CN104218672A - 一种基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统 - Google Patents

一种基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，包括电网模型及运行方式采集模块，用于从配电网SCADA系统获取配电网模型及运行方式；风险预警分析模块，用于依据当前配电网模型及运行方式分析配电网风险；风险解决模块，用于分析配电网风险的解决策略，得到配电网风险解决策略；和分析结果展示模块，用于对配电网风险分析结果及配电网风险解决策略分析结果进行展示。从配电网SCADA系统实时同步电网模型和在线电网运行方式，保证风险分析的实时性；提供丰富的风险警示显示手段，帮助用户迅速定位风险区域；从电网运行方式的角度分析配电网存在的风险，做到提前发现及时处理，提高了配电网的供电可靠性。

Description

一种基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统
技术领域
本发明涉及一种基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，属于配电网技术领域。
背景技术
配电网是电力系统的重要组成部分,其安全可靠性将直接影响着国民经济发展和人民生活水平。据不完全统计,我国用户停电故障中的80％是由于配电网故障引起的。因此,对配电网运行风险进行预警有着非常重要的实际意义。
现有配电网预警系统主要从设备风险和环境风险两个方面进行分析。设备风险主要是指配网线路及其设备在运行当中遭受的风险，包括产品质量引发的质量风险、设备老化引发的运行风险等；环境风险是指配网线路及其设备在运行中由于外部环境引发的线路及设备的故障风险等。而忽略了运行方式对配电网的影响，例如线路长时间的重载运行会加速配电网设备老化，甚至发热燃烧；环网运行会导致线路出现不必要的合环电流等。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，从电网运行方式的角度分析配电网存在的风险，做到提前发现、及时处理，显著提高配电网的供电可靠性。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的一种基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，包括
电网模型及运行方式采集模块，用于从配电网SCADA系统获取配电网模型及运行方式；
风险预警分析模块，用于依据当前配电网模型及运行方式分析配电网风险；
风险解决模块，用于分析配电网风险的解决策略，得到配电网风险解决策略；和
分析结果展示模块，用于对配电网风险分析结果(主要描述电网有哪些问题)及配电网风险解决策略分析结果(主要描述如何处理这些问题)进行展示，帮助用户定位(定位采用风险线路着色，其他线路变灰的方式进行凸显，然后在重点设备上辅助以文字提示)和分析故障。
上述电网模型及运行方式采集模块中，当配电网发生遥信变位或间隔时间超过10s时，重新获取新的运行方式，用于保证风险预警系统与配电网SCADA系统运行方式一致，并与上次断面对比，分析配电网在时间片内的遥信变位。
上述配电网模型包括配电网开关、配电网馈线段和配电网负荷；
所述配电网运行方式指配电网开关的分合状态、电流值及有功值和配电网负荷的电流值及有功值。
在上述风险预警分析模块中，配电网风险具体包括线路环网运行、供电线路重载、线路供电可靠性低、保电用户无法转供和配电网单相接地故障；
当线路同时由两个及以上电源点供电，则确定为线路环网运行；
当线路实际电流值超过额定电流值的80％，则确定为供电线路重载；
当线路供电范围内找不到联络开关，即当线路发生故障时，非故障失电负荷无法由其他线路转供，则确定为线路可靠性低；
处于保电状态的用户当线路发生故障时无法由其他线路转供，则确定为保电用户无法转供；
当供电线路的三相之一发生接地故障，则确定为配电网单相接地故障。
上述风险预警分析模块按照如下步骤分析供电线路重载：
(1a)计算线路负载率rate，其中，I为线路电流值，Im为额定电流值，rate＝I/Im；
(2a)当线路负载率rate>80％时，认为线路重载，转向步骤(3a),否则为正常线路；
