基于LoRa技術(shù)的低壓集抄系統(tǒng)運(yùn)行可靠性分析

孫 航，梁丹丹，郝鳳柱，何 毅，張 鷙

(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽供電局，貴州 貴陽 550001)

智能電網(wǎng)為中國電網(wǎng)分布的基本模式，智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)的智能化，其通過先進(jìn)的傳感和測(cè)量技術(shù)，使用先進(jìn)的硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、高效和使用安全。智能電網(wǎng)是通過物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)及萬物互聯(lián)互通的技術(shù)實(shí)現(xiàn)電能在自動(dòng)化生產(chǎn)、自動(dòng)化配送、自主分配和使用等各個(gè)環(huán)節(jié)的全面數(shù)字化與信息化，其將在一定的程度上發(fā)展成一類由信息自動(dòng)化網(wǎng)和電力網(wǎng)構(gòu)成的相互依存網(wǎng)絡(luò)，成為新一代的電力物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。低壓集抄系統(tǒng)為智能電網(wǎng)當(dāng)中的重要功能之一，指的是結(jié)合先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，通過研究計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)與低壓電力集抄系統(tǒng)技術(shù)的相結(jié)合[1]。在智能電網(wǎng)當(dāng)中的低壓集抄系統(tǒng)通常使用的是GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但是使用該技術(shù)存在著成本高、運(yùn)行速度慢、運(yùn)行可靠性低的問題，因此經(jīng)過長時(shí)間的研究逐漸利用LoRa技術(shù)取代GPRS技術(shù)，并在水表、燃?xì)獗淼阮I(lǐng)域已有成熟應(yīng)用，且不存在任何的技術(shù)障礙[2]。LoRa具有跳頻擴(kuò)頻技術(shù)[3]，是指收發(fā)雙方在同時(shí)且同步的情況下，按照事先約好的跳頻圖案跳轉(zhuǎn)通信頻率。針對(duì)該問題，也存在一些較好的研究方法。文獻(xiàn)[4]分析了計(jì)及激勵(lì)型需求響應(yīng)的微電網(wǎng)可靠性，將柔性生產(chǎn)線CAN和LoRa網(wǎng)絡(luò)融合，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì).該方法雖然對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行了合理的改進(jìn)，但是這種改進(jìn)大幅度的增加了成本，其可靠性隨著設(shè)備的增加必然受到較大影響，因此這種系統(tǒng)的可靠性也存在較大問題。文獻(xiàn)[5]分析了低電壓電力線路通信系統(tǒng)人工蛛網(wǎng)模型的可靠性和生存性，探討低壓集抄系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，探討了穩(wěn)定性的問題，但是，都是從現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行探討的，沒有提出相關(guān)的改進(jìn)措施。文獻(xiàn)[6]提出了考慮可靠性的徑向電力配電系統(tǒng)低壓集抄系統(tǒng)規(guī)劃策略，對(duì)低壓集抄系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)研究與改進(jìn)，提出了一些改進(jìn)措施，但是這種措施缺少實(shí)際應(yīng)用過程，其穩(wěn)定性和可靠性也得不到很好的保證。.

無線通信的健壯性主要來自外部干擾和多經(jīng)衰退這兩方面的挑戰(zhàn)：外部干擾主要來自生活中經(jīng)常使用無線通信如手機(jī)、無線路由、電臺(tái)、遙控玩具等；多經(jīng)衰退比較復(fù)雜，分析其全部影響因素幾乎不可能，在實(shí)際環(huán)境中墻壁、門、樹木、建筑物以及走動(dòng)的人都可能造成信號(hào)的反射，所以收發(fā)雙方除了無線信號(hào)直線傳播路徑外，還存在著多重反射路徑，這些信號(hào)混合后可能造成很大的干擾。解決外部干擾和多徑反射的措施就是跳頻技術(shù)，通過跳轉(zhuǎn)通信頻率用以規(guī)避某頻段的干擾和信號(hào)反射。在LoRa技術(shù)下的低壓集抄系統(tǒng)使用了SX1278/SX1301芯片LoRa終端+DTU的模式，不僅如此還提供一款高性能、低功耗、遠(yuǎn)距離的微功率LoRa無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，采用半雙工透明傳輸機(jī)制，實(shí)現(xiàn)不改變用戶的任何數(shù)據(jù)和協(xié)議的目的。

