基于蚁群算法的10kV配电线路开关跳闸告警系统

赵莹

摘 要：由于配电线路数据规模庞大，使得对相关异常的告警效果并不理想，为此，提出基于蚁群算法的10kV配电线路开关跳闸告警系统设计研究。将具有可调频采集功能的ZBD22305TZ作为数据采集装置，将具有高效数据计算能力的HS2020MD1532作为数据处理芯片，利用蚁群算法对采集到的数据进行向量化处理后，通过分析配电线路开关跳闸相关信息的关联性判定是否进行告警。测试结果表明，设计系统对配电线路开关跳闸告警的准确率为94.44%，告警报出率为94.74%。

关键词：蚁群算法;配电线路开关;跳闸告警;向量化处理;关联性

中图分类号：TP393 文献标识码：A

引言

10kV配电线路开关跳闸是影响供电系统稳定性的主要故障类型之一[1]，对其作出准确告警对于提高供电质量，优化供电环境具有十分重要的现实意义[2]。蚁群算法作为一种应用广泛的数据分析方法，将其应用在配电线路开关跳闸告警数据分析中具有巨大的优势[3]。与其他类型的告警系统设计相比，10kV配电线路开关跳闸故障带来的影响是以一种相对联动的方式存在的，这也是现阶段相关告警研究需要克服的重点问题。

为此，本文提出基于蚁群算法的10kV配电线路开关跳闸告警系统设计研究，从硬件和软件两个角度实现了对其的设计，并通过试验测试验证了系统的有效性。

1硬件设计

1.1数据采集装置

要实现对10kV配电线路开关跳闸的有效告警，要准确全面地采集对应线路上的数据信息[4]。本文选择ZBD22305TZ作为系统的数据采集装置，其自身携带的采集卡可以满足不提供接线端子版本连接器的连接需求，将VHDCI作为装置的直连接口，通过调节ADC分辨位数，适应不同基础供电线路的配置，其可调节范围为16位（Bit），32位（Bit），64位（Bit），对应的输入通道也分为16/32/64三种。不仅如此，ZBD22305TZ支持单端和差分两种量程输入模式，在±5V的額定电压下，通过对AD模拟量参数进行设置，可以实现采样速度的自适应调节，最大速率为500KS/s，最小速率为200500KS/s。ZBD22305TZ指导的存储器为8K点 FIFO，支持软件强制触发和模拟量触发两种触发模式。当外部数字量通过采集采集装置时，会自动校准采集通道的精度，利用32位多功能计数器对电网配电线路的边沿信息、频率信息、周期信息、半周期信息、脉中信息、脉宽信息进行采集。

1.2数据处理芯片

由于电网线路开关数据规模较大，要求数据处理芯片具有较高的运算能力[5]。本文选用HS2020MD1532作为本文设计系统的数据处理芯片，其在运行过程中分为HS2020MD1532-H、HS2020MD1530-M 两个运行档次，且在两个档次下芯片的数据管理能够实现兼容。具体如图1所示。

在片外主控制器的调度管理下，可以实现最大256 位数据信息的运算，运算类型包括模加、模减、模乘、模幂运算。处理后的数据通过并口访问的方式传输到下一模块。考虑到数据量较大，对传输路径的要求较高，HS2020MD1532数据传输总线的宽度为32+32位，工作频率可以达到100MHz，通过这样的方式确保处理结果的同步传输，为配电线路开关跳闸故障的分析判断提供实时数据信息。

2软件设计

2.1配电线路数据向量化处理

由于采集到的10kV配电线路是多元化的，直接对其进行分析的难度较大，因此，本文以采集装置的时间窗为基础，对采集数据中的日志信息进行模式化统一处理。在实施对数据的向量化处理之前，需要确定配电线路区域对应的数据集。本文设计系统将采集装置一个时间窗内所有日志数据集合作为一个区域的数据集，并将其表示为

其中，s表示区域化的数据集，a表示ZBD22305TZ采集到的所有数据信息，sim表示一致性函数，date表示数据采集装置的时间窗信息。需要注意的是，ZBD22305TZ的时间窗是由字符串构成的，因此时间窗内的线路开关数据也要以此为基准进行计算。

