CN101741137B - 网络集中式备用电源自动投入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络集中式备用电源自动投入方法，包括下列步骤：1)网络报文监听处理，判定是否启动备用电源自动投入分析模块；2)对已定义了备用电源自动投入的设备进行拓扑带电分析，判定设备是否拓扑失电；3)判定是否闭锁备用电源自动投入功能；4)判定设备所在区域是否存在遥测跃变；5)确定备用电源自动投入所定义的设备是否为可恢复设备；6)确定电网当前的运行方式从而决定采用何种备用电源自动投入方案；7)给出备用电源自动投入动作方案，备用电源自动投入的最终出口逻辑将是一系列开关序列遥控操作。采用本发明的方法实现了现有硬件备用电源自动投入装置无法解决的站间备用电源自动投入问题。

Description

网络集中式备用电源自动投入方法

技术领域

本发明涉及一种网络集中式备用电源自动投入方法，属于电力系统电网技术领域。

背景技术

随着国民经济飞速发展，人民生活水平的不断提高，对电网供电可靠性的要求越来越高。目前，我国大部分供电企业的平均供电可靠率达到99.724％，个别较好的供电企业达到了99.8％以上。但是与发达国家相比还是有比较大的差距，如巴黎、伦敦的供电可靠性达到99.989％，而东京达99.997％，东京每年对用户的停电时间仅有10多分钟。为提高各地区的供电可靠性和连续性，电力系统采取了许多措施，采用备用电源自动投入装置(以下简称“备自投”)就是其中的一种。

目前广泛应用的是安装于变电站站内的备自投装置，它们大部分仍然是一种独立的、元件式的装置。由于没有从全电网的运行状态综合考虑，站内备自投装置的应用存在一定问题，如无法实现多个变电站之间电源互为备用以及无法实现与安全稳定控制装置的协调。

图1是2变3线接线方式示意图。即变电站乙和变电站丙由不同的电源线路供电，2个变电站提供1条线路(L2)互为备用。两个变电站均为单母线接线方式且各自都有站内备自投装置。通常运行方式为：线路L1向变电站乙供电，线路L3向丙变电站供电，DL4处于热备状态。此时当线路L3失电时，丙变电站站内备自投装置动作，跳开DL5，合上DL4，丙变电站恢复供电；同样，如果线路作为乙变电站的备用电源线路(此时方式为DL3处于热备，DL4合上)，当线路L1失电时乙变电站站内备自投装置动作，跳开DL2，合上DL3，乙变电站恢复供电。可以看出，在这种网络情况下，由于常规站内备自投装置的局限性，使得线路L2或为乙变电站提供备用或者为丙变电站提供备用，不可能同时互为备用。即在线路L2作为丙变电站的备用电源线路的运行方式下，如果此时L1失电导致变电站乙失电，即使线路L3和丙变电站正常运行也无法使乙变电站自动切换到由线路L2来供电。

文献一《关于110kV电网“一线两站”备用电源自投回路的改进》(电网技术2000年第24卷第9期第73页)披露了提出的解决方法是利用站内的电压、电流等条件作为动作判据，通过时间的配合来实现两变电站备用电源的自动投切，但该方式的主要问题是两变电站之间没有实现备自投启动条件的互为闭锁，容易引起备自投装置的误动。

文献二《基于TCP/TP以太网络技术的数字式变电站备用电源自投装置的研制》(电网技术2004年第28卷第22期第81页)披露了提出的解决方法是通过以太网实现互相通信使两个站内的备自投装置互相联系，当任意侧的变电站电源线路发生故障时，它们将自动互相协调地改变两个变电站内有关开关的状态，快速恢复失电变电站的供电能力，这就是所谓的具有远方自投功能的通道备用电源自动投入装置(以下简称通道备自投)，两个变电站之间通过以太网(主流网络实现互相通信的。但该方式的主要问题是两变电站之间采用公用以太网进行互相通信，在系统安全性和稳定性上存在问题。

文献三《110KV备用电源自投装置与安全稳定系统的配合》(供用电2007年2月第24卷第6期第44页)披露了提出的解决方法是对现有备自投装置进行升级，增加了经不平衡电压启动或经重合闸过程启动进线自投，以及备用电源低频低压闭锁进线自投的功能来达到与安全稳定系统的配合。但该方式的主要问题是其各种定值的整定依赖于电网实际的运行方式，当运行方式变化时该方法就失去作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种备用电源自动投入方法，其可利用全网运行信息实现备用电源自动投入功能，特别是实现变电站之间备用电源自动投入功能，从而解决现有硬件备用电源自动投入装置无法实现的变电站站间备自投问题；并可实现备用电源自动投入系统与安全稳定控制装置的协调。

