CN108963959A - 基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统及控制方法，包括多个备自投工作状态检测模块、多个开关状态检测模块、多个LoRa终端控制器、LoRa网关、本地局域网、云端数据库和本地服务器，每个备自投工作状态检测模块设于备自投设备上，用于采集备自投的工作状态，每个备自投工作状态检测模块连接一个LoRa终端控制器，每个开关状态检测模块设于状态开关设备上，用于检测开关状态，每个开关状态检测模块连接一个LoRa终端控制器，多个LoRa终端控制器均通过LoRa无线通信连接LoRa网关，LoRa网关通过光纤连接本地局域网，本地局域网分别将信息发送给云端数据库和本地服务器。
Description
技术领域
本发明属于地区电网备远程控制领域，具体涉及一种基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统及控制方法。
背景技术
电力在国民经济和人民生活中占有重要地位，故障停电会给社会生产和人民生活带来重创，所以提高供电可靠性迫在眉睫。我国地区电网与网、省级电网不同，呈闭环设计，辐射状运行。当某个电气元件发生故障并退出运行会导致下游非故障区域发生停电，为了提高供电可靠性，电网中装设了大量备用电源自动投入装置，简称备自投。当电网发生故障使母线停电时，通过满足备自投工作原理的一系列开关的动作，使备用电源对失电母线进行供电。由于地区电网的运行特点和结构的复杂性，故障发生后可能会导致多条母线停电，这就可能会引起多个备自投动作，然而并非所有这些备自投动作都是必要的。
动作的备自投越多，还可能会引起进一步的故障，所以考虑备自投之间的组合问题是十分必要的。传统备自投采用电压等级来设置动作时间，以实现备自投的动作组合，但这容易导致传统备自投动作逻辑固定，上下级之间固定的时间配合会对下一级备自投造成一些不必要的动作延时。
此外，由于故障发生属于偶发事件，不确定故障发生的时间和具体的节点，不可能达到人工24小时全程监测，不然，需要消耗掉大量的人力和精力，所以，急需一种可以远程监控的系统对备自投进行自动化管理。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统及控制方法，一方面通过LoRa技术，进行远程信息的传输；另一方面克服传统备自投容易造成下一级备自投不必要的动作延时以及难以区分备自投的上下级关系的缺点。
本发明的技术方案如下：
一种基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统，包括多个备自投工作状态检测模块、多个开关状态检测模块、多个LoRa终端控制器、LoRa网关、本地局域网、云端数据库和本地服务器，每个备自投工作状态检测模块设于备自投设备上，用于采集备自投的工作状态，每个备自投工作状态检测模块连接一个LoRa终端控制器，每个开关状态检测模块设于状态开关设备上，用于检测开关状态，每个开关状态检测模块连接一个LoRa终端控制器，多个LoRa终端控制器均通过LoRa无线通信连接LoRa网关，LoRa网关通过光纤连接本地局域网，本地局域网分别将信息发送给云端数据库和本地服务器。
所述的备自投工作状态检测模块包括模拟量采集模块、电子式互感器采集模块、开关量采集模块、非电量采集模块和微处理器，模拟量采集模块、电子式互感器采集模块、开关量采集模块和非电量采集模块均与微处理器连接，微处理器的信号输出端连接LoRa终端控制器。
所述的开关状态检测模块包括依次连接的电源振荡电路、电源功率电路、隔离电路和依次连接的信号检测电路、整流电路、滤波电路、比较电路和干节点输出电路；所述信号检测电路的输入连接电源功率电路的输出，隔离电路的输出连接被测开关电路，所述干节点输出电路的输入连接所述比较电路的输出，干节点输出电路的输出端连接LoRa终端控制器。
所述的LoRa终端控制器由ARM处理器、储存器、备份电池、LoRa通讯模块和GPS模块组成；ARM处理器的采集信息输入端连接干节点输出电路的输出端或微处理器的信号输出端，ARM处理器连接储存器、备份电池、LoRa通讯模块和GPS模块。
