CN104283220A - 一种智能配网联切自动化系统及其实现方法 - Google Patents

一种智能配网联切自动化系统及其实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能配网联切自动化系统及其实现方法，一个供电系统配网中使用的、由多台智能装置组成的、电源输出功率优化配置的自动化系统，其中不仅包含如何将多台智能装置以通信方式联系到一起，形成一个智能配网联切自动化系统，还采用了新的描述方式，将一次系统结构抽象为断路器Sn和功率点Pn的连接关系，并以此为基础，以负荷供电等级为参考，论述了如何在供电范围最大化为目的，负荷功率和电源容量为依据，切除负荷为手段下，实现智能配网联切的多超多切，少超少切，不超不切，从而保证负荷供电可靠与稳定。

Description

一种智能配网联切自动化系统及其实现方法
技术领域
本发明涉及如何在供电系统中将多台智能装置组成一个自动化系统，并在此自动化系统中实现智能配电联切的方法。
背景技术
在传统的电力系统配电网中，为了提高供电系统的可靠性与稳定性，电力部门大都在110kV及以下电压等级的变电站广泛地采用了备用电源自动投入装置(简称“备自投")。所谓各自投是指当主供电源发生故障时，通过备自投装置的正确动作，自动跳开故障线路，并经短延时后合上备用电源。这种传统备自投方式，在一定程度上可以提高负荷供电的可靠性与连续性，然而却忽略了一个因素：备用电源负载容量是有限，在主供电源失电后，备用电源可能无法满足所有的负荷供电要求。如果强行合上备自投，可能会造成正常供电电源的超负荷供电，供电部门会强行对本来正常供电的电源断电，造成更大范围的停电。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种智能配电联切系统，在主供电源故障失电之后，先判断合上备自投后备用电源是否会超负荷供电？如果电源超负荷供电，系统会先强制切除一部分负荷，然后合上备自投。这样在提高供电系统的可靠性与稳定性的同时，又能防止电源超负荷供电。
此外，智能配电联切系统可依据供电系统的实际负荷功率需求，尽量少切或不切负荷，以实现供电范围最大化；可设置各个负荷的供电等级，实现有限供电功率在供电系统范围内最优配置；可随时随刻监视供电系统，在负荷功率激增的情况下，也能自动切除部分负荷，防止电源超负荷供电。
本发明的技术方案为：一种智能配网联切自动化系统，它包含将多台智能装置以通信方式联系到一起，形成一个智能配网联切自动化系统，将一次系统结构抽象为断路器Sn和功率点Pn的连接关系，最终使一次系统结构以配置文件的形式存在，并以此为基础，以负荷供电等级为参考，负荷功率和电源容量为依据，切除负荷为手段，实现智能配网联切。
系统完成所有负荷供电状况，根据负荷功率大小划分负荷供电等级。系统将一次系统拓扑结构的描述和负荷供电等级等信息编写成配置文件，并下载配置文件到主控单元中以供其读入到程序中去，当电源出现故障时，主控单元综合一次系统拓扑结构、负荷等级、各个负荷功率大小和断路器位置等信息，作出一系列判断；作出这一系列判断后，主控单元发出命令，各个分控单元收到命令报文后，执行主控单元命令，来控合\控分断路器；分控单元将控合\控分命令是否完成，以及断路器位置、负荷功率大小按预先约定好的通信协议编写成报文，再报告给主控单元。
本发明创造的有益效果：本发明以供电范围最大化为目的，以负荷功率和电源容量为依据，以切除负荷为手段，实现智能配网联切的多超多切，少超少切，不超不切，保证负荷供电可靠、稳定；本发明依靠负荷供电等级的划分，在供电故障后，优先保证重要负荷的供电，实现有限供电功率在整个供电系统范围内优化配置；本发明中所提到智能配电联切系统，不仅在故障发生时，仿真电源超负荷供电，也时刻监视供电系统，在负荷功率激增的情况下，会自动切除部分负荷，防止电源超负荷供电。
附图说明
图1为本发明的一次系统示例图。
图2为本发明的一次系统简化图。
图3为本发明的系统网络结构图。
