CN109494874A - 一种配电自动化系统 - Google Patents
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Abstract
一种配电自动化系统，包括电网配电系统、生产管理系统、电能质量模块、调度管理模块、配电自动化运行监测系统和变电站。本发明的系统集实时应用和管理应用于一体的配电自动化系统，使得配电自动化系统整体的稳定性有了相应的提升，实现对整个配电网的运行监测和管理，提高了配电自动化系统的稳定性和反应速度。
Description
技术领域
本发明属于电力系统管理领域，具体涉及一种配电自动化系统。
背景技术
配电网处于电力系统的末端，直接与用户相连接，具有地域分布广、电网规模大、设备种类多、网络连接多样、运行方式多变等鲜明特点，当前配电网规划、建设和运维工作对稳定性的水平要求较高，部分负荷可靠率甚至达到99.9999％以上的水平，因此需要通过针对性的建设改造、运维检修、设备投入与优化运行方式，提升配电网稳定性水平。
配电网实现自动化的程度与供用电的质量和稳定性密切相关。配电网自动化是改进供电质量、提高供电可靠性、扩大供电能力、实现配电网高速经济运行的重要手段，同时也是实现智能电网的重要基础之一。配电自动化系统是一种可以使配电企业在远方以实时方式监视、协调和操作配电设备的自动化系统。现有配电自动化系统有以下几种方式：(1)基于自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统，在故障时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域恢复供电，该方式仅实现了配电自动化系统的馈线自动化功能，仅提高了供电可靠性；(2)由主站系统、终端设备和通信系统组成的配电自动化系统，其仅实现对配电网运行状况进行监视。因此，如何提高配电自动化系统的可靠性、反应速度、增强系统监控和稳定性分析预警仍是待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种配电自动化系统，包括：
电网配电系统、生产管理系统、电能质量模块、调度管理模块、配电自动化运行监测系统和变电站；
所述电网配电系统包括配电自动化主站、配电自动化终端、稳定性分析模块和故障预警模块，
所述配电自动化主站包括主站计算机、光纤以太网交换机，
所述故障预警模块包括采集模块、主控制器和无线通讯模块，
所述故障采集模块，用于采集配电线路负荷点的故障信息、停电信息，
所述稳定性分析模块，用于根据故障采集模块采集的信息，进行配电自动化系统的稳定性分析和预警，
所述主站计算机通过信息交互总线连接电网配电系统的各类配电系统和变电站；
生产管理系统，用于管理整体电能生产；
电能质量模块，用于对电网线路和变压器的过流、过负荷、温度等进行保护；
调度管理模块，用于对电力调度进行管理。
所述配电自动化运行监测系统包括监控主机、数据采集模块和通信模块，
所述数据采集模块，用于采集运行数据，将采集的运行数据传输至监控主机，
监控主机，用于通过通信模块将监测的运行数据上传至电网配电系统。
本发明的有益效果包括：首先，本发明的系统集实时应用和管理应用于一体的配电自动化系统，实现对整个配电网的运行监测和管理，提高了配电自动化系统的稳定性和反应速度；其次，本发明综合考虑了现状配电网的薄弱环节和规划目标，研究了配电网稳定性指标的内在关联，构建了基于稳定性准则的综合分析指标，既能够充分准确的分析配电网稳定性水平，又可为运行人员提供预警和补救措施。再次，本发明的方法，从自动化系统运行机理的角度出发，基于配电网分区的方式，降低了自动化系统概率特性对配电网稳定性影响的复杂度，可以快速、便捷地建立负荷点停电信息库，为配电网的稳定性分析提供分析基础。另外，本发明可以快速分析并呈现给电力系统数百个故障事件，并且可以提供有意义的指示，极大地提高了稳定性分析效率和效果。在计算综合指标时，获取系统偏差并进行归一化，可以达到放大大偏差的影响并掩盖小偏差的影响的效果。最后，本发明将系统状态矫正应用于配电自动化系统中，改善网络结构，补偿并优化配电系统，不仅改善了电压和线损，也减少了系统非正常状态时的切负荷量，使得配电自动化系统整体的稳定性有了相应的提升，显著改善了配电网的综合运行监测分析的能力。