为解决上述技术问题，本发明提供一种网络集中式备用电源自动投入方法，包括下列步骤：

(1)网络报文监听处理，判定是否启动备用电源自动投入分析模块；

(2)对已定义了备用电源自动投入的设备进行拓扑带电分析，判定是否拓扑失电；

(3)进一步结合EMS系统的各种信息(如挂牌信息、保护信息、遥控信息等)判定设备的状态，判定是否闭锁备用电源自动投入分析模块；

(4)判定设备所在区域是否存在遥测跃变；

(5)确定备用电源自动投入所定义的设备是否为可恢复设备(非故障设备)；

(6)确定电网当前的运行方式从而决定采用何种备用电源自动投入方案；

(7)给出备用电源自动投入动作方案，备用电源自动投入的最终出口逻辑将是一系列开关序列遥控操作。

在本发明中，披露了采用一种利用监听能量管理系统(EMS)网络报文来启动备用电源自动投入分析的方法。网络集中式备用电源自动投入系统通过监听EMS系统的遥信变位信息/遥控信息/安全稳定控制装置动作信息/保护信息等多种信息，对这些信息进行甄别、筛选及组合关联。网络报文监听采用多线程方式处理，从而保证能够正确接收处理来自网络信息。当系统监听到EMS系统的遥信变位信息时，判断是否存在安全稳定控制装置等动作信息，如果有则闭锁备自投分析模块，如果没有，则启动备自投分析模块。由于启动判定是基于全网的运行信息，因此可以有效地解决安全稳定控制装置和备用电源自动投入系统的配合问题，从而避免了常规站内硬件备用电源自动投入装置的局限性。

在本发明中，披露了采用一种利用网络拓扑分析初步判定设备是否失电的方法。从电网运行情况进行分析，特别是对于110KV低压辐射型供电网络，当存在断路器动作以后，可能造成其下游区域停电。因此，可以通过实时获取电网模型和方式数据(遥测、遥信)断面，进行网络拓扑分析。全网拓扑分析完毕以后对已定义了备自投的设备进行拓扑带电分析，如果存在拓扑失电，则进入下一步，否则退出。由于备自投分析模块基于网络拓扑分析，所以必须确保电网网络模型的正确性，网络已经入库，连接关系完整正确以及方式数据(特别是开关刀闸联通设备)的正确性。

在本发明中，披露了采用一种利用EMS系统的各种信息(如挂牌信息、保护信息、遥控信息等)判定设备的状态，判定是否闭锁备用电源自动投入功能的方法。当设备处于挂牌检修等情况时，虽然通过拓扑分析判定设备失电，此时备用电源自动投入系统应当闭锁投入功能。现有的EMS系统中具备设备挂标志牌功能，即在厂站接线图上以标志牌的形式来表示该设备处于挂牌检修状态。因此，可以通过获取EMS中的挂牌等记录信息来分析当前设备的运行状态，当判定设备处于挂牌状态时，闭锁备用电源自动投入分析模块。

在本发明中，披露了采用一种利用EMS系统的量测数据来判断设备是否失电的方法。从电网运行情况来分析，当发生故障跳开断路器时，通常不会是单一设备失电，而是关联区域多个设备失电，如对于变电站失电时，交流线段、母线、变压器及负荷等多个设备都会失电。量测数据判断主要功能为判定设备所在区域是否存在遥测跃变。前面提到由于网络拓扑分析是依赖于电网网络模型和方式数据的正确性，因此网络拓扑分析仅仅表示该设备拓扑失电，此时必须结合遥测数据来确定是否设备真实失电。常规元件式备自投装置通常通过母线失压和进线无流来启动。而实际情况是，现有SCADA系统采集的遥测量要丰富得多，如线路有功、无功、电流，母线电压(线电压、相电压)，变压器绕组有功、无功、电流等，因此可以通过判定相关失电区域是否存在多个量测点跃变来判定。

具体而言，量测数据判断先基于一定时期前的SCADA数据，延时获取(考虑到遥测数据上送滞后性)当前设备SCADA量测值，当两者之间的比例达到一定的门槛值，则认为该量测点存在遥测跃变。基于量测设备的覆盖率以及可能出现的各种情况，不能简单认为单个量测点存在遥测跃变则设备失电，应当是设备所在区域出现多个量测点量测跃变时才能判定该设备出现量测跃变。如对于图2，I母失电时，此时可以对I母电压量测(线电压、相电压)，以及I母所连的进线1量测(有功、无功、电流)，I母所连的主变1高压侧绕组量测(有功、无功、电流)进行量测判断，当该区域多个量测点出现量测跃变时，即认为I母出现量测跃变。当判定拓扑失电设备出现量测跃变以后，则认为该设备是“真实”失电，进入下一步，否则退出。

