CN103683498B - 电网调度系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网调度系统，包括调度中心、若干控制站、和多个测控端；调度中心包括故障检测单元、实时负荷计算单元、短期负荷预测单元、备用电源控制单元、无功补偿单元、和报文单元，各单元通过通信总线相连；调度中心、控制站、测控端同完成对电网的调度，调度中心是核心，调度中心的各单元彼此相互通信，协同工作，完成对整个电网的调度任务。
Description
技术领域
本发明属于输配电领域，尤其涉及一种电网调度系统。
背景技术
随着跨区互联电网的形成和规模的不断扩大，电网的运行特性和调度控制越来越复杂，以往的人工调度方法已不能满足电网发展的要求，这就要求在电网调度中实现自动化、智能化。电网调度系统要求采用集约化系统，提供对电网运行进行监视、分析、控制、调度计划编制、预警、和评估的功能，但现有的电网调度系统还不能完全实现上述功能，自动化，智能化水平低。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种电网调度系统。
一种电网调度系统，包括调度中心、多个控制站、和多个测控端；
调度中心具有主机和备机，主、备机拥有相同的系统结构和数据，主机进行主服务计算，备机作为热备用，当主机发生故障时备机启用；
主机包括故障检测单元、实时负荷计算单元、短期负荷预测单元、备用电源控制单元、无功补偿单元、和报文单元，各单元通过通信总线相连；
实时负荷计算单元，基于PSASP，以PQ分解法计算电网实时负荷，包括计算电网有功功率、无功功率、功率因数；
短期负荷预测单元，采用BP神经网络预测短期电网负荷，BP神经网络的激励函数采用Gauss函数，BP神经网络的输入参数包括温度、湿度和降雨量；
故障检测单元，用以检测是否存在故障并输出电网故障信号；
备用电源控制单元，用于接收实时负荷计算单元计算的电网实时负荷、短期负荷预测单元预测的短期电网负荷、和故障检测单元输出的电网故障信号，如果所接收的电网故障信号表示电网断电，或者所接收的电网的实时负荷或预测的短期电网负荷中任意一个超出设定值，则将备用电源投入电网；
无功补偿单元，接收实时负荷计算单元计算的电网的功率因数，根据功率因数计算各控制站需要的无功补偿值，将各控制站需要的无功补偿值下发至对应的各控制站，各控制站根据其测控端的数量和调度中心下发的无功补偿值计算每个测控端所需的无功补偿值，然后将每个测控端所需的无功补偿值下发至对应的测控端，各测控端所需的无功补偿值之和等于各控制站所需的无功补偿值，各测控端根据每个测控端所需的无功补偿值的大小，调整机械式投切电容器(MSC)和晶闸管控制的电抗器(TCR)的无功补偿量；
所述根据电网的功率因数或各控制站的功率因数计算各控制站所需要的无功补偿值，包括：无功补偿单元根据电网的功率因数计算整个电网所需的无功补偿值，根据控制站的数量计算平均每个控制站所需的无功补偿值，或者根据各个控制站容量的大小，按容量大小的比例计算各控制站所需要的无功补偿值；或者无功补偿单元根据实时计算单元计算得到的各控制站的功率因数和采集到的各控制站的电压、电流值，分别计算出各控制站所需的无功补偿值；
报文单元，保存并接收其他单元运行中的重要数据，生成日报文、月报文。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：能实现对电网运行的分析、控制、故障判断、负荷预测、备用电源控制等功能，提高了电网调度中的自动化，智能化水平。
附图说明
图1是电网调度系统结构示意图；
图2是测控端无功补偿装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，本发明的电网调度系统包括调度中心、若干控制站、和多个测控端；
调度中心采用主、备机模式，主、备机拥有相同的系统结构和数据，一台主机进行主服务计算，另一台备机作为热备用，当主机发生故障时备用机启用，通过这种方式提高了调度中心的系统安全性。
