CN105743108B - 一种具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统 - Google Patents

一种具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,包括终端部分、计算机部分、通信部分、监测部分,其特征在于:所述终端部分包括馈线自动化终端、配电变压器检测终端、环网柜、开闭站;所述计算机部分包括网络工作站、应用服务器、前置服务器、防火墙路由器、共享打印机;所述通信部分包括MSTP设备、以太网交换机、EPON;所述监测部分包括三相电压信号处理模块、三相电流信号处理模块、采样电路和数据处理模块,所述数据处理模块输出的数据上传至所述数据总线,由所述配电管理工作站对该数据进行接收、存储、分析和处理。

Description

一种具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统
技术领域
本申请涉及一种配电网系统,尤其是一种具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统。
背景技术
10kV配电网作为发、输电系统联接用户侧的重要一环,位于电力系统的终端环节,是中低压配电的重要构成部分,主要担任着为用户输送和分配电能的功能。由于我国经济水平的不断提高,用电需求的不断扩大,因而对配电网的可靠性提出了越来越高的要求。
我国配电网结构落后多年,一直缺乏合理科学的规划,传统配电网中主要有以下不足:通信节点数量巨大、类型繁多、分布不均匀、系统组织困难;通信系统多分布在户外,恶劣气候的考验需要更高的可靠性保障;通信带宽要求得不到保证,由于采用的多种通信系统和多层集成方式,不同业务流要求带宽和实时性不同。
同时,线损率是综合反映电力网规划计划、生产运行和经营管理水平的主要经济技术指标。如何准确、合理地自动计算出配电网理论损耗电量,同时计算出各类损耗所占的比例使当前面临的问题。
在我国的低压配电网中存在着大量的单相负荷,并且这些不平衡负荷并没有合理的分配到各相,由此造成的三相不平衡将给电力系统和用户造成一系列危害。
发明内容
为了解决现有技术中配电网中通信系统存在的缺陷、如何合理预估线损率从而评估配电网的工作效率的问题以及监测三相不平衡,本发明提出了一种具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统。
本发明的技术方案为:一种具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,包括终端部分、计算机部分、通信部分、监测部分,
所述终端部分包括馈线自动化终端、配电变压器检测终端、环网柜、开闭站;
所述计算机部分包括网络工作站、应用服务器、前置服务器、防火墙路由器、共享打印机;所述网络工作站包括配电调度工作站、配电管理工作站、系统维护工作站、高级应用工作站;所述应用服务器包括网络系统服务器、数据库服务器、SCADA服务器、Web服务器、高级应用服务器;所述SCADA服务器实时采集所述终端设备上传的遥侧、遥信、电能、数字量、定值数据,同时向各所述终端部分发送数据信息及控制命令;
所述通信部分包括MSTP(多生成树协议)设备、以太网交换机、EPON(以太网无源光网络),其中一个主MSTP(多生成树协议)设备与多个从MSTP(多生成树协议)设备分别连接,
该主MSTP(多生成树协议)设备通过所述以太网交换机与所述前置服务器连接,所述前置服务器通过所述防火墙路由器与数据总线连接,所述网络工作站、应用服务器、共享打印机与所述防火墙路由器共同连接在所述数据总线上,进行数据交换;
所述从MSTP(多生成树协议)设备通过所述EPON(以太网无源光网络)连接所述配电子站,所述配电子站通过由光纤和分光器组成的通信线路连接所述终端设备,所述通信线路是双链型,所述分光器安放在每个所述终端设备的信息接入点上,实现全网自愈保护。
所述监测部分包括三相电压信号处理模块、三相电流信号处理模块、采样电路和数据处理模块,所述数据处理模块输出的数据上传至所述数据总线,由所述配电管理工作站对该数据进行接收、存储、分析和处理;
其中,所述三相电压信号处理模块包括限流电阻、电压互感器、第一辅助电路、第一抗混叠滤波电路以及第一交直流转换电路,