這種新型的低壓集抄系統(tǒng)在使用過程當(dāng)中不僅需要保證系統(tǒng)功能可以正常運(yùn)行，系統(tǒng)性能的可靠性直接決定了該系統(tǒng)的質(zhì)量，因此需要在投入使用之前對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性進(jìn)行詳細(xì)的分析。由于該系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，因此傳統(tǒng)的可靠性評(píng)估方法不能全面的分析出系統(tǒng)每一個(gè)運(yùn)行模塊的可靠性，也就無法準(zhǔn)確的得到分析結(jié)果。因此根據(jù)LoRa技術(shù)下低壓集抄系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)可靠性評(píng)估方法，方便得到該系統(tǒng)的最真實(shí)分析結(jié)果，保證該系統(tǒng)在智能電網(wǎng)當(dāng)中的使用效率。

1 系統(tǒng)運(yùn)行可靠性評(píng)估方法設(shè)計(jì)

分析基于LoRa技術(shù)的低壓集抄系統(tǒng)運(yùn)行可靠性主要從三個(gè)方面進(jìn)行研究，分別為系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)元件以及系統(tǒng)負(fù)荷點(diǎn)[7]。將相關(guān)信息定義為系統(tǒng)可靠性的分析變量，分別進(jìn)行具體分析，評(píng)估流程如圖1所示。

1.1 定義系統(tǒng)可靠性評(píng)估指標(biāo)

系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法主要從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩個(gè)角度進(jìn)行分析，定義系統(tǒng)可靠性評(píng)估指標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 評(píng)估指標(biāo)參數(shù)表Tab.1 Parameter tables of assessment indicator

從表中可以看出系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的分析評(píng)定需要計(jì)算Pi、Ti、Fi、Ci、Di五個(gè)參量，這五個(gè)參量分別表示的是系統(tǒng)處于狀態(tài)i的概率、為負(fù)荷缺供時(shí)長、系統(tǒng)處于狀態(tài)i的頻率、狀態(tài)i條件下減少的負(fù)荷容量以及狀態(tài)i的電壓值。

R=Pi⊕Ti⊕Fi⊕Ci⊕Di

(1)

式中R表示的是系統(tǒng)可靠性直接評(píng)估指標(biāo)。從系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)使用元件和系統(tǒng)負(fù)荷點(diǎn)三個(gè)層面來計(jì)算與系統(tǒng)可靠性有關(guān)的評(píng)估指標(biāo)，使系統(tǒng)可靠性可以被量化分析[8]。系統(tǒng)狀態(tài)指標(biāo)主要是概率充分性指標(biāo)和概率穩(wěn)定性指標(biāo)，最終歸結(jié)為系統(tǒng)狀態(tài)的概率計(jì)算問題。其中充分性指的是低壓集抄系統(tǒng)的負(fù)荷供電情況，而穩(wěn)定性則指的是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的頻率和概率。系統(tǒng)使用元件的可靠性指標(biāo)一般指系統(tǒng)當(dāng)中元件的運(yùn)行情況，其主要指標(biāo)參數(shù)包括：元件故障率、元件修復(fù)率、元件強(qiáng)迫停運(yùn)率、元件可用系數(shù)以及元件正常運(yùn)行平均時(shí)長等[9]。而系統(tǒng)負(fù)荷點(diǎn)的分析指標(biāo)主要就是分析負(fù)荷點(diǎn)可以承受的最大電壓以及最大功率容量。綜合上述的三個(gè)方面，計(jì)算出基于LoRa技術(shù)的低壓集抄系統(tǒng)運(yùn)行可靠性指標(biāo)。

1.2 系統(tǒng)狀態(tài)判定

低壓集抄系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)包括兩種，一種為正常運(yùn)行狀態(tài)，另一種為故障停運(yùn)狀態(tài)，而兩種狀態(tài)存在一種轉(zhuǎn)換關(guān)系，當(dāng)正常狀態(tài)不能穩(wěn)定進(jìn)行時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)在此狀態(tài)當(dāng)中可以成為異常運(yùn)行狀態(tài)。進(jìn)一步將低壓集抄系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行劃分，又分為健康狀態(tài)和臨界狀態(tài)。其中臨界狀態(tài)意味著系統(tǒng)所承載的負(fù)荷以及到達(dá)到了能夠承受的最大值，也有可能是系統(tǒng)元件出現(xiàn)故障的臨界值[10]。若想得到系統(tǒng)可靠性的準(zhǔn)確分析結(jié)果，需要考慮到系統(tǒng)運(yùn)行的每一種狀態(tài)，并計(jì)算系統(tǒng)處于某一狀態(tài)上的概率和頻率。

