CN104092288B - 智能变电站的备自投方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能变电站的备自投方法及装置，该方法包括步骤：S1：根据智能变电站中的设备的连接结构构建变电站的实时拓扑；S2：根据智能变电站内设备的带电和连通状态对实时拓扑进行分析，获得变电站在正常工作状态下的带电区，实时监测变电站的带电区，当监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区时，进入备自投动作逻辑；S3：执行备自投动作逻辑，返回步骤S1。该装置包括：拓扑构建模块、拓扑分析模块以及备自投执行模块。本发明采用构建变电站的实时拓扑的方式，实现完全的“无人化”的自动进行逻辑分析，自动执行备自投动作，保证实时、完全的自适应各种接线方式和各种运行方式的备自投动作。

Description

智能变电站的备自投方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统控制领域，尤其涉及一种智能变电站的备自投方法及装置。

背景技术

随着经济社会的发展，用户对供电可靠性的要求越来越高，为了保证电网供电的可靠性，保障比较重要的负荷不间断供电，通常采用两路独立电源对一个负荷供电，在正常方式下由一路电源供电，另一路备用，当供电电源由于故障或其他原因而停电失压时，备用电源自动投入继续供电，一般通过备自投装置实现切换。

现有备自投装置在各个需要装设备自投的地方分散，独立配置备自投装置，各备自投独立动作。且在变电站内，现有备自投的装设流程为，首先确定本变电站的需要装设备自投的几种运行方式，针对各种运行方式人工分析，需要装设的备自投模型，人工确定各个备自投的主供电源、备用电源、充放电逻辑、动作逻辑等、分析逻辑中所需要的信号信息，将其接入到相应的备自投端子上。这样保证了“分析到”的工作方式下的备自投逻辑可以自适应，这种自适应是一种伪自适应。当出现设备变更或其他原因造成的非预期工作方式下，备自投逻辑将不满足。

现有的备自投装置主要是针对内桥式接线方式，包括进线备自投，分段备自投，变压器备自投等。为提高供电可靠性，近年来许多其他接线方式的变电站也装设备自投装置，如单母线、单母线分段、扩大内桥、双母线等接线方式的变电站。多种类型的接线方式和多种类型的备自投逻辑给现有的备自投装置提出了更高的要求，同时为适应变电站的多种运行方式，维护人员需要编写复杂的逻辑，增大了维护量。当变电站出现设备变更或接线改变时，运行人员需要重新编制备自投的充放电和动作逻辑，工作量大，动作逻辑固定，降低了备自投的可靠性。另外，变电站各电压等级母线的分散备自投设备独立配置，不利于整个变电站备自投的协调动作。

发明内容

本发明目的在于提供一种智能变电站的备自投方法和装置，以解决当变电站出现设备变更或接线改变时，运行人员需要重新编制备自投的充放电和动作逻辑，工作量大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种智能变电站的备自投方法，包括以下步骤：

S1：根据智能变电站中的设备的连接结构构建变电站的实时拓扑；

S2：根据智能变电站内设备的带电和连通状态对实时拓扑进行分析，获得变电站在正常工作状态下的带电区，实时监测变电站的带电区，当监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区时，进入备自投动作逻辑；

S3：执行备自投动作逻辑，返回步骤S1。

作为本发明的方法的进一步改进：

步骤S1，包括以下步骤：将智能变电站中的设备分别作为节点，将智能变电站中的断路器作为连接两个节点之间的路径，并根据智能变电站的设备的连接结构构建由节点和路径组成的变电站实时拓扑。

在步骤S1中，当智能变电站中的任意两个设备之间不经断路器直接相连时，将两个设备作为一个节点。

执行备自投逻辑，包括以下步骤：.

