CN105529705A - 一种城市配电网自愈控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市配电网自愈控制系统，该系统包括通过通讯模块相连的前置主机处理器和监控主机处理器，电流信号采集模块、电压信号采集模块、节点信号采集模块、分合闸信号输出模块分别与前置主机处理器相连，故障选线模块、故障统计分析模块、分合闸控制模块、存储模块和输入输出模块分别与监控主机处理器相连。本发明的自愈系统以及控制方法，能够有效减少人工拉路带来的非计划停电时间，使每条非故障线路停电时间控制在秒级以内，保证了电力系统安全运行，提高了配电网供电可靠性，减少了停电造成的经济损失；实现配电网始终向更健康状态转移，提高配电网供电安全性、可靠性、优质性和经济性，增强应急能力的目标。

Description

一种城市配电网自愈控制系统

技术领域

本发明属于电网保护技术领域，具体涉及一种城市配电网自愈控制系统。

背景技术

配电网是联系电力负荷与大电网的中间环节，在我国典型的电压等级为10/6/20KV，社会生产生活水平的提高要求配电网具有更高的供电安全性与可靠性。配电网中分支和级联开关多、运行方式灵活、中性点不直接接地、多种能源形势的小容量分布式电源多点接入、负荷和分布式电源出力具有很强的不确定性、三相不平衡、故障率高、量测点覆盖率低，这些特点使得配电网的控制非常困难，其控制水平远落后于输电网。

目前，配电网中只实现了简单的保护和控制功能，当配电网中发生故障时，通过安装在馈线首端的继电保护装置切除故障，一些馈线中装有负荷开关和馈线终端单元，每个馈线终端单元及时采集流过负荷开关的电流、电压及开关状态等信号，并通过通讯网络上送到主站计算机，主站计算机根据馈线终端单元上传的数据判断出故障发生的区域，然后通过遥控指令，由馈线终端单元执行相应的负荷开关分合闸操作，将故障区隔离、恢复无故障区域的供电，以缩小停电区域。正常时，对配电网的运行状态进行优化，但由于以一个时间断面的数据为基础进行静态网络重构，未考虑负荷、分布式电源出力的变化趋势，无法获得优化效果，并且没有发挥分布式电源/微网/储能装置的作用。目前实现的配电网控制中，缺乏从绝缘缺陷到发生单相接地故障、以及发展为相间短路过程的预警监测、分析与控制。

与传统控制模式相比，自愈控制技术具有自治性、智能性、适应性、协调性、主动性和社会性等优良特征，使被控对象具备很强的自我愈合、自我防治、自我免疫能力，因此在通讯、网络等领域中纷纷提出了自愈控制方案，目前自愈控制在电网中的应用只针对于35KV以上电网。为了防止出现大面积停电，在被中断供电后，配电网要有自我恢复供电的能力，要求开展配电网规划和改造工作，建成坚强的配电网，提高供电能力和可靠性，确保电网安全稳定运行，满足社会经济发展及人民生活水平不断提高的要求。因此，需要研究并实现配电网的一次系统、二次系统、通讯网和自动化的有效集成与协调控制。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种能够有效减少人工拉路带来的非计划停电时间，使每条非故障线路停电时间控制在秒级以内，保证了电力系统安全运行，提高了配电网供电可靠性，减少了停电造成的经济损失；实现配电网始终向更健康状态转移，提高配电网供电安全性、可靠性、优质性和经济性，增强应急能力的目标的城市配电网自愈控制系统。

技术方案：本发明所述的一种城市配电网自愈控制系统，包括通过通讯模块相连的前置主机处理器和监控主机处理器，电流信号采集模块、电压信号采集模块、节点信号采集模块、分合闸信号输出模块分别与前置主机处理器相连，所述电流信号采集模块的输入端与套设于母线下辖出线上的零序电流互感器相连，电流信号采集模块的输出端与前置主机处理器相连；所述电压信号采集模块的输入端与母线电压互感器相连，电压信号采集模块的输出端与前置主机处理器相连；所述节点信号采集模块的输入端与设于母线下辖出线上的开关柜节点信号回路相连，节点信号采集模块的输出端与前置主机处理器相连；所述分合闸信号输出模块的输入端与前置主机处理器相连，分合闸信号输出模块的输出端与开关柜分合闸信号回路分别相连；故障选线模块、故障统计分析模块、分合闸控制模块、存储模块和输入输出模块分别与监控主机处理器相连。

本发明还公开了一种城市配电网自愈控制方法，采用集中与分布协调的配电网自愈控制方法，信号的处理和控制策略的生成具有自适应性，在无人工干预条件下自动完成控制过程，协调继电保护装置与保护控制装置、开关与智能开关、安全自动装置的动作行为，包括分布自愈控制和集中自愈控制两步，具体步骤如下：

