電線路開(kāi)關(guān)跳閘告警系統(tǒng)

趙瑩

摘 要：由于配電線路數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，使得對(duì)相關(guān)異常的告警效果并不理想，為此，提出基于蟻群算法的10kV配電線路開(kāi)關(guān)跳閘告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。將具有可調(diào)頻采集功能的ZBD22305TZ作為數(shù)據(jù)采集裝置，將具有高效數(shù)據(jù)計(jì)算能力的HS2020MD1532作為數(shù)據(jù)處理芯片，利用蟻群算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行向量化處理后，通過(guò)分析配電線路開(kāi)關(guān)跳閘相關(guān)信息的關(guān)聯(lián)性判定是否進(jìn)行告警。測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)配電線路開(kāi)關(guān)跳閘告警的準(zhǔn)確率為94.44%，告警報(bào)出率為94.74%。

關(guān)鍵詞：蟻群算法;配電線路開(kāi)關(guān);跳閘告警;向量化處理;關(guān)聯(lián)性

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

10kV配電線路開(kāi)關(guān)跳閘是影響供電系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要故障類(lèi)型之一[1]，對(duì)其作出準(zhǔn)確告警對(duì)于提高供電質(zhì)量，優(yōu)化供電環(huán)境具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。蟻群算法作為一種應(yīng)用廣泛的數(shù)據(jù)分析方法，將其應(yīng)用在配電線路開(kāi)關(guān)跳閘告警數(shù)據(jù)分析中具有巨大的優(yōu)勢(shì)[3]。與其他類(lèi)型的告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，10kV配電線路開(kāi)關(guān)跳閘故障帶來(lái)的影響是以一種相對(duì)聯(lián)動(dòng)的方式存在的，這也是現(xiàn)階段相關(guān)告警研究需要克服的重點(diǎn)問(wèn)題。

為此，本文提出基于蟻群算法的10kV配電線路開(kāi)關(guān)跳閘告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，從硬件和軟件兩個(gè)角度實(shí)現(xiàn)了對(duì)其的設(shè)計(jì)，并通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。

1硬件設(shè)計(jì)

1.1數(shù)據(jù)采集裝置

要實(shí)現(xiàn)對(duì)10kV配電線路開(kāi)關(guān)跳閘的有效告警，要準(zhǔn)確全面地采集對(duì)應(yīng)線路上的數(shù)據(jù)信息[4]。本文選擇ZBD22305TZ作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置，其自身攜帶的采集卡可以滿足不提供接線端子版本連接器的連接需求，將VHDCI作為裝置的直連接口，通過(guò)調(diào)節(jié)ADC分辨位數(shù)，適應(yīng)不同基礎(chǔ)供電線路的配置，其可調(diào)節(jié)范圍為16位（Bit），32位（Bit），64位（Bit），對(duì)應(yīng)的輸入通道也分為16/32/64三種。不僅如此，ZBD22305TZ支持單端和差分兩種量程輸入模式，在±5V的額定電壓下，通過(guò)對(duì)AD模擬量參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)采樣速度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，最大速率為500KS/s，最小速率為200500KS/s。ZBD22305TZ指導(dǎo)的存儲(chǔ)器為8K點(diǎn) FIFO，支持軟件強(qiáng)制觸發(fā)和模擬量觸發(fā)兩種觸發(fā)模式。當(dāng)外部數(shù)字量通過(guò)采集采集裝置時(shí)，會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)采集通道的精度，利用32位多功能計(jì)數(shù)器對(duì)電網(wǎng)配電線路的邊沿信息、頻率信息、周期信息、半周期信息、脈中信息、脈寬信息進(jìn)行采集。

1.2數(shù)據(jù)處理芯片

由于電網(wǎng)線路開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)規(guī)模較大，要求數(shù)據(jù)處理芯片具有較高的運(yùn)算能力[5]。本文選用HS2020MD1532作為本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理芯片，其在運(yùn)行過(guò)程中分為HS2020MD1532-H、HS2020MD1530-M 兩個(gè)運(yùn)行檔次，且在兩個(gè)檔次下芯片的數(shù)據(jù)管理能夠?qū)崿F(xiàn)兼容。具體如圖1所示。

在片外主控制器的調(diào)度管理下，可以實(shí)現(xiàn)最大256 位數(shù)據(jù)信息的運(yùn)算，運(yùn)算類(lèi)型包括模加、模減、模乘、模冪運(yùn)算。處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)并口訪問(wèn)的方式傳輸?shù)较乱荒K。考慮到數(shù)據(jù)量較大，對(duì)傳輸路徑的要求較高，HS2020MD1532數(shù)據(jù)傳輸總線的寬度為32+32位，工作頻率可以達(dá)到100MHz，通過(guò)這樣的方式確保處理結(jié)果的同步傳輸，為配電線路開(kāi)關(guān)跳閘故障的分析判斷提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。

2軟件設(shè)計(jì)

2.1配電線路數(shù)據(jù)向量化處理

由于采集到的10kV配電線路是多元化的，直接對(duì)其進(jìn)行分析的難度較大，因此，本文以采集裝置的時(shí)間窗為基礎(chǔ)，對(duì)采集數(shù)據(jù)中的日志信息進(jìn)行模式化統(tǒng)一處理。在實(shí)施對(duì)數(shù)據(jù)的向量化處理之前，需要確定配電線路區(qū)域?qū)?yīng)的數(shù)據(jù)集。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)將采集裝置一個(gè)時(shí)間窗內(nèi)所有日志數(shù)據(jù)集合作為一個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)集，并將其表示為