S301：故障定位：找出故障所在位置，并识别故障节点；

S302：故障隔离：搜索并断开边界元件和故障元件之间的供电的路径，边界节点为位于停电区中且连接有开位开关的元件；

S303：网络重构：搜索并连通边界元件和现有带电区之间的恢复供电的路径，并合上路径对应变电站中的断路器。

步骤S301包括以下步骤：在实时拓扑中，从进线节点开始搜索故障所在位置，若进线节点在失电区中，则默认进线节点为故障元件；否则判断为断路器偷跳，判定在正常运行状态下为停电区供电的节点为故障节点；

步骤S302包括以下步骤：在实时拓扑的正常工作的带电区中，从边界节点开始搜索边界节点和故障节点之间的供电的路径，若中途搜索到节点为变压器元件时则停止搜索，并将搜索到的供电的路径所对应的断路器依次存储；从远离边界元件的方向开始，断开存储的供电的路径所对应的断路器，隔离故障节点；

步骤S303包括以下步骤：在隔离故障节点后的实时拓扑中，从边界元件开始，沿边界元件所连接的开位断路器的方向，搜索边界元件和正常工作的带电区之间的恢复供电的路径，将搜索到的路径所对应的断路器依次存储，若未搜索到恢复供电的路经，则判定备自投动作失败；根据搜索到的恢复供电的路径，从正常工作的带电区开始依次合上存储的恢复供电的路径对应的断路器。

在步骤S303完成后，方法还包括：

S304：监测变电站中的停电区是否成功恢复供电，若恢复供电，则判定备自投动作成功，返回步骤S1；若未恢复供电，则执行步骤S303，搜索并连通边界元件和现有带电区之间的另外路径。

步骤S2中，获得变电站在正常工作状态下的带电区，包括以下步骤：

在实时拓扑中，从进线节点开始搜索，将第一个有电的节点为根节点，依据广度优先算法搜索出与其相连的带电区域，作为变电站在正常工作状态下的带电区。

在步骤S2中，监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区，包括以下步骤：

监测实时拓扑的带电区中的节点，如果存在失电节点，则从该失电节点开始，搜索所有与该失电节点相连的停电节点，形成停电区；根据查询变电站内的手跳信号和\或遥跳信号，判断停电区是否由手跳或遥跳形成，如不是，即判定监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种智能变电站的备自投装置，其包括：

拓扑构建模块，用于根据变电站中的设备的连接结构构建变电站的实时拓扑；

拓扑分析模块，用于根据变电站内设备的带电和连通状态对实时拓扑进行分析，获得变电站在正常工作状态下的带电区，并实时监测变电站的带电区，当监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区时，触发备自投执行模块；以及

备自投执行模块，用于执行备自投动作逻辑。

作为本发明的进一步改进：

备自投执行模块包括：

故障定位单元，用于找出故障所在位置，并识别故障节点；

故障隔离单元，用于搜索并断开边界元件和故障元件之间的供电的路径，边界节点为位于停电区中且连接有开位开关的元件；以及

网络重构单元，用于搜索并连通边界元件和现有带电区之间的恢复供电的路径，还用于合上路径对应变电站中的断路器。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的智能变电站的备自投方法，采用构建变电站的实时拓扑的方式，实现变电站的连变电站内设备的带电和连通状态的实时准确的追踪，在实时准确的变电站的拓扑结构上实时监测变电站中的停电区，在此基础上进行备自投逻辑，可实现多种接线方式（单母线、单母线分段，双母线，内桥接线，扩大内桥接线等)多种运行方式下的备自投动作，可增加备自投逻辑的准确度，降低逻辑动作的查找时间和难度。当变电站出现设备变更或接线改变时，运行人员无需重新编制备自投的充放电和动作逻辑，大大降低了工作人员的工作量。并且，本发明使得能从站域的角度实现备自投配置，克服了现有备自投各电压等级分散配置，独立动作的缺点，减少了投资。

2、本发明的智能变电站的备自投方法，依托于构建变电站的实时拓扑的方式，以故障重构的思想，通过识别故障元件、隔离故障元件以及搜索恢复供电的路径等步骤，执行备自投动作逻辑，可以实现停电区的快速恢复，且能使备自投的动作逻辑更加灵活，减小变电站的全站停电的风险，提高供电可靠性。

3、本发明的智能变电站的备自投装置，包括拓扑构建模块、拓扑分析模块和备自投执行模块，能够对变电站内设备的带电和连通状态实时准确的追踪，在构建的实时拓扑基础上进行备自投逻辑动作，可增加备自投逻辑的准确度，降低逻辑动作的查找时间和难度，减少工作人员的工作量。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的智能变电站的备自投方法的流程示意图；