基于权利要求1所述的基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统的控制方法，包括以下步骤：
(1)监测地区电网的电气信息，将母线和分支点视为节点处理，将线路、变压器和母联开关视为支路，建立网基结构矩阵D、备自投状态矩阵B、开关状态矩阵K、预想事故集矩阵F、电源点分布矩阵M和分支点分布矩阵T；
(2)根据建立的网基结构矩阵、备自投状态矩阵、开关状态矩阵、电源点分布矩阵和分支点分布矩阵生成潮流流向矩阵C；
(3)如果预想事故集中的某个元件发生故障，则修改预想事故集矩阵中的对应元素；
(4)得出预想事故集中的某个元件发生故障后的备自投集合；
(5)对步骤(4)所得到的备自投集合动作后的地区电网进行潮流计算，判断是否存在电流、电压越限的线路，若没有线路存在电流、电压越限的情况，则输出步骤(4)所得到的备自投集合，若有线路存在电流、电压越限的情况，则输出步骤(4)所得到的备自投集合和越限线路信息。
所述的在步骤(4)中，若预想事故集中的某元件发生故障，则通过潮流流向矩阵判断该元件两端的节点情况，潮流流出的节点为首节点，潮流流入的节点为尾节点；
地区电网呈辐射状运行，潮流流向矩阵描述了潮流由电源点流向负荷节点的有向路径，当某元件发生故障退出运行时以该元件的尾节点为起始节点，在潮流流向矩阵中读出的所有节点即为失电区域；
若该失电区域所包含的节点不含有分支点，在备自投状态矩阵中搜索两侧节点在该失电区域中只出现一个的备自投，将搜索得到的备自投中电压等级最高的备自投作为备自投集合；
若该失电区域含有分支点，则将搜索区域分为两部分，最终备自投集合为这两部分区域分别搜索所得结果的和，其中，第一部分以分支点所连接的节点分别作为起始节点，由各个起始节点分别读出各自的下游节点，即各自的供电区域，并对每个供电区域进行分别搜索得出各自的备自投集合，即在备自投状态矩阵中搜索两侧节点在该供电区域中只出现一个的备自投，将搜索得到的备自投中电压等级最高的备自投作为备自投集合；
第二部分是失电区域除去第一部分所含区域之外的区域，对这部分区域的搜索方法是，在备自投状态矩阵中搜索两侧节点在该区域中只出现一个的备自投，将搜索得到的备自投中电压等级最高的备自投作为备自投集合。
(a)所述网基结构矩阵D是N×N的矩阵，描述的是地区电网潜在的拓扑结构，即在生成网基结构矩阵时，即使两个节点之间的支路开关断开，也仍视为存在一条支路并在网基结构矩阵D中加以反映，网基结构矩阵是将地区电网的各支路当作无向边处理，若地区电网节点i和节点j之间存在一条支路，则dij＝dji＝1，其余元素为0，其中，N为节点总数，dij为网基结构矩阵D中第i行第j列的元素，dji为网基结构矩阵D中第j行第i列的元素；
(b)备自投状态矩阵B是B×4的矩阵，描述的是备自投的运行状态和电气信息，行为备自投的数目，前两列为备自投两侧的节点编号；第三列为备自投的工作状态，备自投的工作状态由备自投工作状态检测模块进行采集，若备自投处于闭合状态，则该元素为1，否则为0；第四列为该备自投所在母线的电压等级；
(c)所述开关状态矩阵K是K×3的矩阵，描述的是开关的运行状态，行为开关的数目，前两列为该开关两侧的节点编号，第三列为开关状态，开关状态由开关状态检测模块进行采集，若开关处于闭合状态，则该元素为1，否则为0；
(d)电源点分布矩阵M是M×1的矩阵，描述的是电源的分布情况，行为节点编号，电源点分布矩阵M描述的是地区电网电源点的分布情况，若地区节点p为电源点，则mp＝1，否则mp＝0，其中mp为电源点分布矩阵中第p行的元素；
(e)分支点分布矩阵T是T×1的矩阵，描述的是分支结点的分布情况，行为节点编号，地区电网中含有大量的T接线方式，各个馈线支路潮流在分支点处汇合和分流，分支点分布矩阵T描述的是地区电网分支点的分布情况，若地区电网节点q为分支点，则tq＝1，否则tq＝0，其中tq为分支点分布矩阵中第q行的元素；
