CN101106274A - 地区电网无功电压自动控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于电力技术领域的地区电网无功电压自动控制系统，包括数据库模块、通讯模块、分析计算模块、图形显示模块、报表管理模块、系统管理模块，其中：所述的通讯模块接收由数据采集与控制系统转发过来的实测数据，送到计算分析模块，同时保存至数据库模块中，分析计算模块对实测数据进行分析计算，形成无功电压控制策略，再通过通讯模块下发，同时通过通讯模块传送到图形显示模块显示计算分析以及控制的结果，报表管理模块通过通讯模块实现控制结果的查询、显示和打印，系统管理模块通过通讯模块实现对整个系统的管理。本发明可以实现控制全过程全部自动完成，可以大幅度降低现场运行人员的工作强度，提高生产效率。

Description

地区电网无功电压自动控制系统

技术领域

本发明涉及的是一种用于电力技术领域的系统，具体是一种地区电网无功电压自动控制系统。

背景技术

随着SCADA(数据采集与控制)系统日渐完善、成熟，遥信、遥测数据准确性的不断提高，遥控的更加可靠，以及状态估计模块对电网量测在线监视的实现，使得基于SCADA系统的地区电网无功电压自动控制系统(简称AVC系统，下同)得以实现。AVC系统通过监视网络的负荷变化，在保证母线电压合格的条件下进行无功电压优化计算，并结合调度员的专家经验给出完备的控制策略，通过改变电网中可控无功电源的出力，无功补偿设备的投切，变压器分接头的调整来满足安全经济运行条件，提高电压质量，降低网损。AVC系统可计算出在当前电网运行状态和负荷水平下，满足安全运行条件且使网损最小时，全网各有载调压变压器分接头的位置，各并联补偿电容器的投切状态。

但是，随着电力系统的快速发展，地区电网规模增长很快，电力用户对电能质量的要求也越来越高。在这种形式下，仅仅依靠传统的人工操作方式，由操作员根据SCADA系统上传的实时数据，并遵照电压无功的调整原则，采取手动方式下达命令调整有载调压变压器分接头的位置和并联补偿电容器的投切，已经不能满足实际运行的需要。也难以实现在满足系统运行稳定、母线电压合格的条件下，尽可能的降低网损和运行成本。此外，随着电网运行状态的越来越复杂，根据就地信息的控制方式不能体现无功电压控制的全局最优性。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利(申请号00112093.X)公开了一种区域电力网无功电压自动控制系统，主要由数据采集、中央处理、操作控制组成，根据区域电力网各变电所电压情况，决定是调节本变电所主变分接头还是上级变电所主变分接头，并通过预算电容、电抗投切后电压值，避免了投切振荡。其不足之处体现在上述方式基本上还属于无功就地补偿的方式，并没有实现电网无功功率的横向和纵向配合。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种地区电网无功电压自动控制系统，使其采用图模一体化技术和分区协调管理模式并具有NT-UINX跨平台操作功能，从而利用UNIX系统安全性好和NT系统操作简便的优点。本发明可以大幅度降低现场运行人员的工作强度，提高生产效率。

本发明是通过以下技术方案实现的。本发明包括数据库模块、通讯模块、分析计算模块、图形显示模块、报表管理模块、系统管理模块。其中：

所述的数据库模块保存整个系统所需要的数据，并提供共享机制，与通讯模块、分析计算模块进行数据交互；

所述的通讯模块是整个系统的中间环节，将系统的各种数据在各个模块之间进行传输，因此，通讯模块与其他的所有模块都有接口；

所述的分析计算模块形成无功电压控制策略，通过通讯模块接收数据并下发控制结果，同时通过数据库模块保存计算结果数据；

所述的图形显示模块显示电网接线图以及监测数据，这些数据是通过通讯模块转发过来的；

所述的报表管理模块形成无功电压管理所需要的各种报表，与通讯模块进行接口、交换数据；

所述的系统管理模块对系统进行管理，同样与通讯模块进行接口。

本发明上述通讯模块接收由数据采集与控制系统转发过来的实测数据，送到计算分析模块，同时保存至数据库模块中，分析计算模块对实测数据进行分析计算，形成无功电压控制策略，再通过通讯模块下发，同时通过通讯模块传送到图形显示模块显示计算分析以及控制的结果，报表管理模块通过通讯模块实现控制结果的查询、显示和打印，系统管理模块通过通讯模块实现对整个系统的管理。