图4为本发明的实现方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明以最基本的一次系统图为例，阐述如何实现供电系统的智能配网联切，如图1所示，一次供电系统中有电源1、电源2同时两路进线，1K1和1K2分别电源1、电源2的进线断路器，1D1为分段断路器，且电源1和电源2互为对方的备用电源。
在传统的一次系统中，如果其中一路电源出现故障失电，短延时后备自投动作，闭合分段断路器1D1，而此时可能会出现备用电源超负荷供电的状况，而在智能配网联切系统中，在备自投动作之前，先依据故障前各个负荷功率大小的情况，分析出故障后备用电源会不会超负荷？超负荷功率是多少？切除哪部分负荷，在切除超出负荷成功后，再闭合分段断路器。
所以智能配网联切实现的关键点在于，系统须获取在故障发生之后与备自投动作之前，各个负荷功率大小以及由哪一路电源供电等信息。只有确切地知道各个负荷功率大小及其由哪一路电源供电，才能计算出备自投动作后，备用电源会不会超负荷？超负荷功率是多少；只有确切地知道各个负荷功率大小及其哪一路电源供电，才能求得需要切除哪些负荷？切除多少负荷。
对于负荷功率大小，系统可以通过各种方式测量获取，而对于故障后各个负荷由哪一路电源供电对图中一次系统似乎也不是问题，其中一路电源故障失电，肯定由另一路电源作为备用电源，为所有负荷供电，非此即彼。然而，对于三路或三路以上电源进线来说，这种方法就行不通了。所以本发明另辟蹊径，提出依据断路器位置和一次系统拓扑结构，解决了各个负荷由哪一路电源供电的问题。首先本发明先将一次系统示例图简化为如附图2所示。智能配网联切主要与功率有关，与电压无关，并假设变压器效率为100％，因此在一次系统简化图中可将变压器视为输电线。
为了后面的叙述更为清晰易懂，在此，本发明依据断路器距离电源的远近为参考，为每个断路器编号为S1、S2、…、S13；并假设流经断路器的功率是从一个功率点流向另一个功率点，在简化图中显示了各个功率点所在位置(所谓功率点实际中并不存在，引入这个概念仅为描述方便)，并依次为之编号为P1、P2、…、P8(如附图2所示)。
紧接着，一次系统的拓扑结构即可描述为S1：P1,P3；S2：P2,P4；S3：P3,P4；S4：P3,P5；S5：P4,P6；S6：P5,P7；S7：P6,P8；…。其中S1：P1,P3的含义是断路器S1两端分别与功率点P1和P3连接(如下表)。
表1 断路器与功率点连接关系表
断路器编号 与之连接的功率点1 与之连接的功率点2
S1 P1 P3
S2 P2 P4
S3 P3 P4
S4 P3 P5
S5 P4 P6
S6 P5 P7
S7 P6 P8
… … …
在这里引入功率点这个概念，一方面，可说明断路器与断路器之间电路连接关系，另一方面，又避免了直接描述一次系统拓扑结构过于庞杂的问题。
电源故障的描述：若电源1失电，则将功率点P1赋值为0；否则为1。若电源2失电，则功率点P2赋值为0，否则为2。
断路器动作的描述：若S1闭合，则P1和P3赋相同值，值为二者之间值不为零的值。若S1断开，则保持P1和P2值不变。比如：P1值为1，P3值为0，若S1闭合，则P1和P3值都为1，若S1断开，P1值仍为1，P3值仍为0。
通过以上几步简化，已经将具体的一次系统图抽象成断路器Sn和功率点Pn的连接关系，并最终使将一次系统结构编写成配置文件成为可能。
举例说明
下面本发明论述经过抽象后的一次系统结构，如何表述供电系统实际运行状态的，假设现在系统供电正常，两路电源都未发生故障，此时分段断路器1D1(即S3)断开，其他断路器闭合，以下为实现方法计算过程：
首先将所有功率点Pn值清零，此时电源供电正常，根据电源1不失电，电源2不失电，赋P1为1，P2为2；
再遍历所有断路器的状态，S1闭合，则P1和P3值为1；S2闭合，则P2和P4值为2；S3断开，则P3值仍为1，P4值仍为2；S4闭合，则P3和P5值为1；…。
以此类推，最后可以得出S8、S9和S10所带负荷由电源1供电，S11、S12和S13所带负荷由电源2供电。
