CN110474427A - 低压配电网智能管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电网管理技术领域，对现有技术存在浪费人力资源的问题，提供了一种低压配电网智能管理系统，包括：监测单元，用于对供电过程进行监测；电闸控制单元，用于控制电闸合闸；核查单元，用于当电闸控制单元控制电闸跳闸时，对跳闸情况进行核查；其中，当核查单元的核查情况为不存在异常情况时，电闸控制单元控制电闸合闸。使用本系统，当电路出现普通的跳闸时，系统能够自己进行合闸，不用工作人员到现场进行恢复，可避免工作人员需要赶到现场后，仅仅是对跳闸的设备进行合闸，浪费人力资源的情况出现。

Description

低压配电网智能管理系统

技术领域

本发明属于电网管理技术领域，尤其涉及低压配电网智能管理系统。

背景技术

低压配电网作为发、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。

目前，各供电公司中都安装运行着部分集抄系统、配变监测系统、负控系统等各类实时或准实时系统，但各系统间独立运行，低压配电网的同一数据信息，多个系统分别采集应用，存在信息孤岛现象，数据标准不统一，不利于系统间信息统一管理和集成共享，同时在一定程度上造成人、财、物等资源的浪费。

为解决上述问题，公开号为CN101951027A的专利，公开了一种中低压配电网统一数据采集与监控系统，包括智能采集终端、数据通信与传输系统、实时数据处理模块、数据接口服务模块、用户用电信息管理与监控模块和智能配电台区管理与监控模块，智能采集终端采集用户用电信息和配电台区运行及状态信息，按照通信协议经数据通信与传输网络系统，送至实时数据采集模块中的实时/历史数据库中进行统一管理，根据需求将实时/历史数据经数据接口服务模块为各相关应用系统提供综合数据支撑，实现对电力用户和配电台区运行状态的实时分析、监控与管理。

该系统通过应用低压配电网统一数据采集与监控系统，能够方便地实施配电网高级应用，无需与诸多数据库建立接口，从数据层面消除信息“孤岛”，节约资源，提升对中低压配电网的分析与管理能力。

该系统虽然实现了数据的统一采集及监控，但是，该系统在具体使用过程中，当遇到电闸跳闸时，即使只是普通的跳闸，如传感器老化，出现某个时刻检测的数据不准确，并不存在功率异常、温度异常等情况，也需要工作人员到现场对跳闸的设备进行恢复，工作人员赶到现场后，仅仅是对跳闸的设备进行合闸，存在明显的浪费人力资源的情况。

发明内容

本发明针对现有技术存在浪费人力资源的问题，提供了一种低压配电网智能管理系统。

本发明提供的基础方案为：

低压配电网智能管理系统，包括：

监测单元，用于对配电网进行监测；

电闸控制单元，用于控制电闸合闸；

核查单元，用于当电闸控制单元控制电闸跳闸时，对跳闸情况进行核查；

其中，当核查单元的核查情况为不存在异常情况时，电闸控制单元控制电闸合闸。

基础方案工作原理及有益效果：

监测单元对供电过程进行监测，当有电路出现跳闸时，核查单元对跳闸的情况进行核查，看是否存在异常情况，当核查情况为不存在异常情况，即，不需要对设备进行检修时，电闸控制单元会控制电闸合闸。

这样，当电路出现普通的跳闸时，系统能够自己进行合闸，不用工作人员到现场进行恢复，可避免工作人员需要赶到现场后，仅仅是对跳闸的设备进行合闸，浪费人力资源的情况出现。

进一步，配电网中设有联络开关；核查单元包括读取子单元、分类子单元、第一恢复子单元、第二恢复子单元及综合子单元；

读取子单元用于读取配电网原始数据，对配电网进行简化；

分类子单元用于在配电网的非故障失电区域内，将联络开关转化为虚拟分布式发电装置DG，并且对虚拟分布式发电装置DG进行分类；

第一恢复子单元用于采用A*算法对非故障失电区域中的重要负荷进行恢复供电；

第二恢复子单元用于采用烟花算法对非故障失电区域中的尚未恢复的负荷进行恢复供电；

综合子单元用于综合第一恢复子单元和第二恢复子单元的最优解，将第一恢复子单元和第二恢复子单元的解合并，得到全局最优故障恢复方案。

名词解释：

非故障失电区域，即，未发生故障的停电区域；虚拟分布式发电装置DG，即，分布式虚拟电源，其作用相当于小型模块式的、与环境兼容的独立电源。

这样，重要负荷恢复供电过程中尽可能避免恢复非重要负荷供电，以减少非重要负荷在第一阶段被恢复，为下一阶段的烟花算法优化提供尽可能多的可操作开关，使系统的整体效率更高。

