基于GSM网的电力系统配网线路运行安全监控系统设计

李亮明

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东 佛山 528000）

随着全球化发展的不断推进，无论是人民生活还是经济社会发展需求，电能供应都成为必不可少的重要基础。在电力需求不断增加的同时，如何保证高质量供电和可靠供电，是当今电力企业和电网行业急需解决的问题。当电力能源作为商品进入市场后，用户将拥有更大的主动权，供电方需要对用电过程中出现的停电断电负起主要责任。电力系统自身不能长期储存，任一小故障都能影响整个的配网线路系统。本文在GSM网基础上，设计了电力系统配网线路运行安全监控系统。在配网线路运行时进行检测，一旦发生线路故障，可对故障位置进行定位，并及时解决线路问题。为电网运行效率和可靠性作出理论指导，以保证供电的优化配置。

1 电力系统配网线路运行安全监控系统的设计

1．1 系统硬件的设计

为了确保电力系统配网线路运行安全监控系统在运行时不受到电压波动的干扰，需要设计系统硬件，以实现对电压的及时调控。

本文选择LCD12846的点阵式显示模块作为液晶显示屏幕，在与电源处并行串联8位或者5位MCN接口，保证每次显示的内容在132列×68行状态，其中包括光标的显示和画面自动移位功能，数据接口电路如图1所示。

图1 数据接口电路

如图所示在液晶显示模块中，其内置电压不需要负压就能够直接进行升压调控，通过YO12－YO17个接口实现数据的传输[1]，能够满足设计系统对于电压调控的需求。在多组数据通信接口中各包含限流电阻PR21、PR22和PR23，以及调节电阻R24和R26，都能够直接通过调节阻值完成电压的调控，减少不必要电压对通信数据的传输干扰。

1．2 系统软件的设计

电力系统配网线路运行安全监控系统软件设计通过基于GSM网分相校正配网线路功率和建立网络模型监控线路运行安全两部分实现。

1．2．1 基于GSM网分相校正配网线路的功率

为了保证不同径路下电压的稳定，采用GSM网分相校正的方法对配网线中不同路径的功率进行校正。在5G GSM网的运用下，根据高频输出脉冲存储器工作原则，在粗调误差小于3%的标准下完成功率校正，其中包括相角0度到80度的多个阶段，设置校正误差数值为ujj，单相功率在2L的调整公式为：

式中：Q表示为可以调控的相角，e23表示单条线路中通过的最大电压，在单相功率达标后依次增加60度，仍采用上述公式进行调整，其中在单相功率下降值1L后，进行系数校正：

式中：能被该写的参数从2降至1，在相角调控至标准度数时，可以将标准电压和测量电压进行校正，校正范围h计算为：

式中：标准电压用kb表示，实际电压用kr表示，完成电压配置后若电路校正相角度不足180度时，对线路中的电流进行二次校正，范围v计算表达式如下：

式中：标准电流用gr表示，测量电流用gb表示，在完成不同角度的校正功率下，删减电压强度通过线路承受的最大值和最小值，对不同组相进行类型填写，以此实现主站和线路终端GSM网通信连接，建立无线通信连接的外围网络模型。

1．2．2 线路运行安全监控网络模型的建立

为了保障线路的运行安全，需构建网络模型对其进行监控。网络模型的最大接收系数不能超过一次性强度比值，设置电压强度为do，线路通过强度为du，在计算过程中加入线路的吸收系数i，则线路中能够通过的最低电压会受到限制，表达式为：

式中：线路的整体长度用a表示，线路的吸收系数最大值用kin表示，能够在电压通路中引起电流变化，基于此，构建电力系统配网线路运行安全监控网络模型，其表达式为：

在校正线路功率和构建网络模型的基础上，完成电力系统配网线路运行安全监控系统软件设计。

2 监控测试与结果分析

为验证本文提出的基于GSM网的电力系统配网线路运行安全监控系统的实际应用性能，对本市某县环网中典型的配电网的线路运行状态进行监控，在Matlab的环境下对监控图像进行预处理，并将其转化为256＊256格式的灰度图像，图像灰度化的效果如图2所示。

图2 图像灰度效果

通过实际监控，发现线路运行中存在线路故障，因此需要完成故障定位和隔离。选取一条运行状态正常的五开关四分段的配电网络结构，在线路终端配备有与主站前置机的通信设备，且各子站之间的联络开关能够进行有效功率的传输，具体线路配备信息如表1所示。

表1 线路配备信息

根据表中内容可知，在该运行网线中包含速断保护和过流保护的双向闸开功能，通信装置终端的FTU连接在I2变电站中，在正常用电负荷下处于断开状态。

对该线路的运行安全进行测试，分别导出常态下和故障状态下该线路运行效果，如下图3所示。

图3 线路分段网络运行监控结构图

如图3（a）所示，常态下的变电站I1和I2之间联络开关处于断开状态，各子站断路器也处于断开状态。

当52和52－4监测到故障电流时，如图3（b）所示，检测到的线路故障为短暂性故障。本文设计系统可直接将开关量信息传送至主站，自动跳起开关保护闸，等待故障小时候自动合闸恢复供电。

当52－4在按照指令多次重合闸后仍未能解决故障，会保持在跳开闸的状态，如图3（c）所示，检测到的线路故障为永久性故障。此时，本文所设计的系统可在52－5长时间内没有电压通过时，读取终端通信的电能数据，主站通信终端完成分析后可以确定故障的位置，并给出线损量最低的备用电源供电线路进行供电，直至线路恢复。

根据运行测试结果可知，本文提出的基于GSM网的电力系统配网线路运行安全监控系统能够在配电网线路运行时进行线路监控，在故障发生时能够及时对故障位置进行定位，为配电网线路运行安全提供保障。

3 结论

本文在GSM网的运用基础上，通过对硬件线路接口电路设计和构建网络模型，设计了新的电力系统配网线路运行安全监控系统。实验结果表明，该系统能够在故障发生时完成线路监控，给出最佳的备用电源供给路线，在较快线路重组过程中恢复供电线路，保证用户的用电可靠性和供电双方的利益不受到损害。但在研究过程中因本人知识经验不足，在电网监控通信上未考虑后期数据的整合功能，使得在大量数据中关联通信无法做到快速融合。后续研究中应保证将当前数据模式转为联合监控方式，使得监控过程更加透明化，为配网线路的安全运行提供更科学的理论支持。