CN102710021B - 基于智能高压设备的电网主动保护与控制方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于智能高压设备的电网运行主动保护与控制方法及其系统。该方法基于智能高压设备对高压设备本体的状态评估功能，将状态评估结果报送至电网调度自动化系统，电网调度自动化系统根据状态评估结果，结合电网当前冗余状态，以电网风险损失最小为原则，决定是否采取主动保护与控制措施。该系统包括智能高压设备、站控层设备和电网调度自动化系统。该方法和系统将当前电网针对高压设备的被动保护与控制改为主动保护与控制，提高了电网应对潜在设备事故的主动性，提升了电网运行的可靠性水平。

Description

基于智能高压设备的电网主动保护与控制方法及其系统
技术领域
本发明属于对智能电网技术领域，具体涉及一种基于智能高压设备的电网主动保护与控制方法及其系统。
背景技术
高压设备各类事故的发生大都是一个过程，在最终发展为事故之前，通常会有各种征兆表现出来。近年来，随着智能电网研究与建设工作的大规模推进，智能高压设备的研究全面展开。智能高压设备突破常规高压设备的功能，在保有常规高压设备全部功能的同时，强调了高压设备与电网的信息交互，以智能化信息支持电网优化运行的技术理念。智能高压设备的核心是增设一个智能组件，集合测量、控制、监测等智能电子装置，通过集成于高压设备本体的传感器和执行器，与高压设备本体形成一个有机的整体，使高压设备具备测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的智能特征。智能高压设备的具体结构和实现方法参见《高压设备智能化方案及技术特征》（电网技术）。智能高压设备基于测量、监测及控制反馈等信息，实现对高压设备本体运行可靠性、控制可靠性的预报及安全负载能力的评估。
常规高压设备主要承担输变电功能，电网调度自动化系统（即电网调度与控制系统）对高压设备的状态知之甚少，往往是在设备发生了事故、或者控制指令被拒动之后，电网调度自动化系统才会获知并针对性地采取措施。显然，这些措施具有“事后”、“被动”的特点：所谓“事后”是指继电保护是在高压设备事故发生之后，由事故特征信号触发的一种控制响应，在保护动作之前电网调度自动化系统对设备事故通常是一无所知的；所谓“被动”是指继电保护的工作方式对电网调度自动化系统而言是完全被动的，保护动作由继电保护装置根据事故设备的特征信号（预先设定的定值）触发，对此，电网调度自动化系统没有选择权，只能被动应对。
为此，基于智能高压设备，通过对高压设备本体运行可靠性和控制可靠性的预报及安全负载-可持续时间的评估，先于继电保护装置，对具有较高事故几率的高压设备本体，由电网调度自动化系统采取主动保护与控制措施，对于电网安全运行有重要意义，对电网运行方式有深远影响。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的之一在于提出一种能够提高电网运行可靠性的主动保护与控制方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种基于智能高压设备的主动保护与控制方法，智能高压设备包括高压设备本体、传感器及智能电子装置，该方法包括如下步骤：
步骤一，所述智能高压设备由传感器负责感知高压设备本体的状态信息并将所感知的状态信息发送至智能电子装置；智能电子装置负责对高压设备本体的状态信息进行评估、并产生状态评估结果；所述高压设备本体的状态信息包括下述任意一项至全部：运行状态信息、控制状态信息及负载能力状态信息；
步骤二，所述智能高压设备的智能电子装置通过通信网络将高压设备本体的状态评估结果报送至站控层设备，进一步，站控层设备通过通信网络将其上报至电网调度自动化系统，所述报送按预先设定的周期和规则自主完成；
步骤三，所述电网调度自动化系统根据状态评估结果，决定是否对高压设备本体采取主动保护与控制措施。
进一步地，对所述状态信息进行评估所产生的状态评估结果一般表示为运行可靠性Rop(t)、控制可靠性Rct1(n)和最热点温度预报值f(I%,t)；
所述运行可靠性ROP(t)为连续无故障运行时间T≥t的概率，即Rop(t)＝Pop(T≥t)，t为运行时间，t≥0；t从评估结束时刻算起；