其中，s表示區(qū)域化的數(shù)據(jù)集，a表示ZBD22305TZ采集到的所有數(shù)據(jù)信息，sim表示一致性函數(shù)，date表示數(shù)據(jù)采集裝置的時(shí)間窗信息。需要注意的是，ZBD22305TZ的時(shí)間窗是由字符串構(gòu)成的，因此時(shí)間窗內(nèi)的線路開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)也要以此為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。

在此基礎(chǔ)上，就可以對(duì)區(qū)域化的數(shù)據(jù)集進(jìn)行向量化處理，本文向量化處理的目的是將采集到的信息轉(zhuǎn)化成包含多個(gè)屬性錐度的向量。在具體的實(shí)施過(guò)程中，本文應(yīng)用了蟻群算法。蟻群算法可以更加準(zhǔn)確地評(píng)估單個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)于數(shù)據(jù)集中狀態(tài)的重要程度，判斷依據(jù)是該數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻率。

假設(shè)區(qū)域化的數(shù)據(jù)集中共有n條數(shù)據(jù)，在其中一份數(shù)據(jù)D中，信息x出現(xiàn)的次數(shù)為i ，數(shù)據(jù)D長(zhǎng)度為l，同時(shí)，x也出現(xiàn)在其他區(qū)域化數(shù)據(jù)集中，那么其對(duì)于線路開(kāi)關(guān)異常判定結(jié)果的重要程度，也就是x信息的向量化處理結(jié)果可以表示為

其中，W（x）表示x信息線路開(kāi)關(guān)異常判定結(jié)果的重要程度，即x信息的向量化處理結(jié)果。

2.2開(kāi)關(guān)跳閘信息告警

在上述基礎(chǔ)上，本文為了降低遍歷數(shù)據(jù)集的次數(shù)，提高告警效率，將向量化的數(shù)據(jù)生成為包含k階子項(xiàng)的集，并利用其實(shí)現(xiàn)對(duì)候選項(xiàng)集的儲(chǔ)存。構(gòu)建了以所有10kV配電線路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)的信息樹(shù)，對(duì)應(yīng)每個(gè)葉子表示一個(gè)頻繁項(xiàng)集，枝干表示信息的向量化處理結(jié)果。具體的告警分為以下幾個(gè)步驟：

（1）遍歷ZBD22305TZ采集的所有數(shù)據(jù)集，統(tǒng)計(jì)出所有單個(gè)配電線路開(kāi)關(guān)跳閘相關(guān)信息在數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)的次數(shù)，生成候選項(xiàng)集，并根據(jù)式（2）計(jì)算出量化結(jié)果，根據(jù)信息對(duì)線路開(kāi)關(guān)異常判定結(jié)果重要程度，按照由大到小的排序進(jìn)行排序。

（2）根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的單個(gè)配電線路開(kāi)關(guān)跳閘相關(guān)信息頻繁項(xiàng)集出現(xiàn)的次數(shù)，在原有數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，針對(duì)每個(gè)信息所包含的線路開(kāi)關(guān)異常判定結(jié)果重要程度值，剔除最小項(xiàng)。

（3）根據(jù)得到的數(shù)據(jù)集將由重要程度最高的頻繁項(xiàng)集作為跳閘異常判定的根節(jié)點(diǎn)，當(dāng)整個(gè)頻繁項(xiàng)集內(nèi)的 數(shù)據(jù)形成完整關(guān)聯(lián)關(guān)系，則進(jìn)行告警。

3應(yīng)用測(cè)試

為了測(cè)試本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)在實(shí)際配電系統(tǒng)中的應(yīng)用效果，進(jìn)行了測(cè)試。

3.1測(cè)試環(huán)境概況

本文以某省級(jí)電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)為測(cè)試對(duì)象，提取其某階段30天內(nèi)的10kV配電線路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，其中包含跳閘、短路、電流互感等多種異常信息。在此基礎(chǔ)上，采用本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)觀察其對(duì)跳閘異常數(shù)據(jù)的告警結(jié)果，判斷其有效性。

3.2測(cè)試結(jié)果

在上述基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)了本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果，具體數(shù)據(jù)信息如表1所示。

從表1中可以看出，與測(cè)試配電系統(tǒng)原有的開(kāi)關(guān)跳閘告警結(jié)果相比，本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于跳閘故障的告警報(bào)出率由原來(lái)的52.63%提高至94.74%，幅度高達(dá)42.11%。不僅如此，告警準(zhǔn)確率也由原來(lái)的90.91%提高到94.44%，幅度為3.53%。表明本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)10kV配電線路開(kāi)關(guān)跳閘故障的有效告警。這是因?yàn)楸疚脑谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，引入了蟻群算法，有效利用了采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其的綜合分析。并在分析過(guò)程中引入了校驗(yàn)機(jī)制，提高了告警數(shù)據(jù)的可靠性，降低了出現(xiàn)告警誤報(bào)和漏報(bào)的可能性。通過(guò)這樣的方式對(duì)開(kāi)關(guān)跳閘故障發(fā)生的第一時(shí)間作出告警，為相關(guān)調(diào)控管理工作的開(kāi)展提供充分的時(shí)間，最大限度降低由此帶來(lái)的停電損失。

4結(jié)束語(yǔ)

配電系統(tǒng)承擔(dān)的運(yùn)載負(fù)荷越來(lái)越高，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)管是十分必要的。開(kāi)關(guān)跳閘作為一種較為常見(jiàn)的故障類(lèi)型，對(duì)于整個(gè)供電系統(tǒng)的影響是極為明顯的，對(duì)該類(lèi)異常作出及時(shí)告警對(duì)于配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。本文提出基于蟻群算法的10kV配電線路開(kāi)關(guān)跳閘告警系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)開(kāi)關(guān)跳閘異常的準(zhǔn)確告警，為實(shí)際的配電網(wǎng)管理工作提供了可靠的信息支撐。

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