所述配电网的输电线路的三相电压信号经所述限流电阻后变为电流信号,再经过所述电压互感器及其辅助电路,可使得该电流信号变为幅值小的电压信号,经过所述第一抗混叠滤波电路和所述第一交直流转换电路,输出电压信号进入所述采样电路;
其中,所述三相电流信号处理模包括第一级电流互感器、第二级电流互感器、第二辅助电路、第二抗混叠滤波电路以及第二交直流转换电路,
所述配电网的输电线路的三相电流信号经过所述第一级电流互感器变为幅值小的电流后,进入所述第二级电流互感器以及所述第二辅助电路,经过第二抗混叠滤波电路以及第二交直流转换电路,输出电压信号进入所述采样电路;
所述采样电路对来自所述三相电压信号处理模块和三相电流信号处理模块输出的电压信号同步采样,转换结果并行发送至所述数据处理模块,对三相电压、三相电流信号分析计算,得出三相不平衡度,通过数据总线发送至所述配电管理工作站。
所述高级应用工作站包括数据库存储模块、线损管理模块、操作系统模块,其中所述数据库存储模块存储由表达线损信息的维度表和事实表,其中所述维度表包括时间维度表、管理责任人维度表、拓扑维度表、损失原因维度表、降损方法维度表、计算方法维度表。
所述线损管理模块基于所述数据库存储模块的数据进行处理分析,其包括文件模块、系统设置模块、设备查询模块、线损处理模块以及统计分析模块。
本发明的有益效果:
(1)在稳定的数据采集手段的基础上,为整个供电企业提供准确完整的数据支持,为企业决策层决策提供强有力的数据基础;
(2)通过信息化管理,简化线损管理员的工作,提升其工作效率;
(3)及时迅速的发现线损计算及分析中所产生的问题,找到线损产生的具体环节及原因,为降低线损提供科学化的建议;
(4)有效减少了通信节点,降低了系统冗余度;
(5)通信可靠性强;
(6)有效监测电网的三相不平衡
附图说明
图1为本发明的系统构成框图;
图2为本发明的线损管理模块构成示意图;
图3为本发明的监测部分的构成框图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
发明的实施例参考图1-3所示。
一种具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,包括终端部分、计算机部分、通信部分、监测部分,
所述终端部分包括馈线自动化终端、配电变压器检测终端、环网柜、开闭站;
所述计算机部分包括网络工作站、应用服务器、前置服务器、防火墙路由器、共享打印机;所述网络工作站包括配电调度工作站、配电管理工作站、系统维护工作站、高级应用工作站;所述应用服务器包括网络系统服务器、数据库服务器、SCADA服务器、Web服务器、高级应用服务器;所述SCADA服务器实时采集所述终端设备上传的遥侧、遥信、电能、数字量、定值数据,同时向各所述终端部分发送数据信息及控制命令;
所述通信部分包括MSTP(多生成树协议)设备、以太网交换机、EPON(以太网无源光网络),其中一个主MSTP(多生成树协议)设备与多个从MSTP(多生成树协议)设备分别连接,
该主MSTP(多生成树协议)设备通过所述以太网交换机与所述前置服务器连接,所述前置服务器通过所述防火墙路由器与数据总线连接,所述网络工作站、应用服务器、共享打印机与所述防火墙路由器共同连接在所述数据总线上,进行数据交换;
所述从MSTP(多生成树协议)设备通过所述EPON(以太网无源光网络)连接所述配电子站,所述配电子站通过由光纤和分光器组成的通信线路连接所述终端设备,所述通信线路是双链型,所述分光器安放在每个所述终端设备的信息接入点上,实现全网自愈保护。
所述监测部分包括三相电压信号处理模块、三相电流信号处理模块、采样电路和数据处理模块,所述数据处理模块输出的数据上传至所述数据总线,由所述配电管理工作站对该数据进行接收、存储、分析和处理;
其中,所述三相电压信号处理模块包括限流电阻、电压互感器、第一辅助电路、第一抗混叠滤波电路以及第一交直流转换电路,
所述配电网的输电线路的三相电压信号经所述限流电阻后变为电流信号,再经过所述电压互感器及其辅助电路,可使得该电流信号变为幅值小的电压信号,经过所述第一抗混叠滤波电路和所述第一交直流转换电路,输出电压信号进入所述采样电路;
其中,所述三相电流信号处理模包括第一级电流互感器、第二级电流互感器、第二辅助电路、第二抗混叠滤波电路以及第二交直流转换电路,
所述配电网的输电线路的三相电流信号经过所述第一级电流互感器变为幅值小的电流后,进入所述第二级电流互感器以及所述第二辅助电路,经过第二抗混叠滤波电路以及第二交直流转换电路,输出电压信号进入所述采样电路;
