CN103928988A - 一种合环换电测控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合环换电测控系统，包括电网参数检测模块、开关量检测模块、处理器、通讯接口和合环控制模块。处理器根据电网参数检测模块获得的电网参数后根据预设计算规则计算合环时机，当通过通讯接口接收到合环命令后再根据开关量检测模块获得的合环断路器的开关量选择最佳合环时机输出合环信号，合环控制器接收到合环信号后控制合环断路器进行合环操作。由于本实施例的合环测控系统不是根据合环命令直接进行合环操作，而是根据合环命令选择最佳合环时机，能够避免出现较大的冲击电流，也就不会导致断路器爆炸、环路保护越级跳闸等事故，从而能够保证配电网络的供电可靠性。

Description

一种合环换电测控系统

技术领域

本申请涉电力技术领域，更具体地说，涉及一种合环换电测控系统。

背景技术

在现代配电网络的运行过程中，双向供电和多电源供电的供电模式日益增多，使得负荷转移、停电检修、或突发事件的情况更为普遍，为了提高供电可靠性，不停电转移负荷使合环操作成为配电网运行管理中常用的操作手段。然而，合环换电操作可能产生较大的合环冲击电流，为系统安全稳定运行带来了不小的风险，甚至会导致断路器爆炸、环路保护越级跳闸等事故，进而导致的大面积停电。

因此亟需一种合环换电测控系统，用于保证配电网络的供电可靠性。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种合环换电测控系统，用于进行安全的合环换电操作，以保证配电网络的供电可靠性。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种合环换电测控系统，包括：

电网参数检测模块，配置为用于检测配置有三个合环端口变电所的电网的电网参数；

开关量检测模块，配置为用于检测所述三个合环端口的断路器的开关量；

处理器，配置为用于根据所述电网参数和预设计算规则计算合环时机，当接收到合环指令后根据所述合环时机输出合环信号；

通讯接口，与所述处理器相连接，用于接收所述合环命令；

合环控制模块，配置为用于根据所述合环信号控制合环断路器进行合环操作。

优选的，所述电网参数检测模块包括：

传感器单元，配置为用于检测所述电网的电网参数信号；

信号变化电路，配置为用于对所述电网参数信号进行电压变换；

低通滤波电路，配置为用于对电压变换后的所述电网参数信号进行低通滤波；

模数转换电路，配置为用于对低通滤波后的所述电网参数信号进行模数转换，并生成所述电网参数。

优选的，所述传感器单元包括：

一段母线电压传感器，配置为用于检测所述电网的一段母线的电压并输出一段母线电压信号，所述一段母线电压信号用于经过所述模数转换电路转换为一端母线电压；

二段母线电压传感器，配置为用于检测所述电网的二段母线的电压并输出二段母线电压信号，所述二段母线电压信号用于经过所述模数转换电路转换为二段母线电压；

1号站变电压传感器，配置为用于检测所述电网的1号站变的高压侧的电压并输出1号站变电压信号，所述1号站变电压信号用于经过所述模数转换电路转换为1号站变电压；

2号站变电压传感器，配置为用于检测所述电网的2号站变的高压侧的电压并输出2号站变电压信号，所述2号站变电压信号用于经过所述模数转换电路转换为2号站变电压；

1号进线电流传感器，配置为用于检测所述电网的1号进线的电流信号并输出1号进线电流信号，所述1号进线电流信号用于经所述模数转换电路转换为1号进线电流；

2号进线电流传感器，配置为用于检测所述电网的2号进线的电流信号并输出2号进线电流信号，所述2号进线电流信号用于经所述模数转换电路转换为2号进线电流；

和，

母线分段电流传感器，配置为用于检测所述电网的母线之间的电流并输出母线分段电流信号，所述母线分段电流信号用于经所述模数转换电路转换为母线分段断流；

所述电网参数包括所述一段母线电压、所述二段母线电压、所述1号站变电压、所述2号站变电压、所述1号站进线电流、所述2号站进线电流和所述母线分段电流。

优选的，所述开关量检测模块包括：

三个状态检测电路，配置为用于分别检测所述三个断路器的开关状态并输出所述开关量；

和，

第一光电隔离电路，配置为用于将所述开关量输出到所述处理器。

优选的，所述合环控制模块包括：

第二光电隔离电路，配置为用于接收并输出所述合环信号；

和，

出口继电器，配置为用于根据所述第二光电隔离电路输出的所述合环信号控制所述合环断路器进行合环操作。

优选的，所述通讯接口包括RS485接口和RJ-45接口，用于接收所述电网的集控中心发出的所述合环命令，并将所述处理器根据合环信息生成的报文信息上传到所述集控中心。

