CN107453483A - 一种电网调度控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网调度控制系统，包括数据分析处理中心、通信模块、监控模块和调度模块，所述通信模块通信连接有信息采集模块，所述信息采集模块包括用于电流互感器、电压互感器和采集终端，所述通信模块还通信连接有电源控制模块和智能终端，所述电源控制模块包括与所述通信模块通信连接的继电器控制器，所述继电器控制器连接继电器，所述继电器与备用电源串联。本发明利用用户的可控负荷量，通过智能终端关闭用户的优先级别较低的家电，降低用户的负荷总量，因此可以降低用电高峰期电网的最大电力负荷，降低电网建设中变压器、电力线路等设备的成本及变压器更换和维护成本，提高了能源利用率。

Description

一种电网调度控制系统

技术领域

本发明涉及电网控制系统领域，具体的说，是一种电网调度控制系统。

背景技术

现实中，家用电器的使用量越来越多，对电能的需求量也越来越大，特别是在用电高峰期，用电需求量大，因此电网建设需要满足发电量与用电量的平衡，保证高峰时段的用电量需求，往往采用最高的电力负荷来架设电网。但是，这样存在的问题是，按照最高的电力负荷来架设电网，对于变压器、输电线路、各个节点的控制和检测设备的要求都很高，总的造价成本较高且变压器的更换和维修成本也很高。而在非用电高峰时段，一些发电容量处于闲置状态，能源利用率不高。在近年来，伴随着能源紧缺和环境恶化等问题的严重化，一味通过增大电网系统容量来满足用电需求，已经变得不可取，因此需要一种能够提高能源利用效率，减少能源浪费，能够对各类用电设备、发电设备和储能设备进行实时监测和调度使用的智能电网。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电网调度控制系统，用于解决现有技术中电网设计中采用最大电力负荷来应对高峰用电需求造成成本较高、能源利用率不高的问题。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

一种电网调度控制系统，包括数据分析处理中心和与所述数据分析处理中心通信连接的显示模块、报警模块、通信模块、监控模块和调度模块，所述通信模块与所述调度模块连接，所述通信模块还通信连接有信息采集模块，所述信息采集模块包括电流互感器、电压互感器和用于采集变压器输出功率和采集用户侧用电量信息的采集终端，所述通信模块还通信连接有用于控制家电开启/关闭的智能终端和用于控制备用电源开启/关闭的电源控制模块，所述电源控制模块包括与所述通信模块通信连接的继电器控制器，所述继电器控制器连接继电器，所述继电器与备用电源串联。

工作原理：

信息采集模块中的电流互感器采集电力线路的电流信号，电压互感器采集电力线路中的电压信号，并通过通信模块将采集到的电流信号和电压信号输入数据分析处理中心，信息采集模块中的采集终端采集分布在电力线路不同节点的变压器的输出功率以及电力线路中每个用户的用电需求量，采集终端将采集到的信息通过通信模块发送至数据分析处理中心。数据分析处理模块根据当前的电压信号与电流信号过分析、计算，将此时的电流、电压信号、变压器输出总功率和用户用电的总需求量通过显示模块进行显示。数据分析处理中心将输入的信号与预设的阈值比较，当电力线路上的电流或电压信号超过预设的阈值时，数据分析处理中心将发送控制命令至报警电路，驱动报警电路发出警报。安装在用户家里的智能终端采集用户的负荷总量、用户可控负荷量和家电使用优先级，并将用户可控负荷量发送至调度模块。监控模块用于检测电力线路上的实时负荷和预测短期负荷，以及检测电力线路上的电能质量并发送至数据分析处理中心。数据分析处理中心根据监控模块检测的数据，进行分析计算，自动发出削减用户的负荷量和/或启动备用电源的控制命令。数据分析处理中心发送需要削减用户的负荷量的控制指令给调度模块时，调度模块根据不同用户的可控负荷量，分配削减任务，通过通信模块发送指令给智能终端，由智能终端执行对智能家电的开启/关闭的控制，根据家电使用优先级，自动关闭优先级别较低的家电，削减家庭用电的需求量，减少用户的负荷总量。安装在变压器端的采集终端还执行对变压器所在线路的检测和变压器负载率的测量，并将检测到的信息发送至数据分析处理中心，由数据分析处理中心下达指令给调度模块。调度模块根据当前变压器的输出功率以及根据变压器所在电力线路的总负荷量，开启备用电源，增加电力线路上的总的输出功率，调度模块通过通信模块发送启动备用电源的控制指令，电源控制模块中的继电器控制器接收数据分析处理中心发送的控制指令，驱动与继电器控制器连接的继电器吸合，使备用电源所在电路闭合，用于向电力线路输送电能。利用用户的可控负荷量，通过智能终端关闭用户的优先级别较低的家电，降低用户的负荷总量，降低电力线路上的总用电量，因此可以降低用电高峰期电网的最大电力负荷，降低电网建设中变压器、电力线路等设备的成本及变压器更换和维护成本，提高了能源利用率，同时采用备用电源作为冗余设计，保障用电高峰器的用电需求。