所述的数据库模块包括商业数据库、实时数据库和本地数据库以及相关的接口。商业数据库采用大型的商业数据库ORACLE(甲骨文公司商业数据库产品)以及标准的OCI(ORACLE调用接口)接口，位于服务器上，存储整个系统计算、分析和管理所需要的信息，这些信息包括设备的属性和类型数据、图形数据、网络拓扑数据、遥测和遥信数据、控制结果数据；实时数据库采用基于文件映射内存的共享方式，位于服务器上，主要保存用于计算分析的遥测和遥信数据；本地数据库位于工作站上，为图形数据、网络拓扑数据、设备的属性和类型数据提供暂时的存储空间，本发明采用标准的ADO(有效数据对象)数据库接口。

所述的通讯模块包括与SCADA系统通讯的子模块、工作站与服务器之间通讯的子模块。SCADA系统通讯的子模块与SCADA系统接口采用SOCKET(套接字)技术实现，将SCADA系统转发的遥测和遥信数据进行转换，变成系统分析、计算和显示所需要的数据；工作站与服务器之间通讯的子模块的通讯同样采用SOCKET技术，将分析、计算和显示所需要的数据由服务器转发给工作站，同时将设备的属性和类型数据、图形数据已经自动生成的拓扑数据传回服务器保存。

所述的分析计算模块包括状态估计子模块、负荷预测子模块、拓扑分析子模块、无功优化子模块，数据采集模块将采集的数据送入状态估计子模块，状态估计子模块实现误数据的清理和电气设备参数的估计，保证计算所需要数据的精度，状态估计子模块的输出分别传送至负荷预测子模块和拓扑分析子模块，负荷预测子模块实现短期负荷分布预测，采用线性回归、神经网络技术，预测的结果是返回未来一天内负荷的高峰、低谷和平均时段以及取值，作为电容器组投切的依据；拓扑分析子模块实现拓扑的动态着色，并将不带电的部分去掉，形成计算分析所需要的网络拓扑数据；负荷预测子模块和拓扑分析子模块处理后的数据输出到无功优化子模块，无功优化子模块根据得到的数据实现电容器组的优化投切，并形成优化投切策略。分析计算模块还可以包括专家系统子模块，专家系统子模块作为无功优化模块的备用技术，与无功优化子模块通过接口连接。当无功优化子模块优化失败后调用专家系统子模块，形成电容器组的投切策略及变压器分接头的调整策略。

所述的图形显示模块是整个系统人机交换的接口，显示整个电力网络的原理接线图，具备放大、缩小、漫游等基本功能，并可以进行电气设备的查询和定位，同时也是设备属性和类型数据、图形数据录入的窗口。

所述的报表管理模块实现无功电压自动控制结果的查询、显示和打印，具备与EXCEL文件的接口，可以读和写EXCEL文件。

所述的系统管理模块实现系统配置管理、系统运行监视、系统控制参数管理、图形报表管理、提供表格、曲线、棒图、饼图及组合图的制作维护工具等功能。

数据库模块是本发明系统的底层模块，主要与通讯模块关系紧密，其中商业数据库从通讯模块的与SCADA系统通讯子模块接收实测数据、而通过工作站与服务器之间通讯子模块与工作站进行设备的属性和类型数据、图形数据、网络拓扑数据、遥测和遥信数据、控制结果数据的交互；分析计算模块通过通讯模块的与SCADA系统通讯子模块获取实测数据，将所形成的控制策略再通过此模块下发，而将分析计算和控制的结果通过工作站与服务器之间通讯子模块传至工作站；图形显示模块通过工作站与服务器之间通讯子模块获取要显示的数据内容进行显示；报表管理模块和系统管理模块与图形显示模块基本类似，通过工作站与服务器之间通讯子模块获取所需要的数据。

由此可见，通讯模块是本发明系统相互联结的关键，也是其他各个模块进行数据交互的中间环节；此外，分析计算模块是本发明系统的重点模块，因为无功电压自动控制的效果是通过该模块体现出来的，较好的控制策略会得到较好的控制效果。

与现有技术相比，本发明利用SCADA系统上传的实时数据，综合优化计算结果和现场运行人员的实际经验，通过调整有载调压变压器分接头的位置和并联补偿电容器的投切，实现在满足系统运行稳定和母线电压合格的条件下，尽可能的降低网损和运行成本。本发明整套系统可以实现控制全过程全部自动完成，可以大幅度降低现场运行人员的工作强度，提高生产效率。本发明可以进一步的降低网络损耗、提高电压合格率、降低调度人员的劳动强度。网损降低的比例大于等于5％(在原来网损的基础上)；电压合格率提高的比例大于等于5％(在原来电压合格率的基础上)。