在本发明中，披露了采用一种利用EMS系统的遥信变位信息，事故SOE信息和保护信息来确定备用电源自动投入所定义的设备是否为可恢复设备(非故障设备)的方法。当电网中的运行设备发生故障以后，继电保护装置会动作跳开段断路器，切除故障设备，反映到EMS系统中，会接收到当继电保护装置动作时会产生事故SOE信号，相应设备(交流线段、变压器等)的继电保护装置装置动作信息，保护装置动作跳开断路器的遥信变位信息。通过对遥信变位信息，事故SOE信息和保护信息，结合系统的运行状态，实际上可以判定出系统的故障区域及导致的停电区域(可恢复)。备自投所定义的设备如果处于停电区域范围内方可进行下一步方案筛选。

在本发明中，披露了采用一种利用EMS系统的历史遥信信息确定系统当前的运行方式从而决定采用何种备自投方案的方法。电网运行方式的多样性决定了备自投方案的多样性。如对于两条进线和两条母线的110KV变电站，在实际备用电源自动投入配置方案中，既要考虑当母联处于合位，两条进线一条带电一条热备互为备自投的进线备自投方式，也要考虑母联处于分位，两条进线带两条母线分列运行互为备自投的桥备自投方式。采用何种备自投方式取决于电网当时的运行方式。利用EMS系统的历史遥信信息，可以得到电网的运行方式，从而完成方案筛选匹配。

在本发明中，披露了采用一种利用给出一系列开关序列遥控操作的备自投动作出口方法。备用电源自动投入方案的出口逻辑是有序开关遥控操作，即包括断开开关(隔离故障)，合上开关(恢复供电)。在本系统中，最终出口逻辑是序列操作，序列控制过程中的最主要的考量和关键点为对一组操作开关对象的序列校验，以及操作过程中对前序操作对象操作后状态的实时监视和判断。

本发明所达到的有益效果：采用本发明的方法，解决了现有站内硬件备用电源自动投入装置存在的问题。由于系统基于全网运行信息，每个厂站的运行信息都是可知的，可以有效地解决站间备用电源自动投入问题。由于可以通过监听系统的安全稳定控制装置动作信号，从来判定是否启动备用电源自动投入分析功能，有效地解决了安全稳定控制装置与备用电源自动投入系统的协调问题。利用拓扑带电分析结合遥测跃变分析判断设备是否真实失电，更能真实地体现电网实际运行方式，解决了常规方式依靠判断母线失压和进线无流判断设备失电存在的不足之处。利用系统的历史遥信变位信息来进线方案筛选，满足电网运行方式的多样性需求。总之，采用本发明的方法实现了现有硬件备用电源自动投入装置无法解决的站间备用电源自动投入问题，以及备用电源自动投入装置与安全稳定控制装置的协调问题。

附图说明

图1是2变3线接线方式示意图；

图2为图1中乙变电站的接线示意图；

图3是实现网络集中式备用电源自动投入方法的流程图。

具体实施方式

下面是本发明的一个优选实施例，包括了一个利用网络集中式备用电源自动投入系统实现变电站之间备用电源的自动投入。本发明的其它的特征、目的和优点也可以从实施例的说明和附图中看出。

图1为2变3线接线示意图。变电站乙和变电站丙由不同的电源线路供电，2个变电站提供1条线路(L2)互为备用。两个变电站均为单母线接线方式且各自都有站内备自投装置。当前运行方式为：线路L1向变电站乙供电，线路L3向丙变电站供电，DL4处于热备状态。此时当线路L3失电时，丙变电站站内备自投装置动作，跳开DL5，合上DL4，丙变电站恢复供电。如果此时L1失电导致变电站乙失电，即使线路L3和丙变电站正常运行也无法使乙变电站自动切换到由线路L2来供电。

采用网络集中式备用电源自动投入方法的解决方式如下：定义保电设备为乙变电站的相应母线，动作开关次序为，首先分开DL2断路器，其次合上DL4断路器。该定义实际上表达了下述信息：主供电源为线路L1，控制开关为DL2；备用电源为线路L2，控制开关为DL4；运行方式描述为DL2处于合位，DL4处于分位；动作方案为断开DL2，合上DL4。

当线路L1发生故障时，继电保护装置会动作跳开断路器，此时常驻进程监听会接收到的断路器断开变位信息，并且此时没有接收到安全稳定控制动作信息，那么启动备用电源自动投入分析模块。

系统实时获取当前电网模型数据和方式运行数据，电网模型数据包括厂站、母线、断路器、刀闸、变压器、变压器绕组、交流线段、发电机、容抗器、负荷信息，运行方式数据则主要包括相关设备的遥测和遥信信息。根据这些信息最后形成电网网络模型，该网络模型是后续拓扑分析和故障区域诊断的基础。