(3a)根据广度优先法进行拓扑分析，获取重载线路的供电范围；
(4a)根据重载线路的供电范围和实时的遥信变位，分析导致线路重载的原因；如果供电范围内存在合闸变位则说明是新增负荷导致线路重载；否则是现有负荷电流增大导致线路重载。
上述风险预警分析模块按照如下步骤分析线路环网运行风险：
(1b)遍历所有配电网电源点；
(2b)根据广度优先法进行拓扑分析获取电源点的供电范围；
(3b)当供电范围内存在其他电源点时，认为线路环网运行，转向步骤(4b)，否则为正常线路；
(4b)根据供电范围和实时的遥信变位，分析线路环网运行的原因；如果供电范围内存在合闸变位，则合闸变位为环网风险发生的原因。
上述风险预警分析模块按照如下步骤分析线路供电可靠性低：
(1c)遍历所有配电网电源点；
(2c)根据广度优先法进行拓扑分析获取电源点的供电范围；
(3c)搜索供电范围的边界开关，所述边界开关指连接供电范围，但本身为分的开关；
(4c)如果边界开关个数为0，或者所有边界开关另外一侧均不带电，则说明线路无法转供，线路可靠性低；
(5c)判断边界开关中是否存在分闸变位，如果存在，则说明变位开关导致线路供电可靠性变低。
上述风险预警分析模块按照如下步骤分析保电用户无法转供：
(1d)遍历所有配电网保电用户；
(2d)根据广度优先法进行拓扑分析获取保电用户的供电电源和电源点的供电范围；
(3d)搜索供电范围内的边界开关；
(4d)如果保电用户找不到电源点，则说明保电用户失去供电；
如果边界开关个数为0，或者所有边界开关另外一侧均不带电，则说明线路无法转供，保电用户失去所有备用电源；
如果部分边界开关另一侧带电，部分边界开关另一侧不带电，则说明保电用户可以转供，但是已失去部分备用电源。
上述风险预警分析模块按照如下步骤分析配电网单相接地故障：
(1e)遍历所有10kV变电站内母线，读取母线零序电压；
(2e)当所述母线零序电压高于限值时，认为母线的供电范围存在单相接地。
上述风险解决模块具体按照如下步骤分析线路环网运行的解决策略：
(1A)搜索环网线路的主干路径，所述主干路径指的是两个电源点之间的最短路径；
(2A)将所述主干路径上的所有配网开关均设为可选解环方案；
(3A)计算各个可选解环方案执行后两侧线路的负载率；
(4A)按照如下原则获取可选解环方案的优先级：
(4-1A)解环后两侧供电线路不重载；
(4-2A)解环开关为联络开关；
(4-3A)解环后两侧供电线路负载率一致；
(5A)按照可选解环方案的优先级排序，获取最优解环点。
上述风险解决模块具体按照如下步骤分析供电线路重载运行的解决策略：
(1B)搜索重载线路的转供开关，所述转供开关指开关处于分闸状态，其开关两侧连接不同的供电线路；
(2B)搜索线路的供电电源和转供开关的主干路径；
(3B)将所述主干路径上的所有配网开关均设为可选方案，利用配网负荷电流叠加的方法，计算转供后重载线路和被转供线路的负载率；
(4B)按照如下原则获取可选解决方案的优先级：
(4-1B)转供后被转供线路不重载；
(4-2B)重载线路恢复正常；
(5B)按照可选解决方案的优先级排序，获取最优转供方案。
上述风险解决模块具体按照如下步骤分析配电网单相接地故障的解决策略：
(1C)搜索存在单相接地故障母线关联的线路；
(2C)按顺序试拉所有线路；
(3C)当某线路停电后，单相接地故障消除，则该线路为发生单相接地故障的线路。
本发明的优点如下：
(1)从配电网SCADA系统实时同步电网模型和在线电网运行方式，保证风险分析的实时性；
(2)通过风险预警分析模块能够及时发现配电网存在的风险，具体包括线路环网运行、供电线路重载、线路供电可靠性低、保电用户无法转供和配电网单相接地故障；同时，能够通过风险解决模块及时解决这五种故障。
(3)通过分析结果展示模块提供丰富的风险警示显示手段，帮助用户迅速定位风险区域。
附图说明
图1为本发明的配电网运行风险预警系统原理框图；
图2为电网模型及运行方式采集模块工作流程图；
图3为重载线路风险分析流程图；
图4为线路环网运行风险分析流程图；
图5为线路可靠性偏低风险分析流程图；
图6为保电用户无法转供风险分析流程图；
图7为单相接地风险分析流程图；
图8为风险展示模块展示界面；
图9为环网风险解决策略分析流程图；
图10为重载线路风险解决策略分析流程图；