所述采样电路对来自所述三相电压信号处理模块和三相电流信号处理模块输出的电压信号同步采样,转换结果并行发送至所述数据处理模块,对三相电压、三相电流信号分析计算,得出三相不平衡度,通过数据总线发送至所述配电管理工作站。
所述高级应用工作站包括数据库存储模块、线损管理模块、操作系统模块,其中所述数据库存储模块存储由表达线损信息的维度表和事实表,其中所述维度表包括时间维度表、管理责任人维度表、拓扑维度表、损失原因维度表、降损方法维度表、计算方法维度表。
所述线损管理模块基于所述数据库存储模块的数据进行处理分析,其包括文件模块、系统设置模块、设备查询模块、线损处理模块以及统计分析模块,
所述文件模块由用户管理子模块、角色管理子模块、权限管理子模块三个子模块组成,
所述用户管理子模块用于添加、删除、修改系统用户及其基本信息;
所述角色管理子模块用于提供给系统管理员相应的权限,对系统角色进行色查询、增加、修改和删除。
所述权限管理子模块用于提供给系统管理员相应的权限,为各个角色设置权限,对各角色能够浏览和操作的菜单项进行统一管理。
所述系统设置模块由字典管理子模块、变电站管理子模块、线路参数子模块、变压器参数子模块和线损计算设置子模块五个子模块组成。
所述字典管理子模块对本系统中的各种基本参数进行维护。
所述变电站管理子模块对全局配电网内所有变电站的包括名称,简称、电压等级在内的基本数据进行维护。
所述线路参数子模块用于完成裸导线、电缆、架空线的电阻率参数设置,以备电量法和容量法计算。
所述变压器参数子模块用于包括存储变压器的型号、容量对应的短路损耗、空载损耗和额定电流在内的参数,以备计算线损时需要。
所述线损计算设置子模块用于计算线损的各种设置,确定线损计算方法,计算电量法、容量法时用到的功率因数以及负荷曲线特征系数。
所述设备查询模块由综合查询子模块、变压器查询子模块、变压器查询图表子模块、塔杆查询子模块和塔杆查询图表子模块五个子模块组成。
所述综合查询子模块用于完成对于包括配电网、变电站、线路、变压器、开关、电容器在内的参数查询。
所述变压器查询子模块用于完成配电网内所有变压器的数据查询。
所述变压器查询图表子模块用于完成配电网内所有变压器按变电站的数据统计图表。
所述塔杆查询子模块用于完成配电网内所有杆塔的数据查询。
所述塔杆查询图表子模块用于完成配电网内所有杆塔的数据统计图表。
所述线损处理模块由备份初始化子模块、表底录入子模块和线路线损计算子模块三个子模块组成。
所述备份初始化子模块用于在每月线路关口表进行抄表前进行初始化,确定本月各关口表的起码,更新到数据库中,并确定本月的关口表供电量计算日期。
所述表底录入子模块录入全局所有线路的关口表的有功及无功表底。
所述线路线损计算子模块计算全局已经录入表底的线路的线损值。
所述统计分析模块主要由用户电量查询子模块、线损查询子模块、线损分析子模块、线路理论损失电量报表查询子模块和线路功率因数月报表子模块五个子模块组成。
所述用户电量查询子模块按线路查询、导出已经导入系统中的用户电量。
所述线损查询子模块按线路查询全局所有线路的实际、理论线损值以及所涉及的所有数值。可以查询已经计算出的各个线路各个月的理论线损,并分析线损的组成及其所占比重。
所述线损分析子模块查询绘制某一条线路各月的线损值曲线图或列表,可以用图表的形式直观地显示线损随季度和时间的变化所呈现出的变化;或者,查询绘制某一月各条线路的线损值曲线图或列表,用图表的形式直观地显示各条线路在同一季度或者同一月中的线损变化情况,进行各个线路之间线损的比较。
所述线路理论损失电量报表查询子模块查询全局所有线路的理论损失电量以及所涉及的所有数值。
所述线路功率因数月报表子模块查询各月全局所有线路的功率因数值以及所涉及的所有数值。
其中,所述线路线损计算子模块的线损计算过程如下:
步骤1,计算变压器损耗,
步骤1.1,计算各变压器的形状系数,
式中,ki为为第i台变压器的形状系数,T为月运行小时数,pi为第i台变压器的持续负荷功率,t为时间,
步骤1.2,计算各变压器的损耗电量,
式中,Wi为第i台变压器的损耗电量,Pki为第i台变压器的负载损耗,Poi为第i台变压器的空载损耗,Iavi为第i台变压器的月平均电流,U为运行电压,Si为第i台变压器的额定容量。
步骤1.3,计算变压器总损耗电量
其中,n为变压器的总台数,
步骤2,计算线路损耗
步骤2.1,计算各分段线路上的形状系数,