1.2.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移率

將低壓集抄系統(tǒng)運(yùn)行的轉(zhuǎn)移模式用圖2來表示。

按照?qǐng)D中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方式，可以將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)移率用如下矩陣來表示。

(2)

公式1當(dāng)中P表示的是系統(tǒng)運(yùn)行的空間轉(zhuǎn)移頻率，而矩陣當(dāng)中的各個(gè)參量表示的是圖2當(dāng)中的轉(zhuǎn)移過程[11]。定義∏(i)表示的是在Ti時(shí)刻低壓集抄系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)為i，那么∏(i)的表示形式為：

(3)

將低壓集抄系統(tǒng)運(yùn)行的初始狀態(tài)設(shè)為∏(0)，那么經(jīng)過Δt時(shí)間之后，根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率P，下一個(gè)時(shí)刻的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)可以利用公式4進(jìn)行計(jì)算。

∏(1)=∏(0)P

(4)

那么同理經(jīng)過m個(gè)時(shí)間間隔之后，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算方法如公式5所示。

∏(m)=∏(m-1)P=∏(0)Pm

(5)

因此在已知系統(tǒng)運(yùn)行初始狀態(tài)以及狀態(tài)轉(zhuǎn)移率的情況下，即可得到任意一個(gè)時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)，將計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)便可以得出系統(tǒng)轉(zhuǎn)移變化曲線[12]，如圖3所示。

從圖中可以看出，低壓集抄系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間不斷發(fā)生變化，若想要得到該系統(tǒng)的可靠性，需要對(duì)其正常運(yùn)行的平穩(wěn)狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，并得到系統(tǒng)平穩(wěn)狀態(tài)所占的概率和比重。

1.2.2 平穩(wěn)狀態(tài)概率

若想達(dá)到低壓集抄系統(tǒng)的平穩(wěn)狀態(tài)，時(shí)間間隔的數(shù)量需要滿足公式6中的條件。

NΔt→∞

(6)

此時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)平穩(wěn)狀態(tài)，利用公式5可以推導(dǎo)出平穩(wěn)狀態(tài)下的概率表達(dá)式。

∏(∞)(P-1)=0

(7)

由于公式7中的方程中只有n-1個(gè)是獨(dú)立存在的，所以需要與公式7聯(lián)立求解：

(8)

如此方可得到低壓集抄系統(tǒng)的平穩(wěn)狀態(tài)概率值。

1.2.3 系統(tǒng)元件瞬時(shí)狀態(tài)

系統(tǒng)當(dāng)中各個(gè)元件的運(yùn)行狀態(tài)也是影響系統(tǒng)運(yùn)行的直接因素之一，因此要判定低壓集抄系統(tǒng)的狀態(tài)，需要將系統(tǒng)元件的瞬時(shí)運(yùn)行狀態(tài)考慮其中[13]。元件的瞬時(shí)運(yùn)行狀態(tài)有兩個(gè)模式：正常運(yùn)行與故障停運(yùn)，其轉(zhuǎn)換情況如圖4所示。

圖中的λ和μ分別表示的是低壓集抄系統(tǒng)中使用元件的故障率和修復(fù)率。當(dāng)系統(tǒng)元件的故障率達(dá)到極限時(shí)，系統(tǒng)元件瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)楣收蠣顟B(tài)，并停止運(yùn)行。而經(jīng)過修復(fù)，修復(fù)率達(dá)到一定值時(shí)，系統(tǒng)元件恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)[14]。而系統(tǒng)元件的故障率的計(jì)算方法為元件強(qiáng)行被迫停止次數(shù)與時(shí)間的乘積與運(yùn)行時(shí)長做差運(yùn)算，故障率的臨界值為15%。而系統(tǒng)元件的修復(fù)率的計(jì)算方法需要借助元件的可用系數(shù)，將可用系數(shù)與元件的修復(fù)時(shí)長相乘即可得出元件的修復(fù)率，修復(fù)率的臨界值為85%。若想要判斷某一時(shí)刻系統(tǒng)元件的瞬時(shí)狀態(tài)，則判斷λ和μ的值即可，若λ和μ的比值小于闕值0.17則系統(tǒng)元件正常運(yùn)行，如果大于取值則表示元件故障[15-16]。綜合系統(tǒng)的元件以及狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況，得出低壓集抄系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，在此狀態(tài)下進(jìn)行節(jié)點(diǎn)負(fù)荷以及系統(tǒng)電壓等參數(shù)的計(jì)算與判斷。