(f)预想事故集矩阵F是F×1的矩阵，描述的是可能的故障元件，F是预想事故元件的个数，若元件r故障，则fr＝1，否则fr＝0，其中fr为预想事故集矩阵中第r行的元素。
所述步骤(2)中，潮流流向矩阵描述了潮流由电源点流向负荷节点的有向路径，潮流流向矩阵C是由网基矩阵D为基础得出的，是将地区电网的支路当作有向边，有向边的方向由支路潮流方向决定，若节点i、j之间存在一条支路，并且潮流方向是由i指向j，则cij＝1，cji＝0。
所述的潮流流向矩阵C由以下步骤建立：
(b)从开关状态矩阵K和备自投状态矩阵B中找到处于断开状态的开关和断开状态的备自投，找到断开状态的开关和断开状态的备自投两侧的地区电网节点i、j，将网基结构矩阵D中的第i行的j元素和第j行的i元素置为0；
(b)修正地区电网运行状态改变后的分支点分布矩阵，如果某一开关断开，导致相对应的分支点变化为普通节点，则在分支点分布矩阵中将对应元素置0；
(c)从电源点分布矩阵M中获取电源的节点编号，以电源点为起始点开始搜索，在网基结构矩阵D中找到电源节点i所在的第i行，在第i行中搜索到节点j，则在网基结构矩阵D中保留第i行的j元素不变，同时将第j行的i元素置0，然后再由j节点用相同的方法继续搜索，直至搜索到末端节点，即该行全为0的节点；
(d)若满足结束条件，则搜索完成，输出潮流流向矩阵C结果；否则转步骤(c)继续搜索，其中，所述结束条件为潮流流向矩阵出现元素全为0的行的个数与实际电网末端节点个数相同。
本发明的有益效果：
本发明利用多个备自投工作状态检测模块检测备自投的工作状态，每个备自投工作状态检测模块设于备自投设备上，用于采集备自投的工作状态，每个备自投工作状态检测模块连接一个LoRa终端控制器；再利用开关状态检测模块检测开关的工作状态，每个开关状态检测模块设于状态开关设备上，用于检测开关状态，每个开关状态检测模块连接一个LoRa终端控制器，LoRa终端控制器采用LoRa无线技术结合GPS定位技术，将采集的各种信息通过无线的方式发送给远端，多个LoRa终端控制器均通过LoRa无线通信连接LoRa网关，LoRa网关通过光纤连接本地局域网，本地局域网分别将信息发送给云端数据库进行大数据库的存储，并将信息发送到本地服务器进行进一步的分析和处理，从而给出判定的结果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的备自投工作状态检测模块的电路原理框图；
图3为本发明的开关状态检测模块的电路原理框图；
图4为本发明的LoRa终端控制器的电路原理框图；
图5为本发明的流程图；
图6为本发明的正常运行的地区电网接线图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明包括多个备自投工作状态检测模块、多个开关状态检测模块、多个LoRa终端控制器、LoRa网关、本地局域网、云端数据库和本地服务器，每个备自投工作状态检测模块设于备自投设备上，用于采集备自投的工作状态，每个备自投工作状态检测模块连接一个LoRa终端控制器，每个开关状态检测模块设于状态开关设备上，用于检测开关状态，每个开关状态检测模块连接一个LoRa终端控制器，多个LoRa终端控制器均通过LoRa无线通信连接LoRa网关，LoRa网关通过光纤连接本地局域网，本地局域网分别将信息发送给云端数据库和本地服务器。
所述的备自投工作状态检测模块包括模拟量采集模块、电子式互感器采集模块、开关量采集模块、非电量采集模块和微处理器，模拟量采集模块、电子式互感器采集模块、开关量采集模块和非电量采集模块均与微处理器连接，微处理器的信号输出端连接LoRa终端控制器。所述的模拟量采集模块、开关量采集模块、非电量采集模块分别与备自投的电压、电流输出端、断路器、隔离开关连接，分别通过模拟量采集模块、开关量采集模块、非电量采集模块进行实时采集，并能够将采集到的数据通过内部高速总线传递给微处理器进行分析。