进一步地，所述监控模块通过数据总线与所述数据分析处理中心连接，所述监控模块包括实时负荷计算单元、电力负荷预测单元和用于采集电力线路的电压、电流、频率和有功功率的电量质量检测装置。

工作原理：

实时负荷计算单元，可以从电网中的电量计量自动化系统（TMR）中读取，也可以采用检测电网中电力负荷实时监控系统SCADA来采集实时负荷数据，也可以通过采集电网中发电系统设备的电流和电压，并采用电力负荷积分计算方法，计算电力线路上的实时电荷总量。电力负荷预测单元，根据实时负荷计算单元的计算结果，采用预设算法，进行预测短期电力负荷。预设算法采用包括回归预测算法、基于遗传算法的BP神经网络时间序列算法以及基于小波分析预测算法的电力负荷预测算法中的任意一种或多种。电能质量检测装置型号为WG.1-WDDZ-300B，用于测量和分析电网中的交流电能质量，包括频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、三相电压允许不平衡度和电网谐波，定时记录和存储电压、电流、有功功率、无功功率、频率和相位等电力参数的变化趋势；测试和分析电力系统中断路器动作、变压器过热、电机烧毁和自动装置误动作等故障原因。

进一步地，所述实时负荷计算单元包括实时负荷数据采集电路，所述实时数据采集电路包括电压采样电路、电流采样电路和信号调理电路，所述电压采样电路和电流采样电路将采集的数据输入所述信号调理电路，信号调理电路输出端连接模数转换器，所述模数转换器连接用于电力负荷积分计算的单片机，所述单片机将电力负荷积分计算的结果发送至电力负荷预测单元。

工作原理：

当采用电力负荷积分计算方法计算电力线路上的实时负荷时，电流采样电路和电压采样电路分别采集电力线路中的交流电流值和交流电压值，并输入信号调理电路进行信号放大后，输入模数转换器，将采集的模拟的电流信号和电压信号转换成数字信号，并输入至单片机，单片机并将电力负荷积分计算的结果发送至电力负荷预测单元。

进一步地，所述数据分析处理中心还连接有存储模块，所述存储模块包括用于存储数据的服务器群、和用于存储待处理数据、处理中的数据和处理后的数据的前置服务器，所述数据分析处理中心通过数据总线连接前置服务器，所述前置服务器通信连接有服务器群，所述电力负荷预测单元包括与所述单片机连接的数据接入设备，所述数据接入设备通信连接有服务器群。

工作原理：

服务器群由分布在电力线路不同的节点上的服务器组成，从数据总线上接收数据接入设备传送的数据并存储，所述数据接入设备为计算机，所述计算机与实时负荷计算单元中的单片机数据通信，读取电力负荷积分计算结果以及检测到的电流值和电压值，并存储至服务器群中的其中一个服务器。当数据分析处理中心需要分析、处理数据时，服务器群中的服务器将所需要的数据传输至前置服务器，数据分析处理中心直接从前置服务器读取数据，并将计算中的过程数据以及最后的计算结果存储至前置服务器，因此提高了数据分析处理中心的读写速率和运算速度。

进一步地，所述调度模块包括与所述数据分析处理中心和所述通信模块连接的调度控制器，所述调度控制器通过通信模块发送控制指令至所述电源控制模块和所述智能终端。

工作原理：

调度模块中的调度控制器接收数据分析处理中心的控制指令，并将所述控制指令通过通信模块发送，实现对电源控制模块和智能终端的控制。采用调度控制器而不是直接由数据分析处理中心控制电源控制模块和智能终端，分担了数据分析处理中心的任务压力。