1)分布自愈控制步骤：电压电流互感器分别将配电网的电压、电流变换为弱电或光信号，保护控制装置与继电保护装置接收到变换后的电压、电流信号后与保护整定值进行比较，超过动作启动值时触发继电器将开关分闸，同时保护控制装置根据电压电流信号确定故障区段、单相接地和绝缘下降设备，并触发继电器断开与故障区段相连的开关，然后搜索并合闸一个与非故障区段相连且另一端具有正常电压信号的开关，变电站的备自投装置接收到变换后的电压、电流信号和开关状态后与动作阀值比较，满足动作条件时触发继电器合上分段开关，所有变换后电压、电流信号、单相接地和绝缘下降信号、保护控制装置和备自投装置的动作情况、动作前后开关的状态以报文方式通过远程测控终端和电力通讯网络传送给主站计算机；

2)集中自愈控制步骤：主站计算机接收到报文后对信号进行解析还原，并进行滤波处理，过滤错误信息后将信号传递给主站服务器，同时通过电力通讯网络将收到的主站服务器控制命令信号发送给远程测控终端执行相应的控制操作；主站服务器将接收到的电压电流与正常电压电流值进行比较、并进行网络拓扑连通性检查，若负荷处的电压电流不在正常值范围内、且与电源不连通时，搜索与该负荷所在区段相连且另一端具有正常电压信号的开关，计算比较这些开关所连的正常供电区段的功率储备，得到功率储备大于负荷且操作开关最少的供电方式，如果没有可行的供电方式能恢复对所有负荷的供电则根据负荷的重要性进行排序，将大于功率储备且重要性低的负荷确定为停电负荷，若负荷的电源中只有分布式电源，则生成切机、切负荷方案，并按遥控报文格式组织开关动作的控制信号，发送给主站计算机；

主站服务器接收到单相接地或绝缘下降信号时，设置单相接地和绝缘下降区段退出，计算配电网各种运行方式和无功补偿方式下的电压分布、电流分布、以及负荷增长时的临界电压，与正常电压电流值进行比较，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围的配电网运行方式，然后将当前负荷下配电网的临界电压与同样运行方式下负荷增长时的临界电压进行比较，选出安全裕度最大的配电网运行方式，进一步得出当前运行方式转变为该运行方式需要进行的开关操作、电容器投切情况，以及操作顺序，并按遥控报文格式组织控制信号，发送给主站计算机；

主站服务器分别设置各设备退出运行，计算配电网的电压电流分布，并与正常电压电流值进行比较，如果均不超出正常运行范围，则对历史负荷和分布式电源出力进行延拓处理，分别得出负荷和分布式电源出力的变化趋势，然后结合接收到的当前电压、电流、开关状态信号对配电网各种运行方式下的网损进行计算、比较，得到网损最小的运行方式以及由当前运行方式转变为网损最小运行方式所需要进行的操作，进一步根据新的运行方式、负荷与分布式电源出力的变化趋势，计算无功潮流和功率因数，改变无功电源出力重新计算，直到配电网的无功潮流减小、功率因数增大且大于功率因数限值、网损减小时确定为无功补偿设备的运行状态，最后按遥控报文格式组织开关操作命令信号，发送给主站计算机；

主站服务器利用接收到的历史电压电流信号、预测负荷数据、预测分布式电源出力和电网结构对配电网进行评估，比较负荷变化前后各种运行方式下的功率分布和电压的变化情况，输出当前配电网结构、有功电源或无功电源不能满足负荷及其变化的情况，以及调整配电网结构、有功电源或无功电源的策略。

进一步的，所述生成切机、切负荷方案的方法为主站服务器利用接收到的孤岛内的频率、电压、电流信号进行功率平衡计算，孤岛内电源能发出的总功率小于总负荷时根据负荷的重要性进行排序，将大于电源功率且重要性低的负荷确定为停电负荷，如果发电机出力远大于总负荷则根据发电机的出力进行排序，出力大小与功率差额最接近的发电机确定为停发机组；在孤岛内功率平衡基础上逐步增大孤岛内的负荷功率，计算各种功率情况下孤岛的临界电压，将当前运行情况与临界电压进行比较，存在电压失稳趋势时对最接近临界电压处的电容器、发电机和负荷进行控制，使孤岛内不发生电压失稳现象。

有益效果：本发明的自愈系统以及控制方法，能够有效减少人工拉路带来的非计划停电时间，使每条非故障线路停电时间控制在秒级以内，保证了电力系统安全运行，提高了配电网供电可靠性，减少了停电造成的经济损失；实现配电网始终向更健康状态转移，提高配电网供电安全性、可靠性、优质性和经济性，增强应急能力的目标。

