CN105426980A - 一种配电网健康指数评估工程应用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种配电网健康指数评估工程应用系统，该系统包括的配电网健康指数评估方法层、平台层和应用层；本发明考虑配电网设备状态、运行条件及网络拓扑、负载、安全及环境情况等关键特征参量，从设备与网络两个层面建立了配电网健康指数评估方法，并在此基础上建立了配电网健康指数数据平台和评估体系，实现了健康指数评估在配电网优化规划与检修领域的应用，能够有效推进配电网资产管理的精益化、科学化与系统化，并为主动配电网建设夯实基础。
Description
技术领域
本发明涉及配电网资产管理技术，具体讲涉及一种配电网健康指数评估工程应用系统。
背景技术
随着社会经济发展和电力市场化趋势，尤其是近年来随着智能电网理念的形成和实施，电力企业的管理方法逐渐围绕企业经营目标而制定，过去以安全/技术为主导的目标将转向以安全/技术/绩效/经济/环境综合优化为主导。与此同时，现代配电网的复杂性、离散性、动态性、非线性、多目标性和不确定性，对规划提出了更高要求；智能电网状态检测的应用范围已不再局限于电网装备的监测与管理、状态检修和全寿命周期管理等，而将会进一步发展为基于风险的检修，并扩大到安全运行、优化调度、经济运营和优质服务等领域，将为电网运行、综合管理等提供外延的应用支撑；未来智能电网的资产管理也将远远超出传统电网资产管理的范畴，范围将大幅扩展、全方位覆盖，管理将更科学化和智能化。而所有智能配电网技术的发展，新技术的应用都基于对现有配电网的感知，特别是对现有设备和网络健康状况的深刻了解。
在配电网资产管理中引入健康指数评估，健全必要的资产数据库，建立配电网的健康指数评价体系，不仅可为配电网规划、检修提供依据，为电网风险控制和设备管理策略提供重要信息，而且能够保证电力系统的整体可靠性，降低运维费用，提高投资回报率，为智能电网建设夯实基础。
目前，国内主要是针对资产管理的特点、手段、信息支持等方面由不同部门开展研究，尚未对配电设备及网络的健康状况，对配电网企业资产管理的统一数据库组成、决策模型、解算方法等进行系统深入的研究，主要表现在以下几方面：
(1)国内配电设备数据质量参差不齐，业务系统数据关联情况运行数据和生产数据之间、生产数据和ERP数据之间、配电与营销数据之间存在着口径差异、数据多源等问题，尚未建立配电网统一的数据平台，缺乏支持健康指数状态信息获取的有效感知、数据筛选与辨识以及相关软件技术；
(2)配电网的规划方案、工程方案设计、检修策略优化、技术改造方案优选、设备退役等关键环节，缺乏综合考虑经济、安全、环保等方面，覆盖资产寿命全过程的定量决策方法；不能为配电网智能化和可再生能源接入提供支撑；
(3)不管是传统配电网规划，还是主动配电网规划均未考虑设备健康状况，基于可靠性的配电网规划也只是考虑了设备故障率，难以保证规划方案的可靠性与经济学，亟需研究以健康指数评估为基础，融合再生能源接入、供电可靠性与风险理论为一体的，可与国际接轨的现代配电网规划技术；
(4)现有评价方法与检修策略制定基本沿用了输变电设备的状态评价理念与方法，设备评价仍存在状态量收集困难、评价范围难以全面覆盖、评价内容相对单一等，现有的设备状态检修往往从设备层面制定维修策略，侧重于设备个体性能，缺乏对电网整体运行性能的考虑，如未考虑设备不良工况、设备运行环境、电网运行工况与发展趋势等诸多因素，亟需开展以设备及网络健康指数评估为基础的变配电设备优化检修策略研究，降低配电网风险、提升整体运行水平。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种配电网健康指数评估工程应用系统，该系统考虑配电网设备状态、运行条件及网络拓扑、负载、安全及环境情况等关键特征参量，从设备与网络两个层面建立了配电网健康指数评估方法，并在此基础上建立了配电网健康指数数据平台和评估体系，实现了健康指数评估在配电网优化规划与检修领域的应用，能够有效推进配电网资产管理的精益化、科学化与系统化，并为主动配电网建设夯实基础。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种配电网健康指数评估工程应用系统，其改进之处在于，所述系统包括的配电网健康指数评估方法层、平台层和应用层。(方法层是整个系统的基础，包括相关模型和技术；应用层直接面向用户，是系统最终应用到工程实际的层面；而平台层则包含应用层实现所必需的相关软硬件基础。)
进一步地，所述配电网健康指数评估方法层包括变配电设备的健康指数模型、网络的健康指数模型以及相关建模技术；
