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摘 要 ：随着城市化进程的加速,城市电力系统的规模和复杂度都在不断增加,如何对电网变化进行感知和控制成为了电 力系统优化的重要问题。电网拓扑结构的动态变换是影响电力系统稳定性和安全性的重要因素之一。基于此,本文设计了一种 基于动态变换感知技术的 10kV 配网拓扑结构系统,用以实现实时监测和分析电网的拓扑结构,对电网运行中可能出现的拓扑 结构动态变换进行有效判断和预测,旨在提高电力系统的运行效率和安全性,降低电网的故障率。
Research on Dynamic Transform Sensing Technology of 10kV DistributionNetwork Topology
FU Qiang, LIU Mingxian
(Yunnan Power Grid Co., Ltd Lijiang Power Supply Bureau, Lijiang Yunnan 674100)
【Abstract】：With the acceleration of urbanization, the scale and complexity of urban power systems are constantly increasing, how to perceive and control changes in the power grid has become an important issue in power system optimization. The dynamic transformation of power grid topology is one of the important factors affecting the stability and security of power systems. Based on this, this article designs a 10kV distribution network topology system based on dynamic transformation perception technology, to achieve real-time monitoring and analysis of the topology structure of the power grid, effectively judge and predict the dynamic transformation of topology structure that may occur during the operation of the power grid, aiming to improve the operational efficiency and safety of the power system, reduce the failure rate of the power grid.
【Key words】：10kV distribution network;topological structure;dynamic transformation;perceptual technology
0 引言
目前,随着电力行业的快速发展, 10kV 配网的供 电可靠性和稳定性也越来越受到重视。10kV 配网拓扑 结构是电网传输电能的物理路径,用来保障电能可靠传 输。现实中电网存在着复杂多变的负荷和故障情况,随 时可能出现拓扑结构动态变化的情况(如故障断开、追 加负荷、设备维护等)。将动态变换感知技术用于 10kV 配网的拓扑结构,可以有效减少故障发生的概率,并提 高调度运行效率,为电力行业的可持续发展做出贡献。
1 10kV 配网拓扑结构与动态变换感知技
1.1 10kV 配网拓扑结构
10kV 配网拓扑结构是指电力系统中 10kV 配电网的组成及连接方式,它对于电力系统的运行和供电质量 起着至关重要的作用。在实际情况下, 10kV 配电网的 拓扑结构通常是由多个电缆或架空线路连接组成的。其 中,电缆通常以环网供电的方式连接,而架空线路通常 是以辐射供电或环网供电的方式进行连接。
在 10kV 配电网中,不同的电源、负荷以及其他设 备通过电缆或架空线路连接在一起,形成了一个复杂的 拓扑结构 [1]。这个拓扑结构是电力系统中非常重要的组 成部分,因为它直接影响着电力系统的供电可靠性、运 行效率、扰动响应能力以及故障处理能力等方面。
10kV 配网拓扑结构变换是指在供电过程中,因故 障或者调度需要,配网的连接方式发生改变。为实现对拓扑结构动态变换的感知,需要对变换原理进行深入探 究。拓扑结构的变换可分为三类 ：直接插拔、旁路转供 和智能自动切换。(1)直接插拔法是指故障后,在施工 人员的操作下,合闸另一条供电线供应负荷 ;(2)旁路 转供法是指故障后,通过旁路装置,将故障馈线切断并 旁路,使负荷得到其他可靠的馈线供电 ;(3)智能自动 切换法则是指依托智能设备,通过对电网负载和故障的 计算,自动选择最佳电源路线,以实现电力系统的可靠 供电。
在具体的实践应用中,各种变换方式都有其适用的 场景,需要深入研究不同的变换方式,以适应各种应急 电力故障情况。在应急情况下,快速准确选择最佳变换 方式对保障用户用电质量至关重要,需要充分考虑电网 负载和故障情况,并根据具体情况进行智能切换。
1.2 动态变换感知技术
动态变换感知技术是一种应用于配电网中的重要技 术,主要作用是感知配电网拓扑结构的动态变化。在实 际的配电网中,由于配变、开关控制等因素,导致配电 网的拓扑结构随时都会发生变化。而如果这些拓扑结构 的变化得不到及时地感知和监测,就会导致供电的不稳 定性和不可靠性。
动态变换感知技术是实现 10kV 配网拓扑结构动态变 换感知的关键技术之一,主要包括三个方面 ：数据采集、 数据处理和数据分析 [2]。(1)数据采集 ：通过部署多种类 型的感知节点,采集电网运行数据,并将其传输至感知中 心 ;(2)数据处理 ：对采集的数据进行处理,包括数据 校验、去噪、插值等,以提高数据的质量和精度 ;(3) 数据分析 ：利用数据挖掘和统计分析的方法,获取电网 运行特征,实时监测电网拓扑结构的变化情况,进而为 电网运维决策提供依据。