若此时突发电源1失电故障，则重新计算备自投动作后负荷供电情况，备自投动作后电源1进线断路器1k1(即S1)断开，分段断路器1D1(即S3)闭合，其他断路器闭合，以下为实现方法计算过程：
首先将所有功率点Pn值清零，根据电源1失电，电源2不失电，赋P1值为0，P2值为2；
然后，遍历所有开关的状态，S1断开，则P1和P3值仍为0；S2闭合，则P2和P4值为2；S3闭合，则P3值为2，P4值为2；S4闭合，则P3和P5值为2；…。
以此类推，最后得出可以备自投动作后S8、S9、S10、S11、S12和S13所带的负荷由电源2供电。
完成所有负荷供电状况后，即可根据故障前负荷功率大小，预测出备自投动作后，是否要切除部分负荷，若需要，则继续计算切除供电等级最低的负荷后能否满足要求，若不能，继续计算再切除供电等级次低的负荷后电源供电状态，直至最后满足电源供电要求后为止。负荷功率满足后，自动化系统将切除超出的负荷。
供电系统中的控制中心知道了一次系统结构、各个负荷的功率大小、断路器位置等信息后，在故障发生之后，先假设各个负荷功率需求大小不变，再根据一次系统结构图，即可预测合上备自投后备用电源供电功率大小，若电源超负荷供电，先切除一部分负荷。系统可预先每个负荷设置等级，以反映其供电可靠性的重要程度，如果出现电源超负荷供电异常状况时，应以等级为依据，依次切除不重要的负荷。
划分负荷供电等级后，可能会出现此类现象：当主供电源出现故障后，为了确保主供电源下重要负荷不停电，系统可能会切除备用电源下某些不重要的负荷，这实际上在整个系统内，对有限电源电能的优化配置。
系统可将一次系统拓扑结构的描述和负荷供电等级等信息编写成配置文件，并下载配置文件到主控单元中以供其读入到程序中去，当电源出现故障时，主控单元综合一次系统拓扑结构、负荷等级、各个负荷功率大小和断路器位置等信息，作出一系列判断：备自投动作后备用电源是否超负荷？超负荷功率多少？切除多少负荷后备用电源可正常供电？切除哪些负荷？作出这一系列判断后，主控单元发出命令，各个分控单元收到命令报文后，执行主控单元命令，来控合\控分断路器。接着，分控单元将控合\控分命令是否完成，以及断路器位置、负荷功率大小按预先约定好的通信协议编写成报文，再报告给主控单元。附图3是本发明实际采用的系统网络结构方式：
附图3是本发明以一次系统示例图为对象，建立起来的通信网络结构。其中，主控单元主要功能是接收分控单元的信息，解析出系统中各个断路器位置和负荷功率大小，并依据系统运行状况，作出各个断路器分合命令，下发给各个分控单元执行；分控单元的主要功能是接收主控单元的命令，实现控合\控分断路器，并将控合\控分命令是否成功、断路器位置和负荷功率大小报告给主控单元。在图中，主控单元与各个分控单元之间通信，分控单元之间不通信。
附图4以方法流程图的形式叙述了主控单元是如何完成智能配网联切的：
1)主控单元上电后，先读取配置文件，配置文件中包含一次系统拓扑结构和各个负荷供电等级等信息，可根据需要重新编写配置文件，以适应不同的一次系统结构和负荷等级的要求；
2)然后创建通信线程，建立于各个分控单元之间的通信，在通信线程中将解析分控单元上传的数据，并将主控单元的控制命令发送给各个分控单元；
3)紧接着，监测供电系统供电状态是否变化，是否发生故障或故障消除；
4)如果系统从故障状态中恢复正常供电，系统会自动先断开备自投，之后再合上所有被系统切除的负荷，以保证最大范围供电；
5)如果故障状况没有发生变化(供电故障没有恢复或供电一直正常)，且此时负荷功率激增，可能导致电源超负荷，系统会自动切除一部分负荷；
6)如果发生故障，如上面所述，先切除一部分负荷后，在合上备自投；
7)最后完成上述的步骤后，再回到步骤3。
综上所述：智能配网联切系统不仅提高了供电系统的可靠性和稳定性，还保证了故障发生后供电范围最大、有限供电功率在供电系统范围内最优配置，还能随时随刻监视供电系统，在负荷功率激增的情况下，会自动切除部分负荷，防止电源超负荷供电。
本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (10)