进一步地，所述调度模块还连接有故障恢复模块，所述故障恢复模块包括断路器和隔离开关，所述断路器的电源回路中连接有电磁继电器，所述电磁继电器连接有用于远程接收所述调度控制器发出的控制信号的接收器，所述隔离开关安装在所述断路器两侧，用于将电网中的带电区和隔离区分开。

工作原理：

调度模块中的调度控制器，根据实时负荷计算单元以及电力负荷预测单元的数据，判断电力线路的过载情况或者短期电力线路预测情况，主动地发送指令至所述故障恢复模块中的接收器，所述接收器根据收到的指令驱动电磁继电器的断开，断开断路器的电源，实现对故障电路的切断。同时采用安装在断路器两侧的隔离开关，将故障区域与带电区域分开。等到故障原因排除，也可以通过远程控制电磁继电器闭合，使断路器的电源电路形成通路，实现断路器的自动合闸。

进一步地，所述采集终端包括配电变压器检测终端和用户侧检测终端。

工作原理：

配电变压器监测终端，用于实时监测变压器运行，监测配电变压器及电力线路损耗，可以远方遥控无功补偿设备，也可以加装调压装置，进行自动或远程调节变压器分接头，保证电压恒定。用户侧检测终端用于检测用户的用电负荷总量、可控负荷量以及用户线路过载检测，并将检测的数据发送至数据分析处理中心。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明利用用户的可控负荷量，通过智能终端关闭用户的优先级别较低的家电，降低用户的负荷总量，降低电力线路上的总用电量，因此可以降低用电高峰期电网的最大电力负荷，降低电网建设中变压器、电力线路等设备的成本及变压器更换和维护成本，提高了能源利用率，同时采用备用电源作为冗余设计，保障用电高峰器的用电需求。

（2）本发明的调度控制器根据短期电力负荷预测，对存在过载或安全隐患的线路，采用主动断开断路器的电源，实现对故障电路的切断。同时采用安装在断路器两侧的隔离开关，将故障区域与带电区域分开。等到故障原因排除，也可以通过远程控制电磁继电器闭合，使断路器的电源电路形成通路，实现断路器的自动合闸。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1所示，一种电网调度控制系统，包括数据分析处理中心和与所述数据分析处理中心通信连接的显示模块、报警模块、通信模块、监控模块和调度模块，所述通信模块与所述调度模块连接，所述通信模块还通信连接有信息采集模块，所述信息采集模块包括电流互感器、电压互感器和用于采集变压器输出功率和采集用户侧用电量信息的采集终端，所述通信模块还通信连接有用于控制家电开启/关闭的智能终端和用于控制备用电源开启/关闭的电源控制模块，所述电源控制模块包括与所述通信模块通信连接的继电器控制器，所述继电器控制器连接继电器，所述继电器与备用电源串联。

工作原理：

信息采集模块中的电流互感器采集电力线路的电流信号，电压互感器采集电力线路中的电压信号，并通过通信模块将采集到的电流信号和电压信号输入数据分析处理中心，信息采集模块中的采集终端采集分布在电力线路不同节点的变压器的输出功率以及电力线路中每个用户的用电需求量，采集终端将采集到的信息通过通信模块发送至数据分析处理中心。数据分析处理模块根据当前的电压信号与电流信号过分析、计算，将此时的电流、电压信号、变压器输出总功率和用户用电的总需求量通过显示模块进行显示。数据分析处理中心将输入的信号与预设的阈值比较，当电力线路上的电流或电压信号超过预设的阈值时，数据分析处理中心将发送控制命令至报警电路，驱动报警电路发出警报。安装在用户家里的智能终端采集用户的负荷总量、用户可控负荷量和家电使用优先级，并将用户可控负荷量发送至调度模块。监控模块用于检测电力线路上的实时负荷和预测短期负荷，以及检测电力线路上的电能质量并发送至数据分析处理中心。数据分析处理中心根据监控模块检测的数据，进行分析计算，自动发出削减用户的负荷量和/或启动备用电源的控制命令。数据分析处理中心发送需要削减用户的负荷量的控制指令给调度模块时，调度模块根据不同用户的可控负荷量，分配削减任务，通过通信模块发送指令给智能终端，由智能终端执行对智能家电的开启/关闭的控制，根据家电使用优先级，自动关闭优先级别较低的家电，削减家庭用电的需求量，减少用户的负荷总量。安装在变压器端的采集终端还执行对变压器所在线路的检测和变压器负载率的测量，并将检测到的信息发送至数据分析处理中心，由数据分析处理中心下达指令给调度模块。调度模块根据当前变压器的输出功率以及根据变压器所在电力线路的总负荷量，开启备用电源，增加电力线路上的总的输出功率，调度模块通过通信模块发送启动备用电源的控制指令，电源控制模块中的继电器控制器接收数据分析处理中心发送的控制指令，驱动与继电器控制器连接的继电器吸合，使备用电源所在电路闭合，用于向电力线路输送电能。利用用户的可控负荷量，通过智能终端关闭用户的优先级别较低的家电，降低用户的负荷总量，降低电力线路上的总用电量，因此可以降低用电高峰期电网的最大电力负荷，降低电网建设中变压器、电力线路等设备的成本及变压器更换和维护成本，提高了能源利用率，同时采用备用电源作为冗余设计，保障用电高峰器的用电需求。