进一步，读取子单元读取的配电网原始数据包括各支路阻抗、负荷功率以及配电网拓扑结构；读取子单元还用于搜索重要负荷，包括所有一级负荷和二级负荷，并判断是否有两个或两个以上重要负荷直接相连，将所有直接相连的重要负荷等值为一个重要负荷，功率为所有被等值负荷的功率与所有被等值负荷内部线路损耗之和，将简化后的重要负荷按照负荷的功率从大到小的顺序排列，放入队列IM中，IM记录的是所有的重要负荷节点。

这样，避免了大多数配电网故障恢复算法将孤岛划分和网络重构分步执行难以得到全局最优的状况。

进一步，分类子单元将所有分布式发电装置DG，包括由联络开关转换而来的虚拟分布式发电装置DG和配电网中真实存在的分布式发电装置DG，按照功能分为三类：

第一类，虚拟分布式发电装置DG，由联络开关转换而来，不可以与其他虚拟分布式发电装置DG并网；

第二类，带有黑启动的真实存在的分布式发电装置DG，带有黑启动的真实存在的分布式发电装置DG允许与第一类虚拟分布式发电装置DG，第二类实际分布式发电装置DG本身以及第三类实际分布式发电装置DG并网；

第三类，不带有黑启动的实际分布式发电装置DG，不带有黑启动的分布式发电装置DG只有与第一类和第二类分布式发电装置DG并网运行才能够为非故障失电区域负荷供电。

这样，综合考虑了DG的黑启动能力，并且据此对DG进行合理的分类，提高了实际工程可操作性。

进一步，还包括：

发送单元，用于发送检修信号；

接收单元，用于接收检修信号；

其中，当核查单元的核查结果为存在异常情况时，发送单元发送检修信号。

这样，当出现异常情况，需要进行检修时，发送单元会向接收端案源发送检修信号，工作人员通过接收单元接收到检修信号后，可及时赶到现场进行检修。

进一步，还包括异常分析单元，用于对异常情况进行分析；发送单元发送检修信号时，同时发送异常分析单元的分析结果；接收单元还用于接收异常分析单元的分析结果。

这样，接收单元在接收到异常信号时，同时能够接受到异常分析单元的分析结果。工作人员能够第一时间了解到发生了何种异常，并依据发生的异常类型，携带相应的工具去进行检修。不仅能够节约时间、提升效率，同时，工作人员也可以轻装上阵，只携带相关的工具即可，不用大包小包的工具箱全部带上，行动起来更加方便。

进一步，还包括存储单元，用于存储监测单元监测到的数据信息；异常分析单元通过分析事故发生前N分钟及事故发生后M分钟内存储单元中的数据信息，分析配电网的故障原因。

这样，可以准确、直观的对配电网跳闸的原因进行分析，判断跳闸属于常规跳闸还是系统出现了故障。

进一步，异常情况包括相间短路故障、接地短路故障、过负荷/不平衡故障、电压故障及启动故障。

当发生这些故障时，需要工作人员对设备进行检修后，才能继续投入使用。

进一步，监测单元包括微机保护装置、多功能电力仪表、路状态波形监测器和温湿度监测器。

这样，微机保护装置及多功能电力仪表实时采集配电网各电房内的电气参数及状态量；线路状态波形监测器则可以对线路电流、对地电场、故障状态、是否带电、线缆温度、取电功率、电池电压信息进行采集；温湿度监测器则能够对配电室内的环境数据进行采集。

进一步，还包括定位单元，用于进行位置定位；发送单元发送检修信号时，同时发送定位信息；接收单元还用于接收定位信息。

这样，工作人员在接收到检修信号的同时，还会接收到检修点的定位信息，可快速、准确的赶到检修点进行检修。

附图说明

图1为本发明低压配电网智能管理系统实施例一的逻辑框图；

图2为图一中核查模块的逻辑框图；

图3为本发明低压配电网智能管理系统实施例二的逻辑框图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

如图1所示，低压配电网智能管理系统，包括现场端、平台端和用户端。本实施例中，配电网中安装有联络开关。

现场端

现场端包括监测单元、电闸控制单元和定位单元。每个低压配电室均有现场端，现场端通过光纤环网与平台端信号连接。

监测单元用于对配电网进行监测并将监测的数据发送至平台端，具体的，监测单元包括微机保护装置、多功能电力仪表、路状态波形监测器和温湿度监测器。

微机保护装置及多功能电力仪表实时采集配电网各电房内的电气参数及状态量；温湿度监测器用于检测配电室的环境数据，本实施例中，温湿度监测器为HRH的WB627型的温湿度传感器，该型号的温湿度传感器的测量范围广，并且测量精度高，测量的误差小，且防护等级达到了IP65，环境适应能力强。

线路状态波形监测器实时监测线路的电流和对地电场，就地监测短路故障，并在线路电流或电压异常变化时触发录波。同时，线路状态波形监测器将线路电流、对地电场、故障状态、是否带电、线缆温度、取电功率、电池电压信息进行采集。

