李娜

(河北傳媒學(xué)院，河北石家莊050071)

基于粒子群算法的DG計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)

李娜

(河北傳媒學(xué)院，河北石家莊050071)

分布式電源(DG)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。提出了一種基于粒子群算法的DG電源計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)從分析粒子群算法學(xué)習(xí)模式的構(gòu)造及關(guān)鍵要素出發(fā)，將群智能尋解與實(shí)際分布式電源監(jiān)控相結(jié)合，從而構(gòu)建出基于改進(jìn)的PSO算法的分布式電網(wǎng)故障定位算法及調(diào)度方法。仿真證明該算法簡單、實(shí)用，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)故障點(diǎn)的迅速查找，有利于提高分布式電源的可靠性和安全性

分布式電源；故障分析；粒子群算法；監(jiān)控

分布式電源(distributed generation，DG)是一種容量較小、結(jié)構(gòu)靈活的多電源供能系統(tǒng)。分布式電源的出現(xiàn)一方面給綠色能源的利用創(chuàng)造了良好的條件，另一方面也解決了大電網(wǎng)規(guī)模龐大、故障連鎖的弊端。但是分布式電源改變了過去配電網(wǎng)由單一電源組成、線路輻射的基本結(jié)構(gòu)，形成了多電源、多分支的新形式，這一變化給電網(wǎng)的故障定位帶來了很大的影響，使傳統(tǒng)的定位方法變得滯后。因此，急需一種效率高、準(zhǔn)確性高的故障定位方法來適應(yīng)分布式電源的故障預(yù)警監(jiān)控。

1 含分布式電源電網(wǎng)特性分析

分布式電源是35 kV以下的不直接與集中輸電系統(tǒng)相連的電源系統(tǒng)，主要包括發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能裝置及相關(guān)負(fù)載等[1]。分布式電源是建立在自動(dòng)控制系統(tǒng)、新型發(fā)電技術(shù)、材料技術(shù)、機(jī)械技術(shù)基礎(chǔ)上的綠色環(huán)保、靈活方便的新型供能系統(tǒng)，目前主要包括水力、風(fēng)能、太陽能、燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池等發(fā)電形式，同時(shí)能源中心位于負(fù)荷附近，是一種便于監(jiān)控的靈活供能方式。

分布式電源有兩種運(yùn)行方式，一種是孤島運(yùn)行，另一種是并網(wǎng)運(yùn)行。孤島運(yùn)行是分布式電源自身組建成微電網(wǎng)，為分散于附近的負(fù)荷進(jìn)行供電，不與大電網(wǎng)相連的基本運(yùn)行形式；并網(wǎng)運(yùn)行是分布式電源作為配電網(wǎng)的末端或一部分接入大電網(wǎng)運(yùn)行的形式。相比較而言，孤島運(yùn)行方式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，但是，由于大多數(shù)分布式電源都有一定的隨機(jī)性和波動(dòng)性，所以供電缺乏穩(wěn)定性，因此，由分布式電源組成微電網(wǎng)，可以靈活地在兩種運(yùn)行方式中進(jìn)行自由的選擇，是目前分布式電源的主要運(yùn)行方式。

分布式電源的接入，雖然可以解決大電網(wǎng)規(guī)模大的問題，但是也帶來了控制更為復(fù)雜的弊端。其一：每一個(gè)由分布式電源所構(gòu)成的微電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有所不同，而且由于源發(fā)電形式不同，所采用的變流技術(shù)也不同，這使得大電網(wǎng)所面對(duì)的分布式電源類型多、變化多，情況復(fù)雜；其二：分布式電源的發(fā)電特性受外界環(huán)境影響大，造成孤島運(yùn)行效果差。而要解決這一問題，有兩種方法，一是在微電網(wǎng)內(nèi)配有相當(dāng)?shù)膬?chǔ)能環(huán)節(jié)，這給電網(wǎng)的運(yùn)行帶來了一定隱患；二是可以在微電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)地切換至大電網(wǎng)，這就要求分布式電源與大電網(wǎng)之間能以最快的速度形成步調(diào)一致的電壓和頻率，這給電網(wǎng)的控制帶來了不小的難度。

以上分析說明，分布式電源的加入使電力系統(tǒng)增加了非線性的特質(zhì)，對(duì)它的控制具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，也使得故障分析變得更困難。

2 含分布式電源配電網(wǎng)故障的定位方法分析

相關(guān)研究結(jié)果表明：含分布式電源的配電網(wǎng)中與多分支節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的正方向分支指向故障點(diǎn)分支的故障電流正序、負(fù)序和零序的綜合幅值和總是最大，并且在故障暫態(tài)過程中也含有大量的高頻特征信息[2]。因此，目前大多數(shù)故障分析方法的重要依據(jù)都是配電網(wǎng)分支結(jié)點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)特征和暫態(tài)特征。