实施例2：

在实施例1的基础上，结合附图1所示，所述监控模块通过数据总线与所述数据分析处理中心连接，所述监控模块包括实时负荷计算单元、电力负荷预测单元和用于采集电力线路的电压、电流、频率和有功功率的电量质量检测装置。

工作原理：

实时负荷计算单元，可以从电网中的电量计量自动化系统（TMR）中读取，也可以采用检测电网中电力负荷实时监控系统SCADA来采集实时负荷数据，也可以通过采集电网中发电系统设备的电流和电压，并采用电力负荷积分计算方法，计算电力线路上的实时电荷总量。电力负荷预测单元，根据实时负荷计算单元的计算结果，采用预设算法，进行预测短期电力负荷。预设算法采用包括回归预测算法、基于遗传算法的BP神经网络时间序列算法以及基于小波分析预测算法的电力负荷预测算法中的任意一种或多种。电能质量检测装置型号为WG.1-WDDZ-300B，用于测量和分析电网中的交流电能质量，包括频率偏差、电压偏差、电压波动和闪变、三相电压允许不平衡度和电网谐波，定时记录和存储电压、电流、有功功率、无功功率、频率和相位等电力参数的变化趋势；测试和分析电力系统中断路器动作、变压器过热、电机烧毁和自动装置误动作等故障原因。

实施例3：

在实施例2的基础上，结合附图1所示，所述实时负荷计算单元包括实时负荷数据采集电路，所述实时数据采集电路包括电压采样电路、电流采样电路和信号调理电路，所述电压采样电路和电流采样电路将采集的数据输入所述信号调理电路，信号调理电路输出端连接模数转换器，所述模数转换器连接用于电力负荷积分计算的单片机，所述单片机将电力负荷积分计算的结果发送至电力负荷预测单元。

工作原理：

当采用电力负荷积分计算方法计算电力线路上的实时负荷时，电流采样电路和电压采样电路分别采集电力线路中的交流电流值和交流电压值，并输入信号调理电路进行信号放大后，输入模数转换器，将采集的模拟的电流信号和电压信号转换成数字信号，并输入至单片机，单片机并将电力负荷积分计算的结果发送至电力负荷预测单元。

实施例4：

在实施例3的基础上，结合附图1所示，所述数据分析处理中心还连接有存储模块，所述存储模块包括用于存储数据的服务器群、和用于存储待处理数据、处理中的数据和处理后的数据的前置服务器，所述数据分析处理中心通过数据总线连接前置服务器，所述前置服务器通信连接有服务器群，所述电力负荷预测单元包括与所述单片机连接的数据接入设备，所述数据接入设备通信连接有服务器群。

工作原理：

服务器群由分布在电力线路不同的节点上的服务器组成，从数据总线上接收数据接入设备传送的数据并存储，所述数据接入设备为计算机，所述计算机与实时负荷计算单元中的单片机数据通信，读取电力负荷积分计算结果以及检测到的电流值和电压值，并存储至服务器群中的其中一个服务器。当数据分析处理中心需要分析、处理数据时，服务器群中的服务器将所需要的数据传输至前置服务器，数据分析处理中心直接从前置服务器读取数据，并将计算中的过程数据以及最后的计算结果存储至前置服务器，因此提高了数据分析处理中心的读写速率和运算速度。

实施例5：

在实施例4的基础上，结合附图1所示，所述调度模块包括与所述数据分析处理中心和所述通信模块连接的调度控制器，所述调度控制器通过通信模块发送控制指令至所述电源控制模块和所述智能终端。