优选的，还包括：

显示装置，与所述处理器相连接，用于显示所述合环断路器的状态、所述一段母线电压、所述二段母线电压、以及母线之间的电压差和相位差。

优选的，还包括多个指示灯；

所述多个指示灯分别用于显示所述处理器的运行状态、与所述集控中心的通讯状态、远方/就地控制状态、是否允许合环标志和/或自检及通讯异常报警。

优选的，还包括：

键盘，与所述处理器相连接，配置为用于就地接收控制人员指令并输出所述合环命令。

优选的，所述显示装置为液晶触摸屏，并配置有所述键盘。

从上述技术方案可以看出，本申请提供了一种合环换电测控系统，包括电网参数检测模块、开关量检测模块、处理器、通讯接口和合环控制模块。处理器根据电网参数检测模块获得的电网参数后根据预设计算规则计算合环时机，当通过通讯接口接收到合环命令后再根据开关量检测模块获得的合环断路器的开关量选择最佳合环时机输出合环信号，合环控制器接收到合环信号后控制合环断路器进行合环操作。由于本实施例的合环测控系统不是根据合环命令直接进行合环操作，而是根据合环命令选择最佳合环时机，能够避免出现较大的冲击电流，也就不会导致断路器爆炸、环路保护越级跳闸等事故，从而能够保证配电网络的供电可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请提供的辐射型配电网的配电所系统配置图；

图2为本申请提供的配电环网系统冲击电流计算模型；

图3为本申请提供的配电环网系统冲击电流计算模型的等值模型；

图4为本申请实施例提供的一种合环换电测控系统的结构图；

图5为本申请实施例提供的信号变换电路的电路图；

图6为本申请另一实施例提供的一种合环换电测控系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

针对双辐射带母线联络开关的辐射型配电网，由于供电连续性要求，需要可能的合环点较多。图1所示为辐射型配电网的配电所系统配置图，正常运行时合环点联络开关10断开，网络保持辐射状，当设备检修或倒负荷时合上合环点的合环点联络开关10时，由于合环点两侧电压差的存在，势必在环网系统中产生冲击电流。

对系统做适当等值简化以方便对冲击电流的计算和分析。略去图中负荷对冲击电流的影响，对于10kV及以下电压级的架空线路，不计线路电纳；对于合环开关所在联络线路部分，使用集中参数模型，不考虑合环开关在线路中的位置分布及作用。系统合环线路外其他部分用等值负荷处理，由于等值负荷和线路阻抗比很大，故在计算冲击电流时可忽略不计，可得如图2和图3所示的冲击电流计算模型及其等值模型。

${\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{MAX}}\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\α})=\mathrm{Ri}+L\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}$

$i\left(t\right)=i_k\left(t\right)+i_p\left(t\right)=C_1{e}^{-(R/L)t}+\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{MAX}}}{\sqrt{R^2+{\mathrm{\ω}}^2{L}^2}}\sin [\mathrm{\ωt}+\mathrm{\α}-{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\ωL}}{R}\right)]$

合环前瞬间电感上没有冲击电流通过，可以求出C₁，可得：

$i\left(t\right)=i_k\left(t\right)+i_p\left(t\right)=e^{-(R/L)t}+\frac{-{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{MAX}}}{\sqrt{R^2+{\mathrm{\ω}}^2{L}^2}}\sin [\mathrm{\α}-{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\ωL}}{R}\right)]+\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{MAX}}}{\sqrt{R^2+{\mathrm{\ω}}^2{L}^2}}\sin [\mathrm{\ωt}+\mathrm{\α}-{\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\ωL}}{R}\right)]$

令 $M=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{\mathrm{MAX}}}{\sqrt{R^2+{\mathrm{\ω}}^2{L}^2}}$

M即为合环电流周期分量的幅值，为周期分量和ΔU_MAX间的相角。

从合环冲击电流i(t)完全表达式看出，理论上只要通过有效调节两侧电源的电压，控制断口电压差ΔU幅值为0，就能将合环冲击电流的暂态分量i_k(t)及稳态分量i_p(t)控制在接近0的范围内；但实际上由于两电源的可调整的负荷有限、配电所补偿电容大小及主变档位等其他条件限制，一般不能达到上述理想状态，然而通过上述有效调节两侧电源的电压，控制断口电压差ΔU幅值在较小范围内，再通过调节环路L/R比值，控制合环时断口两侧相位差α，使控制合环时断口两侧相位差α接近就能将合环冲击电流降低到最小的程度，从而达到降低合环冲击电流的目的，为实现此目的，特提出如下实施例。