所述控制可靠性Rct1(n)为安全控制次数N≥n的概率，即Rct1(n)＝Pct1(N≥n)，n为整数，n≥1；n从评估结束时刻算起；
所述最热点温度预报值f(I%,t)应小于限值C，即f(I%,t)≤C，其中，C通常为允许的最热点温度值，I％表示实际电流与额定电流之比值，I％≥0；t表示在该电流I％下的可持续运行时间，t≥0。
进一步地，步骤一中，基于传感器感知的状态信息，智能电子装置自主完成高压设备本体的状态评估、形成状态评估结果。
进一步地，步骤二中，所述报送按预先设定的周期和规则自主完成的具体步骤为：预先设定好报送的周期，通常按此周期报送，如果状态评估结果较上一次有明显改变时，所述周期会自动缩短，直至达到智能电子装置允许的最小周期。
进一步地，步骤三中，电网调度自动化系统根据电网冗余状态，基于风险损失最小的原则，采取适宜的主动保护与控制措施：
预先设定运行可靠性指标系列P1＜P2＜...＜Pn,，以及对应的时间系列t1＜t2＜...＜tn；n≥1；
预先设定控制可靠性指标Pc，以及对应的操作次数k，通常k取1；
（1）若高压设备本体的运行可靠性满足Pm-1≤Rop(tm)≤Pm,2≤m≤n，则电网调度自动化系统宜在t时刻选择主动将该高压设备本体退出运行，以便进行状态确认或检修，所述t时刻满足tm-1≤t≤tm；
（2）若高压设备本体的运行可靠性满足Rop(t1)≤P1，则电网调度自动化系统宜尽快或立即选择主动将该高压设备本体退出运行，以便进行状态确认或检修；
（3）若高压设备本体的控制可靠性满足Rct1(k)≤Pc，则电网调度自动化系统宜选择不再进行新的主动控制，直到控制可靠性恢复；
（4）若电网需要急救负载或因高压设备本体故障不能在额定状态下安全运行时，则电网调度自动化系统根据高压设备本体的最热点温度f(I%,t)≤C的原则，或者确定当前负载电流I％下的可持续时间t；或者在期望的可持续时间t下确定最大安全电流I％。
进一步地，上述步骤（1）中，在选择主动将该高压设备退出运行之前，可主动做好事故预案；该预案包括：转移部分负载到其他正常高压设备中。
本发明的另一目的在于提出一种基于智能高压设备的电网运行主动保护与控制系统，包括智能高压设备、站控层设备和电网调度自动化系统，其中
所述智能高压设备包括高压设备本体、传感器及智能电子装置，所述传感器用于感知高压设备本体的状态信息，所述智能电子装置用于采集、处理来自传感器的状态信息，以完成对高压设备本体的状态评估，并产生状态评估结果；
所述站控层设备，用于接收智能电子装置报送的高压设备本体的状态评估结果；并与电网调度自动化系统进行通信，上报高压设备本体的状态评估结果、接收控制指令并下达至变电站内相应的高压设备；
所述电网调度自动化系统，用于接收站控层设备上报的高压设备本体的状态评估结果，结合当前电网冗余状态，以电网安全为原则，通过向站控层设备下达控制指令，实现对高压设备本体采取主动保护与控制。
进一步地，所述高压设备本体的状态信息包括下述任意一项至全部：运行状态信息、控制状态信息及负载能力状态信息；对上述状态信息进行评估所产生的状态评估结果为：表示运行状态的运行可靠性ROP(t)，表示控制状态的控制可靠性Rct1(n)，表示负载能力状态的最热点温度预报值f(I%,t)。
本发明的有益效果在于：
本发明的方法和系统将现有电网的被动保护与控制改为主动保护与控制，智能高压设备不再单纯为一次设备，在承担一次设备的输变电功能的同时，还对高压设备本体的状态进行评估，并产生状态评估结果，通过电网调度自动化系统，应用到了电网的运行控制中，不仅拓展了电网运行控制所依据的信息唯独，还提升了电网运行控制应对潜在事故设备的主动性，优化了电网的运行环境，提高了电网运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明主动保护与控制系统实施例的结构原理图；
图2为本发明主动保护与控制方法实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的基于智能高压设备的电网运行主动保护与控制方法及其系统做进一步详细的说明。
如图1所示，本例中基于智能高压设备的电网运行主动保护与控制系统，包括智能高压设备、站控层设备和电网调度自动化系统，其中
1）智能高压设备包括高压设备本体、传感器及智能电子装置：
高压设备本体是变电站的一次设备；