式中,kj为第j段线路的形状系数,pj为第j段线路的持续负荷功率,
步骤2.2,计算第j段线路的月平均电流,
其中,Iavj为第j段线路的月平均电流,mj为第j段线路下所供的变压器台数,Wpjj为第j段线路下第jj台变压器的月有功电量,Wqjj为第j段线路下第jj台变压器的月无功电量,Wpii为第i段线路下第ii台变压器的月有功电量,Wqii为第i段线路下第ii台变压器的月无功电量,Wp为月有功电量,Wq为月无功电量,
步骤2.3,计算各分段线路上的损耗电量,
其中,Wj为第j段线路的月损耗电量,Rj为第j段线路的电阻。
步骤2.4,计算线路总损耗电量
其中,WL为线路总损耗电量
步骤3,计算配电网总损耗电量,
W=WL+WT
其中,W为配电网总损耗电量。
以上所述实施方式仅表达了本发明的一种实施方式,但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,包括终端部分、计算机部分、通信部分、监测部分,其特征在于:
所述终端部分包括馈线自动化终端、配电变压器检测终端、环网柜、开闭站;
所述计算机部分包括网络工作站、应用服务器、前置服务器、防火墙路由器、共享打印机;所述网络工作站包括配电调度工作站、配电管理工作站、系统维护工作站、高级应用工作站;所述应用服务器包括网络系统服务器、数据库服务器、SCADA服务器、Web服务器、高级应用服务器;所述SCADA服务器实时采集所述终端设备上传的遥测、遥信、电能、数字量、定值数据,同时向各所述终端部分发送数据信息及控制命令;
所述通信部分包括MSTP设备、以太网交换机、EPON,其中一个主MSTP设备与多个从MSTP设备分别连接;该主MSTP设备通过所述以太网交换机与所述前置服务器连接,所述前置服务器通过所述防火墙路由器与数据总线连接,所述网络工作站、应用服务器、共享打印机与所述防火墙路由器共同连接在所述数据总线上,进行数据交换;所述从MSTP设备通过所述EPON连接所述配电子站,所述配电子站通过由光纤和分光器组成的通信线路连接所述终端设备,所述通信线路是双链型,所述分光器安放在每个所述终端设备的信息接入点上,实现全网自愈保护;
所述监测部分包括三相电压信号处理模块、三相电流信号处理模块、采样电路和数据处理模块,所述数据处理模块输出的数据上传至所述数据总线,由所述配电管理工作站对该数据进行接收、存储、分析和处理;其中,所述三相电压信号处理模块包括限流电阻、电压互感器、第一辅助电路、第一抗混叠滤波电路以及第一交直流转换电路,所述配电网的输电线路的三相电压信号经所述限流电阻后变为电流信号,再经过所述电压互感器及其辅助电路,使得该电流信号变为幅值小的电压信号,经过所述第一抗混叠滤波电路和所述第一交直流转换电路,输出电压信号进入所述采样电路;其中,所述三相电流信号处理模包括第一级电流互感器、第二级电流互感器、第二辅助电路、第二抗混叠滤波电路以及第二交直流转换电路,所述配电网的输电线路的三相电流信号经过所述第一级电流互感器变为幅值小的电流后,进入所述第二级电流互感器以及所述第二辅助电路,经过第二抗混叠滤波电路以及第二交直流转换电路,输出电压信号进入所述采样电路;所述采样电路对来自所述三相电压信号处理模块和三相电流信号处理模块输出的电压信号同步采样,转换结果并行发送至所述数据处理模块,对三相电压、三相电流信号分析计算,得出三相不平衡度,通过数据总线发送至所述配电管理工作站。
2.根据权利要求1所述的具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,其特征在于:所述高级应用工作站包括数据库存储模块、线损管理模块、操作系统模块,其中所述数据库存储模块存储由表达线损信息的维度表和事实表,其中所述维度表包括时间维度表、管理责任人维度表、拓扑维度表、损失原因维度表、降损方法维度表、计算方法维度表。
3.根据权利要求2所述的具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,其特征在于:所述线损管理模块基于所述数据库存储模块的数据进行处理分析,其包括文件模块、系统设置模块、设备查询模块、线损处理模块以及统计分析模块。
4.根据权利要求3所述的具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,其特征在于:所述文件模块由用户管理子模块、角色管理子模块、权限管理子模块三个子模块组成;
