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探讨变配电监控预警系统设计中灰色系统模型的有机融合

2020-05-11 305 上传者：管理员

摘要：基于灰色理论，通过模型输入所采集的状态量数据信息，对下一时刻的输入电流进行预测。将预测值与所设置的阈值进行比较并做出判断，从而实施有针对性的超前预测提前动态预警功能。

关键词：
变配电
灰色系统模型
输入电流
预警系统
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目前我国企业利用变配电室综合监控系统技术实现了对供电设备的实时监控及智能化管理。该技术可避免安全供电事故保障电力系统稳定运行。但由于早期我国忽视了配电网络建设，使得配电监控预测系统存在一些问题，如监控系统匹配性不合理，只有故障报警功能等[1]。因此本文在对10kV变配电监控系统管理层嵌入预警模块，采用灰色理论建立预测模型，使其能够超前预测提前报警。

1、基于灰色理论的系统预测模型建立

变配电室监控系统能够采用无人值守及事故抢修方式进行实时监控，但无法提前预测及预警。本文在10kV配电房监控系统中对输入电流进行采集，并对其历史数据进行关联性分析，建立预测模型从而实现超前预测与提前预警功能。

1.1灰色系统

在一个系统中包含各种信息，根据对信息了解程度，将其分为白色、黑色以及灰色这三种系统，其中灰色系统只有一部分信息可知，剩余信息未知。通过对系统数据进行分析找规律，完成对未来数据的状态预测[2]。而寻找规律过程是一个灰数生成的过程，其中灰数生成方法主要包括累减、累加及映射等三种方法。

1.2灰色模型的建立

灰色模型的建立是基于灰数累加方法的，即对原始状态序列累加生成，建立灰色微分方程，并对其动态过程进行分析。具体对原始状态变量累加，获得新数据，此方法获得的数据削弱了原始状态变量的随机性，逐渐增加规律性，利用这些数据的规律性建立灰色模型，并根据残差建立微分方程[3]。一阶一维灰色模型Model(1,1)是最核心的灰色模型，该模型中根据残差建立的微分方程为一阶一维方程。一阶一维灰色模型Model(1,1)建立步骤如下所示。

设初始数据序列为式（1），通过一次累加计算后获得累加生成序列为式（2）。设x为灰色作用量，a为系数，建立白化方程为式（3），采用离散微分形式则为式（4）的形式。

根据方程式（13）可以对数据信息的未来发展状态进行预测。由于存在白化过程模型存在偏差，为消除偏差可建立误差补偿模型。具体的，首先根据模型建立方法获得参数和，从而得到参数误差建立误差补偿模型。

2、基于电流的预测模型的建立

由于10kV配电房系统较易受外界影响，使参数存在随机性。且数据样本量较少，因此适合用灰色理论对参数变化趋势进行预测[4]。对采集的输入电流进行分析，首先将其作为初始数据，然后针对所记录历史数据进行关联性分析，然后建立基于电流的预测模型，并对下一时刻电流有效值进行预测，并根据预测值与设置的有效阈值进行比较，并以此进行判断实现超前预测提前预警的功能。

首先通过实时采集10kV变配电室变压器的输入电流，采集频率为每1ms获取10组电流值，I1如式（14），将该序列数据作为初始数据。将该初始数据进行累加，得到序列为式（15），由此建立灰色微分方程为式（16），通过解方程获得式（17），累减获得电流Model(1,1)模型为式（18），进一步建立误差补偿Model(1,1)模型为式（19）。

基于电流的预测模型建立后，对未来某时刻输入电流进行预测，获得预测值I。设断路器额定电流为阈值I1，熔断点电流值为阈值I2，当预测值I连续超过I1达1min而未达到I2时，发送电流情况安全警报，提醒工作人员进行线路设备检查。当I超过I2时，发送安全警报处理设备电路相关问题，如图1所示。

3、结语

目前，对10kV变配电监控系统仅能静态估计来进行故障报警，但无预警功能。由于电力系统存在太多不确定因素导致建立动态模型困难。本文采用灰色系统建立了基于电流的预测模型。该模型获得预测值后通过设定的状态量阈值进行判断做出决策是否发送警报或者发送安全预警状态等实现预警功能，提高系统可靠性与安全性，减少故障的发生。该算法结构简单，具有很高的运算效率。但该算法精度不高，可引入动态滤波器进一步对模型进行改进，提高预测精度。

图1基于电流的预测模型决策过程

参考文献:

[1]高丽辉.大型商场变配电SCADA系统的设计与实现[D].吉林:长春工业大学,2013.

[2]宋戈.基于多层次灰色关联分析的配电网通信系统综合评价方法[J].数字通信世界,2012(01):60-63.

[3]孟祥忠,林存海.基于灰色模型企业电能预测系统的研究[J].电子测量技术,2016,39(09):1-3.

[4]杨如辉,黄伟琼,杨川.自适应灰色预测法在配电网短期负荷预测中的应用[J].电工电气,2012(09):35-38.

贾聪.基于灰色系统模型的变配电监控预警系统设计[J].集成电路应用,2020,37(05):98-99.