配電網(wǎng)的故障自動(dòng)定位是分布式自動(dòng)控制的基礎(chǔ)。目前，國際上應(yīng)用較多的是以圖論為基礎(chǔ)的矩陣算法和過熱弧搜尋法，另外就是以人工智能以基礎(chǔ)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論、遺傳算法等。以上算法都可以在一定范圍內(nèi)，以一定的速度和準(zhǔn)確性確定出故障的位置，但是也存在一定的問題，例如矩陣算法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在查找故障點(diǎn)中準(zhǔn)確性高，但是計(jì)算量大，查找時(shí)間長，會(huì)造成故障排除時(shí)間的延遲；而過熱弧搜尋法只能適應(yīng)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較單一的情況，實(shí)用性差；基于模糊理論的故障定位方法算法的準(zhǔn)確性一直得不到很好的解決。因此，為分布式電源設(shè)計(jì)一種實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確的故障定位算法仍然是研究的重點(diǎn)。

3 基于粒子群算法的監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 粒子群算法的基本模型分析

粒子群算法(POS)是一種受魚群、鳥群的獵食等行為啟發(fā)而生成的優(yōu)化算法，具有算法簡單、參數(shù)少、易實(shí)現(xiàn)而且收斂速度快的基本特性[3]。

這兩個(gè)向量在迭代尋解的過程中還和兩個(gè)極值相關(guān)，這兩個(gè)極值分別是個(gè)體最優(yōu)解和全局最優(yōu)解，分別表示為：

算法流程如圖1所示。

3.2 改進(jìn)的粒子群算法在故障定位中的應(yīng)用

由于基本粒子群算法存在收斂速度過快而造成的早熟現(xiàn)象，因此，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽?duì)基本粒子群算法進(jìn)行改進(jìn)是將其應(yīng)用至電力系統(tǒng)故障點(diǎn)分析的必要舉措。

圖1 粒子群算法流程

在基本粒子算法中，權(quán)重參數(shù)是一個(gè)依據(jù)系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)所設(shè)定的固定值，而大多數(shù)改進(jìn)的算法都是將這個(gè)固定值設(shè)定為一個(gè)區(qū)間(min，max)，則某一次迭代的權(quán)重為：

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為保證監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，本設(shè)計(jì)確定在分布式電源支路點(diǎn)設(shè)置傳感器節(jié)點(diǎn)，用以采集這些支路的電流、電壓、高頻信號(hào)等，每20～40個(gè)節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)種群，利用短距離通信Zig-Bee技術(shù)組成一個(gè)樹狀的無線傳感網(wǎng)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)利用C語言編好改進(jìn)的粒子群算法程序，燒入ZigBee核心芯片CC2530，從而構(gòu)造出基于粒子群算法的監(jiān)控平臺(tái)底層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)由無線傳感網(wǎng)的匯總結(jié)點(diǎn)輸入底層嵌入式系統(tǒng)，再由嵌入式系統(tǒng)通地公共傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至中央控制中心，以實(shí)現(xiàn)分布式電源的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。

4 總結(jié)

含分布式電源的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究在我國還處于起步階段，而與此相關(guān)的故障定位方法更是研究中的重點(diǎn)。本文在充分研究相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，確定了以改進(jìn)的粒子群算法為基礎(chǔ)的故障定位方法，相比較其他的算法，該算法具有定位準(zhǔn)確、時(shí)間短、有效性好的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)分布式電源的研究具有一定的理論意義。

[1]張永健.電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動(dòng)化[M].北京：中國電力出版社，2011：3-5.

[2] 王進(jìn)強(qiáng).含分布式電源的配電網(wǎng)故障定位的應(yīng)用研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2011：124-125.

[3] 張安年.粒子群算法在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化中的應(yīng)用[D].洛陽：河南科技大學(xué)，2009：26-30.

DG computer monitoring and control system based on particle swarm algorithm

LI Na

The distributed power supply(DG)is a complex system.A DG power computer monitoring system was proposed based on particle swarm optimization (PSO)algorithm.From the analysis of particle swarm algorithm learning mode and key elements,the group of intelligent search solution was combined with a practical distributed power monitoring,so as to construct the improved PSO algorithm of distributed power grid fault location algorithm and scheduling method.The simulation results prove that the algorithm is simple and practical.And to a certain extent,it can realize the fault point quick search and improve the reliability and security of distributed power supply. Key words：distributed power supply;fault analysis;particle swarm algorithm;monitoring

TM 769

A

1002-087 X(2015)04-0828-02

2015-01-05

李娜(1982—)，女，河北省人，助教，本科，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)。