所述用户管理子模块用于添加、删除、修改系统用户;
所述角色管理子模块用于提供给系统管理员相应的权限,对系统角色进行色查询、增加、修改和删除;
所述权限管理子模块用于提供给系统管理员相应的权限,为各个角色设置权限,对各角色能够浏览和操作的菜单项进行统一管理。
5.根据权利要求3所述的具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,其特征在于:
所述设备查询模块由综合查询子模块、变压器查询子模块、变压器查询图表子模块、塔杆查询子模块和塔杆查询图表子模块五个子模块组成;
所述综合查询子模块用于完成对于包括配电网、变电站、线路、变压器、开关、电容器在内的参数查询;
所述变压器查询子模块用于完成配电网内所有变压器的数据查询;
所述变压器查询图表子模块用于完成配电网内所有变压器统计图表的数据查询;
所述塔杆查询子模块用于完成配电网内所有塔杆的数据查询;
所述塔杆查询图表子模块用于完成配电网内所有塔杆的数据统计图表。
6.根据权利要求3所述的具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,其特征在于:
所述线损处理模块由备份初始化子模块、表底录入子模块和线路线损计算子模块三个子模块组成;
所述备份初始化子模块用于在每月线路关口表进行抄表前进行初始化,确定本月各关口表的起码,更新到数据库中,并确定本月的关口表供电量计算日期;
所述表底录入子模块录入全局所有线路的关口表的有功及无功表底;
所述线路线损计算子模块计算全局已经录入表底的线路的线损值。
7.根据权利要求3所述的具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,其特征在于:
所述统计分析模块主要由用户电量查询子模块、线损查询子模块、线损分析子模块、线路理论损失电量报表查询子模块和线路功率因数月报表子模块五个子模块组成;
所述用户电量查询子模块按线路查询、导出已经导入系统中的用户电量;
所述线损查询子模块按线路查询全局所有线路的实际、理论线损值以及所涉及的所有数值,查询已经计算出的各个线路各个月的理论线损,并分析线损的组成及其所占比重;
所述线损分析子模块查询绘制某一条线路各月的线损值曲线图或列表,用图表的形式直观地显示线损随季度和时间的变化所呈现出的变化;或者,查询绘制某一月各条线路的线损值曲线图或列表,用图表的形式直观地显示各条线路在同一季度或者同一月中的线损变化情况,进行各个线路之间线损的比较;
所述线路理论损失电量报表查询子模块查询全局所有线路的理论损失电量以及所涉及的所有数值;
所述线路功率因数月报表子模块查询各月全局所有线路的功率因数值以及所涉及的所有数值。
8.根据权利要求6所述的具有三相不平衡监测功能的10kV低压智能配电网系统,其特征在于:
其中,所述线路线损计算子模块的线损计算过程如下:
步骤1,计算变压器损耗,步骤1.1,计算各变压器的形状系数,
式中,ki为为第i台变压器的形状系数,T为月运行小时数,pi为第i台变压器的持续负荷功率,t为时间,
步骤1.2,计算各变压器的损耗电量,
式中,Wi为第i台变压器的损耗电量,Pki为第i台变压器的负载损耗,Poi为第i台变压器的空载损耗,Iavi为第i台变压器的月平均电流,U为运行电压,Si为第i台变压器的额定容量,
步骤1.3,计算变压器总损耗电量,
其中,n为变压器的总台数,
步骤2,计算线路损耗,
步骤2.1,计算各分段线路上的形状系数,
式中,kj为第j段线路的形状系数,pj为第j段线路的持续负荷功率,
步骤2.2,计算第j段线路的月平均电流,
其中,Iavj为第j段线路的月平均电流,mj为第j段线路下所供的变压器台数,Wpjj为第j段线路下第jj台变压器的月有功电量,Wqjj为第j段线路下第jj台变压器的月无功电量,Wpii为第i段线路下第ii台变压器的月有功电量,Wqii为第i段线路下第ii台变压器的月无功电量,Wp为月有功电量,Wq为月无功电量,
步骤2.3,计算各分段线路上的损耗电量,
其中,Wj为第j段线路的月损耗电量,Rj为第j段线路的电阻,
步骤2.4,计算线路总损耗电量,
其中,WL为线路总损耗电量,
步骤3,计算配电网总损耗电量,
W=WL+WT
其中,W为配电网总损耗电量。
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