其中变配电设备包括变压器、开关、电缆线路和架空线路；所述变配电设备的健康指数模型为基于模糊数学、人工神经网络、粗糙集理论技术的设备健康指数分析模型与评价标准；
所述网络的健康指数模型包括能够衡量单条馈线、单座变电站、变电站及其关联半径内的配电网健康状况的评价指标体系；能够反映配电网规划、运行与控制协调配合的网络健康指数评价方法与模型；
相关建模技术包括不同类型变配电设备的抽样方法(抽样方法是基于小样本原理的有限量测方法)及反映其特征的关键状态量(关键状态量包括不同设备的不同状态量，如油温、局放、密度等状态信息)的确定方法。
进一步地，所述平台层为配电网健康指数评估数据平台，包括硬件设备层、数据处理与应用层；所述硬件设备层为数据处理与应用层提供数据；
所述硬件设备层(采用新型的便携式带电检测仪测量结果抄录装置，使其具有全面电子化读取和转存现有配电设备状态监测仪器结果的功能，实现对已有仪器的继承；基于传感器的类型、数量、位置及其成本效益分析，确定传感器阵列优化布局方案，构造配电网健康指数计算用状态数据感知传感器阵列；采用适用于变配电设备及网络健康指数信息采集的通用适配器，实现信号的标准化输出；开发基于健康指数状态信息采集终端的自动测试软件，完成健康指数状态信息的自动测试与传送；
所述数据处理与应用层基于可识别度概念的健康指数特征提取技术，实现对生产管理系统(PMS)系统、配电自动化系统(DA)、能量管理(EMS)系统继承数据以及采集状态信息数据的筛选、辨识与有效挖掘；
所述配电网健康指数评估数据平台采用面向对象的方法，基于数据库管理系统(DatabaseManagementSystem，DBMS)，建立健全数据平台，实现数据的分层、分类、分级管理，支持查询、调用及制表等多种信息使用方式，且能够实现与电网现有数据库的信息交互共享。
进一步地，所述配电网健康指数评估数据平台的工作过程如下：
(1)配电网健康指数评估数据平台初始化并进行全面自检：若检测出错，则配电网健康指数评估数据平台自动放弃健康指数评估；否则，进行下一步；
(2)确定配电网健康指数采用的状态信息获取方式；
(3)获取配电网健康指数评估所需的状态信息；
(4)将所述状态信息传输至配电网健康指数评估数据平台；
(5)依据配电网健康指数评价体系，分析健康指数信息，得出配电网健康指数评价结果。
进一步地，所述步骤(2)中，状态信息获取方式包括配电网已有的数据获取手段、带电检测仪和配电网状态信息采集装置；所述配电网已有的数据获取手段通过数据库信息交互方式获取PMS系统、配电自动化系统和配电检测系统的状态信息；所述带电检测仪读取自身包含的配电网健康指数评估方法需要的状态信息；
所述配电网状态信息采集装置包括依次连接的开关矩阵模块、采样模块、控制器和通信介质；所述采样模块包括AD采样器、信号输入输出器、数字多用表、函数发生器和频谱分析仪；所述通信介质包括光纤、GPRS和zigbee；人机接口、CRT、键盘和打印机分别与控制器连接。
进一步地，所述应用层包括基于健康指数的配电网规划模块和基于健康指数的配电网优化检修模块；
所述基于健康指数的配电网规划模块包括配电网规划和健康指数之间的动、静态协调策略；涉及设备健康状况与风险的、满足分布式电源接入与供电可靠性要求的配电网规划规划思路、流程及相关技术原则；基于健康指数的配电网规划模块能够有效指导配电网规划工作；所述基于健康指数的配电网优化检修模块包括设备个体健康状态对配电网健康指数的影响分析；设备检修与电网整体运行性能之间的关系以及设备在电网中的风险等级评估；涉及设备与网络健康指数的配电网优化检修策略；基于健康指数的配电网优化检修模块能够为配电网优化检修提供决策依据。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
(1)本发明提供的现代配电网健康指数评估工程应用系统，将健康指数理念从单一设备扩展到群体设备和配电网络；提出了一套适应配电网的健康指数评估方法，包括设备与网络两个层面的健康指数评价方法与指标体系，并基于技术理论建立了配电网健康指数评估数据平台，实现了健康指数评估在实际配电网规划与运维工作中的应用，可以有效提高配电网的规划与检修水平。
(2)本发明提供的现代配电网健康指数评估工程应用系统，从方法层、平台层与应用层三个层面提出了完整的技术方案，具有很强的工程应用价值，能够有效推进配电网资产管理的精益化发展。