附图说明
图1本发明所提出的配电自动化系统的基本构架。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图参考实施例的描述，对本发明的方法进行进一步的说明。
为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在实施例中，不详细描述公知的方法、过程、组件，以免不必要地使实施例繁琐。
参见图1所示，本发明的一种配电自动化系统，包括：
电网配电系统、生产管理系统、电能质量模块、调度管理模块、配电自动化运行监测系统和变电站；
所述电网配电系统包括配电自动化主站、配电自动化终端、稳定性分析模块和故障预警模块，
所述配电自动化主站包括主站计算机、光纤以太网交换机，
所述故障预警模块包括采集模块、主控制器和无线通讯模块，
所述故障采集模块，用于采集配电线路负荷点的故障信息、停电信息，
所述稳定性分析模块，用于根据故障采集模块采集的信息，进行配电自动化系统的稳定性分析和预警，
所述主站计算机通过信息交互总线连接电网配电系统的各类配电系统和变电站；
生产管理系统，用于管理整体电能生产；
电能质量模块，用于对电网线路和变压器的过流、过负荷、温度等进行保护；
调度管理模块，用于对电力调度进行管理。
所述配电自动化运行监测系统包括监控主机、数据采集模块和通信模块，
所述数据采集模块，用于采集运行数据，将采集的运行数据传输至监控主机，
监控主机，用于通过通信模块将监测的运行数据上传至电网配电系统。
优选地，其中，所述配电自动化系统还包括通讯网络，所述通讯网络为以太网或令牌环网。
优选地，其中，所述数据采集模块还采集令牌环网的令牌帧的传递特性或反馈特性，所述令牌帧的传递或反馈特性包括节点是否能够应答令牌帧。
优选地，其中，所述稳定性分析模块，具体包括：
简化模块，用于对大规模实际配电网的网络结构进行拓扑结构简化，得到简化后的配电网结构，以便于精准分析和计算；
参数统计模块，用于统计简化后配电网的稳定性初始参数，以及配电自动化系统的稳定性初始参数；
停电统计模块，用于根据采集模块采集的配电网负荷点的停电信息进行统计；
信息库建立模块，用于结合所述稳定性初始参数、所述停电信息，采用遍历法进行配电网元件故障影响分析，建立负荷点停电信息库；
分析预测模块，用于结合负荷点停电信息库，进行配电网稳定性分析和预测。
优选地，其中，所述简化模块，具体包括：
负荷点合并模块，用于负荷点合并，将同一个分段内的多个负荷归并到一个负荷点上的多个用户；
线段简化模块，用于线段简化，将无开关分隔的所有线段合并为一个线段，在不影响连接关系的前提下，忽略较短的线段；
分支线合并模块，用于分支线合并，将距离较近的分支线合并，得到简化后的配电网络结构模型；
简化后的配电网网络结构至少包含线路的长度、负荷点数、分段数和联络数。
优选地，其中，所述信息库建立模块，具体包括：
输入模块，用于输入配电网以及配电自动化系统的稳定性初始参数；
分块模块，用于根据配电网的拓扑结构信息进行人工分块并编号，建立人工分块信息库；
第一记录模块，用于为每个分块内的负荷点建立负荷点停电信息库，记录负荷点停电信息，信息包括：所在区域类型、自主判定区范围及概率、自主独立区范围及概率、本次故障查找时间t1及故障人工分块编号；
遍历模块，用于按照编号顺序遍历人工分块；
自主判定区信息模块，用于利用人工分块信息库，搜索各自主判定区包含的人工分块、各边界终端类型与数量，并计算自主判定区总数量、对应概率值与本次故障查找时间t2，作为自主判定区信息存储；
自主独立区信息模块，用于遍历自主判定区信息模块执行中搜索的自主判定区，搜索出各自主独立区包含的人工分块、类边界终端类型与数量，并计算自主独立区数量与对应概率值，作为自主独立区的信息存储；
写入模块，用于遍历自主独立区信息模块执行中形成的自主独立区，搜索其对应的负荷点，向所有负荷点的信息库中写入一条停电信息，检查该自主判定区下的自主独立区是否遍历完毕，若否，则继续执行所述写入模块；