图2是本发明优选实施例的备自投动作逻辑的流程示意图；

图3是本发明优选实施例的智能变电站的备自投装置的结构示意图；以及

图4是本发明优选实施例的变电站（内桥接线典型运行方式）的实时拓扑的节点和路径示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明在国网提出的智能变电站基于站控层的备自投技术方案，在智能变电站下，基于智能变电站的站控层可以获得变电站的全景信息。在本发明的以下实施例中，所提及的带电区表示由带电设备相互连接组成的区域。所提及的停电区表示由停电设备相互连接组成的区域。

参见图1，本发明的智能变电站的备自投方法，包括以下步骤：

S1：根据智能变电站中的设备的连接结构构建变电站的实时拓扑；

S2：根据智能变电站内设备的带电和连通状态对实时拓扑进行分析，获得变电站在正常工作状态下的带电区，实时监测变电站的带电区，当监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区时，进入备自投动作逻辑；

S3：执行备自投动作逻辑，返回步骤S1。

本发明的智能智能变电站的备自投方法，采用构建智能变电站的实时拓扑的方式，实现变电站的站内设备的带电和连通状态的实时准确的追踪，在实时准确的变电站的拓扑结构上实时监测变电站中的停电区，在此基础上进行备自投逻辑，可实现多种接线方式（单母线、单母线分段，双母线，内桥接线，扩大内桥接线等)多种运行方式下的备自投动作，可增加备自投逻辑的准确度，降低逻辑动作的查找时间和难度。当变电站出现设备变更或接线改变时，运行人员无需重新编制备自投的充放电和动作逻辑，大大降低了工作人员的工作量。并且，本发明使得能从站域的角度实现备自投配置，克服了现有备自投各电压等级分散配置，独立动作的缺点，减少了投资。

本实施例中，本发明的智能变电站的备自投方法，在以上的方法的基础上还可以采用以下的方式进行优化，优化的方法步骤如下：

S1：将智能变电站中的设备分别作为节点，将智能变电站中的断路器作为连接两个节点之间的路径，并根据智能变电站的设备的连接结构构建由节点和路径组成的变电站实时拓扑。在实际应用中，当智能变电站中的任意两个设备之间不经断路器直接相连时（特别的针对特殊接线形式中，如：桥接线），将两个设备作为一个节点。由此变电站的拓扑可以简化成图论中的点线的集合，通过识别一次设备的带电状态，运用图论的方法便可形成变电站的实时拓扑。

S2：根据变电站内设备的带电和连通状态对实时拓扑进行分析，获得变电站在正常工作状态下的带电区，实时监测变电站的带电区，当监测到出现非手跳或非遥跳形成（参见附图1，监测到停电区后需进行判断，判断是否为手跳或遥跳形成的停电区，的停电区（停电区必须由带电区转化而来）时，进入备自投动作逻辑。在实际应用时，为获得变电站在正常工作状态下的带电区，可在实时拓扑中，从进线节点开始搜索，将第一个有电的节点为根节点，依据广度优先算法（广度优先算法是一种图形搜索演算法。即从根节点开始，沿着树的宽度遍历树的节点，如果发现目标，则演算终止。）搜索出与其相连的带电区域，作为变电站在正常工作状态下的带电区。例如：参见图4，图4所示的实时拓扑的节点和路径为智能变电站中内桥接线的一种典型运行方式：其进线L1带两台主变压器运行，其中断路器2DU和断路器6DU处于开位，其余断路器处于合位。图4中，正常运行状态下其带电区为：G1：L1、110KVI母、110KVII母、T1、T2、10KVI母、10KVII母；G2：L2。

在步骤S2中，监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区，包括以下步骤：

监测实时拓扑的带电区中的节点，如果存在失电节点，则从该失电节点开始，搜索所有与该失电节点相连的停电节点，形成停电区；根据查询变电站内的手跳信号和\或遥跳信号，判断停电区是否由手跳或遥跳形成，如不是，即判定监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区。（本实施例中，手跳有一个分后位置KKJ，通过位置不对应原理判断，遥调可以收到遥调信号，因而这些手跳、遥跳信号，在智能变电站内均可在智能变电站的站控层获知。）

S3：执行备自投动作逻辑，返回步骤S1。其中，参见图2，执行备自投逻辑，包括以下步骤：

S301：故障定位：找出故障所在位置，并识别故障节点。在实际应用时，可在实时拓扑中，从进线节点开始搜索故障所在位置，若进线节点在失电区中，则默认进线节点为故障元件；否则判断为断路器偷跳，判定在正常运行状态下为停电区供电的节点为故障节点。