工作原理：

调度模块中的调度控制器接收数据分析处理中心的控制指令，并将所述控制指令通过通信模块发送，实现对电源控制模块和智能终端的控制。采用调度控制器而不是直接由数据分析处理中心控制电源控制模块和智能终端，分担了数据分析处理中心的任务压力。

实施例6：

在实施例5的基础上，结合附图1所示，所述调度模块还连接有故障恢复模块，所述故障恢复模块包括断路器和隔离开关，所述断路器的电源回路中连接有电磁继电器，所述电磁继电器连接有用于远程接收所述调度控制器发出的控制信号的接收器，所述隔离开关安装在所述断路器两侧，用于将电网中的带电区和隔离区分开。

工作原理：

调度模块中的调度控制器，根据实时负荷计算单元以及电力负荷预测单元的数据，判断电力线路的过载情况或者短期电力线路预测情况，主动地发送指令至所述故障恢复模块中的接收器，所述接收器根据收到的指令驱动电磁继电器的断开，断开断路器的电源，实现对故障电路的切断。同时采用安装在断路器两侧的隔离开关，将故障区域与带电区域分开。等到故障原因排除，也可以通过远程控制电磁继电器闭合，使断路器的电源电路形成通路，实现断路器的自动合闸。

实施例7：

在实施例6的基础上，结合附图1所示，所述采集终端包括配电变压器检测终端和用户侧检测终端。

工作原理：

配电变压器监测终端，用于实时监测变压器运行，监测配电变压器及电力线路损耗，可以远方遥控无功补偿设备，也可以加装调压装置，进行自动或远程调节变压器分接头，保证电压恒定。用户侧检测终端用于检测用户的用电负荷总量、可控负荷量以及用户线路过载检测，并将检测的数据发送至数据分析处理中心。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是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，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电网调度控制系统，包括数据分析处理中心和与所述数据分析处理中心通信连接的显示模块、报警模块、通信模块、监控模块和调度模块，其特征在于，所述通信模块与所述调度模块连接，所述通信模块还通信连接有信息采集模块，所述信息采集模块包括电流互感器、电压互感器和用于采集变压器输出功率和采集用户侧用电量信息的采集终端，所述通信模块还通信连接有用于控制家电开启/关闭的智能终端和用于控制备用电源开启/关闭的电源控制模块，所述电源控制模块包括与所述通信模块通信连接的继电器控制器，所述继电器控制器连接继电器，所述继电器与备用电源串联。

2.根据权利要求1所述的一种电网调度控制系统，其特征在于，所述监控模块通过数据总线与所述数据分析处理中心连接，所述监控模块包括实时负荷计算单元、电力负荷预测单元和用于采集电力线路的电压、电流、频率和有功功率的电量质量检测装置。

3.根据权利要求2所述的一种电网调度控制系统，其特征在于，所述实时负荷计算单元包括实时负荷数据采集电路，所述实时数据采集电路包括电压采样电路、电流采样电路和信号调理电路，所述电压采样电路和电流采样电路将采集的数据输入所述信号调理电路，信号调理电路输出端连接模数转换器，所述模数转换器连接用于电力负荷积分计算的单片机，所述单片机将电力负荷积分计算的结果发送至电力负荷预测单元。

4.根据权利要求3所述的一种电网调度控制系统，其特征在于，所述数据分析处理中心还连接有存储模块，所述存储模块包括用于存储数据的服务器群、和用于存储待处理数据、处理中的数据和处理后的数据的前置服务器，所述数据分析处理中心通过数据总线连接前置服务器，所述前置服务器通信连接有服务器群，所述电力负荷预测单元包括与所述单片机连接的数据接入设备，所述数据接入设备通信连接有服务器群。

5.根据权利要求4所述的一种电网调度控制系统，其特征在于，所述调度模块包括与所述数据分析处理中心和所述通信模块连接的调度控制器，所述调度控制器通过通信模块发送控制指令至所述电源控制模块和所述智能终端。

6.根据权利要求5所述的一种电网调度控制系统，其特征在于，所述调度模块

还连接有故障恢复模块，所述故障恢复模块包括断路器和隔离开关，所述断路器的电源回路中连接有电磁继电器，所述电磁继电器连接有用于远程接收所述调度控制器发出的控制信号的接收器，所述隔离开关安装在所述断路器两侧，用于将电网中的带电区和隔离区分开。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种电网调度控制系统，其特征在于，所述采集终端包括配电变压器检测终端和用户侧检测终端。