在此基础上，就可以对区域化的数据集进行向量化处理，本文向量化处理的目的是将采集到的信息转化成包含多个属性锥度的向量。在具体的实施过程中，本文应用了蚁群算法。蚁群算法可以更加准确地评估单个数据对于数据集中状态的重要程度，判断依据是该数据出现的频率。

假设区域化的数据集中共有n条数据，在其中一份数据D中，信息x出现的次数为i ，数据D长度为l，同时，x也出现在其他区域化数据集中，那么其对于线路开关异常判定结果的重要程度，也就是x信息的向量化处理结果可以表示为

其中，W（x）表示x信息线路开关异常判定结果的重要程度，即x信息的向量化处理结果。

2.2开关跳闸信息告警

在上述基础上，本文为了降低遍历数据集的次数，提高告警效率，将向量化的数据生成为包含k阶子项的集，并利用其实现对候选项集的储存。构建了以所有10kV配电线路运行状态数据信息为基础的信息树，对应每个叶子表示一个频繁项集，枝干表示信息的向量化处理结果。具体的告警分为以下几个步骤：

（1）遍历ZBD22305TZ采集的所有数据集，统计出所有单个配电线路开关跳闸相关信息在数据集中出现的次数，生成候选项集，并根据式（2）计算出量化结果，根据信息对线路开关异常判定结果重要程度，按照由大到小的排序进行排序。

（2）根据统计出的单个配电线路开关跳闸相关信息频繁项集出现的次数，在原有数据集的基础上，针对每个信息所包含的线路开关异常判定结果重要程度值，剔除最小项。

（3）根据得到的数据集将由重要程度最高的频繁项集作为跳闸异常判定的根节点，当整个频繁项集内的 数据形成完整关联关系，则进行告警。

3应用测试

为了测试本文设计系统在实际配电系统中的应用效果，进行了测试。

3.1测试环境概况

本文以某省级电网调度控制系统为测试对象，提取其某阶段30天内的10kV配电线路运行状态数据信息，其中包含跳闸、短路、电流互感等多种异常信息。在此基础上，采用本文设计的系统对上述数据进行分析，通过观察其对跳闸异常数据的告警结果，判断其有效性。

3.2测试结果

在上述基础上，统计了本文设计系统测试结果，具体数据信息如表1所示。

从表1中可以看出，与测试配电系统原有的开关跳闸告警结果相比，本文设计系统对于跳闸故障的告警报出率由原来的52.63%提高至94.74%，幅度高達42.11%。不仅如此，告警准确率也由原来的90.91%提高到94.44%，幅度为3.53%。表明本文设计系统可以实现对10kV配电线路开关跳闸故障的有效告警。这是因为本文在系统设计过程中，引入了蚁群算法，有效利用了采集数据的特点，实现了对其的综合分析。并在分析过程中引入了校验机制，提高了告警数据的可靠性，降低了出现告警误报和漏报的可能性。通过这样的方式对开关跳闸故障发生的第一时间作出告警，为相关调控管理工作的开展提供充分的时间，最大限度降低由此带来的停电损失。

4结束语

配电系统承担的运载负荷越来越高，对其运行状态进行有效监管是十分必要的。开关跳闸作为一种较为常见的故障类型，对于整个供电系统的影响是极为明显的，对该类异常作出及时告警对于配电系统的稳定运行意义重大。本文提出基于蚁群算法的10kV配电线路开关跳闸告警系统设计研究，实现了对开关跳闸异常的准确告警，为实际的配电网管理工作提供了可靠的信息支撑。

参考文献

[1]刘宇舜， 朱太云， 耿屹楠， 等.基于多尺度广义S变换和深度残差网络的雷击跳闸故障类型识别方法[J].电瓷避雷器， 2021（06）： 94-101.

[2]杨斯泐， 王永亭， 郭晨曦， 等.智能牵引供电广域保护测控系统层次化保护试验研究[J].电气化铁道， 2021， 32（06）： 36-43.

[3]郑俊翔， 施正钗， 周泰斌， 等.基于BiLSTM-Attention的电网告警信息缺陷风险预警[J].浙江电力， 2021， 40（08）： 33-39.

[4]张卫星， 马翔.基于多级开关同时跳闸条件下的集中式馈线自动化故障定位分析与判断[J].电工技术， 2021（23）： 55-56.

[5]段翔兮， 何锐， 李小鹏， 等.基于告警信息的保护跳闸识别方法研究[J].四川电力技术， 2020， 43（02）： 36-40.