附图说明

图1为本发明实施例系统应用示意图

图2为本发明实施例系统硬件结构示意图

图3为本发明实施例系统结构框图

图4为本发明实施例系统数据接口示意图

图5为本发明实施例系统通讯接口示意图

图6为本发明实施例系统分析计算模块处理流程图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例系统位于调度中心或者集控中心，通过SCADA系统实现对变电站电容器组和变压器分接头的控制。

如图2所示，本实施例应用时，采用两台服务器和三台工作站，其中服务器采用UNIX操作系统，而工作站采用NT操作系统。

如图3所示，本实施例由数据库模块、通讯模块、分析计算模块、图形显示模块、报表管理模块、系统管理等模块组成。数据库模块保存整个系统所需要的数据，并提供共享机制，主要与通讯模块进行数据交互，也与分析计算模块进行数据交互；通讯模块是整个系统的中间环节，将本系统的各种数据在各个模块之间进行传输。因此，通讯模块与其他的所有模块都有接口；分析计算模块形成无功电压控制策略，通过通讯模块接收数据并下发控制结果，同时通过数据库模块保存计算结果数据；图形显示模块显示电网接线图以及监测数据，这些数据是通过通讯模块转发过来的；报表管理模块形成无功电压管理所需要的各种报表，与通讯模块进行接口、交换数据；系统管理模块是对本系统进行管理的，同样与通讯模块进行接口。上述模块分别位于采用UNIX操作系统的服务器和采用NT操作系统的工作站上。

1、数据库模块主要是存储和共享本系统所需要的各种数据，这些包括设备的属性和类型数据、图形数据、网络拓扑数据、遥测和遥信数据、控制结果数据，包括商业数据库、本地数据库和实时数据库，商业数据库和本地数据库的接口，如图4所示，ADO技术被使用访问各种商业数据库；对于本地数据库通过设计一个动态连接库进行封装，形成与ADO一样的数据库访问接口。

1)商业数据库位于服务器上，存储所有本系统所需要的各种数据。如图2所示，双服务器的数据库相互备用，当一个系统出现故障时，马上切换另一台服务器；

2)实时数据库同样位于服务器上，从SCADA系统所接收到的遥信值与遥测值均直接写入一个常驻内存的实时数据库中。该数据库仅保留最新时刻的数据，也就是说，当接收到新时刻的遥信值与遥测值时，就将旧的数据全部清除，只保存最新时刻的数据，实时数据库采用文件映射内存的共享方式；

3)本地数据库位于控制工作站上，同样保存各种类型的数据，只是保存的数据是一个时间断面上的，用新的数据替换旧数据。

2、通讯模块包括与SCADA系统通讯和工作站与服务器之间通讯两部分，由于是跨平台操作，通讯接口的实现采用套接字(SORKET)的方式实现。

1)与SCADA系统通讯子模块的上行数据与实时数据库和商业数据库连接，将电网的遥测和遥信数据传至本系统，一方面存入商业数据库中，另一方面送入实时数据库中(如图5所示)，为分析计算做准备；下行数据与分析计算模块相连接，将分析计算后所得到的控制策略通过SCADA系统以遥控和遥调命令下发。通讯协议以SCADA系统所使用协议为主；

2)工作站与服务器之间通讯子模块一方面与商业数据库交换数据，另一方面将计算和分析的结果也送入报表管理、图形显示和系统管理模块中；

3、如图6所示，分析计算模块包括状态估计、拓扑分析、负荷预测、无功优化和专家系统等子模块。由SCADA系统转发过来的数据经过状态估计之后，进行拓扑分析和短期负荷分布预测，在满足电容器组投切次数要求的基础上，使用梯度最优潮流算法进行无功优化，形成电容器组的优化控制策略，经过SCADA系统下发；专家系统技术是优化技术的后备技术，当优化失败后，启用专家系统子模块，形成电容器组的控制策略。有载调压分接头的调整策略也是通过专家系统技术来实现的。

1)拓扑分析子模块根据SCADA系统传输上来的遥信数据，进行动态拓扑分析，判断不带电的部分，并形成计算所需要的网络数据；

2)状态估计子模块首先根据多点数据进行误数据的判别和处理，然后根据线路两端的遥测量如电流、电压和功率，推导线路的参数，包括电阻、电抗以及对地导纳，最终形成计算所需要的数据；