调度中心包括故障检测单元、实时负荷计算单元、短期负荷预测单元、备用电源控制单元、无功补偿单元、和报文单元，各单元通过通信总线相连；故障检测单元输出电网故障信号，实时负荷计算单元实时计算电网负荷，包括计算电网有功功率、无功功率、功率因数；短期负荷预测单元对电网短期内的负荷情况进行预测；备用电源控制单元控制电网内的备用电源的投切；无功补偿单元接收实时负荷计算单元计算的电网的功率因数，根据功率因数计算需要的无功补偿值；报文单元，保存并接收其他单元运行中的重要数据，生成日报文、月报文等，以供调度人员分析。调度中心还可以通过通信服务器将调度信息发送给调度员，这样当调度员不在调度中心时也可以获得调度信息，例如通信服务器可以采用GSM通信的方式，以短信的形式将调度信息发送至调度员的手机上。
各控制站通过网络经通信服务器与调度中心通信连接，各控制站包含其所控制的电网区段的控制策略，当没有接收到调度中心的调度指令时，各控制站采用自身的控制策略对控制站的区域电网进行调度，当接收到调度中心的调度指令根据调度中心的调度指令，对区域电网进行调度。控制站还将从各测试端收集到的电网信息(如电压、电流值、故障信息等)发送至调度中心，供调度中心计算、调度使用。控制站与多个测控端连接，对各测控端进行监控。
测控端位于调度系统的最低端，包括信号测量模块和执行模块，信号测量模块测量电网信息，包括电压、电流、故障等，并将这些信息发送给控制站；执行模块主要负责执行来自控制站的控制指令，例如闭合断路器、调节无功补偿值等。
调度中心是调度系统的核心，负责整个电网的调度，下面对调度中心的各单元做进一步详细介绍。
短期负荷预测单元
电力系统运行中，不但需保持负荷和发电容量的时刻平衡，还要保持一定的充裕性，即安排相应的备用电源/电网容量，为了更好的安排备用容量需要对电网的负荷进行预测分析，并通过通信总线将预测的负荷值发送给备用电源控制单元。
本发明在对电网负荷预测时采用BP神经网络预测方法。BP神经网络预测方法是广泛应用的一种预测方法，具有较强的非线性拟合能力，可以用来预测非线性时间序列数据的发展趋势。下面对如何利用BP神经网络来进行电网短期负荷预测进行详细说明。为对电网负荷进行准确预测首先需要确定影响电网负荷的参数/因数，将这些参数作为神经网络的输入。电网负荷与气象因素和历史值有关，气温的影响主要考虑温度、湿度和降雨量，因此将这些量作为输入参数；确定完输入参数后需要确定神经网络的结构，本发明根据负荷历史值、温度、湿度和降雨量等作为输入参数，其输出为预测的未来1周内的电网负荷，因此相应的神经网络为一个多输入单输出结构的神经网络，确定了输入输出数目可以根据经验公式2N-1，其中N是输入神经元个数，来确定隐含层神经元数，确定了神经元的数目后需要选定合适的激励函数，本发明选取Gauss函数作为BP神经网络的激励函数，该函数节点配置灵活、计算工作量小，克服了BP学习速度慢、易陷入局部极小和运算迭代量大等缺点。
在确定了神经网络结构后选取一定数量的历史数据样本进行网络训练，样本数量过少网络学习会不充分，预测结果不准确，且劣化了泛化能力；但样本过多也会导致网络预测能力降低，会出现训练过度问题。电力系统负荷数据具有日特性以及周特性，经过多次对不同数量样本的训练结果的对比，发现选取历史样本数量在3-6周时效果较好，因此本发明选取4周的样本进行神经网络训练。为了使BP神经网络运行在非线性为饱和区，需要对训练样本进行归一化处理，保证输入样本区间在[-1，+1]。归一化函数为：
其中y为归一化值，x为样本输入值，xmin为样本最小值，xmax为样本最大值。
在对神经网络训练完成后就可以输入实时测量到的温度、湿度、降雨量以及其它一些电网参数对电网负荷进行短期预测。
实时计算单元
