CN103001231A - 配电网无功资源集中与分布调控系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及配电网无功资源集中与分布调控系统及其方法，所述配电网无功资源集中与分布调控系统包括通信机、数据库服务器和监控终端；所述通信机通过标准化接口与外部数据采集与监视控制SCADA系统连接，以实时获取所述SCADA系统的信息；所述通信机、数据库服务器和监控终端之间通过网线相互连接。本发明配电网无功资源集中与分布调控系统及其方法，通过对现有的电网无功资源配置情况进行缺额评估及风险评估，或者进行缺额预评估及风险评估，产生电网无功资源分布式优化调控策略或者集中式优化调控策略，以提高电网的电压质量。
Description
技术领域
本发明涉及配电网无功资源配置，尤其涉及一种配电网无功资源集中与分布调控系统及其方法。
背景技术
电压是电能质量的重要指标，电压质量对电力系统的安全与经济运行、对保证安全生产和产品质量、以及电器设备的安全与寿命有重要影响。电力系统的无功补偿与无功平衡是保证电压质量的基本条件。无功资源的合理配置以及运行状态下合理的调控，能够有效的提高供电质量，提高电力系统运行的稳定性。
目前对无功电压控制的模式以及对无功电压控制的方法研究较多，这些研究均是建立在现有的无功资源下如何进行优化调度，而对电网无功资源配置是否短缺、因无功资源配置不足带来的电力系统运行风险综合评价研究、以及基于风险评价基础上的优化控制方面的研究较为少见。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电网无功资源集中与分布调控系统及其方法，通过对现有的电网无功资源配置情况进行缺额评估及风险评估，或者进行缺额预评估及风险评估，产生电网无功资源分布式优化调控策略或者集中式优化调控策略，以提高电网的电压质量。
为了达到上述的目的，本发明提供一种配电网无功资源集中与分布调控系统，包括通信机、数据库服务器和监控终端；所述通信机通过标准化接口与外部数据采集与监视控制SCADA系统连接，以实时获取所述SCADA系统的信息；所述通信机、数据库服务器和监控终端之间通过网线相互连接。
上述配电网无功资源集中与分布调控系统，其中，所述标准化接口包括IEC61970CIM/CIS接口和IEC 60870-5-104接口，其中，所述IEC61970CIM/CIS接口用于获取SCADA系统的模拟量数据，所述IEC 60870-5-104接口用于获取SCADA系统的数字量数据。
上述配电网无功资源集中与分布调控系统，其中，包括实时数据库和历史数据库，其中，所述实时数据库是分布式实时库，可根据服务器节点的定义灵活的创建面向应用的实时数据库，所述历史数据库提供统一功能的访问接口函数。
本发明提供的另一技术方案是一种配电网无功资源分布式优化调控方法，包括以下步骤：通信机实时获取SCADA系统的信息；所述通信机对获取的SCADA系统的信息进行判断，将错误数据剔除过滤掉；过滤处理后的SCADA系统信息保存至数据库服务器中，同时，监控终端根据过滤处理后的SCADA系统信息进行电网运行状态识别；所述监控终端根据过滤处理后的SCADA系统信息判断电网的电压是否合格，如果为是，返回所述通信机实时获取SCADA系统信息的步骤，如果为否，则执行下一步骤；所述监控终端进行无功资源缺额计算；所述监控终端根据缺额计算的结果以及电网中各个母线节点的无功资源配置情况判断各个母线节点是否有足够的无功容量可投入或切除，如果相应母线节点有足够的无功容量可投入或者切除，所述监控终端进行无功容量投入或切除后风险评估计算；如果相应母线节点无足够的无功容量可投入或者切除，所述监控终端进行无功资源的分层以及分区平衡计算，并根据计算结果产生相应控制策略，再进行无功容量投入或切除后风险评估计算；所述监控终端根据风险评估计算结果判断是否存在风险，如果为是，所述监控终端产生告警提示，如果为否，则所述监控终端产生无功资源分布式优化调控策略，并通过所述通信机向所述SCADA系统下达调控指令，由所述SCADA系统执行该无功资源分布式优化调控策略；返回所述通信机实时获取SCADA系统信息的步骤。
上述配电网无功资源分布式优化调控方法，其中，所述监控终端采用灵敏度分析法计算无功资源缺额。