附图说明

图1为本发明的自愈系统结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种城市配电网自愈控制系统，包括通过通讯模块相连的前置主机处理器和监控主机处理器，电流信号采集模块、电压信号采集模块、节点信号采集模块、分合闸信号输出模块分别与前置主机处理器相连，所述电流信号采集模块的输入端与套设于母线下辖出线上的零序电流互感器相连，电流信号采集模块的输出端与前置主机处理器相连；所述电压信号采集模块的输入端与母线电压互感器相连，电压信号采集模块的输出端与前置主机处理器相连；所述节点信号采集模块的输入端与设于母线下辖出线上的开关柜节点信号回路相连，节点信号采集模块的输出端与前置主机处理器相连；所述分合闸信号输出模块的输入端与前置主机处理器相连，分合闸信号输出模块的输出端与开关柜分合闸信号回路分别相连；故障选线模块、故障统计分析模块、分合闸控制模块、存储模块和输入输出模块分别与监控主机处理器相连。

运行时，电流信号采集模块通过零序电流互感器采集母线下辖出线的零序电流信号并将零序电流信号发送至前置主机处理器，电压信号采集模块通过电压互感器采集母线的电压信号并将电压信号发送至前置主机处理器，节点信号采集模块采集开关柜的开关柜节点信号并将开关柜节点信号发送至前置主机处理器，开关柜节点信号包括母线下辖出线开关柜断路器的分闸常开节点信号和合闸常闭节点信号；然后前置主机处理器将接收到的零序电流信号、电压信号和开关柜节点信号通过通讯模块输送到监控主机处理器，监控主机处理器根据前置主机处理器发送过来的零序电流信号、电压信号和开关柜节点信号，调用故障选线模块进行故障线路选择，并判断故障类型是母线故障、系统干扰还是接地故障，如果为母线所辖出线接地故障，则故障选线模块根据时间门槛判断故障类型属于瞬时接地故障还是永久接地故障，若为瞬时接地故障，则故障选线模块将瞬时接地故障信号发送至监控主机处理器，监控主机处理器再将故障记录于存储模块进行存储，若为永久接地故障，则故障选线模块将永久接地故障信号发送至监控主机处理器，监控主机处理器再将永久接地故障信号发送给分合闸控制模块，分合闸控制模块接收信号后进行处理并发出分闸指令给监控主机处理器，监控主机处理器将分闸指令经通讯模块传输给前置主机处理器，前置主机处理器将分闸指令发送给分合闸信号输出模块，分合闸信号输出模块输出分闸指令给故障线路的开关柜，并对故障线路进行分闸操作。故障线路开关柜分闸后，通过电压信号采集模块采集母线电压信号，通过节点信号采集模块采集每个开关柜的开关柜节点信号，电压信号采集模块和节点信号采集模块分别将电压信号和开关柜节点信号发送至前置主机处理器，前置主机处理器再经通讯模块将电压信号和开关柜节点信号发送至监控主机处理器，监控主机处理器再根据电压信号和开关柜节点信号判断故障是否消失。如果故障消失，监控主机处理器则将选线结果报送综自后台及调度中心；如果故障没有消失，则将启动分合闸信号模块将该线路合闸；并同时启动故障统计分析模块。故障统计分析模块根据历史记录，将其他线路故障率进行排序，并根据故障率从高到底顺序分合闸。找到故障线路后，上报综自后台及调度中心；如果所有线路分合闸后，故障仍然存在，则判定为母线故障，并上报综自后台及调度中心。

一种城市配电网自愈控制方法，采用集中与分布协调的配电网自愈控制方法，信号的处理和控制策略的生成具有自适应性，在无人工干预条件下自动完成控制过程，协调继电保护装置与保护控制装置、开关与智能开关、安全自动装置的动作行为，包括分布自愈控制和集中自愈控制两步，具体步骤如下：

1)分布自愈控制步骤：电压电流互感器分别将配电网的电压、电流变换为弱电或光信号，保护控制装置与继电保护装置接收到变换后的电压、电流信号后与保护整定值进行比较，超过动作启动值时触发继电器将开关分闸，同时保护控制装置根据电压电流信号确定故障区段、单相接地和绝缘下降设备，并触发继电器断开与故障区段相连的开关，然后搜索并合闸一个与非故障区段相连且另一端具有正常电压信号的开关，变电站的备自投装置接收到变换后的电压、电流信号和开关状态后与动作阀值比较，满足动作条件时触发继电器合上分段开关，所有变换后电压、电流信号、单相接地和绝缘下降信号、保护控制装置和备自投装置的动作情况、动作前后开关的状态以报文方式通过远程测控终端和电力通讯网络传送给主站计算机；

