基于5G通讯的配电终端运行工况监测方法

2022-10-27张峻诚杨宇杰郭祥河

电气技术与经济 2022年5期

张峻诚杨宇杰郭祥河王哲张松

（东方电子股份有限公司）

0 引言

配电终端是电力企业提供用户供电服务、保障输电稳定的核心，随着国家电力建设工作的不断完善、配电综合水平的不断提升，配电终端在市场相关领域内的覆盖率也越来越高［1］。尽管这一趋势在一定程度上实现对行业发展的助力，但由于集成在终端的电力设备部署更加复杂，导致配电终端在运行中出现异常工况的次数也越来越多。但在深入对市场电力企业社会发展的研究中发现，大部分电力企业仍在采用传统的终端运维与巡检模式进行作业，此种作业方式不仅会增加配电终端管理的成本，还会在一定程度上对电能造成浪费，从而影响电力服务的可靠性与安全性［2］。为实现对配电终端的精细化管理，提高配电站的供电服务水平，有关单位提出针对配电中心的终端监测技术，通过部署传感器等方式，进行配电终端电力设备运行状态的感知与反馈传输［3］。但根据现有工作的执行现状可知，现行监测方法在实际应用中可以实现对配电终端的感知，但却无法保证监测的数据稳定传输到前端，从而导致监测工作无法达到预期效果。为发挥监测工作在电力企业内更高的效能，本文将在此次研究中，引进5G通信技术，设计一种针对配电终端运行工况的全新监测方法，通过此种方式，实现对终端健康状况的实时感知，全面保障配电、供电、输电服务水平。

1 基于5G通讯的配电终端运行数据采集

为实现对配电终端运行工况的实时监测，保证监测结果反馈的时效性与连续性，引进5G通讯技术，进行配电终端运行数据的采集设计［4］。在此过程中，建立核心监控网，将5G R15通讯协议作为数据采集标准，建立监测终端传感器与通讯设备之间的连接，设计采集端数据反馈频率。通过此种方式，进行配电终端运行数据的主动采集，此过程如下计算公式所示：

式中，Q表示配电终端运行数据的主动采集；I表示通讯协议；t表示采集端数据反馈频率；n表示5G通讯网络节点数量。完成对数据的采集后，考虑到5G通信网络节点会在流通数据过程中出现差动延时，此种问题会导致采集的数据与实际运行数据出现偏差。因此，需要在建立监测终端的通信连接后，进行采集数据延时的补偿。此过程如下计算公式所示：

式中，T表示采集数据延时的补偿处理；A表示5G通讯网络覆盖范围；B表示网络节点平均延时；C表示5G通讯网络有效通信链路；D表示5G通讯网络链路覆盖率。通过此种方式，实现基于5G通讯的配电终端运行数据高精度采集。

2 配电终端短路电抗在线量测

短路电抗是评估配电终端运行工况的主要指标之一，确保监测终端之间建立良好的通信连接后，可以通过对配电终端短路电抗的在线量测，初步掌握配电终端运行工况［5］。量测前，根据配电终端的部署，建立如图1所示的等效电路简图。

图1 配电终端等效电路简图

图1中，R表示为电阻。根据等效电路的绕组原理，采集配电终端中电压、电流的相量值，将此数值作为参照，代入等效电路图，计算在不同工况下终端的短路电抗值，此过程如下计算公式所示：

式中，R为配电终端短路电抗值；m为配电绕组系数；j为励磁阻抗；n为变比；a为励磁电流；b为励磁电压；X为配电终端短路电抗有效负载。将不同工况下的终端作业参数进行代入式（3），通过此种方式，实现对配电终端短路电抗的在线量测。

3 终端运行工况实时监测与健康评估

完成上述设计后，对在线量测数据进行实时反馈，将反馈的结果作为实时监测结果。此过程如下计算公式所示：

式中，P为终端运行工况实时监测；f为监测信息反馈时序；h为监测信息有效传输距离；β为A／D采样通道数量；λ为同步时钟精度。在此基础上，根据实时监测与反馈的信息，进行配电终端健康状态的评估。评估时，设定配电终端健康状态评估指标，包括终端作业环境适配度、配电终端蓄电池综合性能、通信性能、电容缺陷、电磁兼容性、三遥状态（其中“三遥”表示为“遥测合格率”、“遥信正确率”、“遥控成功率”）等。根据预设的指标，按照下述计算公式，进行配电终端的评估：

式中，μ为终端运行工况健康评估结果；g为评估量化等级；E为指标权重；x为评估指标。根据μ计算结果，对其进行量化，设定μ的量化范围在0～1之间，当μ趋近于1时，说明配电终端运行状态良好。反之，当μ趋近于0时，说明配电终端运行环境中存在异常因素可能对其造成干扰。一旦出现后者情况，监测信息将通过报警的方式反馈给前端，通过此种方式，实现对终端运行健康的评估，以此完成基于5G通讯的配电终端运行工况监测方法设计。

4 对比实验

上文从三个方面，完成基于5G通讯的配电终端运行工况监测方法设计，为检验此方法在实际应用中的效果，将以某地区配电服务中心作为试点单位，设计如下文所示的监测对比实验。

实验前，根据测试需求，获取此配电服务中心终端运行概况，结合对现场的勘查，此次实验所选的配电终端覆盖10kV线路30条，其中含有不同型号的断路装置与运行开关。为确保监测过程的可视化，需要在掌握试点实验区域的概况信息后，在有效监测区域内搭建实验环境。具体内容如表1所示。

表1 实验环境技术参数

完成对实验环境的部署后，按照本文设计的方法，对配电终端运行工况进行监测，监测过程中，引进5G通讯技术，将其与配电终端作业环境监测传感器进行连接，通过此种方式进行配电终端运行数据的采集。为确保监测结果具有时效性，应根据监测作业实际需求，进行5G通讯技术参数与环境的部署。设计内容如表2所示。

表2 5G通讯技术参数与环境部署

在5G通讯技术的支撑下，进行配电终端短路电抗的在线量测，通过此种方式，掌握配电终端的实时运行情况，将反馈的数据在前端进行展示，通过此种方式，实现对终端运行工况实时监测，根据监测结果进行配电终端的健康评估，并及时对存在异常的终端采取有效措施进行处理。

在此基础上，引进基于4G通信技术的配电终端运行工况监测方法作为传统方法，使用传统方法按照相同的步骤，进行配电终端的监测。将不同时段下反馈监测结果的丢帧率作为评价方法可行性的指标。按照下述计算公式，对监测结果的丢帧率进行计算。

式中，γ为配电终端运行工况监测；p1为监测视频总帧数；p2为监测终端接收的视频帧数。按照上述方式，统计本文监测方法与传统监测方法，监测后反馈结果的丢帧率。如图2所示。

图2 配电终端运行工况监测结果丢帧率

图2中，实线为本文方法监测结果的丢帧率，虚线为传统方法监测结果的丢帧率。

根据上述图中曲线的波动范围可以看出，使用本文方法进行配电终端运行工况监测，可以缓解监测结果丢帧现象，通过此种方式，保证配电终端运行工况监测结果的连续性。综上所述，得出对比实验的结论：相比基于4G通信技术的配电终端运行工况监测方法，本文设计的基于5G通讯的监测方法，在实际应用中对于监测结果的感知能力更强，可以有效解决监测结果出现丢帧问题，从而提高监测结果的连续性与可靠性。