传感器，集成于高压设备本体，用于感知高压设备本体的状态信息，通过信号电缆或光纤与智能电子装置连接；
智能电子装置，可以是一个或多个，主要用于采集、处理来自传感器的状态信息，以完成对高压设备本体的状态评估，并产生状态评估结果；当有多个智能电子装置时，通过符合IEC61850的通信网络实现信息共享；
2）站控层设备，其通过符合IEC61850的通信网络与智能电子装置进行通信；用于接收高压设备本体的状态评估结果，并将此状态评估结果上报至电网调度自动化系统，同时负责接收接收电网调度自动化系统的控制指令并下达至变电站内相应的高压设备；
3）电网调度自动化系统，通过专用通信网络（例如：电力调度数据网络（SPDnet）、微波通信、载波通信或综合数据网）与站控层设备相连，用于接收站控层设备上报的高压设备本体的状态评估结果，并根据电网的冗余状态，基于电网风险损失最小的原则，通过向站控层设备下达控制指令，实现对有较高潜在故障几率的高压设备本体采取主动保护与控制。
如图2所示，本例中基于智能高压设备的主动保护与控制方法，智能高压设备包括高压设备本体、传感器及智能电子装置，该方法包括如下步骤：
步骤一，智能高压设备的传感器负责感知高压设备本体的状态信息并发送至智能电子装置，智能电子装置负责对高压设备本体的状态信息进行评估、并产生状态评估结果。
高压设备本体的状态信息包括下述任意一项至全部：运行状态信息、控制状态信息及负载能力状态信息；其中，运行状态信息可以包括下述任意一项至全部：介质温度、介质压力、介质中的水分、介质分解物、介质损耗、漏电流、局部放电、开断的短路电流等等；控制状态信息可以包括下述任意一项至全部：分合闸线圈电流及功耗、驱动电机电流及功耗、储能电机电流及工作时间、声学指纹、开关行程、闭锁及联锁状态、储能状态等；负载能力状态信息可以包括下述任意一项至全部：环境温度、热点温度、负载电流、冷却装置运行状态、绝缘介质分解物、铁心接地电流等等。
对上述状态信息进行评估所产生的状态评估结果为：
a）运行可靠性Rop(t)：运行可靠性Rop(t)可表示为连续无故障运行时间T≥t的概率，即Rop(t)＝Pop(T≥t)，t为运行时间，t≥0；t从评估结束时刻算起；
b）控制可靠性Rct1(n)：控制可靠性Rct1(n)可表示为安全控制次数N≥n的概率，即Rct1(n)＝Pct1(N≥n)，n为整数，n≥1；n从评估结束时刻算起；
c）最热点温度预报值f(I%,t)：f(I%,t)应小于限值C，即f(I%,t)≤C，作为负载控制的依据，其中，C通常为允许的最热点温度值，I％表示实际电流与额定电流之比值，I％≥0；t表示在该电流值下的可持续运行时间，t≥0。
步骤二，智能高压设备的智能电子装置自主将高压设备本体的状态评估结果报送至站控层设备，由站控层设备报送至电网调度自动化系统；
报送按照预先设定的周期或规则自主完成，具体步骤如下：
通常按预先设定好报送周期进行报送，如果状态评估结果较上一次有明显改变时，所述报送的周期会自动缩短，直至达到智能电子装置允许的最小周期。
步骤三，电网调度自动化系统根据状态评估结果，结合电网冗余状态，基于风险损失最小的原则，按设定值采取适宜的主动保护与控制措施：
预先设定运行可靠性指标系列P1＜P2＜...＜Pn,n≥1，以及对应的时间系列t1＜t2＜...＜tn；
预先设定控制可靠性指标Pc，以及对应的操作次数k，通常取k＝1；
下面以3个时长为例进行说明，t分别为6h、24h、48h，对应的可靠性指标为P1＜P2＜P3：
（1）若高压设备本体的运行可靠性满足P24＜Rop(48)≤P48（或P6＜Rop(24)≤P24），则电网调度自动化系统宜在24h-48h（或6h-24h）之间主动选择将该高压设备本体退出运行，以便进行状态确认或检修；
（2）若高压设备本体的运行可靠性下降到Rop(6)≤P6，则电网调度自动化系统宜在6小时内或立即选择主动将该高压设备退出运行，以便进行状态确认或检修；
（3）若高压设备本体的控制可靠性下降到Rct1(1)≤Pc，则电网调度自动化系统宜选择不再进行新的主动控制，直到控制可靠性恢复；