图11为环网风险解决策略展示界面。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明的基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统包括四大模块：电网模型及运行方式采集模块、风险预警分析模块、风险解决模块和分析结果展示模块。
参见图2，电网模型及运行方式采集模块负责从配电网SCADA系统获取配电网模型和运行方式。当电网发生遥信变位或间隔时间超过10s重新获取新的运行方式，保证风险预警系统与配电网SCADA系统运行方式一致，并与上次断面对比，分析电网在时间片内的遥信变位。配电网模型包括：配网开关、配网馈线段、配网负荷等设备；设备之间的电气联接关系。配电网运行方式指：配网开关的分合状态、电流值、有功值、负荷电流值、有功值等。
风险预警分析模块依据配电网模型和运行方式分析配电网潜在的风险隐患。风险隐患主要包括：线路环网运行、供电线路重载、线路供电可靠性较低、保电用户无法转供、电网单相接地故障。
重载风险：线路实际电流值超过额定电流值的80％。
线路环网运行：线路同时由2个及以上电源点供电。所述电源点为10kV或者20kV主网带电负荷。
线路可靠性偏低：线路供电范围内找不到联络开关，即当线路发生故障时，非故障失电负荷无法由其他线路转供。
保电用户无法转供：处于保电状态的用户当线路发生故障时无法由其他线路转供。
配电网单相接地故障：供电线路的三相之一发生接地故障。
参见图3，风险预警分析模块按照如下步骤分析供电线路重载风险：
(1a)计算线路负载率rate，其中，I为线路电流值，Im为额定电流值，rate＝I/Im；
(2a)当线路负载率rate>80％时，认为线路重载，转向步骤(3a),否则为正常线路；
(3a)根据广度优先法进行拓扑分析，获取重载线路的供电范围；
(4a)根据重载线路的供电范围和实时的遥信变位，分析导致线路重载的原因。如果供电范围内存在合闸变位则说明是新增负荷导致线路重载；否则是现有负荷电流增大导致线路重载。
参见图4，风险预警分析模块按照如下步骤分析线路环网运行风险：
(1b)遍历所有配电网电源点；
(2b)根据广度优先法进行拓扑分析获取电源点的供电范围；
(3b)当供电范围内存在其他电源点时，认为线路环网运行，转向步骤(4b)，否则为正常线路；
(4b)根据供电范围和实时的遥信变位，分析线路环网运行的原因。如果供电范围内存在合闸变位则合闸变位为环网风险发生的原因。
参见图5，风险预警分析模块按照如下步骤分析线路供电可靠性低：
(1c)遍历所有配电网电源点；
(2c)根据广度优先法进行拓扑分析获取电源点的供电范围；
(3c)搜索供电范围的边界开关，所述边界开关指连接供电范围，但本身为分的开关；
(4c)如果边界开关个数为0，或者所有边界开关另外一侧均不带电，则说明线路无法转供，线路可靠性低；
(5c)边界开关中是否存在分闸，如果存在则说明变位开关导致线路供电可靠性变低。
参见图6，风险预警分析模块按照如下步骤分析保电用户无法转供：
(1d)遍历所有配电网保电用户；
(2d)根据广度优先法进行拓扑分析获取保电用户的供电电源和电源点的供电范围；
(3d)搜索供电范围内的边界开关；
(4d)如果保电用户找不到电源点，则说明保电用户失去供电；
如果边界开关个数为0，或者所有边界开关另外一侧均不带电，则说明线路无法转供，保电用户失去所有备用电源；
如果部分边界开关另一侧带电，部分边界开关另一侧不带电，保电用户可以转供，但是已失去部分备用电源。
参见图7，风险预警分析模块按照如下步骤分析配电网单相接地故障：
(1e)遍历所有10kV变电站内母线，读取母线零序电压；
(2e)当母线零序电压高于限值时，认为母线的供电范围存在单相接地；
参见图8，分析结果展示模块采用语音告警提示、电网风险着色定位、tip提示框等多种手段显示配电网风险：
当电网发生新的风险或风险消除时，分析结果展示模块发生语言告警提示用户关注。
所示电网所有风险内容在风险分析列表中进行显示。双击风险内容，分析结果展示模块将弹出风险详细信息对话框、全局显示窗口和细节显示窗口。
风险详细信息对话框：用于显示风险的详细信息，例如发生时间、持续时间、风险发生的原因、影响的用户、线路的负载率等。
点击风险详细信息对话框中的“风险定位”按钮，全局显示窗口和细节显示窗口着色定位风险区域。所述着色定位，指将风险线路已鲜明的颜色展示，其他线路颜色变灰。