2)集中自愈控制步骤：主站计算机接收到报文后对信号进行解析还原，并进行滤波处理，过滤错误信息后将信号传递给主站服务器，同时通过电力通讯网络将收到的主站服务器控制命令信号发送给远程测控终端执行相应的控制操作；主站服务器将接收到的电压电流与正常电压电流值进行比较、并进行网络拓扑连通性检查，若负荷处的电压电流不在正常值范围内、且与电源不连通时，搜索与该负荷所在区段相连且另一端具有正常电压信号的开关，计算比较这些开关所连的正常供电区段的功率储备，得到功率储备大于负荷且操作开关最少的供电方式，如果没有可行的供电方式能恢复对所有负荷的供电则根据负荷的重要性进行排序，将大于功率储备且重要性低的负荷确定为停电负荷，若负荷的电源中只有分布式电源，则生成切机、切负荷方案，并按遥控报文格式组织开关动作的控制信号，发送给主站计算机；

主站服务器接收到单相接地或绝缘下降信号时，设置单相接地和绝缘下降区段退出，计算配电网各种运行方式和无功补偿方式下的电压分布、电流分布、以及负荷增长时的临界电压，与正常电压电流值进行比较，过滤得到电压和电流都没有超出正常运行范围的配电网运行方式，然后将当前负荷下配电网的临界电压与同样运行方式下负荷增长时的临界电压进行比较，选出安全裕度最大的配电网运行方式，进一步得出当前运行方式转变为该运行方式需要进行的开关操作、电容器投切情况，以及操作顺序，并按遥控报文格式组织控制信号，发送给主站计算机；

主站服务器分别设置各设备退出运行，计算配电网的电压电流分布，并与正常电压电流值进行比较，如果均不超出正常运行范围，则对历史负荷和分布式电源出力进行延拓处理，分别得出负荷和分布式电源出力的变化趋势，然后结合接收到的当前电压、电流、开关状态信号对配电网各种运行方式下的网损进行计算、比较，得到网损最小的运行方式以及由当前运行方式转变为网损最小运行方式所需要进行的操作，进一步根据新的运行方式、负荷与分布式电源出力的变化趋势，计算无功潮流和功率因数，改变无功电源出力重新计算，直到配电网的无功潮流减小、功率因数增大且大于功率因数限值、网损减小时确定为无功补偿设备的运行状态，最后按遥控报文格式组织开关操作命令信号，发送给主站计算机；

主站服务器利用接收到的历史电压电流信号、预测负荷数据、预测分布式电源出力和电网结构对配电网进行评估，比较负荷变化前后各种运行方式下的功率分布和电压的变化情况，输出当前配电网结构、有功电源或无功电源不能满足负荷及其变化的情况，以及调整配电网结构、有功电源或无功电源的策略。

进一步的，所述生成切机、切负荷方案的方法为主站服务器利用接收到的孤岛内的频率、电压、电流信号进行功率平衡计算，孤岛内电源能发出的总功率小于总负荷时根据负荷的重要性进行排序，将大于电源功率且重要性低的负荷确定为停电负荷，如果发电机出力远大于总负荷则根据发电机的出力进行排序，出力大小与功率差额最接近的发电机确定为停发机组；在孤岛内功率平衡基础上逐步增大孤岛内的负荷功率，计算各种功率情况下孤岛的临界电压，将当前运行情况与临界电压进行比较，存在电压失稳趋势时对最接近临界电压处的电容器、发电机和负荷进行控制，使孤岛内不发生电压失稳现象。

本发明的自愈系统以及控制方法，能够有效减少人工拉路带来的非计划停电时间，使每条非故障线路停电时间控制在秒级以内，保证了电力系统安全运行，提高了配电网供电可靠性，减少了停电造成的经济损失；实现配电网始终向更健康状态转移，提高配电网供电安全性、可靠性、优质性和经济性，增强应急能力的目标。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种城市配电网自愈控制系统，其特征在于：包括通过通讯模块相连的前置主机处理器和监控主机处理器，电流信号采集模块、电压信号采集模块、节点信号采集模块、分合闸信号输出模块分别与前置主机处理器相连，所述电流信号采集模块的输入端与套设于母线下辖出线上的零序电流互感器相连，电流信号采集模块的输出端与前置主机处理器相连；所述电压信号采集模块的输入端与母线电压互感器相连，电压信号采集模块的输出端与前置主机处理器相连；所述节点信号采集模块的输入端与设于母线下辖出线上的开关柜节点信号回路相连，节点信号采集模块的输出端与前置主机处理器相连；所述分合闸信号输出模块的输入端与前置主机处理器相连，分合闸信号输出模块的输出端与开关柜分合闸信号回路分别相连；故障选线模块、故障统计分析模块、分合闸控制模块、存储模块和输入输出模块分别与监控主机处理器相连。