实施例一

图4为本申请实施例提供的一种合环换电测控系统的结构图。

如图4所示，本实施例提供的合环换电测控系统包括电网参数检测模块、开关量检测模块、处理器、通讯接口和合环控制模块。其中处理器分别与电网参数检测模块、开关量检测模块、通讯接口、合环控制模块相连接。

电网参数检测模块用于检测配置有三个合环端口的变电所的电网的电网参数。电网参数包括电网的一端母线电压、二段母线电压、1号站变电压、2号站变电压、1号进线电流、2号进线电流和母线分段电流。

开关量检测模块用于检测三个合环端口的相应合环断路器的开关量。通讯端口用于从电网的集控中心接收合环命令。

通讯接口用于接收电网的集控中心发出的合环命令，并输出到处理器。

处理器用于对电网参数进行计算，根据预设计算规则得到合环时机，当接收到合环命令后根据合环时机和开关量检测模块输出的开关量输出合环信号。

合环控制模块用于当接收到合环信号后控制合环断路器进行合环操作。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种合环换电测控系统，包括电网参数检测模块、开关量检测模块、处理器、通讯接口和合环控制模块。处理器根据电网参数检测模块获得的电网参数后根据预设计算规则计算合环时机，当通过通讯接口接收到合环命令后再根据开关量检测模块获得的合环断路器的开关量选择最佳合环时机输出合环信号，合环控制器接收到合环信号后控制合环断路器进行合环操作。由于本实施例的合环测控系统不是根据合环命令直接进行合环操作，而是根据合环命令选择最佳合环时机，能够避免出现较大的冲击电流，也就不会导致断路器爆炸、环路保护越级跳闸等事故，从而能够保证配电网络的供电可靠性。

本实施例的电网参数检测模块包括用于检测电网参数信号的传感器单元、用于对电网参数信号进行电压变换的信号变换电路、用于对电压变换后的电网参数信号进行低通滤波的低通滤波电路和用于将低通滤波后的电网参数信号变换为电网参数的模数转换电路；

其中电网参数信号包括一段母线电压信号、二段母线电压信号、1号站变电压信号、2号站变电压信号、1号进线电流信号、2号进线电流信号和母线分段电流信号；

相应的传感器单元包括用于获取一段母线电压信号的一段母线电压传感器、用于获取二段母线电压信号的二段母线电压传感器、用于获取1号站变的1号站变电压传感器、用于获取2号站变电压信号的2号站变电压传感器、用于获取1号进线电流信号的1号进线电流传感器、用于获取2号进线电流信号的2号进线电流传感器和用于获取母线分段电流信号的母线分段电流传感器。

信号变换电路如图5所示。电网参数信号通过变换器T1转换成适合A/D输入的电平(5V),变换后的电压信号经过L1、C19抗干扰EMI滤波后，经过双向二极管V1及R19钳位，使输出信号不大于模数转换电路容许的输入电平。

然后经过低通滤波电路滤除谐波干扰。

上述低通滤波后的电网参数信号引入模数转换电路前，由于经历了较长的走线可能带来的干扰，须再进行一次低通滤波，然后利用模数转换芯片进行转换。

开关量检测模块包括分别用于检测三个断路器的开关状态的状态检测电路和用于将状态检测电路与处理器相连接的第一光电隔离电路。

开关量信号经过两个电阻及反向二极管限流、二极管钳位后将信号钳制在光电耦合器容许的电流电压下，经过光电耦合实现外部电路与处理器的电气隔离及信号传变，将断路器状态等开关量信号通过光电耦合器与处理器的相关引脚相连接。

合环控制模块包括用于接收合环信号的第二光电隔离电路，与光电隔离电路相连接的出口继电器，出口继电器用于根据合环信号对合环断路器进行合环作业。

通讯接口包括RS485接口和RJ-45接口，用于接收电网的集控中心发出的合环命令，并将处理器根据合环信息生成的报文信息上传到集控中心。

实施例二

图6为本申请另一实施例提供的一种合环换电测控系统的结构图。

如图6所示，本实施例是在上一实施例的基础上增设了分别与处理器相连接的显示装置、键盘和多个指示灯20。

显示装置用于显示合环断路器的状态、一段母线电压、二段母线电压、以及母线之间的电压差和相位差。

键盘用于就地接收控制人员指令并输出合环命令，作为本地合环操作的控制端。

显示装置优选液晶触摸屏，同时还可以集成上述的键盘。

多个指示灯20分别用于显示处理器的运行状态、与集控中心的通讯状态、远方/就地控制状态、是否允许合环标志和/或自检及通讯异常报警。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种合环换电测控系统，其特征在于，包括：