上述配电网无功资源分布式优化调控方法，其中，所述无功容量投入或切除后风险评估计算包括对电网的安全性评估计算及经济性评估计算，其中，所述安全性评估计算包括在任意时间断面下，按照电力系统的N-1，N-2，...，N-N的原则，进行电网的安全性评估计算，所述经济性评估计算是指在特定的历史断面下电网损耗评估计算。
本发明提供的又一技术方案是一种配电网无功资源集中优化调控方法，包括以下步骤：监控终端检测第一设定时间是否已到，如果为是，所述监控终端启动无功用电量负荷预测，如果为否，则继续检测，直至到达所述第一设定时间；所述监控终端对得到的无功用电量负荷预报进行专家修正；所述监控终端根据专家修正后的无功用电量负荷预报计算无功资源的时间分配，得到无功资源的时间分配表；所述监控终端按照得到的无功资源的时间分配表，依据专家修正后的无功用电量负荷预报计算无功资源的投入容量的集中优化控制策略；将得到的无功资源的投入容量的集中优化控制策略保存至所述数据库服务器中；所述监控终端检测第二设定时间是否已到，如果为是，所述监控终端从所述数据库服务器中调取对应时刻的策略，如果为否，则继续检测，直至到达所述第二设定时间；所述监控终端对调取的策略进行策略执行后的风险预评估计算；所述监控终端根据风险预评估计算结果判断执行调取的策略是否存在风险，如果为是，所述监控终端产生告警提示，如果为否，则执行下一步骤；所述监控终端产生无功资源集中优化调控策略，并通过通信机向所述SCADA系统下达调控指令，由所述SCADA系统执行该策略。
上述配电网无功资源集中优化调控方法，其中，所述监控终端从数据库服务器中调取SCADA系统的历史信息，并根据SCADA系统的历史信息对电网未来无功用电量负荷进行预测，所述预测包括长期无功用电量负荷预测及短期无功用电量负荷预测，其中，所述长期无功用电量负荷预测可预测未来一年的无功用电量负荷增长情况，所述短期无功用电量负荷预测可预测未来一天的无功用电量负荷情况。
上述配电网无功资源集中优化调控方法，其中，所述时间分配表包括预测的未来一天无功资源的分配情况和预测的未来一年无功资源的分配情况。
上述配电网无功资源集中优化调控方法，其中，所述无功资源的投入容量的集中优化控制策略是与时间相对应的，其包括未来一天无功资源的优化调控策略和未来一年无功资源的优化调控策略。
本发明配电网无功资源集中与分布调控系统及其方法，通过对现有的电网无功资源配置情况进行缺额评估及风险评估，或者进行缺额预评估及风险评估，产生电网无功资源分布式优化调控策略或者集中式优化调控策略，以提高电网的电压质量，从而提高电力系统运行的稳定性。
附图说明
本发明的配电网无功资源集中与分布调控系统及其方法由以下的实施例及附图给出。
图1是本发明实施例的配电网无功资源集中与分布调控系统的示意图。
图2是本发明实施例的配电网无功资源分布式优化调控方法的流程图。
图3是本发明实施例的配电网无功资源集中优化调控方法的流程图
具体实施方式
以下将结合图1～图3对本发明的配电网无功资源集中与分布调控系统及其方法作进一步的详细描述。
图1所示为本发明配电网无功资源集中与分布调控系统一较佳实施例的示意图，本实施例的配电网无功资源集中与分布调控系统包括第一通信机100、第二通信机200、第一数据库服务器300、第二数据库服务器400、第一监控终端500和第二监控终端600；
所述第一通信机100和第二通信机200通过交换机801与数据采集与监视控制(Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA)系统700连接，以实时获取所述SCADA系统700的信息；
所述SCADA系统700是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统，它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能，所述SCADA系统700已广泛应用于电力系统；
所述第一通信机100和第二通信机200均采用标准化接口获取所述SCADA系统700的模拟量及数字量数据，例如，所述标准化接口包括IEC61970CIM/CIS接口和IEC 60870-5-104接口，其中，所述IEC61970CIM/CIS接口为模拟接口，通过该接口可获得设备信息及设备拓扑连接信息，所述IEC 60870-5-104接口为通信接口，通过该接口可获得设备的实时数据信息并可对设备进行控制；