所述的开关状态检测模块包括依次连接的电源振荡电路、电源功率电路、隔离电路和依次连接的信号检测电路、整流电路、滤波电路、比较电路和干节点输出电路；隔离电路连接被测开关状态设备，所述信号检测电路的输入连接电源功率电路的输出，隔离电路的输出连接被测开关电路，所述干节点输出电路的输入连接所述比较电路的输出，干节点输出电路的输出端连接LoRa终端控制器。上述电源振荡电路、电源功率电路、隔离电路、信号检测电路、整流电路、滤波电路、比较电路和干节点输出电路均为现有技术或在现有技术基础上改进的电路，改进后电路的基本功能不变。
所述的LoRa终端控制器由ARM处理器、储存器、备份电池、LoRa通讯模块和GPS模块组成；ARM处理器的采集信息输入端连接干节点输出电路的输出端或微处理器的信号输出端，ARM处理器连接储存器、备份电池、LoRa通讯模块和GPS模块。
基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统及方法，包括以下步骤：
(1)监测地区电网的电气信息，将母线和分支点视为节点处理，将线路、变压器和母联开关视为支路，建立网基结构矩阵D、备自投状态矩阵B、开关状态矩阵K、预想事故集矩阵F、电源点分布矩阵M和分支点分布矩阵T；
(2)根据建立的网基结构矩阵、备自投状态矩阵、开关状态矩阵、电源点分布矩阵和分支点分布矩阵生成潮流流向矩阵C；
(3)如果预想事故集中的某个元件发生故障，则修改预想事故集矩阵中的对应元素；
(4)得出预想事故集中的某个元件发生故障后的备自投集合；
(5)对步骤(4)所得到的备自投集合动作后的地区电网进行潮流计算，判断是否存在电流、电压越限的线路，若没有线路存在电流、电压越限的情况，则输出步骤(4)所得到的备自投集合，若有线路存在电流、电压越限的情况，则输出步骤(4)所得到的备自投集合和越限线路信息。
所述的在步骤(4)中，若预想事故集中的某元件发生故障，则通过潮流流向矩阵判断该元件两端的节点情况，潮流流出的节点为首节点，潮流流入的节点为尾节点；
地区电网呈辐射状运行，潮流流向矩阵描述了潮流由电源点流向负荷节点的有向路径，当某元件发生故障退出运行时以该元件的尾节点为起始节点，在潮流流向矩阵中读出的所有节点即为失电区域；
若该失电区域所包含的节点不含有分支点，在备自投状态矩阵中搜索两侧节点在该失电区域中只出现一个的备自投，将搜索得到的备自投中电压等级最高的备自投作为备自投集合；
若该失电区域含有分支点，则将搜索区域分为两部分，最终备自投集合为这两部分区域分别搜索所得结果的和，其中，第一部分以分支点所连接的节点分别作为起始节点，由各个起始节点分别读出各自的下游节点，即各自的供电区域，并对每个供电区域进行分别搜索得出各自的备自投集合，即在备自投状态矩阵中搜索两侧节点在该供电区域中只出现一个的备自投，将搜索得到的备自投中电压等级最高的备自投作为备自投集合；
第二部分是失电区域除去第一部分所含区域之外的区域，对这部分区域的搜索方法是，在备自投状态矩阵中搜索两侧节点在该区域中只出现一个的备自投，将搜索得到的备自投中电压等级最高的备自投作为备自投集合。
(a)所述网基结构矩阵D是N×N的矩阵，描述的是地区电网潜在的拓扑结构，即在生成网基结构矩阵时，即使两个节点之间的支路开关断开，也仍视为存在一条支路并在网基结构矩阵D中加以反映，网基结构矩阵是将地区电网的各支路当作无向边处理，若地区电网节点i和节点j之间存在一条支路，则dij＝dji＝1，其余元素为0，其中，N为节点总数，dij为网基结构矩阵D中第i行第j列的元素，dji为网基结构矩阵D中第j行第i列的元素；
(b)备自投状态矩阵B是B×4的矩阵，描述的是备自投的运行状态和电气信息，行为备自投的数目，前两列为备自投两侧的节点编号；第三列为备自投的工作状态，备自投的工作状态由备自投工作状态检测模块进行采集，若备自投处于闭合状态，则该元素为1，否则为0；第四列为该备自投所在母线的电压等级；
(c)所述开关状态矩阵K是K×3的矩阵，描述的是开关的运行状态，行为开关的数目，前两列为该开关两侧的节点编号，第三列为开关状态，开关状态由开关状态检测模块进行采集，若开关处于闭合状态，则该元素为1，否则为0；
(d)电源点分布矩阵M是M×1的矩阵，描述的是电源的分布情况，行为节点编号，电源点分布矩阵M描述的是地区电网电源点的分布情况，若地区节点p为电源点，则mp＝1，否则mp＝0，其中mp为电源点分布矩阵中第p行的元素；