第一检查模块，用于检查该人工分块故障条件下的自主判定区是否遍历完毕，若否，则执行所述自主独立区信息模块；
第二记录模块，用于搜索出故障人工分块及其负荷点，向各负荷点停电信息库写入本次故障查找时间t3、故障人工分块编号及配电自动化系统失效概率等信息。
第二检查模块，用于检查人工分块是否遍历完毕，如果否，则执行所述遍历模块。
优选地，其中，所述分块模块，建立人工分块信息库，所述人工分块信息库中的信息至少包括：上下游边界终端类型及终端连接的上下游分块编号、块内负荷点编号、联络线路类型与联络数量、各人工分块到各电源点的连通路径、连通路径上的分块编号；在各类区域中，离电源点最近的开关称上游边界开关，若该开关配置自动化终端，则该终端称为上游边界终端，其余开关称下游边界开关，以及下游边界终端。
优选地，其中，所述人工分块为以所有类型开关及线路末端为边界的区域块，是配电网对故障进行分隔的最小区域。
优选地，其中，所述自主判定区是配电网自动化系统自动判断可能发生故障的元件所组成的区域。
优选地，其中，所述自主独立区为配电自动化系统从配电网中分隔故障时，被分隔的元件组成的区域。
优选地，其中，所述信息库建立模块中，还包括分类模块，用于根据位置信息，对负荷点所属区域进行分类，对处于不同种类区域中的负荷点，采用对应的计算方法进行停电信息的计算，并记录在负荷点停电信息库中。
优选地，其中，所述分析预测模块，用于进行配电网稳定性分析和预测，具体包括：
偏差指标模块，用于根据采集模块采集的故障信息确定配电网自动化系统的偏差指标集，所述偏差指标集中的指标用于定义配电网馈线负荷点上由故障引起的系统偏差，所述故障发生之前馈线线路处于运行稳定状态；
综合指标模块，用于根据所述偏差指标集针对每个负荷点故障事件生成综合指标集，
指标判断模块，用于在数学分类模型中输入所述综合指标集中的综合指标，对照负荷点故障事件的发生，对每个综合指标的稳定性和不稳定性进行分类，得到各综合指标的稳定性判断，
计算模块，用于依据负荷点停电信息库中的信息，计算负荷点期望停电时间与期望停电频率，
预测依据建立模块，用于结合各综合指标的稳定性判断，以及负荷点期望停电时间与期望停电频率，形成配电网自动化系统的稳定性预测依据；
实时分析模块，用于对所述配电网自动化系统发生的故障进行实时统计和分析，不断更新并优化配电网自动化系统的稳定性预测依据；
稳定性预警模块，用于对配电网自动化系统的当前状态进行稳定性预测，计算停电事件发生的概率，当概率大于阈值时进行故障预警，并提供预防和状态矫正措施以减轻故障影响。
优选地，其中，所述状态矫正措施包括改变配电网的网络拓扑结构或改变负荷分布方式对配电网络结构进行重构。
优选地，其中，所述偏差指标集中的指标选自于以下至少一组参数所形成的指标：(a)通过电压线路的标准化的总线负载，(b)总线电压，(c)通过指定的接口的电流，(d)通过指定接口的无功功率流。
优选地，其中，所述偏差指标集中的指标选自于以下至少一组参数所形成的指标：(a)平均停电频率，在单位时间内，用户平均停电次数；(b)平均停电持续时间，在单位时间内，用户平均每次停电时间；(c)用户平均停电持续时间，在单位时间内，被停电用户平均每次停电持续时间；(d)平均供电可用率，用户停电时间与总时间之比。
优选地，其中，所述综合指标模块，具体包括：
变化记录模块，用于针对由所述偏差指标所定义的每个系统偏差，计算所述负荷点发生故障前的运行稳定状态到故障发生时的偏差参数；
划分模块，用于将在计算得到的偏差参数划分为正向偏差和反向偏差；
归一化模块，用于对所述正向偏差和反向偏差进行归一化；
信息获取模块，用于依据负荷点停电信息库中的信息，计算负荷点停电时间与停电频率，获取配电自动化系统失效概率；
