基于GSM網的電力系統配網線路運行安全監控系統設計

李亮明

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

隨著全球化發展的不斷推進，無論是人民生活還是經濟社會發展需求，電能供應都成為必不可少的重要基礎。在電力需求不斷增加的同時，如何保證高質量供電和可靠供電，是當今電力企業和電網行業急需解決的問題。當電力能源作為商品進入市場后，用戶將擁有更大的主動權，供電方需要對用電過程中出現的停電斷電負起主要責任。電力系統自身不能長期儲存，任一小故障都能影響整個的配網線路系統。本文在GSM網基礎上，設計了電力系統配網線路運行安全監控系統。在配網線路運行時進行檢測，一旦發生線路故障，可對故障位置進行定位，并及時解決線路問題。為電網運行效率和可靠性作出理論指導，以保證供電的優化配置。

1 電力系統配網線路運行安全監控系統的設計

1．1 系統硬件的設計

為了確保電力系統配網線路運行安全監控系統在運行時不受到電壓波動的干擾，需要設計系統硬件，以實現對電壓的及時調控。

本文選擇LCD12846的點陣式顯示模塊作為液晶顯示屏幕，在與電源處并行串聯8位或者5位MCN接口，保證每次顯示的內容在132列×68行狀態，其中包括光標的顯示和畫面自動移位功能，數據接口電路如圖1所示。

圖1 數據接口電路

如圖所示在液晶顯示模塊中，其內置電壓不需要負壓就能夠直接進行升壓調控，通過YO12－YO17個接口實現數據的傳輸[1]，能夠滿足設計系統對于電壓調控的需求。在多組數據通信接口中各包含限流電阻PR21、PR22和PR23，以及調節電阻R24和R26，都能夠直接通過調節阻值完成電壓的調控，減少不必要電壓對通信數據的傳輸干擾。

1．2 系統軟件的設計

電力系統配網線路運行安全監控系統軟件設計通過基于GSM網分相校正配網線路功率和建立網絡模型監控線路運行安全兩部分實現。

1．2．1 基于GSM網分相校正配網線路的功率

為了保證不同徑路下電壓的穩定，采用GSM網分相校正的方法對配網線中不同路徑的功率進行校正。在5G GSM網的運用下，根據高頻輸出脈沖存儲器工作原則，在粗調誤差小于3%的標準下完成功率校正，其中包括相角0度到80度的多個階段，設置校正誤差數值為ujj，單相功率在2L的調整公式為：

式中：Q表示為可以調控的相角，e23表示單條線路中通過的最大電壓，在單相功率達標后依次增加60度，仍采用上述公式進行調整，其中在單相功率下降值1L后，進行系數校正：

式中：能被該寫的參數從2降至1，在相角調控至標準度數時，可以將標準電壓和測量電壓進行校正，校正范圍h計算為：

式中：標準電壓用kb表示，實際電壓用kr表示，完成電壓配置后若電路校正相角度不足180度時，對線路中的電流進行二次校正，范圍v計算表達式如下：

式中：標準電流用gr表示，測量電流用gb表示，在完成不同角度的校正功率下，刪減電壓強度通過線路承受的最大值和最小值，對不同組相進行類型填寫，以此實現主站和線路終端GSM網通信連接，建立無線通信連接的外圍網絡模型。

1．2．2 線路運行安全監控網絡模型的建立

為了保障線路的運行安全，需構建網絡模型對其進行監控。網絡模型的最大接收系數不能超過一次性強度比值，設置電壓強度為do，線路通過強度為du，在計算過程中加入線路的吸收系數i，則線路中能夠通過的最低電壓會受到限制，表達式為：

式中：線路的整體長度用a表示，線路的吸收系數最大值用kin表示，能夠在電壓通路中引起電流變化，基于此，構建電力系統配網線路運行安全監控網絡模型，其表達式為：

在校正線路功率和構建網絡模型的基礎上，完成電力系統配網線路運行安全監控系統軟件設計。

2 監控測試與結果分析

為驗證本文提出的基于GSM網的電力系統配網線路運行安全監控系統的實際應用性能，對本市某縣環網中典型的配電網的線路運行狀態進行監控，在Matlab的環境下對監控圖像進行預處理，并將其轉化為256＊256格式的灰度圖像，圖像灰度化的效果如圖2所示。

圖2 圖像灰度效果

通過實際監控，發現線路運行中存在線路故障，因此需要完成故障定位和隔離。選取一條運行狀態正常的五開關四分段的配電網絡結構，在線路終端配備有與主站前置機的通信設備，且各子站之間的聯絡開關能夠進行有效功率的傳輸，具體線路配備信息如表1所示。

表1 線路配備信息

根據表中內容可知，在該運行網線中包含速斷保護和過流保護的雙向閘開功能，通信裝置終端的FTU連接在I2變電站中，在正常用電負荷下處于斷開狀態。

對該線路的運行安全進行測試，分別導出常態下和故障狀態下該線路運行效果，如下圖3所示。

圖3 線路分段網絡運行監控結構圖

如圖3（a）所示，常態下的變電站I1和I2之間聯絡開關處于斷開狀態，各子站斷路器也處于斷開狀態。

當52和52－4監測到故障電流時，如圖3（b）所示，檢測到的線路故障為短暫性故障。本文設計系統可直接將開關量信息傳送至主站，自動跳起開關保護閘，等待故障小時候自動合閘恢復供電。

當52－4在按照指令多次重合閘后仍未能解決故障，會保持在跳開閘的狀態，如圖3（c）所示，檢測到的線路故障為永久性故障。此時，本文所設計的系統可在52－5長時間內沒有電壓通過時，讀取終端通信的電能數據，主站通信終端完成分析后可以確定故障的位置，并給出線損量最低的備用電源供電線路進行供電，直至線路恢復。

根據運行測試結果可知，本文提出的基于GSM網的電力系統配網線路運行安全監控系統能夠在配電網線路運行時進行線路監控，在故障發生時能夠及時對故障位置進行定位，為配電網線路運行安全提供保障。

3 結論

本文在GSM網的運用基礎上，通過對硬件線路接口電路設計和構建網絡模型，設計了新的電力系統配網線路運行安全監控系統。實驗結果表明，該系統能夠在故障發生時完成線路監控，給出最佳的備用電源供給路線，在較快線路重組過程中恢復供電線路，保證用戶的用電可靠性和供電雙方的利益不受到損害。但在研究過程中因本人知識經驗不足，在電網監控通信上未考慮后期數據的整合功能，使得在大量數據中關聯通信無法做到快速融合。后續研究中應保證將當前數據模式轉為聯合監控方式，使得監控過程更加透明化，為配網線路的安全運行提供更科學的理論支持。