为了保证安全性，本实施例在所述第一通信机100和第二通信机200与所述SCADA系统700之间增设物理隔离设备802，即所述第一通信机100和第二通信机200均通过所述物理隔离设备802与所述交换机801连接，所述交换机801与所述SCADA系统700连接；
所述第一通信机100、第二通信机200、第一数据库服务器300、第二数据库服务器400、第一监控终端500和第二监控终端600之间通过两根网络线803和804相互连接，采用TCP/IP协议进行网络通信；
所述第一通信机100和第二通信机200用于实时获取所述SCADA系统700的信息并对信息进行过滤处理；
所述第一数据库服务器300和第二数据库服务器400均包括实时数据库和历史数据库，其中，所述实时数据库是分布式实时库，可根据服务器节点的定义灵活的创建面向应用的实时数据库，所述历史数据库提供统一功能的访问接口函数，支持Oracle数据库、SQL Server等。
本实施例的配电网无功资源集中与分布调控系统采用了双网双服务器结构(两台通信机、两台数据库服务器和两个监控终端之间采用两根网络线连接)，实现了网络冗余及服务器冗余配置，提高了系统的运行速度及可靠性。
但是，本发明配电网无功资源集中与分布调控系统对通信机、数据库服务器、监控终端和网络线的数量均不做限制，可根据实际需要任意选择配备的数量。
图2是本发明一较佳实施例的配电网无功资源分布式优化调控方法，包括以下步骤：
步骤S101，通信机实时获取SCADA系统的信息；
所述SCADA系统的信息包括SCADA系统的模拟量及数字量数据，所述通信机通过IEC61970CIM/CIS接口获取所述SCADA系统的模拟量数据，通过IEC60870-5-104接口获取所述SCADA系统的数字量数据；
步骤S102，所述通信机对获取的SCADA系统的信息进行判断，将错误数据剔除过滤掉；
步骤S103，过滤处理后的SCADA系统信息保存至数据库服务器中，同时，监控终端根据过滤处理后的SCADA系统信息进行电网运行状态识别；
电网运行状态包括正常、告警和紧急三种状态；
步骤S104，所述监控终端根据过滤处理后的SCADA系统信息判断电网的电压是否合格，如果为是，返回步骤S101，如果为否，执行步骤S105；
步骤S105，所述监控终端进行无功资源缺额计算；
所述监控终端采用灵敏度分析法计算无功资源缺额；
步骤S106，所述监控终端根据缺额计算的结果以及电网中各个母线节点的无功资源配置情况判断各个母线节点是否有足够的无功容量可投入或切除，对于相应母线节点有足够的无功容量可投入或者切除的，直接执行步骤S109，对于相应母线节点无足够的无功容量可投入或者切除的，则先执行步骤S107和步骤S108后，再执行步骤S109；
步骤S107，所述监控终端进行无功资源的分层及分区平衡计算；
所述无功资源分层平衡计算是指对所监控的电网内无功资源及无功负荷按照电压等级进行分层，分别进行统计计算，以判断各个电压等级层无功资源与无功负荷的平衡状况；所述无功资源分区平衡计算是将所监控的电网内无功资源及无功负荷以一次变电站最高电压等级母线节点作为初始节点，由该节点供电的所有设备形成一个统计区域，分别对各个区域内的无功资源和无功负荷进行统计计算，从而可以判断出各个区域的无功资源与无功负荷的平衡情况；
步骤S108，所述监控终端根据步骤S107的计算结果产生相应控制策略；
所述相应控制策略是指，当依据S106步骤计算后发现，为了满足电压质量的要求，对应的母线节点应投入相应的无功资源，而实际配置上，该节点又无相应的无功资源可进行调控后，启动S107步骤，进行无功资源分层及分区平衡计算，如果通过分层计算发现本层无法做到无功资源与无功负荷平衡，也就是说本层没有无功资源可调，则选取上层无功资源进行控制，如果通过分层计算发现本层还有无功资源可调控，则对本层其它母线节点上的无功资源进行调控操作；
步骤S109，所述监控终端进行无功容量投入或切除后风险评估计算；
所述风险评估计算包括对电网的安全性评估计算及经济性评估计算，其中，所述安全性评估计算包括在任意时间断面下，按照电力系统的N-1，N-2，...，N-N的原则，进行电网的安全性评估计算，所述经济性评估计算是指在特定的历史断面下电网损耗评估计算；
步骤S110，所述监控终端根据步骤S109的计算结果判断是否存在风险，如果为是，执行步骤S111，如果为否，则执行步骤S112；
步骤S111，所述监控终端产生告警提示；