1.3 計(jì)算系統(tǒng)負(fù)荷承載能力

在系統(tǒng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，計(jì)算系統(tǒng)的負(fù)荷承載能力，若系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)超過最大過負(fù)荷量，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)線路強(qiáng)迫停運(yùn)。因此需要計(jì)算系統(tǒng)當(dāng)中某一個(gè)節(jié)點(diǎn)PV上的負(fù)荷量，以及系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷承載能力PQ，將求得的PV負(fù)荷值與PQ的值相比較，若PV>PQ則判定為第一次越權(quán)。若PV

1.4 系統(tǒng)電壓崩潰風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

系統(tǒng)的電壓可靠性需要分析電壓的崩潰臨界值和電容量的最大承受限度，通過分析負(fù)荷參數(shù)的變化情況，得出負(fù)荷變化時(shí)低壓集抄系統(tǒng)當(dāng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓運(yùn)動(dòng)軌跡，使用潮流計(jì)算方式表示系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)上負(fù)荷增長和電壓變化，表達(dá)式如公式9所示。

(9)

式中：η表示的是電壓的增長步長，θ為i和j之間的夾角。由此便可以得出系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的Fi取值。系統(tǒng)當(dāng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓值都會(huì)隨負(fù)荷波動(dòng)而增大，說明節(jié)點(diǎn)電壓越不穩(wěn)定。某一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓一旦超過節(jié)點(diǎn)電壓的容量最大值，則會(huì)引發(fā)電壓崩潰的風(fēng)險(xiǎn)，從正常運(yùn)行狀態(tài)到崩潰狀態(tài)j，如果節(jié)點(diǎn)W電壓相對(duì)于初始電壓的變化率最大，則節(jié)點(diǎn)是最薄弱節(jié)點(diǎn)。最大電壓變化風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)Di可以通過公式10進(jìn)行計(jì)算。

(10)

式中：Tmvcw表示節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)最大時(shí)系統(tǒng)崩潰狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)次數(shù)；K為崩潰狀態(tài)時(shí)節(jié)點(diǎn)的電壓值。最后將計(jì)算完成的參數(shù)代入到表1的公式當(dāng)中，得出最終的系統(tǒng)可靠性分析結(jié)果。當(dāng)結(jié)果取值低于1，判定該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，否則判定運(yùn)行存在風(fēng)險(xiǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)運(yùn)行分析方法的有效性，將其應(yīng)用在基于LoRa技術(shù)的低壓集抄系統(tǒng)當(dāng)中，為了突出該方法的性能，此次實(shí)驗(yàn)設(shè)置對(duì)比組與實(shí)驗(yàn)組，分別在同一個(gè)系統(tǒng)環(huán)境當(dāng)中，針對(duì)系統(tǒng)的可靠性分析結(jié)果以及結(jié)果的準(zhǔn)確率進(jìn)行具體分析。

2.1 對(duì)比組

此次實(shí)驗(yàn)的對(duì)比組設(shè)置為兩個(gè)，分別是系統(tǒng)運(yùn)行可靠性解析分析方法和蒙特卡洛分析方法。其中系統(tǒng)運(yùn)行可靠性解析分析方法是根據(jù)系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行具體分析的，將系統(tǒng)當(dāng)中使用的硬件設(shè)備作為分析方法的主要介質(zhì)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的可靠度以及故障頻率進(jìn)行計(jì)算，依次分析故障發(fā)生的狀態(tài)以及故障發(fā)生時(shí)硬件設(shè)備的狀態(tài)，結(jié)合系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)據(jù)得到可靠性指標(biāo)。另一個(gè)對(duì)比組的方法原理是概率統(tǒng)計(jì)，將系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)的故障概率進(jìn)行建模，設(shè)立隨機(jī)變量進(jìn)行系統(tǒng)的仿真運(yùn)行操作，產(chǎn)生一些數(shù)據(jù)和技術(shù)問題，依次作為系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的計(jì)算依據(jù)。按照對(duì)比組當(dāng)中兩種方法的使用原理和規(guī)則對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性相關(guān)分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)組

此次實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)組即為設(shè)計(jì)完成的系統(tǒng)運(yùn)行可靠性評(píng)估方法，按照該方法的使用邏輯順序，首先分析實(shí)驗(yàn)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上對(duì)可靠性的概率、節(jié)點(diǎn)負(fù)荷以及電壓等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，分別求出不同狀態(tài)下系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性結(jié)果。綜合計(jì)算結(jié)果得出評(píng)估指標(biāo)的取值，從而判定目標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 實(shí)證過程