全局显示窗口：在配网区域联络图中着色定位风险线路，着重描述风险线路在整个电网的位置，与其他线路的关系。通过tips标注风险线路的电源点，导致风险产生的原因等。
细节显示窗口：在配网线路单线图中着色定位风险线路，着重描述风险线路的具体细节。通过tips标注风险线路的负载率。
风险解决模块负责分析配电网风险的解决方案，所有风险处理策略按照优先级进行排序，提供排序依据。风险解决模块提供预演功能，用户能够对比风险处理前后的配电网变化情况。
风险解决模块解决策略如下：
参见图9，风险解决模块按照如下步骤分析供电线路环网运行解决方案：
(1A)搜索环网线路的主干路径(两个电源点之间的最短路径)；
(2A)主干路径上的所有配网开关均为可选解环方案；
(3A)利用配网负荷电流叠加的方法，计算各个解决方案执行后两侧线路的负载率；
(4A)按照如下原则获取可选解决方案的优先级：
(4-1A)解环后两侧供电线路不重载；
(4-2A)解环开关为联络开关；
(4-3A)解环后两侧供电线路负载率基本一致；
(5A)按照解决方案的优先级排序，获取最优解环点。
参见图10，风险解决模块按照如下步骤分析供电线路重载运行解决方案：
(1B)搜索重载线路的转供开关，所述转供开关指开关处于分闸状态，其开关两侧连接不同的供电线路；
(2B)搜索线路的供电电源和转供开关的主干路径(转供开关和供电电源的最短路径)；
(3B)主干路径上的所有配网开关均为可选方案，利用配网负荷电流叠加的方法，计算转供后重载线路和被转供线路的负载率；
(4B)按照如下原则获取可选解决方案的优先级：
(4-1B)转供后被转供线路不重载；
(4-2B)重载线路恢复正常；
(5B)按照可选转供方案的优先级排序，获取最优转供方案。
风险解决模块按照如下步骤分析配电网单相接地故障的解决方案：
(1C)搜索存在单相接地故障母线关联的线路；
(2C)按顺序试拉所有线路；
(3C)当某线路停电后单相接地故障消除则该线路为发生单相接地故障的线路。
线路可靠性低和保电用户无法转供的解决策略包括配电网整体运行方式的调整，以及调整前后的线路运行情况对比，为现有技术的常规解决策略，此处不再赘述。参见图11，以环网风险解决方案为例，解决方案信息窗口列出了所有解决方案，并按照优先级进行排序。同时给出按照解决方案执行后，电网的负载率预测。
点击任意解决方案，分析结果展示模块将显示着色定位解决方案的执行步骤。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，其特征在于，包括
电网模型及运行方式采集模块，用于从配电网SCADA系统获取配电网模型及运行方式；
风险预警分析模块，用于依据当前配电网模型及运行方式分析配电网风险；
风险解决模块，用于分析配电网风险的解决策略，得到配电网风险解决策略；和
分析结果展示模块，用于对配电网风险分析结果及配电网风险解决策略分析结果进行展示。
2.根据权利要求1所述的基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，其特征在于，
在所述风险预警分析模块中，配电网风险具体包括线路环网运行、供电线路重载、线路供电可靠性低、保电用户无法转供和配电网单相接地故障；
当线路同时由两个及以上电源点供电，则确定为线路环网运行；
当线路实际电流值超过额定电流值的80％，则确定为供电线路重载；
当线路供电范围内找不到联络开关，即当线路发生故障时，非故障失电负荷无法由其他线路转供，则确定为线路可靠性低；
处于保电状态的用户当线路发生故障时无法由其他线路转供，则确定为保电用户无法转供；
当供电线路的三相之一发生接地故障，则确定为配电网单相接地故障。
3.根据权利要求2所述的基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，其特征在于，
所述风险预警分析模块按照如下步骤分析供电线路重载：
(1a)计算线路负载率rate，其中，I为线路电流值，Im为额定电流值，rate＝I/Im；
(2a)当线路负载率rate>80％时，认为线路重载，转向步骤(3a),否则为正常线路；
(3a)根据广度优先法进行拓扑分析，获取重载线路的供电范围；
(4a)根据重载线路的供电范围和实时的遥信变位，分析导致线路重载的原因；如果供电范围内存在合闸变位则说明是新增负荷导致线路重载；否则是现有负荷电流增大导致线路重载。