以PSASP为核心，实时计算电网的负荷、功率因数等。PSASP(Power SystemAnalysis Software Package)是为了适应电力系统的新发展，由中国电力科学研究院推出的电力综合仿真软件，在具体计算时，首先根据电网的实际接线，在PSASP中编写/绘制电网的单线图，给定各元件参数值，之后将单线图转化为计算数据，检查数据无误后，采用PQ分解法进行负荷计算，PQ法以有功功率误差作为修正电压相量角度的依据，以无功功率误差作为修正电压幅值的依据，把有功和无功的迭代分开进行，计算速度快。计算的负荷中包含电网的有功功率、无功功率、功率因数等，实时计算单元可以根据电网参数计算电网总的功率因数，也可以根据各控制站上传的参数计算各控制站的功率因数，计算的结果以图形显示，并将这一负荷数据发送至短期负荷预测单元以使得短期负荷预测单元可以不断更新训练数据，调整神经网络值，使得预测结果更准确。将计算得到的功率因数发送至无功补偿单元，以调整电网的无功补偿大小。
无功补偿单元
为了提高功率因数，减少电网损失，需要进行无功补偿。本发明的无功补偿单元接收实时计算单元计算得到的电网的功率因数或各控制站的功率因数，将得到的功率因数值与设定的阈值进行对比当低于阈值时进行无功补偿，无功补偿单元可以根据电网的功率因数计算整个电网所需的无功补偿值，根据控制站的数量计算每个控制站平均所需的无功补偿值，这样将电网所需的无功补偿值均发至各个控制站，每个控制站所需的无功补偿值相同。无功补偿单元也可以根据各个控制站容量的大小，按比例将电网的无功补偿值分发至各个控制站，容量大的控制站所需分担的无功补偿值大，容量小的所需分担的无功补偿值小。或者无功补偿单元也可以根据实时计算单元计算得到的各控制站的功率因数和采集到的各控制站电压、电流等值，分别计算出各控制站所需的无功补偿值，将该值下发至各控制站。
各控制站根据其测控端的数量和调度中心下发给该控制站的无功补偿值计算每个测控端所需的无功补偿值，将每个测控端所需的无功补偿值下发至对应的测控端，各测控端所需的无功补偿值之和等于各控制站所需的无功补偿值。通过这种层层下发，各测控端就获得了需要补偿的无功补偿值得大小，测控端主要采用机械式投切电容器(MSC)+晶闸管控制的电抗器(TCR)的补偿方式，如图2所示，测控端执行模块包括无功补偿装置，无功补偿装置包括控制模块，例如可以是DSP等，控制模块通过RS485接口连接控制站，控制模块根据收到的控制站下发的无功补偿量和当前已投入的无功补偿量的差值，计算应投切的MSC数和驱动晶闸管的PWM脉冲的宽度，控制模块的I/0口连接输出继电器，输出继电器与多个接触器连接，接触器连接机械式投切电容器，控制模块通过PWM输出接口连接晶闸管驱动模块，晶闸管驱动模块与晶闸管控制的电抗器连接，以这种方式调节投入电网的MSC数和TCR中晶闸管的导通角，从而实现无功补偿值的调节。
控制模块还与电压互感器、电流互感器连接，控制模块接收电压互感器、电流互感器检测到的高压电网的电压电流值，根据检测到的电压、电流值计算电网功率因数，未收到控制站或调度中心无功补偿单元发出的无功控制指令时，根据其自身设定的功率因数，各测控端自行控制其所属的MSC数和TCR，调节测控端区段的功率因数，进行无功补偿。
备用电源控制单元
备用电源控制单元是在电网故障或其他原因使工作电源断开后、或预测电网超负荷时，将备用电源投入工作，恢复正常供电，是保证电力系统连续稳定供电的重要措施。本发明的备用电源控制单元与故障检测系统、实时计算单元、短期负荷预测单元通信连接，当接收到故障检测单元检测到的电网断电故障后将备用电源投入电网，或者当实时计算单元计算得到的负荷或短期负荷预测单元预测的负荷超出设定值，即电网超负荷运行时，将备用电源投入电网。
故障检测单元
根据收集的电网信息，进行短路、断路、过流、过压等故障判断，将故障信息发送给备用电源控制单元。
报文单元
报文单元与调度中心的其它各单元连接，接收其它各单元运行中的重要数据包括测量数据、报警信息、故障信息、控制信息等，将这些数据保存，生成日报文、月报文等，供调度人员对电网状态进行分析、判断，进一步的报文中的重要信息还可以经通信服务器以GSM方式采用短信的形式发送至调度人员的手机中。
本发明的电网调度系统调度中心、控制站、测控端同完成对电网的调度，调度中心是核心，调度中心的各单元彼此相互通信，协同工作，完成对整个电网的调度任务。
以上对本发明所提供的电网调度系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种电网调度系统，其特征在于：包括调度中心、多个控制站、和多个测控端；