實(shí)驗(yàn)的大環(huán)境選擇的是智能電網(wǎng)當(dāng)中基于LoRa技術(shù)的低壓集抄系統(tǒng)，統(tǒng)一系統(tǒng)運(yùn)行的初始狀態(tài)。分別使用三種可靠性評(píng)估方法，得出相關(guān)的分析結(jié)果。對(duì)比權(quán)威的可靠性分析數(shù)據(jù)，計(jì)算三種分析結(jié)果，將分析方法的評(píng)估準(zhǔn)確率繪制成曲線。

2.4 實(shí)證結(jié)果及分析

經(jīng)過計(jì)算對(duì)比組的計(jì)算參數(shù)以及分析結(jié)果如表2所示。

表中RP.與Rs分別表示的是可靠性指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果和臨界值，從而得出了分析結(jié)果。從表中可以明顯看出兩種方法的分析數(shù)據(jù)量較少，得出的分析結(jié)果也不一致，因此這兩種分析方法的分析結(jié)果沒有確實(shí)的可信度。而設(shè)計(jì)完成的系統(tǒng)運(yùn)行可行性分析方法的分析結(jié)果如表3所示。

表2 對(duì)比組分析結(jié)果數(shù)據(jù)表Tab.2 Data table of contrast group analysis results

表3 實(shí)驗(yàn)組分析結(jié)果Tab.3 Analysis results of experimental group

將表中計(jì)算的可靠性指標(biāo)經(jīng)過公式1分別進(jìn)行計(jì)算，得出每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的可靠性分析結(jié)果。將實(shí)驗(yàn)組與對(duì)比組的分析結(jié)果與權(quán)威數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，得出有關(guān)于評(píng)估準(zhǔn)確率的曲線如圖5所示。

從圖中可以看出，傳統(tǒng)的可靠性評(píng)估方法的準(zhǔn)確率起伏波動(dòng)程度較大，最高達(dá)到80%左右，而最低只有5%，因此傳統(tǒng)方法的在進(jìn)行低壓集抄信息運(yùn)行可靠性分析時(shí)的平均準(zhǔn)確率為35%左右。而設(shè)計(jì)完成的可靠性評(píng)估方法相比于傳統(tǒng)的方法準(zhǔn)確率變化較為穩(wěn)定，在50%-80%之間浮動(dòng)，經(jīng)過精密計(jì)算，這種分析方法的評(píng)估準(zhǔn)確率為60%，比傳統(tǒng)方法高25%。

以低壓集抄系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該系統(tǒng)共有5個(gè)20 kV低壓采集節(jié)點(diǎn)F1-F5，20個(gè)電能表和3個(gè)具有遠(yuǎn)程抄表功能的開關(guān)設(shè)備，低壓集抄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

低壓集抄系統(tǒng)各個(gè)組件可靠性檢測(cè)的時(shí)間參數(shù)如表4所示。

表4 低壓集抄系統(tǒng)各個(gè)組件可靠性檢測(cè)時(shí)間參數(shù)Tab.4 Time parameters for reliability detection of each components in low voltage collector system

根據(jù)圖6低壓集抄系統(tǒng)及參數(shù)設(shè)置結(jié)果，分別分析同一低壓集抄系統(tǒng)不同抄表方式可靠性、同一抄表方式下系統(tǒng)各組件鏈路節(jié)點(diǎn)評(píng)估完整度及評(píng)估效率。

圖6采集節(jié)點(diǎn)F1系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)與系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)c正常工作下的概率計(jì)算過程一致。對(duì)于同一低壓集抄系統(tǒng)，不同抄表方式下抄表可靠性指標(biāo)也大不相同。對(duì)于節(jié)點(diǎn)較低的抄表方式，可設(shè)置支線保護(hù)提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。采用計(jì)及激勵(lì)型需求響應(yīng)方法、人工蛛網(wǎng)模型方法作為實(shí)驗(yàn)對(duì)比方法，以F1、F2抄表方式為例，得到不同方法的評(píng)估可靠性對(duì)比分析結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，采用F1抄表方式時(shí)，計(jì)及激勵(lì)型需求響應(yīng)方法的評(píng)估可靠度平均值為66%，人工蛛網(wǎng)模型方法的評(píng)估可靠度平均值為38%，所提方法的評(píng)估可靠度平均值為85%；采用F2抄表方式時(shí)，計(jì)及激勵(lì)型需求響應(yīng)方法的評(píng)估可靠度平均值為62%，人工蛛網(wǎng)模型方法的評(píng)估可靠度平均值為41%，所提方法的評(píng)估可靠度平均值為86%。對(duì)比上述結(jié)果可知，所提方法的評(píng)估可靠度高，運(yùn)行可靠性較好。