对乙变电站的保电母线进行拓扑失电判断。此时可以判断该母线拓扑失电，则进入下一步。

实时获取系统中的各种信息(设备挂牌信息、遥控信息)，当判定该母线及其相关区域设备(断路器、变压器)没有挂牌信息时，则进入下一步遥测跃变判断模块。

判断乙变电站的保电母线及其相关区域是否存在遥测跃变。图2为图1中乙变电站的接线示意图，此图中仅仅列出的进线1即为L1线路，因为此时L2实际上处于热备状态。对I母电压量测(线电压、相电压)，以及I母所连的进线1量测(有功、无功、电流)，I母所连的主变1高压侧绕组量测(有功、无功、电流)进行量测判断，由于此时乙变电站失电，所以可以判定该母线相关区域量测跃变，进入下一步分析判断。

当线路L1故障时，线路L1的保护装置会动作跳开DL1，此时系统会接收到以下信息：事故总信息(该厂站)，遥信变位信息(DL1由合到分)，继电保护装置动作信息(线路L1的保护装置动作信息)，再结合系统的运行状态，系统可以判定出线路L1为故障区域，而变电站乙属于停电区域(可恢复)，此时进入下一步方案筛选。

通过获取EMS系统的历史遥信信息，可以得到电网当时的运行方式，此时DL2处于合位，而DL4处于分位，方式匹配成功。

最终的出口逻辑为开关序列操作，序列操作步骤为：断开DL2，合上DL4。

本发明按照优选实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种网络集中式备用电源自动投入方法，其特征在于：包括下列步骤：

1)网络报文监听处理，判定是否启动备用电源自动投入分析模块；

2)对已定义了备用电源自动投入的设备进行拓扑带电分析，判定设备是否拓扑失电；

3)进一步结合EMS系统的各种信息确定设备的状态，判定是否闭锁备用电源自动投入分析模块；

4)判定设备所在区域是否存在遥测跃变；

5)确定备用电源自动投入所定义的设备是否为可恢复设备；

6)确定电网当前的运行方式从而决定采用何种备用电源自动投入方案；

7)给出备用电源自动投入动作方案，备用电源自动投入的最终出口逻辑为一系列开关序列遥控操作，

在所述步骤1)中，通过监听EMS系统的遥信变位信息/遥控信息/安全稳定控制装置动作信息/保护信息，对这些信息进行甄别、筛选及组合关联，网络报文监听采用多线程方式处理，当系统监听到EMS系统的遥信变位信息时，判断是否存在安全稳定控制装置动作信息，如果有则闭锁备用电源自动投入分析模块，如果没有，则启动备用电源自动投入分析模块；

在所述步骤2)中，判定设备是否拓扑失电的方法为：实时获取电网模型和方式数据断面，进行网络拓扑分析，全网拓扑分析完毕以后对已定义了备用电源自动投入的设备进行拓扑带电分析，如果存在拓扑失电，则进入下一步，否则退出；

其特征在于：在所述步骤3)中，判定是否闭锁备用电源自动投入功能的方法为：通过获取EMS中的挂牌记录信息来分析当前设备的运行状态，当判定设备处于挂牌状态时，闭锁备用电源自动投入分析模块；

其特征在于：在所述步骤4)中，判定设备是否遥测跃变的方法为：量测数据判断先基于一定时期前的SCADA数据，延时获取当前设备SCADA量测值，当两者之间的比例达到一定的门槛值，则认为该量测点存在遥测跃变，且设备所在区域出现多个量测点遥测跃变时才能判定该设备出现遥测跃变。

2.根据权利要求1所述的网络集中式备用电源自动投入方法，其特征在于：在所述步骤5)中，判定设备是否为可恢复设备的方法如下：通过对遥信变位信息，事故SOE信息和保护信息，结合系统的运行状态，判定出电网的故障区域及导致的可恢复停电区域，设备如果处于停电区域范围内方可进行下一步备用电源自动投入方案筛选。

3.根据权利要求1所述的网络集中式备用电源自动投入方法，其特征在于：在所述步骤6)中，备用电源自动投入方案的选择方法为：利用EMS系统的历史遥信信息，得到电网的运行方式，从而完成方案筛选匹配。

4.根据权利要求1所述的网络集中式备用电源自动投入方法，其特征在于：在所述步骤7)中，所述出口逻辑为：系统最终给出备自投动作方案，为一系列开关序列遥控操作，序列操作是对操作顺序的一种要求，序列控制过程中包括对一组操作开关对象的序列校验，以及操作过程中对前序操作对象操作后状态的实时监视和判断。

Images