(e)分支点分布矩阵T是T×1的矩阵，描述的是分支结点的分布情况，行为节点编号，地区电网中含有大量的T接线方式，各个馈线支路潮流在分支点处汇合和分流，分支点分布矩阵T描述的是地区电网分支点的分布情况，若地区电网节点q为分支点，则tq＝1，否则tq＝0，其中tq为分支点分布矩阵中第q行的元素；
(f)预想事故集矩阵F是F×1的矩阵，描述的是可能的故障元件，F是预想事故元件的个数，若元件r故障，则fr＝1，否则fr＝0，其中fr为预想事故集矩阵中第r行的元素。
所述步骤(2)中，潮流流向矩阵描述了潮流由电源点流向负荷节点的有向路径，潮流流向矩阵C是由网基矩阵D为基础得出的，是将地区电网的支路当作有向边，有向边的方向由支路潮流方向决定，若节点i、j之间存在一条支路，并且潮流方向是由i指向j，则cij＝1，cji＝0。
所述的潮流流向矩阵C由以下步骤建立：
(c)从开关状态矩阵K和备自投状态矩阵B中找到处于断开状态的开关和断开状态的备自投，找到断开状态的开关和断开状态的备自投两侧的地区电网节点i、j，将网基结构矩阵D中的第i行的j元素和第j行的i元素置为0；
(b)修正地区电网运行状态改变后的分支点分布矩阵，如果某一开关断开，导致相对应的分支点变化为普通节点，则在分支点分布矩阵中将对应元素置0；
(c)从电源点分布矩阵M中获取电源的节点编号，以电源点为起始点开始搜索，在网基结构矩阵D中找到电源节点i所在的第i行，在第i行中搜索到节点j，则在网基结构矩阵D中保留第i行的j元素不变，同时将第j行的i元素置0，然后再由j节点用相同的方法继续搜索，直至搜索到末端节点，即该行全为0的节点；
(d)若满足结束条件，则搜索完成，输出潮流流向矩阵C结果；否则转步骤(c)继续搜索，其中，所述结束条件为潮流流向矩阵出现元素全为0的行的个数与实际电网末端节点个数相同。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明利用多个备自投工作状态检测模块检测备自投的工作状态，每个备自投工作状态检测模块设于备自投设备上，用于采集备自投的工作状态，每个备自投工作状态检测模块连接一个LoRa终端控制器；再利用开关状态检测模块检测开关的工作状态，每个开关状态检测模块设于状态开关设备上，用于检测开关状态，每个开关状态检测模块连接一个LoRa终端控制器，LoRa终端控制器采用LoRa无线技术结合GPS定位技术，将采集的各种信息通过无线的方式发送给远端，多个LoRa终端控制器均通过LoRa无线通信连接LoRa网关，LoRa网关通过光纤连接本地局域网，本地局域网分别将信息发送给云端数据库进行大数据库的存储，并将信息发送到本地服务器进行进一步的分析和处理，从而给出判定的结果。
具体判定为：
下面以如图6所示的地区电网为实施例，进一步介绍本申请的技术方案，该电网包括1座220kV变电站，5座110kV变电站，2台三绕组变压器，10台双绕组变压器和11条线路。该系统共有9处安装了备自投，并在图6中标出；
虽然地区电网一般含有众多节点，但是电网中的节点也只与有限几个节点相连接，因此网基结构矩阵D是一个稀疏矩阵。为了便于描述和减少输入量，将网基结构矩阵D输入成N×d的矩阵，N为节点编号，d为该配电网络中节点度的最大值，如图6所示，节点度的最大值为5，如节点2、3等。网基结构矩阵D中的元素为与该行节点相连接的节点编号，连接节点不足最大节点度数的以0补齐。
本申请以附图6所示的地区电网作为实施例，对本发明的技术方案做详细介绍，本发明包括以下步骤：