（4）若电网需要急救负载或高压设备本体因故障不能在额定状态下安全运行时，则电网调度自动化系统可根据上报的高压设备本体最热点温度f(I%,t)，基于f(I%,t)≤C的原则进行负载控制，其中f(I%,t)为智能电子装置的评估结果，表示为负载电流I%和在该电流下可持续时间t的函数，应用f(I%,t)＝C可以计算当前负载电流I％下的可持续时间t，表示经过时间t后，负载电流必须立即降至允许长期运行的安全值以下；应用f(I%,t)＝C也可以计算在期望的可持续时间t下确定最大安全电流I％，同样，经过时间t后，负载电流必须立即降至允许长期运行的安全值以下。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，结合上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。

Claims (4)

1.一种基于智能高压设备的主动保护与控制方法，其特征在于，智能高压设备包括高压设备本体、传感器及智能电子装置，该方法包括如下步骤： 
步骤一，所述智能高压设备由传感器负责感知高压设备本体的状态信息并将所感知的状态信息发送至智能电子装置；智能电子装置负责对高压设备本体的状态信息进行评估、并产生状态评估结果；所述高压设备本体的状态信息包括下述任意一项至全部：运行状态信息、控制状态信息及负载能力状态信息； 
步骤二，所述智能高压设备的智能电子装置通过通信网络将高压设备本体的状态评估结果报送至站控层设备，所述站控层设备进一步通过通信网络将其上报至电网调度自动化系统，所述报送按预先设定的周期和规则自主完成； 
步骤三，所述电网调度自动化系统根据状态评估结果，决定是否对高压设备本体采取主动保护与控制措施； 
对所述状态信息进行评估所产生的状态评估结果为运行可靠性Rop(t)、控制可靠性Rctl(n)和最热点温度预报值f(I％,t)； 
所述运行可靠性Rop(t)为连续无故障运行时间T≥t的概率，即Rop(t)＝Pop(T≥t)，t为运行时间，t≥0；t从评估结束时刻算起； 
所述控制可靠性Rctl(n)为安全控制次数N≥n的概率，即Rctl(n)＝Pctl(N≥n)，n为整数，n≥1；n从评估结束时刻算起； 
所述最热点温度预报值f(I％,t)小于限值C，即f(I％,t)≤C，其中，C表示允许的最热点温度值，I％表示实际电流与额定电流之比值，I％≥0；t表示在该电流比值I％下的持续运行时间，t≥0； 
所述步骤三中，电网调度自动化系统根据电网冗余状态，基于风险损失最小的原则，采取适宜的主动保护与控制措施： 
预先设定运行可靠性指标系列P1<P2<...<Pn，以及对应的时间系列t1<t2<...<tn；n≥1； 
预先设定控制可靠性指标Pc，以及对应的操作次数k； 
(1)若高压设备本体的运行可靠性满足Pm-1≤Rop(tm)≤Pm,2≤m≤n，则电网调度自动化系统宜在t时刻选择主动将该高压设备本体退出运行，以便进行状态确认或检修，所述t时刻满足tm-1≤t≤tm； 
(2)若高压设备本体的运行可靠性满足Rop(t1)≤P1，则电网调度自动化系统宜尽快或立 即选择主动将该高压设备本体退出运行，以便进行状态确认或检修； 
(3)若高压设备本体的控制可靠性满足Rctl(k)≤Pc，则电网调度自动化系统宜选择不再进行新的主动控制，直到控制可靠性恢复； 
(4)若电网需要急救负载或因高压设备本体故障不能在额定状态下安全运行时，则电网调度自动化系统根据高压设备本体的最热点温度f(I％,t)≤C的原则，或者确定实际电流与额定电流之比值I％下的持续运行时间t；或者在期望的持续运行时间t下确定实际电流与额定电流之比值I％。 
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，基于传感器感知的状态信息，智能电子装置自主完成高压设备本体的状态评估、形成状态评估结果。 
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，所述报送按预先设定的周期和规则自主完成的具体步骤为：预先设定好报送的周期，并按此周期报送，如果状态评估结果较上一次有明显改变时，所述周期会自动缩短，直至达到智能电子装置允许的最小周期。 
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在选择主动将该高压设备本体退出运行之前，可主动做好事故预案；该预案包括：转移部分负载到其他正常高压设备中。 
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