调度中心具有主机和备机，主、备机拥有相同的系统结构和数据，主机进行主服务计算，备机作为热备用，当主机发生故障时备机启用；
主机包括故障检测单元、实时负荷计算单元、短期负荷预测单元、备用电源控制单元、无功补偿单元、和报文单元，各单元通过通信总线相连；
实时负荷计算单元，基于PSASP，以PQ分解法计算电网实时负荷，包括计算电网有功功率、无功功率、电网的功率因数、和各个控制站的功率因数；
短期负荷预测单元，采用BP神经网络预测短期电网负荷，BP神经网络的激励函数采用Gauss函数，BP神经网络的输入参数包括温度、湿度和降雨量；
故障检测单元，用以检测电网是否存在故障并输出电网故障信号；
备用电源控制单元，用于接收实时负荷计算单元计算的电网实时负荷、短期负荷预测单元预测的短期电网负荷、和故障检测单元输出的电网故障信号，如果所接收的电网故障信号表示电网断电，或者所接收的电网的实时负荷和短期电网负荷中的任意一个超出设定值，则将备用电源投入电网；
无功补偿单元，接收实时负荷计算单元计算的电网的功率因数或各控制站的功率因数，根据电网的功率因数或各控制站的功率因数计算各控制站所需要的无功补偿值，将各控制站所需要的无功补偿值下发至对应的各控制站，各控制站根据其测控端的数量和调度中心下发给该控制站的无功补偿值计算每个测控端所需的无功补偿值，然后将每个测控端所需的无功补偿值下发至对应的测控端，各测控端所需的无功补偿值之和等于各控制站所需的无功补偿值，各测控端根据每个测控端所需的无功补偿值的大小，调整机械式投切电容器(MSC)和晶闸管控制的电抗器(TCR)的无功补偿量；
所述根据电网的功率因数或各控制站的功率因数计算各控制站所需要的无功补偿值，包括：无功补偿单元根据电网的功率因数计算整个电网所需的无功补偿值，根据控制站的数量计算平均每个控制站所需的无功补偿值，或者根据各个控制站容量的大小，按容量大小的比例计算各控制站所需要的无功补偿值；或者无功补偿单元根据实时负荷计算单元计算得到的各控制站的功率因数和采集到的各控制站的电压、电流值，分别计算出各控制站所需的无功补偿值；
报文单元，保存并接收其他单元运行中的重要数据，生成日报文、月报文。
2.根据权利要求1所述的电网调度系统，其特征在于：调度中心通过通信服务器，以短信的方式，将调度信息发送至调度员的手机上。
3.根据权利要求1所述的电网调度系统，其特征在于：各控制站通过网络经通信服务器与调度中心通信连接，各控制站包含其所控制的电网区段的控制策略，当没有接收到调度中心的调度指令时，各控制站采用自身的控制策略对其所控制的电网区段进行调度，当接收到调度中心的调度指令时根据调度中心的调度指令，对区域电网进行调度。
4.根据权利要求1所述的电网调度系统，其特征在于：测控端，包括信号测量模块和执行模块，信号测量模块测量电网信息，电网信息包括电压、电流、和故障，并将电网信息发送至控制站；执行模块用于执行来自控制站的控制指令。
5.根据权利要求4所述的电网调度系统，其特征在于：执行模块包括无功补偿装置，无功补偿装置包括控制模块，控制模块的I/0口连接输出继电器，输出继电器与多个接触器连接，接触器连接机械式投切电容器，控制模块通过PWM输出接口连接晶闸管驱动模块，晶闸管驱动模块与晶闸管控制的电抗器连接，控制模块通过RS485接口连接控制站，控制模块根据收到的控制站下发的无功补偿值和当前已投入的无功补偿值的差值，计算应投切的机械式投切电容器(MSC)的数量和驱动晶闸管控制的电抗器(TCR)中的晶闸管的PWM脉冲的宽度。
6.根据权利要求5所述的电网调度系统，其特征在于：控制模块还与电压互感器、电流互感器连接，控制模块接收电压互感器、电流互感器检测到的电网的电压、电流值，根据检测到的电压、电流值计算电网功率因数，在未收到控制站或调度中心的无功补偿单元发出的无功补偿指令时，根据其自身设定的功率因数，各测控端自行控制其应投切的机械式投切电容器(MSC)的数量和驱动晶闸管控制的电抗器(TCR)中的晶闸管的PWM脉冲的宽度。