电网参数检测模块，配置为用于检测配置有三个合环端口变电所的电网的电网参数；

开关量检测模块，配置为用于检测所述三个合环端口的断路器的开关量；

处理器，配置为用于根据所述电网参数计算合环时机，当接收到合环指令后根据所述合环时机输出合环信号；

通讯接口，与所述处理器相连接，用于接收所述合环命令；

合环控制模块，配置为用于根据所述合环信号控制合环断路器进行合环操作。

2.如权利要求1所述的合环换电测控系统，其特征在于，所述电网参数检测模块包括：

传感器单元，配置为用于检测所述电网的电网参数信号；

信号变化电路，配置为用于对所述电网参数信号进行电压变换；

低通滤波电路，配置为用于对电压变换后的所述电网参数信号进行低通滤波；

模数转换电路，配置为用于对低通滤波后的所述电网参数信号进行模数转换，并生成所述电网参数。

3.如权利要求2所述的合环换电测控系统，其特征在于，所述传感器单元包括：

一段母线电压传感器，配置为用于检测所述电网的一段母线的电压并输出一段母线电压信号，所述一段母线电压信号用于经过所述模数转换电路转换为一端母线电压；

二段母线电压传感器，配置为用于检测所述电网的二段母线的电压并输出二段母线电压信号，所述二段母线电压信号用于经过所述模数转换电路转换为二段母线电压；

1号站变电压传感器，配置为用于检测所述电网的1号站变的高压侧的电压并输出1号站变电压信号，所述1号站变电压信号用于经过所述模数转换电路转换为1号站变电压；

2号站变电压传感器，配置为用于检测所述电网的2号站变的高压侧的电压并输出2号站变电压信号，所述2号站变电压信号用于经过所述模数转换电路转换为2号站变电压；

1号进线电流传感器，配置为用于检测所述电网的1号进线的电流信号并输出1号进线电流信号，所述1号进线电流信号用于经所述模数转换电路转换为1号进线电流；

2号进线电流传感器，配置为用于检测所述电网的2号进线的电流信号并输出2号进线电流信号，所述2号进线电流信号用于经所述模数转换电路转换为2号进线电流；

和，

母线分段电流传感器，配置为用于检测所述电网的母线之间的电流并输出母线分段电流信号，所述母线分段电流信号用于经所述模数转换电路转换为母线分段断流；

所述电网参数包括所述一段母线电压、所述二段母线电压、所述1号站变电压、所述2号站变电压、所述1号站进线电流、所述2号站进线电流和所述母线分段电流。

4.如权利要求1所述的合环换电测控系统，其特征在于，所述开关量检测模块包括：

三个状态检测电路，配置为用于分别检测所述三个断路器的开关状态并输出所述开关量；

和，

第一光电隔离电路，配置为用于将所述开关量输出到所述处理器。

5.如权利要求1所述的合环换电测控系统，其特征在于，所述合环控制模块包括：

第二光电隔离电路，配置为用于接收并输出所述合环信号；

和，

出口继电器，配置为用于根据所述第二光电隔离电路输出的所述合环信号控制所述合环断路器进行合环操作。

6.如权利要求1所述的合环换电测控系统，其特征在于，所述通讯接口包括RS485接口和RJ-45接口，用于接收所述电网的集控中心发出的所述合环命令，并将所述处理器根据合环信息生成的报文信息上传到所述集控中心。

7.如权利要求1～6任一项所述的合环换电测控系统，其特征在于，还包括：

显示装置，与所述处理器相连接，用于显示所述合环断路器的状态、所述一段母线电压、所述二段母线电压、以及母线之间的电压差和相位差。

8.如权利要求7所述的合环换电测控系统，其特征在于，还包括多个指示灯；

所述多个指示灯分别用于显示所述处理器的运行状态、与所述集控中心的通讯状态、远方/就地控制状态、是否允许合环标志和/或自检及通讯异常报警。

9.如权利要求8所述的合环换电测控系统，其特征在于，还包括：

键盘，与所述处理器相连接，配置为用于就地接收控制人员指令并输出所述合环命令。

10.如权利要求9所述的合环换电测控系统，其特征在于，所述显示装置为液晶触摸屏，并配置有所述键盘。