基于ARM的含分布式电源配电网故障定位的研究

池永胜(宣化科技职业学院，河北张家口075100)

基于ARM的含分布式电源配电网故障定位的研究

池永胜
(宣化科技职业学院，河北张家口075100)

分布式发电具有供电灵活、清洁环保的优势，是大电网有益和必要的补充。随着越来越多的分布式电源接入大电网，电网的结构和运行方式发生了很大的变化，传统的故障定位方法已不能适应含分布式电源配电网的故障定位。研究了适用于含分布式电源的配电网故障定位方案，确定了以遗传算法为主体的故障判定方法，并利用嵌入式系统构建了故障监控体系。实验证明，该监控系统适应性强、实时性好、误差距离小，能有效地实现配电网的故障定位和监控。

配电网；分布式发电；故障定位；遗传算法；嵌入式

随着经济的发展和生产力水平的不断提高，电力用户对供电的需求呈指数级增长，而与此同时，电力用户对供电质量和供电可靠性的要求也越来越高，这造成了大电网的复杂性和安全性的降低。电力用户在所遭受的停电中，大约有95％以上是大电网的故障造成的，因此，改变变配电的基本结构，是电网发展、管理和运行维护的必然选择。

分布式电源(DG)也称为嵌入式发电，是一种新型的电网形式，主要形式有风能、太阳能、地热能、潮汐能、生物能等可再生能源发电，是大电网的必要和有益的补充。在已有大电网的基础上，引入分布式电源是电力系统的发展方向。

分布式电源是发电系统以分散性的小规模状况存在，一般分布在用户的附近，可独立向用户输出电能的供电方式。与传统发电方式相比，分布式发电具有污染小、配电网组成灵活、负载对电网的影响被限制在一定范围之内等优势。这对于一些边远地区或大电网工作不稳定的地区是一种有力的供能

1 分布式电源并网运行所面临的问题

分布式电源有两种运行方式，一种是独立运行，另一种是并网运行。而当分布式电源并入电网时，会造成传统配电网的结构和工作方式的变化，使电网中各支路的潮流失去单向性，造成诸多技术性问题。

分布式电源并网首先遇到的问题是系统的接口问题。将分布式电源接入大电网需要处理电压、电流、频率等参数的切换，而这种切换必须是瞬间完成而且要足够平滑。由于目前电力系统与分布式电源的接口等还没有统一的标准，造成了分布式电源接入的混乱[1]。

分布式电源并网的第二个难题是用户负载的不确定性会使分布式电源并入大电网时的控制更加复杂，这种复杂性体现在利用电力电子技术、通信技术、功率调节时会面临许多技术难题，也会使能源的优化配置更加困难。

而分布式电源并网的最大难题是电网故障的定位和判定会更加困难，单独靠普通的调度和管理不能达到可靠性的要求，因此，需要针对含分布式电源配电网的基本特点来研究出新的故障定位与判定方法。

2 配电网故障定位算法研究

配电网故障定位方法主要有两种方式：一种是直接算法，另一种是间接算法。在直接算法中，主要有阻抗法和行波法两种方法。阻抗法利用故障点线路长度与线路阻抗的正比关系来计算故障点的位置，而行波法利用故障点数据传输距离与传输时间成正比例的关系来判定故障点。直接算法采用了配电网自动化馈线终端单元(FTU)来采集故障点的电网信息，从而实现故障检测、定位和隔离，从而使配电网的运行状态可以有效地实现监控。

间接算法是将多种数学算法应用至故障定位系统中，例如神经网络算法、遗传算法、蚁群算法等。由于传统的直接算法在判定的准确性和时效性等方面都存在着不尽如人意的地方，因此间接算法是目前研究的重点。

遗传算法(GA)是一种迭代式自适应概率性搜索方法，它建立在自然遗传机制和选择原理上，从而实现人工智能系统[2]。遗传算法具有鲁棒性和适应性好、全局收敛迅速、寻找最优解快速的优势，非常适合故障地点的定位。

将遗传算法应用于含分布式电源的故障定位，主要就是利用配电网辐射性的特点，将整个网络划分为若干个独立的模块，在每个模块中利用嵌入式技术构建基于各配电线路的分段开关和联络开关上的电流、电压及频率等电网参数采集点，采集后的数据作为算法的基础数据参与最优解分析。

由于含分布式电源电网系统的自身特点，在将遗传算法作为该类配电网故障定位方法时，需要对遗传算法进行一些改进，在本设计中，将算法群族的适应度函数改为：

式中：k为模块中开关的总数；Ij为第j个开关的基本运行信息，由智能数据采集点传送至监控中心；I*j(s)为节点运行标准值，预存于数据库中，供算法对比分析之用。

当智能数据采集的数据在一定时间段内与标准存在一定差距时，算法会按照适应度函数的求解过程来寻找使公式(1)最小的解群过程，这个结果所对应的线路就是故障对应点。具体过程如图1所示。

3 数据采集点硬件设计

在故障定位和分析中，各节点数据的采集是定位的关键，依据这些数据，可以使节点具有遥测、遥调、遥控的功能。

本设计的核心部件采用嵌入式单片机来完成，单片机的I/O口连接各种传感器和开关等，从而形成电流电压频率等采样回路、数字采样回路、开关量输出回路、通信接口。单片机采用S3C6410ARM芯片，系统输入设为两路模拟量，一路采集三相电压、一路采集三相电流，以及一路数字量，用以采集开关量。为了提高数据处理的精度，系统采用DSP对数据进行处理，具体结构如图2所示。

4 总结

该设计是基于遗传算法的含分布式电源故障定位系统，利用嵌入式系统实现了信号的采集和计算，通过Matlab仿真结果可知，该系统运行可靠性高、实时性强，对分布式电源的并网运行具有重要意义。

图1　　遗传算法流程

图2　　硬件结构

[1]曾琦.分布式电源接入电力系统的问题研究[C]//中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集.北京：中国电力系统保护与控制学术研讨会，2012：567-569.

[2]赵蕴蕾．含分布式电源的配电网故障定位与恢复重构算法的研究[D]．天津：天津理工大学，2013：46-49.

Study of fault location for distribution network containing distributed generation based on ARM

CHI Yong-sheng
(Xuanhua Science and Technology Career Academy,Zhangjiakou Hebei 075100,China)

Distributed power generation with flexible,clean and environmentally friendly advantages,was beneficial and necessary complement to large power grids.But as more and more distributed power generation access to large distributed power grid,the grid structure and functioning had undergone great changes.Then the traditional fault location methods could not meet the fault location that containing distributed power distribution grid.The distribution network fault location scheme was applied to contain the power of distributed,and the genetic algorithm was determined as the main body of determination method.The embedded systems were used to built fault monitoring system.Experiments show that the monitoring system is with good adaptability,real-time,small error distance,and distribution network fault location and monitoring can be effectively achieved.

distribution network;distributed generation;fault location;genetic algorithms;embedded

TM 727

A

1002-087 X(2016)01-0207-02

2015-08-12

池永胜(1973—)，男，河北省人，讲师，主要研究方向为计算机网络安全。支撑，可以有效地提高供电的可靠性和电能质量。