(1)输入地区电网的基本电气信息，建立网基结构矩阵D＝[2 3 11 23；1 4 2024；1 4 5 0；2 3 6 0；3 6 0 0；4 5 0 0；8 9 23 0；7 10 24 0；7 10 0 0；8 9 0 0；1 1213 0；11 14 19 0；11 14 0 0；12 13 0 0；16 17 23 0；2 15 18 0；15 18 0 0；16 17 0 0；12 20 21 0；2 19 22 0；19 22 0 0；20 21 0 0；1 7 15 0；2 8 16 0]；备自投状态矩阵B＝[3 4 0 11 0；5 6 0 10；7 8 0 110；9 10 0 10；13 14 0 10；15 16 0 110；17 18 0 10；1219 0 110；21 22 0 110]；开关状态矩阵K＝[1 11 1；1 23 1；1 3 1；2 4 1；2 24 1；2 201；24 8 1；2 16 1；7 23 1；23 15 1；12 19 1]；预想事故集矩阵F包括的元件为线路1…11和变压器12…21，编号如图2所示，并依此顺序建立预想事故集矩阵F＝[0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]；电源点分布矩阵M＝[1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0]和分支点分布矩阵T＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 1 1]；
(2)对地区电网进行遍历，根据实际电网的潮流方向生成潮流流向矩阵C＝[0 311 23；0 4 20 24；0 0 5 0；0 0 6 0；0 0 0 0；0 0 0 0；0 9 0 0；0 10 0 0；0 0 0 0；0 00 0；0 12 13 0；0 14 0 0；0 0 0 0；0 0 0 0；0 17 0 0；0 0 18 0；0 0 0 0；0 0 0 0；0 021 0；0 19 22 0；0 0 0 0；0 0 0 0；0 7 15 0；0 8 16 0]；
(3)预想事故集中的某元件发生故障，则修改预想事故集矩阵。实例1线路3发生故障则预想事故集矩阵修改为F＝[0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]；节点1和3之间的开关打开，相应的开关状态矩阵变化为K＝[1 11 1；1 23 1；1 3 0；2 4 1；2 241；2 20 1；24 8 1；2 16 1；7 23 1；23 15 1；12 19 1]；
实例2线路2发生故障则预想事故集矩阵修改为F＝[0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0]；节点1和23、7和23、23和15之间的开关打开，相应的开关状态矩阵变化为K＝[1 11 1；1 23 0；1 3 1；2 4 1；2 24 1；2 20 1；24 8 1；2 16 1；723 0；23 15 0；1219 1]；
(4)搜索得出备自投集合；
实例1中故障元件3的潮流是由节点1流向节点3的，所以节点3为尾节点，即从节点3开始在潮流流向矩阵中读出失电区域[35]。该区域不含有分支点，节点3和5分别对应备自投设备1和2，备自投设备1的电压等级最高，备自投设备1为应动作的备自投。得出备自投集合[1]
实例2中故障元件2的潮流是由节点1流向节点23的，所以节点23为尾节点，即从节点23开始在潮流流向矩阵中读出失电区域[23 7 9 15 17]。该区域含有分支点，第一部分分别搜索分支点所连接的节点7和15所连接的供电区域，即[7 9]和[15 17]。节点7和9分别对应备自投设备3和4，备自投设备3的电压等级最高，备自投设备3为备自投集合；节点15和17分别对应备自投设备6和7，备自投设备6的电压等级最高，备自投设备6为备自投集合。第二部分为[23]，该区域并没有对应的备自投，所以没有备自投集合。然后再将结果相加得出备自投集合[3 6]；
(5)实例1对步骤(4)所得到的备自投集合动作后的地区电网进行潮流计算，计算结果没有线路存在电流、电压越限的情况，则输出备自投集合[1]。