在投入或者切除相应无功资源设备前，需要进行调控后电网安全性与经济性校验，当校验不合格时，需向调度人员发出警告提示，由调度人员进行人工确认后，或者执行操作，或者取消操作；
步骤S112，所述监控终端产生无功资源分布式优化调控策略，并通过所述通信机向所述SCADA系统下达调控指令，由所述SCADA系统执行该无功资源分布式优化调控策略；
所述分布式优化调控策略是依据实际负荷的变化进行无功平衡的调控策略；
步骤S113，返回步骤S101。
本实施例中，该分布式优化调控方法的运行周期为5分钟，即步骤S101至步骤S112每5分钟执行一次。
本实施例的配电网无功资源分布式优化调控方法根据SCADA系统的实时信息产生无功资源分布式优化调控策略，该分布式优化调控方法通过对实际的电网无功资源配置情况进行缺额评估及风险评估，产生电网无功资源分布式优化调控策略，可大大提高电网的电压质量，从而提高电力系统运行的稳定性；
本实施例的配电网无功资源分布式优化调控方法用于当前调控，使无功资源与无功负荷近似平衡。
图3是本发明一较佳实施例的配电网无功资源集中优化调控方法，包括以下步骤：
步骤S201，监控终端检测第一设定时间是否已到，如果为是，执行步骤S202，如果为否，则继续检测；
步骤S202，所述监控终端启动无功用电量负荷预测；
所述监控终端从数据库服务器中调取SCADA系统的历史信息，并根据SCADA系统的历史信息对电网未来无功用电量负荷进行预测，所述预测包括长期无功用电量负荷预测及短期无功用电量负荷预测，其中，所述长期无功用电量负荷预测可预测未来一年的无功用电量负荷增长情况，所述短期无功用电量负荷预测可预测未来一天的无功用电量负荷情况；
步骤S203，所述监控终端对步骤S202得到的无功用电量负荷预报进行专家修正；
步骤S204，所述监控终端根据专家修正后的无功用电量负荷预报计算无功资源的时间分配，得到无功资源的时间分配表；
所述时间分配表包括预测的未来一天无功资源的分配情况和预测的未来一年无功资源的分配情况；
步骤S205，所述监控终端按照步骤S204得到的无功资源的时间分配表，依据专家修正后的无功用电量负荷预报计算无功资源的投入容量的集中优化控制策略；
所述无功资源的投入容量的集中优化控制策略包括未来一天无功资源的优化调控策略和未来一年无功资源的优化调控策略，即所述无功资源的投入容量的集中优化控制策略是与时间相对应的；
步骤S206，将步骤S205得到的策略保存至所述数据库服务器中；
步骤S205得到的策略并不立即执行，本发明为该策略的执行设定时间，而且执行该策略前还需进行风险评估；
步骤S207，所述监控终端检测第二设定时间是否已到，如果为是，执行步骤S207，如果为否，则继续检测；
所述第二设定时间为执行步骤S205得到的策略的时间；
步骤S208，所述监控终端从所述数据库服务器中调取对应时刻的策略；
步骤S209，所述监控终端对步骤S208调取的策略进行策略执行后的风险预评估计算；
步骤S210，所述监控终端根据步骤S209的计算结果判断执行步骤S208调取的策略是否存在风险，如果为是，所述监控终端产生告警提示，如果为否，则执行步骤S211；
步骤S211，所述监控终端产生无功资源集中优化调控策略，并通过通信机向所述SCADA系统下达调控指令，由所述SCADA系统执行该策略。
本实施例的配电网无功资源集中优化调控方法根据SCADA系统的历史断面数据，对未来的无功用电量负荷进行预测，并依据无功用电量负荷预测的结果及现有的网络无功资源配置情况进行缺额预评估及风险预评估，从而得出电网无功资源未来的优化配置策略，以提高电压质量，从而提高电力系统运行的稳定性。
本实施例的配电网无功资源集中优化调控方法可使无功资源与无功负荷基本平衡。
Claims (10)
1.一种配电网无功资源集中与分布调控系统，其特征在于，包括通信机、数据库服务器和监控终端；
所述通信机通过标准化接口与外部数据采集与监视控制SCADA系统连接，以实时获取所述SCADA系统的信息；
所述通信机、数据库服务器和监控终端之间通过网线相互连接。
2.如权利要求1所述的配电网无功资源集中与分布调控系统，其特征在于，所述标准化接口包括IEC61970 CIM/CIS接口和IEC 60870-5-104接口，其中，所述IEC61970 CIM/CIS接口用于获取SCADA系统的模拟量数据，所述IEC60870-5-104接口用于获取SCADA系统的数字量数据。