3)负荷预测子模块采用线性回归和神经网络算法，进行短期负荷的分布预测，预测的结果是提供未来一天的负荷高峰、低谷和平均的时段以及负荷预测值；

4)无功优化子模块采取梯度最优潮流算法，以及节点类型转换和最优步长设定等技术，优化电容器组投切；

5)专家系统子模块用于形成规则库，规则库分为一般规则库和特殊规则库两部分，一般规则库描述的是无功电压控制所需要的通用规则，而特殊规则库描述的是针对具体设备，根据设备的运行情况而采取的规则；

4、图形显示模块主要显示的是电网的原理接线图，可以进行图形数据、设备的属性和类型数据的输入，并可自动生成拓扑数据；也可进行设备的查找与定位；

5、报表管理模块主要是对一些无功电压的控制结果进行统计、分析和查询；

6、系统管理模块是对整个系统的监视和管理。

本实施例在工作时，通讯模块的与SCADA系统通讯子模块接收由SCADA系统转发过来的实测数据，送到计算分析模块，同时保存至商业数据库中，分析计算模块进行分析计算，形成无功电压控制策略，再通过与SCADA系统通讯子模块下发，同时通过工作站与服务器之间通讯子模块传送到图形显示模块显示计算分析以及控制的结果。

本实施例中图形化操作界面可以直观的将地区电网各个分区的网络接线情况、相关设备状态和SCADA系统上传数据显示出来。操作人员可以根据需要自行添加线路、变压器、电容器等设备图元，然后由系统自动完成拓扑搜索并形成后续计算所需的全部基础数据，不需要运行人员手动操作。

对于地区电网来说，如果网络较庞大，220kV变电站较多，应采取分区控制的方式。分区的原则是以220kV变电站的供电区域作为一个基本单位，分别进行无功分析和控制，而要求各个分区之间的联络线无功潮流尽可能的小。

考虑到系统运行安全稳定性和现场运行人员的操作习惯，本实施例中所述的AVC系统采用了NT-UNIX跨平台结构，即整套系统采用工作站一服务器模式，将后台数据库安置在服务器上，并在服务器上安装UNIX操作系统，以充分利用UNIX操作系统运行可靠、网络安全程度高的特点；而将分析计算模块、系统管理模块和报表管理模块安置在工作站上，分别形成监控工作站、维护工作站和报表工作站，并安装windowsNT操作系统，这样既可以充分利用NT平台的各项操作功能也符合现场运行人员的操作习惯，有利于运行人员尽快的学习和掌握本发明系统的各项操作功能。

本实施例采取分区显示、分区管理的方式对地区电网的电压无功情况进行协调管理，220kV变电站的供电区域作为一个基本单位，分别进行无功分析和控制，而要求各个分区之间的联络线无功潮流尽可能的小；广泛采用图模一体化技术，根据图形化界面所显示的网络接线情况，自动完成拓扑搜索和后续的相关计算，无需操作人员手动干预；采用了NT-UNIX跨平台结构，将后台数据库安置在安装有UNIX操作系统的服务器上，充分利用UNIX操作系统的安全可靠性，保证底层数据的统一和安全，同时根据功能设置监控工作站、维护工作站和报表工作站，工作站上安装WindowsNT操作系统，既能为操作人员提供更好的图形化界面也便于运行人员快速掌握本发明的各项操作功能。

Claims (10)

1.一种地区电网无功电压自动控制系统，其特征在于：包括数据库模块、通讯模块、分析计算模块、图形显示模块、报表管理模块、系统管理模块，其中：

所述的数据库模块保存整个系统所需要的数据，并提供共享机制，与通讯模块、分析计算模块进行数据交互；

所述的通讯模块是整个系统的中间环节，将系统的各种数据在各个模块之间进行传输，通讯模块与其他的所有模块都有接口；

所述的分析计算模块形成无功电压控制策略，通过通讯模块接收数据并下发控制结果，同时通过数据库模块保存计算结果数据；

所述的图形显示模块显示通讯模块转发过来的电网接线图以及监测数据；

所述的报表管理模块形成无功电压管理所需要的各种报表，与通讯模块进行接口、交换数据；

所述的系统管理模块对整个系统进行管理，同样与通讯模块进行接口；

所述的通讯模块接收由数据采集与控制系统转发过来的实测数据，送到计算分析模块，同时保存至数据库模块中，分析计算模块对实测数据进行分析计算，形成无功电压控制策略，再通过通讯模块下发，同时通过通讯模块传送到图形显示模块显示计算分析以及控制的结果，报表管理模块通过通讯模块实现控制结果的查询、显示和打印，系统管理模块通过通讯模块实现对整个系统的管理。