实例2对步骤(4)所得到的备自投集合动作后的地区电网进行潮流计算，计算结果没有线路存在电流、电压越限的情况，则输出备自投集合[3 6]。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统，其特征在于：包括多个备自投工作状态检测模块、多个开关状态检测模块、多个LoRa终端控制器、LoRa网关、本地局域网、云端数据库和本地服务器，每个备自投工作状态检测模块设于备自投设备上，用于采集备自投的工作状态，每个备自投工作状态检测模块连接一个LoRa终端控制器，每个开关状态检测模块设于状态开关设备上，用于检测开关状态，每个开关状态检测模块连接一个LoRa终端控制器，多个LoRa终端控制器均通过LoRa无线通信连接LoRa网关，LoRa网关通过光纤连接本地局域网，本地局域网分别将信息发送给云端数据库和本地服务器。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统，其特征在于：所述的备自投工作状态检测模块包括模拟量采集模块、电子式互感器采集模块、开关量采集模块、非电量采集模块和微处理器，模拟量采集模块、电子式互感器采集模块、开关量采集模块和非电量采集模块均与微处理器连接，微处理器的信号输出端连接LoRa终端控制器。
3.根据权利要求2所述的基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统，其特征在于：所述的开关状态检测模块包括依次连接的电源振荡电路、电源功率电路、隔离电路和依次连接的信号检测电路、整流电路、滤波电路、比较电路和干节点输出电路；所述信号检测电路的输入连接电源功率电路的输出，隔离电路的输出连接被测开关电路，所述干节点输出电路的输入连接所述比较电路的输出，干节点输出电路的输出端连接LoRa终端控制器。
4.根据权利要求3所述的基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统，其特征在于：所述的LoRa终端控制器由ARM处理器、储存器、备份电池、LoRa通讯模块和GPS模块组成；ARM处理器的采集信息输入端连接干节点输出电路的输出端或微处理器的信号输出端，ARM处理器连接储存器、备份电池、LoRa通讯模块和GPS模块。
5.基于权利要求1所述的基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)监测地区电网的电气信息，将母线和分支点视为节点处理，将线路、变压器和母联开关视为支路，建立网基结构矩阵D、备自投状态矩阵B、开关状态矩阵K、预想事故集矩阵F、电源点分布矩阵M和分支点分布矩阵T；
(2)根据建立的网基结构矩阵、备自投状态矩阵、开关状态矩阵、电源点分布矩阵和分支点分布矩阵生成潮流流向矩阵C；
(3)如果预想事故集中的某个元件发生故障，则修改预想事故集矩阵中的对应元素；
(4)得出预想事故集中的某个元件发生故障后的备自投集合；
(5)对步骤(4)所得到的备自投集合动作后的地区电网进行潮流计算，判断是否存在电流、电压越限的线路，若没有线路存在电流、电压越限的情况，则输出步骤(4)所得到的备自投集合，若有线路存在电流、电压越限的情况，则输出步骤(4)所得到的备自投集合和越限线路信息。
6.根据权利要求5所述的基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统的控制方法，其特征在于：所述的在步骤(4)中，若预想事故集中的某元件发生故障，则通过潮流流向矩阵判断该元件两端的节点情况，潮流流出的节点为首节点，潮流流入的节点为尾节点；
地区电网呈辐射状运行，潮流流向矩阵描述了潮流由电源点流向负荷节点的有向路径，当某元件发生故障退出运行时以该元件的尾节点为起始节点，在潮流流向矩阵中读出的所有节点即为失电区域；
若该失电区域所包含的节点不含有分支点，在备自投状态矩阵中搜索两侧节点在该失电区域中只出现一个的备自投，将搜索得到的备自投中电压等级最高的备自投作为备自投集合；
若该失电区域含有分支点，则将搜索区域分为两部分，最终备自投集合为这两部分区域分别搜索所得结果的和，其中，第一部分以分支点所连接的节点分别作为起始节点，由各个起始节点分别读出各自的下游节点，即各自的供电区域，并对每个供电区域进行分别搜索得出各自的备自投集合，即在备自投状态矩阵中搜索两侧节点在该供电区域中只出现一个的备自投，将搜索得到的备自投中电压等级最高的备自投作为备自投集合；