在实际应用中,动态变换感知技术的成功运用离不 开电网模型的支持。通过电网建模,可以更准确地对电 网的运行状态进行分析和预测,优化电网调度策略,提 高电网的安全稳定性。
2 10kV 配网拓扑结构动态变换感知技术研究
2.1 系统框架设计
基于 10kV 配网拓扑结构动态变换感知技术研究的 需求,本文提出了一种系统框架设计方案。该方案主要 包括三个层次 ：图数据库构建层、电网动态拓扑结构智 能识别层和应用服务层(如图 1 所示)。
(1)图数据库构建层。该层主要负责将配电网的各 类数据(如电缆线路、变电站、配电变压器等)进行采 集、整合和存储,构建配电网的图数据库。该层的主要技术包括数据采集技术、数据处理技术、数据存储技术 和图数据库构建技术等。
首先,数据采集模块主要负责对 10kV 配网拓扑结 构信息的实时采集。通过部署在变电站、主干线路、支 线等关键节点的传感器,采集各节点的电压、电流、开 关状态和故障信息等数据。同时,为提高数据的采集效 率和减少数据传输的延迟,采用分布式采集与传输技 术,将采集到的数据先进行本地处理,再进行传输,可 以有效减少数据传输的数据量和传输延迟时间。其次, 数据转换处理模块主要负责对采集到的数据进行处理并 生成标准数据格式,以便后续的模型建立与验证和实验 结果分析。数据处理模块采用数据清洗、数据归一化、 数据整合等技术,对采集得到的数据进行处理和优化, 提高数据的质量和准确性。在数据处理的同时,该模块 还可以对数据进行分析和判断,对故障数据进行标识, 并对异常数据和超出阈值的数据进行告警处理。
(2)电网动态拓扑结构智能识别层。该层主要负责 对配电网进行实时监测和智能识别,包括电网实时数据 采集、数据处理和电网拓扑结构的智能识别等。该层主 要采用常用的深度优先遍历算法(如表 1 所示),结合 电网实时数据采集技术、数据处理技术、电网拓扑结构 智能识别技术等,对配电网进行拓扑结构智能识别,判 断电网是否正常。
(3)应用服务层。该层主要为用户提供多种应用服 务,如故障定位、电力负荷预测、设备状态监测等。该 层的主要技术包括数据分析和应用开发技术等。
在以上三个层次中,图数据库构建层和电网动态拓 扑结构智能识别层是该系统框架的核心。图数据库构建 层用于构建配电网的图数据库,为电网动态拓扑结构智 能识别层提供数据支持 ;电网动态拓扑结构智能识别层 用于对配电网进行实时监测和智能识别,为应用服务层 提供数据支持。通过该系统框架,可以实现对 10kV 配 网拓扑结构动态变换的实时感知,提高配电网的可靠性 和安全性 [3]。
2.2 数据采集与处理
数据采集与处理是实现 10kV 配网拓扑结构动态变 换感知技术的重要环节。
2.2.1 数据采集
在数据采集方面,采用一种基于现场设备的数据采 集方式,通过在 10kV 配电箱和所连接的变压器上安装 传感器和监测装置,获取变压器的实时电压、电流、功 率、频率、相位等重要参数,并将这些数据通过无线传 感器网络(WSN)传输到数据处理平台进行处理和分析。
基于现场设备的数据采集方式在 10kV 配网拓扑结 构动态变换感知技术系统中的应用具有重要的意义和价 值。具体来说 ：(1)状态监测 ：实时监测 10kV 配网中 变压器、开关、断路器等设备的运行状态、温度、电流 等参数。这些数据提供给系统进行状态评估、故障诊断 和预测分析,确保配网的正常运行。(2)故障检测与定 位 ：实时检测 10kV 配网中的故障,如短路、过载、接 地等。系统可以根据采集到的数据进行故障定位,帮助 运维人员快速准确地找到故障点,并采取相应的修复措施,提高配网的可靠性和可用性。(3)负荷管理 ：实时 监测 10kV 配网的负荷大小、负荷分布等负荷情况,协 助系统进行负荷预测和负荷平衡,提高配网的供电质量 和经济效益。(4)节能优化 ：实时监测 10kV 配网中变 压器的损耗、线路的功耗等设备的能耗情况。系统根据 采集到的数据进行能源消耗分析和优化策略,减少能源 浪费,提高配网的能源利用效率。
2.2.2 数据处理
采用基于深度学习的数据处理方法,可以大大提高 电网运行数据的分析和处理效率,降低运维成本,同时 也可以提高电网的安全性和可靠性。具体来说 ：(1)数 据预处理 ：深度学习算法需要大量的数据进行训练,因 此对于配网系统中采集到的原始数据,需要进行清洗、 去噪、归一化等预处理工作,以提高深度学习算法的训 练效果。(2)特征提取 ：基于深度学习的数据处理方法 可以提取复杂的特征,例如,图像处理中的卷积神经网 络(CNN)可以提取出视觉图像中的纹理、边缘、角 点等特征。在 10kV 配网拓扑结构动态变换感知技术系 统中,可以采用类似的方法,提取出配网拓扑结构中的 线路节点、变电站、负载等关键特征。(3)动态变换感 知 ：在 10kV 配网中,由于系统状态的不断变化, 配网 拓扑结构也会发生线路断开、短路、负载变化等情况。 基于深度学习的数据处理方法可以实时感知这些变化, 如采用循环神经网络(RNN)对配网拓扑结构的变化 进行预测和控制。(4)故障诊断 ：基于深度学习的数据 处理方法可以对 10kV 配网中的故障进行诊断, 如采用 卷积神经网络对配电线路的温度、电流等参数进行监测 分析,实现故障预警和诊断。
3结语
10kV 配网拓扑结构动态变换感知技术作为一项重 要的技术手段,可以为智能电网的建设和运营提供有力 的支撑,也可以实现对电网拓扑结构的实时感知与检 测,及时发现电网运行中的变化,为电力调度和设备运 维提供数据支持。在未来的应用中,需要进一步结合人 工智能技术实现智能化、高效化和自主决策,扩大其应 用范围,提高配电自动化系统运行效率和工作质量。
参考文献
[1] 邱泽坚,邵伟涛,黄琳妮.基于人工智能的10 kV配网智能感 知与故障诊断[J].农村电气化,2023(3):63-65.
[2] 张建华.10kV配网线路故障定位方法研究[J].电工技术,2022 (21):12-14.
[3] 应鸿,林琳,吴星昂,等.新型配电网动态电压调节器拓扑结构 研究[J].电气传动,2018.48(10):22-27.
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