3.如权利要求1所述的配电网无功资源集中与分布调控系统，其特征在于，包括实时数据库和历史数据库，其中，所述实时数据库是分布式实时库，可根据服务器节点的定义灵活的创建面向应用的实时数据库，所述历史数据库提供统一功能的访问接口函数。
4.一种配电网无功资源分布式优化调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
通信机实时获取SCADA系统的信息；
所述通信机对获取的SCADA系统的信息进行判断，将错误数据剔除过滤掉；
过滤处理后的SCADA系统信息保存至数据库服务器中，同时，监控终端根据过滤处理后的SCADA系统信息进行电网运行状态识别；
所述监控终端根据过滤处理后的SCADA系统信息判断电网的电压是否合格，如果为是，返回所述通信机实时获取SCADA系统信息的步骤，如果为否，则执行下一步骤；
所述监控终端进行无功资源缺额计算；
所述监控终端根据缺额计算的结果以及电网中各个母线节点的无功资源配置情况判断各个母线节点是否有足够的无功容量可投入或切除，如果相应母线节点有足够的无功容量可投入或者切除，所述监控终端进行无功容量投入或切除后风险评估计算；如果相应母线节点无足够的无功容量可投入或者切除，所述监控终端进行无功资源的分层以及分区平衡计算，并根据计算结果产生相应控制策略，再进行无功容量投入或切除后风险评估计算；
所述监控终端根据风险评估计算结果判断是否存在风险，如果为是，所述监控终端产生告警提示，如果为否，则所述监控终端产生无功资源分布式优化调控策略，并通过所述通信机向所述SCADA系统下达调控指令，由所述SCADA系统执行该无功资源分布式优化调控策略；
返回所述通信机实时获取SCADA系统信息的步骤。
5.如权利要求4所述的配电网无功资源分布式优化调控方法，其特征在于，所述监控终端采用灵敏度分析法计算无功资源缺额。
6.如权利要求4所述的配电网无功资源分布式优化调控方法，其特征在于，所述无功容量投入或切除后风险评估计算包括对电网的安全性评估计算及经济性评估计算，其中，所述安全性评估计算包括在任意时间断面下，按照电力系统的N-1，N-2，...，N-N的原则，进行电网的安全性评估计算，所述经济性评估计算是指在特定的历史断面下电网损耗评估计算。
7.一种配电网无功资源集中优化调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
监控终端检测第一设定时间是否已到，如果为是，所述监控终端启动无功用电量负荷预测，如果为否，则继续检测，直至到达所述第一设定时间；
所述监控终端对得到的无功用电量负荷预报进行专家修正；
所述监控终端根据专家修正后的无功用电量负荷预报计算无功资源的时间分配，得到无功资源的时间分配表；
所述监控终端按照得到的无功资源的时间分配表，依据专家修正后的无功用电量负荷预报计算无功资源的投入容量的集中优化控制策略；
将得到的无功资源的投入容量的集中优化控制策略保存至所述数据库服务器中；
所述监控终端检测第二设定时间是否已到，如果为是，所述监控终端从所述数据库服务器中调取对应时刻的策略，如果为否，则继续检测，直至到达所述第二设定时间；
所述监控终端对调取的策略进行策略执行后的风险预评估计算；
所述监控终端根据风险预评估计算结果判断执行调取的策略是否存在风险，如果为是，所述监控终端产生告警提示，如果为否，则执行下一步骤；
所述监控终端产生无功资源集中优化调控策略，并通过通信机向所述SCADA系统下达调控指令，由所述SCADA系统执行该策略。
8.如权利要求7所述的配电网无功资源集中优化调控方法，其特征在于，所述监控终端从数据库服务器中调取SCADA系统的历史信息，并根据SCADA系统的历史信息对电网未来无功用电量负荷进行预测，所述预测包括长期无功用电量负荷预测及短期无功用电量负荷预测，其中，所述长期无功用电量负荷预测可预测未来一年的无功用电量负荷增长情况，所述短期无功用电量负荷预测可预测未来一天的无功用电量负荷情况。
9.如权利要求7所述的配电网无功资源集中优化调控方法，其特征在于，所述时间分配表包括预测的未来一天无功资源的分配情况和预测的未来一年无功资源的分配情况。
10.如权利要求7所述的配电网无功资源集中优化调控方法，其特征在于，所述无功资源的投入容量的集中优化控制策略是与时间相对应的，其包括未来一天无功资源的优化调控策略和未来一年无功资源的优化调控策略。
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