S302：故障隔离：搜索并断开边界元件和故障元件之间的供电的路径。边界节点为位于停电区中且连接有开位开关的元件。不难看出，某停电区中只有存在边界元件时，才能通过边界元件恢复供电；否则该停电区无法恢复供电。在实际应用时，可在实时拓扑的正常工作的带电区中，从边界节点开始搜索边界节点和故障节点之间的供电的路径，若中途搜索到节点为变压器元件时则停止搜索，并将搜索到的供电的路径所对应的断路器依次存储；从远离边界元件的方向开始，断开存储的供电的路径所对应的断路器，隔离故障节点（在实际实施时，若前一个断路器断开失败，则断开其下一个断路器。若存储区中所有的断路器均断开失败则隔离故障失败，备自投告警返回。即只需要成功断开一个断路器，成功隔离故障节点即可）。

S303：网络重构：搜索并连通边界元件和现有带电区之间的恢复供电的路径，并合上路径对应变电站中的断路器。（此处的搜索是在虚拟的变电站的实时拓扑中进行的，搜索完成后合上路径对应变电站中的断路器则是在变电站中实际操作。）在隔离故障节点后的实时拓扑中，从边界元件开始，沿边界元件所连接的开位断路器的方向，搜索边界元件和正常工作的带电区之间的恢复供电的路径，将搜索到的路径所对应的断路器依次存储，若未搜索到恢复供电的路经，则判定备自投动作失败；根据搜索到的恢复供电的路径，从正常工作的带电区开始依次合上存储的恢复供电的路径对应的断路器。

S304：监测变电站中的停电区是否成功恢复供电，若恢复供电，则判定备自投动作成功，返回步骤S1；若未恢复供电，则执行步骤S303，搜索并连通边界元件和现有带电区之间的另外路径。

综上，本发明的智能变电站的备自投方法，不仅能追踪并根据变电站的实时结构进行备自投动作逻辑，依托于构建变电站的实时拓扑的方式，还能以故障重构的思想，通过识别故障元件、隔离故障元件以及搜索恢复供电的路径等步骤，执行备自投动作逻辑，可以实现停电区的快速恢复，且能使备自投的动作逻辑更加灵活，减小变电站停电的风险，提高供电可靠性。

参见图3，本发明的智能变电站的备自投装置，于上述的方法属于一个总的技术构思，其包括拓扑构建模块、拓扑分析模块。其中，拓扑构建模块用于根据变电站中的设备的连接结构构建变电站的实时拓扑；拓扑分析模块用于根据变电站内设备的带电和连通状态对实时拓扑进行分析，获得变电站在正常工作状态下的带电区，并实时监测变电站的带电区，当监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区时，触发备自投执行模块；以及备自投执行模块用于执行备自投动作逻辑。上述结构的备自投装置，能够对变电站内设备的带电和连通状态实时准确的追踪，在构建的实时拓扑基础上进行备自投逻辑动作，可增加备自投逻辑的准确度，降低逻辑动作的查找时间和难度，减少工作人员的工作量。

在实际应用中，备自投执行模块还可包括故障定位单元、故障隔离单元和网络重构单元。其中，故障定位单元用于找出故障所在位置，并识别故障节点；故障隔离单元用于搜索并断开边界元件和故障元件之间的供电的路径，边界节点为位于停电区中且连接有开位开关的元件；以及网络重构单元用于搜索并连通边界元件和现有带电区之间的恢复供电的路径，还用于合上路径对应变电站中的断路器。上述结构的备自投执行模块，能以故障重构的思想，通过识别故障元件、隔离故障元件以及搜索恢复供电的路径等步骤，执行备自投动作逻辑，可以实现停电区的快速恢复，且能使备自投执行模块的动作逻辑更加灵活，可减小变电站停电的风险，提高供电可靠性。本发明可以实现完全的“无人化”，自动进行逻辑分析，自动执行动作序列，保证完全、真正的自适应各种接线方式和各种运行方式。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能变电站的备自投方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据所述智能变电站中的设备的连接结构构建变电站的实时拓扑；其中，将所述智能变电站中的设备分别作为节点，将所述智能变电站中的断路器作为连接两个所述节点之间的路径，并根据所述智能变电站的设备的连接结构构建由所述节点和路径组成的变电站实时拓扑；

S2：根据所述智能变电站内设备的带电和连通状态对所述实时拓扑进行分析，获得所述变电站在正常工作状态下的带电区，实时监测所述变电站的带电区，当监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区时，进入备自投动作逻辑；

S3：执行备自投动作逻辑，返回步骤S1；其中，所述执行备自投逻辑，包括以下步骤：.