1.一种智能配网联切自动化系统，它包含将多台智能装置以通信方式联系到一起，形成一个智能配网联切自动化系统，其特征在于：将一次系统结构抽象为断路器Sn和功率点Pn的连接关系，最终使一次系统结构以配置文件的形式存在，并以此为基础，以负荷供电等级为参考，负荷功率和电源容量为依据，切除负荷为手段，实现智能配网联切。
2.根据权利要求1所述的智能配网联切自动化系统，其特征在于：系统完成所有负荷供电状况，根据负荷功率大小划分负荷供电等级。
3.根据权利要求2所述的智能配网联切自动化系统，其特征在于：系统包括主控单元和各个分控单元；主控单元接收分控单元的信息，解析出系统中各个断路器位置和负荷功率大小，并依据系统运行状况，作出各个断路器分合命令，下发给各个分控单元执行；分控单元接收主控单元的命令，实现控合\控分断路器，并将控合\控分命令是否成功、断路器位置和负荷功率大小报告给主控单元。
4.根据权利要求3所述的智能配网联切自动化系统，其特征在于：主控单元与各个分控单元之间通信，分控单元之间不通信。
5.根据权利要求4所述的智能配网联切自动化系统，其特征在于：系统将一次系统拓扑结构的描述和负荷供电等级等信息编写成配置文件，并下载配置文件到主控单元中以供其读入到程序中去，当电源出现故障时，主控单元综合一次系统拓扑结构、负荷等级、各个负荷功率大小和断路器位置等信息，作出一系列判断；作出这一系列判断后，主控单元发出命令，各个分控单元收到命令报文后，执行主控单元命令，来控合\控分断路器；分控单元将控合\控分命令是否完成，以及断路器位置、负荷功率大小按预先约定好的通信协议编写成报文，再报告给主控单元。
6.一种智能配网联切实现方法，其特征在于，步骤为：
步骤一、主控单元上电后，先读取配置文件，配置文件中包含一次系统拓扑结构和各个负荷供电等级信息；
步骤二、创建通信线程，建立于各个分控单元之间的通信，在通信线程中将解析分控单元上传的数据，并将主控单元的控制命令发送给各个分控单元；
步骤三、监测供电系统供电状态是否变化，是否发生故障或故障消除；
如果系统从故障状态中恢复正常供电，系统会自动先断开备自投，之后再合上所有被系统切除的负荷，以保证最大范围供电；
如果故障状况没有发生变化，供电故障没有恢复或供电一直正常，且此时负荷功率激增，可能导致电源超负荷，系统会自动切除一部分负荷；
如果发生故障，先切除一部分负荷后，在合上备自投；
步骤四、最后完成上述的步骤后，再回到步骤三。
7.根据权利要求6所述的智能配网联切实现方法，其特征在于：步骤一中，根据需要能够重新编写配置文件，以适应不同的一次系统结构和负荷等级的要求。
8.根据权利要求6所述的智能配网联切实现方法，其特征在于：步骤二中，通信网络的主控单元接收分控单元的信息，解析出系统中各个断路器位置和负荷功率大小，并依据系统运行状况，作出各个断路器分合命令，下发给各个分控单元执行；分控单元接收主控单元的命令，实现控合\控分断路器，并将控合\控分命令是否成功、断路器位置和负荷功率大小报告给主控单元。
9.根据权利要求6所述的智能配网联切实现方法，其特征在于：步骤三中，完成所有负荷供电状况后，根据故障前负荷功率大小，预测出备自投动作后，是否要切除部分负荷，若需要，则继续计算切除供电等级最低的负荷后能否满足要求，若不能，继续计算再切除供电等级次低的负荷后电源供电状态，直至最后满足电源供电要求后为止；负荷功率满足后，自动化系统将切除超出的负荷。
10.根据权利要求6所述的智能配网联切实现方法，其特征在于：系统将一次系统拓扑结构的描述和负荷供电等级等信息编写成配置文件，并下载到主控单元中，当电源出现故障时，主控单元综合一次系统拓扑结构、负荷等级、各个负荷功率大小和断路器位置信息，作出一系列判断；作出这一系列判断后，主控单元发出命令，各个分控单元收到命令报文后，执行主控单元命令，来控合\控分断路器；分控单元将控合\控分命令是否完成，以及断路器位置、负荷功率大小按预先约定好的通信协议编写成报文，再报告给主控单元。
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