综合指标生成模块，用于依据所述正向偏差和反向偏差、负荷点停电时间与停电频率、配电自动化系统失效概率，产生至少一个稳定性综合指数，生成所述综合指标集。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：首先，本发明的系统集实时应用和管理应用于一体的配电自动化系统，实现对整个配电网的运行监测和管理，提高了配电自动化系统的稳定性和反应速度；其次，本发明综合考虑了现状配电网的薄弱环节和规划目标，研究了配电网稳定性指标的内在关联，构建了基于稳定性准则的综合分析指标，既能够充分准确的分析配电网稳定性水平，又可为运行人员提供预警和补救措施。再次，本发明的方法，从自动化系统运行机理的角度出发，基于配电网分区的方式，降低了自动化系统概率特性对配电网稳定性影响的复杂度，可以快速、便捷地建立负荷点停电信息库，为配电网的稳定性分析提供分析基础。另外，本发明可以快速分析并呈现给电力系统数百个故障事件，并且可以提供有意义的指示，极大地提高了稳定性分析效率和效果。在计算综合指标时，获取系统偏差并进行归一化，可以达到放大大偏差的影响并掩盖小偏差的影响的效果。最后，本发明将系统状态矫正应用于配电自动化系统中，改善网络结构，补偿并优化配电系统，不仅改善了电压和线损，也减少了系统非正常状态时的切负荷量，使得配电自动化系统整体的稳定性有了相应的提升，显著改善了配电网的综合运行监测分析的能力。
这里只说明了本发明的优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。
Claims (11)
1.一种配电自动化系统，其特征在于，包括：电网配电系统、生产管理系统、电能质量模块、调度管理模块、配电自动化运行监测系统和变电站；
所述电网配电系统包括配电自动化主站、配电自动化终端、稳定性分析模块和故障预警模块，
所述配电自动化主站包括主站计算机、光纤以太网交换机，
所述故障预警模块包括采集模块、主控制器和无线通讯模块，
所述故障采集模块，用于采集配电线路负荷点的故障信息、停电信息，
所述稳定性分析模块，用于根据故障采集模块采集的信息，进行配电自动化系统的稳定性分析和预警，
所述主站计算机通过信息交互总线连接电网配电系统的各类配电系统和变电站；
所述生产管理系统，用于管理整体电能生产；
所述电能质量模块，用于对电网线路和变压器的过流、过负荷、温度等进行保护；
所述调度管理模块，用于对电力调度进行管理；
所述配电自动化运行监测系统包括监控主机、数据采集模块和通信模块；
所述数据采集模块，用于采集运行数据，将采集的运行数据传输至监控主机；
所述监控主机，用于通过通信模块将监测的运行数据上传至电网配电系统。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述配电自动化系统还包括通讯网络，所述通讯网络为以太网或令牌环网。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述数据采集模块还采集令牌环网的令牌帧的传递特性或反馈特性，所述令牌帧的传递或反馈特性包括节点是否能够应答令牌帧。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述稳定性分析模块，具体包括：
简化模块，用于对大规模实际配电网的网络结构进行拓扑结构简化，得到简化后的配电网结构，以便于精准分析和计算；
参数统计模块，用于统计简化后配电网的稳定性初始参数，以及配电自动化系统的稳定性初始参数；
停电统计模块，用于根据采集模块采集的配电网负荷点的停电信息进行统计；
信息库建立模块，用于结合所述稳定性初始参数、所述停电信息，采用遍历法进行配电网元件故障影响分析，建立负荷点停电信息库；
分析预测模块，用于结合负荷点停电信息库，进行配电网稳定性分析和预测。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述简化模块，具体包括：
负荷点合并模块，用于负荷点合并，将同一个分段内的多个负荷归并到一个负荷点上的多个用户；
线段简化模块，用于线段简化，将无开关分隔的所有线段合并为一个线段，在不影响连接关系的前提下，忽略较短的线段；
分支线合并模块，用于分支线合并，将距离较近的分支线合并，得到简化后的配电网络结构模型；
简化后的配电网网络结构至少包含线路的长度、负荷点数、分段数和联络数。
6.如权利要求4所述的系统，其中，所述信息库建立模块，具体包括：