4.根据权利要求2所述的基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，其特征在于，
所述风险预警分析模块按照如下步骤分析线路环网运行风险：
(1b)遍历所有配电网电源点；
(2b)根据广度优先法进行拓扑分析获取电源点的供电范围；
(3b)当供电范围内存在其他电源点时，认为线路环网运行，转向步骤(4b)，否则为正常线路；
(4b)根据供电范围和实时的遥信变位，分析线路环网运行的原因；如果供电范围内存在合闸变位，则合闸变位为环网风险发生的原因。
5.根据权利要求2所述的基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，其特征在于，
所述风险预警分析模块按照如下步骤分析线路供电可靠性低：
(1c)遍历所有配电网电源点；
(2c)根据广度优先法进行拓扑分析获取电源点的供电范围；
(3c)搜索供电范围的边界开关，所述边界开关指连接供电范围，但本身为分的开关；
(4c)如果边界开关个数为0，或者所有边界开关另外一侧均不带电，则说明线路无法转供，线路可靠性低；
(5c)判断边界开关中是否存在分闸变位，如果存在，则说明变位开关导致线路供电可靠性变低。
6.根据权利要求2所述的基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，其特征在于，
所述风险预警分析模块按照如下步骤分析保电用户无法转供：
(1d)遍历所有配电网保电用户；
(2d)根据广度优先法进行拓扑分析获取保电用户的供电电源和电源点的供电范围；
(3d)搜索供电范围内的边界开关；
(4d)如果保电用户找不到电源点，则说明保电用户失去供电；
如果边界开关个数为0，或者所有边界开关另外一侧均不带电，则说明线路无法转供，保电用户失去所有备用电源；
如果部分边界开关另一侧带电，部分边界开关另一侧不带电，则说明保电用户可以转供，但是已失去部分备用电源。
7.根据权利要求2所述的基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，其特征在于，
所述风险预警分析模块按照如下步骤分析配电网单相接地故障：
(1e)遍历所有10kV变电站内母线，读取母线零序电压；
(2e)当所述母线零序电压高于限值时，认为母线的供电范围存在单相接地。
8.根据权利要求2所述的基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，其特征在于，
所述风险解决模块具体按照如下步骤分析线路环网运行的解决策略：
(1A)搜索环网线路的主干路径，所述主干路径指的是两个电源点之间的最短路径；
(2A)将所述主干路径上的所有配网开关均设为可选解环方案；
(3A)计算各个可选解环方案执行后两侧线路的负载率；
(4A)按照如下原则获取可选解环方案的优先级：
(4-1A)解环后两侧供电线路不重载；
(4-2A)解环开关为联络开关；
(4-3A)解环后两侧供电线路负载率一致；
(5A)按照可选解环方案的优先级排序，获取最优解环点。
9.根据权利要求2所述的基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，其特征在于，
所述风险解决模块具体按照如下步骤分析供电线路重载运行的解决策略：
(1B)搜索重载线路的转供开关，所述转供开关指开关处于分闸状态，其开关两侧连接不同的供电线路；
(2B)搜索线路的供电电源和转供开关的主干路径；
(3B)将所述主干路径上的所有配网开关均设为可选方案，利用配网负荷电流叠加的方法，计算转供后重载线路和被转供线路的负载率；
(4B)按照如下原则获取可选解决方案的优先级：
(4-1B)转供后被转供线路不重载；
(4-2B)重载线路恢复正常；
(5B)按照可选解决方案的优先级排序，获取最优转供方案。
10.根据权利要求2所述的基于实时运行状态评价的配电网运行风险预警系统，其特征在于，
所述风险解决模块具体按照如下步骤分析配电网单相接地故障的解决策略：
(1C)搜索存在单相接地故障母线关联的线路；
(2C)按顺序试拉所有线路；
(3C)当某线路停电后，单相接地故障消除，则该线路为发生单相接地故障的线路。
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