7.根据权利要求1所述的电网调度系统，其特征在于，所述采用BP神经网络预测短期电网负荷，包括：采用归一化函数对输入样本进行归一化处理，归一化函数为：其中y为归一化值，x为输入样本值，xmin为样本最小值，xmax为样本最大值。
8.根据权利要求1所述的电网调度系统，其特征在于，所述基于PSASP，以PQ分解法计算电网负荷，包括：根据电网的实际接线，在PSASP中绘制电网的单线图，给定各元件参数值，将单线图转化为计算数据，检查计算数据无误后，采用PQ分解法进行负荷计算。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: HANGZHOU WUSHI TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Effective date: 20150730 Owner name: STATE GRID CORPORATION OF CHINA HULUNBEIER ELECTRI Free format text: FORMER OWNER: HANGZHOU WUSHI TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20150730 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Dongsheng Inventor after: Lv Chaoyang Inventor after: Wang Yongguang Inventor after: Feng Jianguo Inventor after: Liu Yucheng Inventor after: Cao Chuncheng Inventor after: Wang Peng Inventor after: Ji Lei Inventor after: Wang Yichao Inventor after: Yu Jingfeng Inventor before: Wang Dongsheng Inventor before: Wang Yongguang Inventor before: Feng Jianguo |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: WANG DONGSHENG WANG YONGGUANG FENG JIANGUO TO: WANG DONGSHENG WANG YONGGUANG FENG JIANGUO LIU YUCHENG CAO CHUNCHENG WANG PENG JI LEI WANG YICHAO YU JINGFENG LV ZHAOYANG |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20150730 Address after: Henan Dai Lu Yuhang District of Hangzhou City, Zhejiang province 311100 No. 46 room 503 Applicant after: HANGZHOU WUSHI TECHNOLOGY Co.,Ltd. Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: HULUN BUIR ELECTRIC POWER BUREAU OF MONGOLIA ELECTRIC POWER Co.,Ltd. Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Applicant before: State Grid Corporation of China Applicant before: HANGZHOU WUSHI TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150902 Termination date: 20211126 |