2.如权利要求1所述的地区电网无功电压自动控制系统，其特征是：所述的数据库模块包括商业数据库、实时数据库和本地数据库以及相关的接口，商业数据库采用大型的商业数据库ORACLE以及标准的OCI接口，位于服务器上，存储整个系统计算、分析和管理所需要的信息，这些信息包括设备的属性和类型数据、图形数据、网络拓扑数据、遥测和遥信数据、控制结果数据；实时数据库采用基于文件映射内存的共享方式，位于服务器上，服务器采用UNIX操作平台，保存用于计算分析的遥测和遥信数据；本地数据库位于工作站上，为图形数据、网络拓扑数据、设备的属性和类型数据提供暂时的存储空间，数据库接口采用标准的ADO接口。

3.如权利要求1所述的地区电网无功电压自动控制系统，其特征是：所述的通讯模块包括与SCADA系统通讯的子模块、工作站与服务器之间通讯的子模块，SCADA系统通讯的子模块与SCADA系统接口采用套接字技术实现，将SCADA系统转发的遥测和遥信数据进行转换，变成系统分析、计算和显示所需要的数据；工作站与服务器之间通讯的子模块的通讯同样采用套接字技术，将分析、计算和显示所需要的数据由服务器转发给工作站，同时将设备的属性和类型数据、图形数据已经自动生成的拓扑数据传回服务器保存。

4.如权利要求3所述的地区电网无功电压自动控制系统，其特征是：所述的与SCADA系统通讯子模块，其上行数据与数据库模块中的实时数据库和商业数据库连接，将电网的遥测和遥信数据传至本系统，一方面存入数据库模块的商业数据库中，另一方面送入数据库模块的实时数据库中，为分析计算做准备；与SCADA系统通讯子模块的下行数据与分析计算模块相连接，将分析计算后所得到的控制策略通过SCADA系统以遥控和遥调命令下发；所述工作站与服务器之间通讯子模块一方面与数据库模块的商业数据库交换数据，另一方面将计算和分析的结果也送入报表管理模块、图形显示模块和系统管理模块中。

5.如权利要求1所述的地区电网无功电压自动控制系统，其特征是：所述的分析计算模块包括状态估计子模块、负荷预测子模块、拓扑分析子模块、无功优化子模块以，数据采集模块将采集的数据送入状态估计子模块，状态估计子模块实现误数据的清理和电气设备参数的估计，保证计算所需要数据的精度，状态估计子模块的输出分别传送至负荷预测子模块和拓扑分析子模块，负荷预测子模块实现短期负荷分布预测，采用线性回归、神经网络技术，预测的结果是返回未来一天内负荷的高峰、低谷和平均时段以及取值，作为电容器组投切的依据；拓扑分析子模块实现拓扑的动态着色，并将不带电的部分去掉，形成计算分析所需要的网络拓扑数据；负荷预测子模块和拓扑分析子模块处理后的数据输出到无功优化子模块，无功优化子模块根据得到的数据实现电容器组的优化投切，并形成优化投切策略。

6.如权利要求5所述的地区电网无功电压自动控制系统，其特征是：所述无功优化子模块通过接口连接专家系统子模块，当无功优化子模块优化失败，通过调用专家系统子模块形成电容器组的投切策略及变压器分接头的调整策略。

7.如权利要求6所述的地区电网无功电压自动控制系统，其特征是：所述专家系统子模块用于形成规则库，所述规则库分为一般规则库和特殊规则库两部分，一般规则库描述的是无功电压控制所需要的通用规则，而特殊规则库描述的是针对具体设备，根据设备的运行情况而采取的规则。

8.如权利要求1所述的地区电网无功电压自动控制系统，其特征是：所述的图形显示模块是整个系统人机交换的接口，显示整个电力网络的原理接线图，具备放大、缩小、漫游功能，并提供电气设备的查询和定位，同时接受设备属性和类型数据、图形数据的录入。

9.如权利要求1所述的地区电网无功电压自动控制系统，其特征是：所述的报表管理模块具备与EXCEL文件的接口，能读和写EXCEL文件。

10.如权利要求1所述的地区电网无功电压自动控制系统，其特征是：所述的系统管理模块实现系统配置管理、系统运行监视、系统控制参数管理、图形报表管理、提供表格、曲线、棒图、饼图及组合图的制作维护工具功能。

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