為驗(yàn)證同一抄表方式下系統(tǒng)各組件鏈路節(jié)點(diǎn)評(píng)估完整度，實(shí)驗(yàn)根據(jù)圖6采集節(jié)點(diǎn)F1的5種抄表方式，計(jì)算各個(gè)組件鏈路節(jié)點(diǎn)完整度結(jié)果如表3所示。

表5 同一抄表方式下各組件鏈路節(jié)點(diǎn)對(duì)比結(jié)果Tab.5 Comparison resultsof link nodes of each component under the same meter reading mode

表5結(jié)果顯示，采集節(jié)點(diǎn)F1、F2對(duì)鏈路節(jié)點(diǎn)的影響較大，采集節(jié)點(diǎn)F3、F4、F5次之。

根據(jù)各個(gè)組件鏈路節(jié)點(diǎn)對(duì)比結(jié)果，對(duì)比分析計(jì)及激勵(lì)型需求響應(yīng)方法、人工蛛網(wǎng)模型方法與所提方法方法的抄表系統(tǒng)評(píng)估完整度，以F5抄表方式為例，得到對(duì)比結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，在10 min時(shí)，計(jì)及激勵(lì)型需求響應(yīng)方法的評(píng)估完整度為40%，人工蛛網(wǎng)模型方法的評(píng)估完整度為20%，而所提方法的評(píng)估完整度為82%。計(jì)算3種方法的評(píng)估完整度平均值，得到計(jì)及激勵(lì)型需求響應(yīng)方法、人工蛛網(wǎng)模型方法及所提方法的評(píng)估完整度分別為36%、24%及84%。以上結(jié)果表明所提方法的評(píng)估完整度較好。

將2019年1-7月的低壓集抄系統(tǒng)所有抄表數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)，驗(yàn)證不同可靠性評(píng)估技術(shù)的評(píng)估效率，對(duì)比結(jié)果如圖9所示。

圖9中，藍(lán)色柱狀圖表示所提方法的評(píng)估效率，綠色柱狀圖代表人工蛛網(wǎng)模型方法的評(píng)估效率，紅色柱狀圖表示計(jì)及激勵(lì)型需求響應(yīng)方法的評(píng)估效率。分析圖9可知，隨著測(cè)試次數(shù)的增加，不同評(píng)估方法的評(píng)估效率都有所下降，原因在于在同一類型的運(yùn)行故障重復(fù)發(fā)生時(shí)，二次評(píng)估乃至多次評(píng)估的時(shí)長會(huì)大大降低。在三種方法中，人工蛛網(wǎng)模型方法的評(píng)估效率最低，計(jì)及激勵(lì)型需求響應(yīng)方法次之，而采用所提方法的評(píng)估效率保持在60%以上，是三種方法中最高效的，說明該方法能有效提升評(píng)估效率。

3 結(jié)束語

LoRa作為低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)中最有競(jìng)爭(zhēng)力的代表， 為電力通信網(wǎng)絡(luò)大區(qū)域的信息層互聯(lián)提供了良好的通信解決方案?；贚oRa物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大規(guī)模集抄通訊平臺(tái)簡(jiǎn)化了現(xiàn)有集抄網(wǎng)絡(luò)，減少了采集器等中間環(huán)節(jié)，大大提高了集抄網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性，有助于減少故障處理時(shí)間，為未來實(shí)現(xiàn)互動(dòng)化智能用電提前打好通訊基礎(chǔ)。通過系統(tǒng)運(yùn)行可靠性評(píng)估方法的分析，可以準(zhǔn)確的分析出該系統(tǒng)的運(yùn)行情況，該方法具有評(píng)估效率、評(píng)估可靠度和評(píng)估完整度較高的特點(diǎn)，能夠保證其可以高效的運(yùn)行。然而在此分析方法當(dāng)中由于需要計(jì)算的可靠性指標(biāo)參數(shù)較多，分析的步驟較為繁瑣，因此分析過程所需要消耗的時(shí)間較長。在今后的研究當(dāng)中，希望可以針對(duì)此類問題進(jìn)行優(yōu)化。