第二部分是失电区域除去第一部分所含区域之外的区域，对这部分区域的搜索方法是，在备自投状态矩阵中搜索两侧节点在该区域中只出现一个的备自投，将搜索得到的备自投中电压等级最高的备自投作为备自投集合。
7.根据权利要求6所述的基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统的控制方法，其特征在于：
(a)所述网基结构矩阵D是N×N的矩阵，描述的是地区电网潜在的拓扑结构，即在生成网基结构矩阵时，即使两个节点之间的支路开关断开，也仍视为存在一条支路并在网基结构矩阵D中加以反映，网基结构矩阵是将地区电网的各支路当作无向边处理，若地区电网节点i和节点j之间存在一条支路，则dij＝dji＝1，其余元素为0，其中，N为节点总数，dij为网基结构矩阵D中第i行第j列的元素，dji为网基结构矩阵D中第j行第i列的元素；
(b)备自投状态矩阵B是B×4的矩阵，描述的是备自投的运行状态和电气信息，行为备自投的数目，前两列为备自投两侧的节点编号；第三列为备自投的工作状态，备自投的工作状态由备自投工作状态检测模块进行采集，若备自投处于闭合状态，则该元素为1，否则为0；第四列为该备自投所在母线的电压等级；
(c)所述开关状态矩阵K是K×3的矩阵，描述的是开关的运行状态，行为开关的数目，前两列为该开关两侧的节点编号，第三列为开关状态，开关状态由开关状态检测模块进行采集，若开关处于闭合状态，则该元素为1，否则为0；
(d)电源点分布矩阵M是M×1的矩阵，描述的是电源的分布情况，行为节点编号，电源点分布矩阵M描述的是地区电网电源点的分布情况，若地区节点p为电源点，则mp＝1，否则mp＝0，其中mp为电源点分布矩阵中第p行的元素；
(e)分支点分布矩阵T是T×1的矩阵，描述的是分支结点的分布情况，行为节点编号，地区电网中含有大量的T接线方式，各个馈线支路潮流在分支点处汇合和分流，分支点分布矩阵T描述的是地区电网分支点的分布情况，若地区电网节点q为分支点，则tq＝1，否则tq＝0，其中tq为分支点分布矩阵中第q行的元素；
(f)预想事故集矩阵F是F×1的矩阵，描述的是可能的故障元件，F是预想事故元件的个数，若元件r故障，则fr＝1，否则fr＝0，其中fr为预想事故集矩阵中第r行的元素。
8.根据权利要求7所述的基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，潮流流向矩阵描述了潮流由电源点流向负荷节点的有向路径，潮流流向矩阵C是由网基矩阵D为基础得出的，是将地区电网的支路当作有向边，有向边的方向由支路潮流方向决定，若节点i、j之间存在一条支路，并且潮流方向是由i指向j，则cij＝1，cji＝0。
9.根据权利要求8所述的基于LoRa的集中式地区电网备自投控制系统的控制方法，其特征在于：所述的潮流流向矩阵C由以下步骤建立：
(a)从开关状态矩阵K和备自投状态矩阵B中找到处于断开状态的开关和断开状态的备自投，找到断开状态的开关和断开状态的备自投两侧的地区电网节点i、j，将网基结构矩阵D中的第i行的j元素和第j行的i元素置为0；
(b)修正地区电网运行状态改变后的分支点分布矩阵，如果某一开关断开，导致相对应的分支点变化为普通节点，则在分支点分布矩阵中将对应元素置0；
(c)从电源点分布矩阵M中获取电源的节点编号，以电源点为起始点开始搜索，在网基结构矩阵D中找到电源节点i所在的第i行，在第i行中搜索到节点j，则在网基结构矩阵D中保留第i行的j元素不变，同时将第j行的i元素置0，然后再由j节点用相同的方法继续搜索，直至搜索到末端节点，即该行全为0的节点；
(d)若满足结束条件，则搜索完成，输出潮流流向矩阵C结果；否则转步骤(c)继续搜索，其中，所述结束条件为潮流流向矩阵出现元素全为0的行的个数与实际电网末端节点个数相同。
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