(3)本发明应用并扩展健康指数理念，了解现有这些海量的群体配电设备及配电网的健康状况，建立一套适合配电网的健康指数评估与量化评价方法、体系及其在配电领域的工程应用系统；建立健全统一的、比较全面的、可共享的信息数据平台；全面评估配电系统资产现状，查找薄弱环节，创建配电网设备健康指数信息的获取、存储及处理体系。继而以配电网健康指数评估为基础，进一步深化配电网规划、建设、运维与管理，为科学化、精益化、系统化的现代配电网资产管理提供先进技术手段和实用工具，为智能配电网高效、高可靠地供电提供更为有效的思路方法，提高运营效率，实现经济利益最大化。
附图说明
图1是本发明提供的配电网健康指数评估工程应用系统架构图；
图2是本发明提供的配电网健康指数评估方法示意图；
图3是本发明提供的配电网健康指数评估数据平台架构图；
图4是本发明提供的配电网健康指数评价流程图；
图5是本发明提供的配电网健康指数信息采集设备硬件结构图；
图6是本发明提供的基于健康指数的配电网规划方法与检修策略思路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明提供的配电网健康指数评估工程应用系统架构图如图1所示，基于配电网健康指数评估的工程应用系统包括方法层、平台层与应用层三层架构。
(1)系统方法层：基于配电网健康指数的影响因素及规律研究，建立了配电网健康指数评估方法，包括变配电设备的健康指数模型与网络的健康指数模型。
(2)系统平台层：基于配电网健康指数信息处理及采集技术研究，开发传感器等相关数据采集装置，建立配电网健康指数评估数据平台，实现对变配电设备与网络的健康状态评估。
(3)系统应用层：基于健康指数评估，实现对传统配电网规划方法、配电网检修策略的优化，推进精益化的配电网资产管理。
以下介绍系统各层级的具体技术方案。
一、方法层：现代配电网健康指数评估方法
配电网健康指数评估方法包括变配电设备的健康指数模型与网络的健康指数模型两个部分，方法逻辑示意图见附图2。
①变配电设备的健康指数模型：
变配电设备主要包括变压器、开关、电缆线路和架空线路等关键设备。变配电设备的健康指数模型包括不同类型变配电设备的抽样方法及反映其特征的关键状态量的确定方法；考虑设备关键状态量因素的健康指数建模技术；基于模糊数学、人工神经网络(ANN)、粗糙集理论等技术的设备健康指数分析模型与评价标准。
②网络的健康指数模型：
网络的健康指数模型包括一套能够衡量单条馈线、单座变电站、变电站及其关联半径内的配电网健康状况的评价指标体系；能够反映配电网规划、运行与控制协调配合的网络健康指数评价方法与模型。该模型能够找出系统自身差距和变化态势，对已造成或可能发生的病症异常，及早给出响应动作建议，以保障系统处于稳定健康状态。
二、平台层：配电网健康指数评估数据平台
配电网健康指数评估数据平台包括硬件设备、数据处理与应用两个部分，数据平台架构图如图3所示，基于数据平台的配电网健康指数评价流程如图4所示。
1)硬件设备：
根据配电网设备与网络信息采集现状，采用便携式带电检测仪器测量结果抄录装置，使其具有全面电子化读取和转存现有配电设备状态监测仪器结果的功能，实现对已有仪器的继承；基于传感器的类型、数量、位置及其成本效益分析，确定传感器阵列优化布局方案，构造配电网健康指数计算用状态数据感知传感器阵列；采用适用于变配电设备及网络健康指数信息采集的通用适配器，实现信号的标准化输出；开发基于健康指数状态信息采集终端的自动测试软件，完成健康指数状态信息的自动测试与传送。健康指数信息获取基本硬件结构示意图如图5所示。
2)数据处理与应用：
配电网健康指数评估数据处理与应用需要具备基于可识别度概念的健康指数特征提取技术，可以实现对生产管理系统(PMS)系统、配电自动化(DA)、能量管理(EMS)等系统继承数据以及采集状态信息数据的筛选、辨识与有效挖掘；平台采用面向对象的方法，基于数据库管理系统(DatabaseManagementSystem，DBMS)，建立健全数据平台，实现数据的分层、分类、分级管理，支持查询、调用及制表等多种信息使用方式，且能够实现与电网现有数据库的信息交互共享。
配电网健康指数评估数据平台中的变配电设备与网络健康指数评价系统，能够实现变配电设备与网络的健康状态评估，有效指导配电网资产管理。
三、应用层：基于健康指数的配电网规划与检修技术
基于健康指数的配电网工程应用示意图如图6所示，典型工程应用包括：
<1>基于健康指数的配电网规划方法：
基于健康指数的配电网规划方法包括配电网规划和健康指数之间的动、静态协调策略；考虑设备健康状况与风险的、满足分布式电源接入与供电可靠性要求的配电网规划规划思路、流程及相关技术原则。基于健康指数的配电网规划方法能够有效指导配电网规划工作。