S301：故障定位：找出故障所在位置，并识别故障节点；

S302：故障隔离：搜索并断开边界节点和所述故障节点之间的供电的路径，所述边界节点为位于停电区中且连接有开位开关的元件；

S303：网络重构：搜索并连通边界节点和现有带电区之间的恢复供电的路径，并合上所述路径对应变电站中的断路器。

2.根据权利要求1所述的智能变电站的备自投方法，其特征在于，在所述步骤S1中，

当所述智能变电站中的任意两个设备之间不经断路器直接相连时，将所述两个设备作为一个节点。

3.根据权利要求1或2所述的智能变电站的备自投方法，其特征在于，

所述步骤S301包括以下步骤：在所述实时拓扑中，从进线节点开始搜索故障所在位置，若进线节点在失电区中，则默认所述进线节点为故障元件；否则判断为断路器偷跳，判定在正常运行状态下为所述停电区供电的节点为故障节点；

所述步骤S302包括以下步骤：在所述实时拓扑的正常工作的带电区中，从所述边界节点开始搜索所述边界节点和所述故障节点之间的供电的路径，若中途搜索到节点为变压器元件时则停止搜索，并将搜索到的供电的路径所对应的断路器依次存储；从远离所述边界节点的方向开始，断开存储的所述供电的路径所对应的断路器，隔离所述故障节点；

所述步骤S303包括以下步骤：在隔离所述故障节点后的实时拓扑中，从所述边界节点开始，沿所述边界节点所连接的开位断路器的方向，搜索所述边界节点和正常工作的带电区之间的恢复供电的路径，将搜索到的路径所对应的断路器依次存储，若未搜索到恢复供电的路经，则判定备自投动作失败；根据搜索到的所述恢复供电的路径，从所述正常工作的带电区开始依次合上所述存储的恢复供电的路径对应的断路器。

4.根据权利要求1或2所述的智能变电站的备自投方法，其特征在于，在所述步骤S303完成后，所述方法还包括：

S304：监测所述变电站中的停电区是否成功恢复供电，若恢复供电，则判定备自投动作成功，返回步骤S1；若未恢复供电，则执行步骤S303，搜索并连通边界节点和现有带电区之间的另外路径。

5.根据权利要求1或2中任一项所述的智能变电站的备自投方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述获得所述变电站在正常工作状态下的带电区，包括以下步骤：

在所述实时拓扑中，从进线节点开始搜索，将第一个有电的节点为根节点，依据广度优先算法搜索出与其相连的带电区域，作为所述变电站在正常工作状态下的带电区。

6.根据权利要求1或2中任一项所述的智能变电站的备自投方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区，包括以下步骤：

监测所述实时拓扑的带电区中的节点，如果存在失电节点，则从所述失电节点开始，搜索所有与所述失电节点相连的停电节点，形成停电区；根据查询变电站内的手跳信号和\或遥跳信号，判断所述停电区是否由手跳或遥跳形成，如不是，即判定监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区。

7.一种智能变电站的备自投装置，其特征在于，包括：

拓扑构建模块，用于根据所述智能变电站中的设备的连接结构构建变电站的实时拓扑；

拓扑分析模块，用于根据智能变电站内设备的带电和连通状态对所述实时拓扑进行分析，获得所述变电站在正常工作状态下的带电区，并实时监测所述变电站的带电区，当监测到出现非手跳或非遥跳形成的停电区时，触发备自投执行模块；以及

所述备自投执行模块，用于执行备自投动作逻辑；

所述备自投执行模块包括：

故障定位单元，用于找出故障所在位置，并识别故障节点；

故障隔离单元，用于搜索并断开边界节点和所述故障节点之间的供电的路径，所述边界节点为位于停电区中且连接有开位开关的元件；以及

网络重构单元，用于搜索并连通边界节点和现有带电区之间的恢复供电的路径，还用于合上所述路径对应变电站中的断路器。