输入模块，用于输入配电网以及配电自动化系统的稳定性初始参数；
分块模块，用于根据配电网的拓扑结构信息进行人工分块并编号，建立人工分块信息库；
第一记录模块，用于为每个分块内的负荷点建立负荷点停电信息库，记录负荷点停电信息，信息包括：所在区域类型、自主判定区范围及概率、自主独立区范围及概率、本次故障查找时间t1及故障人工分块编号；
遍历模块，用于按照编号顺序遍历人工分块；
自主判定区信息模块，用于利用人工分块信息库，搜索各自主判定区包含的人工分块、各边界终端类型与数量，并计算自主判定区总数量、对应概率值与本次故障查找时间t2，作为自主判定区信息存储；
自主独立区信息模块，用于遍历自主判定区信息模块执行中搜索的自主判定区，搜索出各自主独立区包含的人工分块、类边界终端类型与数量，并计算自主独立区数量与对应概率值，作为自主独立区的信息存储；
写入模块，用于遍历自主独立区信息模块执行中形成的自主独立区，搜索其对应的负荷点，向所有负荷点的信息库中写入一条停电信息，检查该自主判定区下的自主独立区是否遍历完毕，若否，则继续执行所述写入模块；
第一检查模块，用于检查该人工分块故障条件下的自主判定区是否遍历完毕，若否，则执行所述自主独立区信息模块；
第二记录模块，用于搜索出故障人工分块及其负荷点，向各负荷点停电信息库写入本次故障查找时间t3、故障人工分块编号及配电自动化系统失效概率等信息；
第二检查模块，用于检查人工分块是否遍历完毕，如果否，则执行所述遍历模块。
7.如权利要求6所述的系统，其中，所述分块模块，建立人工分块信息库，所述人工分块信息库中的信息至少包括：上下游边界终端类型及终端连接的上下游分块编号、块内负荷点编号、联络线路类型与联络数量、各人工分块到各电源点的连通路径、连通路径上的分块编号；在各类区域中，离电源点最近的开关称上游边界开关，若该开关配置自动化终端，则该终端称为上游边界终端，其余开关称下游边界开关，以及下游边界终端。
8.如权利要求6所述的系统，其中，所述人工分块为以所有类型开关及线路末端为边界的区域块，是配电网对故障进行分隔的最小区域。
9.如权利要求6所述的系统，其中，所述自主判定区是配电网自动化系统自动判断可能发生故障的元件所组成的区域。
10.如权利要求6所述的系统，其中，所述自主独立区为配电自动化系统从配电网中分隔故障时，被分隔的元件组成的区域。
11.如权利要求6所述的系统，其中，所述信息库建立模块中，还包括分类模块，用于根据位置信息，对负荷点所属区域进行分类，对处于不同种类区域中的负荷点，采用对应的计算方法进行停电信息的计算，并记录在负荷点停电信息库中。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110855001A (zh) * | 2019-11-08 | 2020-02-28 | 国网江苏省电力有限公司南通供电分公司 | 一种配电自动化及电网优化管理运行系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN104484734A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-04-01 | 国家电网公司 | 一种低碳城市能源优化配置数据中心架构 |
| CN204906004U (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-23 | 淄博联能电力设计研究院 | 一种网络分层分布式的智能区域电网 |
| CN106340968A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-01-18 | 国网山东省电力公司电力科学研究院 | 一种面向配电网管控的一体化支撑系统及方法 |
-
2018
- 2018-11-22 CN CN201811398185.0A patent/CN109494874B/zh active Active
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