<2>基于健康指数的配电网优化检修技术：
基于健康指数的配电网优化检修技术包括设备个体健康状态对配电网健康指数的影响分析；设备检修与电网整体运行性能之间的关系以及设备在电网中的风险等级评估；统筹考虑设备与网络健康指数的配电网优化检修策略。基于健康指数的配电网优化检修技术能够为配电网优化检修提供有力的决策依据。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种配电网健康指数评估工程应用系统，其特征在于，所述系统包括的配电网健康指数评估方法层、平台层和应用层。
2.如权利要求1所述的配电网健康指数评估工程应用系统，其特征在于，所述配电网健康指数评估方法层包括变配电设备的健康指数模型、网络的健康指数模型以及相关建模技术；
其中变配电设备包括变压器、开关、电缆线路和架空线路；所述变配电设备的健康指数模型为基于模糊数学、人工神经网络、粗糙集理论技术的设备健康指数分析模型与评价标准；
所述网络的健康指数模型包括能够衡量单条馈线、单座变电站、变电站及其关联半径内的配电网健康状况的评价指标体系；能够反映配电网规划、运行与控制协调配合的网络健康指数评价方法与模型；
相关建模技术包括不同类型变配电设备的抽样方法及反映其特征的关键状态量的确定方法。
3.如权利要求1所述的配电网健康指数评估工程应用系统，其特征在于，所述平台层为配电网健康指数评估数据平台，包括硬件设备层、数据处理与应用层；所述硬件设备层为数据处理与应用层提供数据；
所述硬件设备层采用新型的便携式带电检测仪测量结果抄录装置，使其具有全面电子化读取和转存现有配电设备状态监测仪器结果的功能，实现对已有仪器的继承；基于传感器的类型、数量、位置及其成本效益分析，确定传感器阵列优化布局方案，构造配电网健康指数计算用状态数据感知传感器阵列；采用适用于变配电设备及网络健康指数信息采集的通用适配器，实现信号的标准化输出；开发基于健康指数状态信息采集终端的自动测试软件，完成健康指数状态信息的自动测试与传送；
所述数据处理与应用层基于可识别度概念的健康指数特征提取技术，实现对生产管理系统系统、配电自动化系统、能量管理系统继承数据以及采集状态信息数据的筛选、辨识与有效挖掘；
所述配电网健康指数评估数据平台采用面向对象的方法，基于数据库管理系统，建立健全数据平台，实现数据的分层、分类、分级管理，支持查询、调用及制表多种信息使用方式，且能够实现与电网现有数据库的信息交互共享。
4.如权利要求3所述的配电网健康指数评估工程应用系统，其特征在于，所述配电网健康指数评估数据平台的工作过程如下：
(1)配电网健康指数评估数据平台初始化并进行全面自检：若检测出错，则配电网健康指数评估数据平台自动放弃健康指数评估；否则，进行下一步；
(2)确定配电网健康指数采用的状态信息获取方式；
(3)获取配电网健康指数评估所需的状态信息；
(4)将所述状态信息传输至配电网健康指数评估数据平台；
(5)依据配电网健康指数评价体系，分析健康指数信息，得出配电网健康指数评价结果。
5.如权利要求4所述的配电网健康指数评估工程应用系统，其特征在于，所述步骤(2)中，状态信息获取方式包括配电网已有的数据获取手段、带电检测仪和配电网状态信息采集装置；所述配电网已有的数据获取手段通过数据库信息交互方式获取PMS系统、配电自动化系统和配电检测系统的状态信息；所述带电检测仪读取自身包含的配电网健康指数评估方法需要的状态信息；
所述配电网状态信息采集装置包括依次连接的开关矩阵模块、采样模块、控制器和通信介质；所述采样模块包括AD采样器、信号输入输出器、数字多用表、函数发生器和频谱分析仪；所述通信介质包括光纤、GPRS和zigbee；人机接口、CRT、键盘和打印机分别与控制器连接。
6.如权利要求1所述的配电网健康指数评估工程应用系统，其特征在于，所述应用层包括基于健康指数的配电网规划模块和基于健康指数的配电网优化检修模块；
所述基于健康指数的配电网规划模块包括配电网规划和健康指数之间的动、静态协调策略；涉及设备健康状况与风险的、满足分布式电源接入与供电可靠性要求的配电网规划规划思路、流程及相关技术原则；基于健康指数的配电网规划模块能够有效指导配电网规划工作；
所述基于健康指数的配电网优化检修模块包括设备个体健康状态对配电网健康指数的影响分析；设备检修与电网整体运行性能之间的关系以及设备在电网中的风险等级评估；涉及设备与网络健康指数的配电网优化检修策略；基于健康指数的配电网优化检修模块能够为配电网优化检修提供决策依据。
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