定位单元用于对现场端进行位置定位。本实施例中，定位单元为GPS，型号为华测品牌的LT500T高精度北斗GPS定位仪。

电闸控制单元用于接收到发送单元发送的电闸恢复信号时，控制电闸重新接通。本实施例中，电闸控制单元为STM32系列的单片机，这个系列的单片机集高性能、实时功能、数字信号处理、低功耗与低电压操作等特性于一身，同时还保持了集成度高和易于开发的特点；电闸为电磁阀。

平台端

本实施例中，平台端为分布式服务器。

平台端包括存储单元、核查单元、异常分析单元和发送单元。

存储单元用于存储监测单元的监测数据，还用于对异常情况及其对应的分析结果进行存储。

核查单元用于根据存储单元内存储的监测数据，核查是否存在异常情况。异常情况包括相间短路故障、接地短路故障、过负荷/不平衡故障、电压故障及启动故障。当发生这些异常情况时，需要工作人员对设备进行检修后，才能继续投入使用。

具体地，如图2所示，核查单元包括读取子单元、分类子单元、第一恢复子单元、第二恢复子单元及综合子单元；

读取子单元用于读取配电网原始数据，对配电网进行简化；

分类子单元用于在配电网的非故障失电区域内，将联络开关转化为虚拟分布式发电装置DG，并且对虚拟分布式发电装置DG进行分类；

第一恢复子单元用于采用A*算法对非故障失电区域中的重要负荷进行恢复供电；

第二恢复子单元用于采用烟花算法对非故障失电区域中的尚未恢复的负荷进行恢复供电；

综合子单元用于综合第一恢复子单元和第二恢复子单元的最优解，将第一恢复子单元和第二恢复子单元的解合并，得到全局最优故障恢复方案。

其中，读取子单元读取的配电网原始数据包括各支路阻抗、负荷功率以及配电网拓扑结构；读取子单元还用于搜索重要负荷，包括所有一级负荷和二级负荷，并判断是否有两个或两个以上重要负荷直接相连，将所有直接相连的重要负荷等值为一个重要负荷，功率为所有被等值负荷的功率与所有被等值负荷内部线路损耗之和，将简化后的重要负荷按照负荷的功率从大到小的顺序排列，放入队列IM中，IM记录的是所有的重要负荷节点。

分类子单元将所有分布式发电装置DG，包括由联络开关转换而来的虚拟分布式发电装置DG和配电网中真实存在的分布式发电装置DG，按照功能分为三类：

第一类，虚拟分布式发电装置DG，由联络开关转换而来，不可以与其他虚拟分布式发电装置DG并网；

第二类，带有黑启动的真实存在的分布式发电装置DG，带有黑启动的真实存在的分布式发电装置DG允许与第一类虚拟分布式发电装置DG，第二类实际分布式发电装置DG本身以及第三类实际分布式发电装置DG并网；

第三类，不带有黑启动的实际分布式发电装置DG，不带有黑启动的分布式发电装置DG只有与第一类和第二类分布式发电装置DG并网运行才能够为非故障失电区域负荷供电。

异常分析单元用于当核查单元的核查结果为存在异常情况时，通过存储单元内的数据，对事故前N分钟，事故后M分钟的数据进行分析异常情况的具体情况，本实施例中，N的数值为1，M的数值为5。

例如，某个线路状态波形监测器的监测数据同时存在以下三种情况：

1)线路状态波形监测器所在相的线路中有突然增大的暂态电容电流：监测接地瞬间的暂态电容电流大于一定数值；

2)线路状态波形监测器所在相的接地线路电压降低3kV以上；

3)线路状态波形监测器所在相的线路未停电。

则说明该线路状态波形监测器所在位置的线路后面出现接地故障。通过获得故障时刻前后整个配电网线路上各处的零序电流，进行网络化分析，可以监测定位小电流接地系统单相接地故障。

发送单元用于当核查单元的核查结果为不存在异常情况时，给电闸控制单元发送电闸恢复信号；还用于当核查单元的核查结果为存在异常情况时，给用户端发送异常信号、异常分析单元的分析结果和定位单元的位置定位。

用户端

本实施例中，用户端为手机APP，只需安装在工作人员的手机上即可。用户端通过4G模块与平台端信号连接。

用户端包括接收单元和报警单元。

接收单元用于接收发送模块发送的信息。

报警模块用于当接收单元接收到发送模块发送的信息时，发出报警。本实施例中，提醒的方式为语音加文字。通过报警单元的提醒，可以使工作人员注意到异常信号，了解发生了异常情况，需要去现场进行检修。

由于发送单元在发送异常信号时，会同时发送分析单元的分析结果，以及定位单元的位置定位。工作人员凭借分析单元的分析结果，可以第一时间了解到异常情况的具体情况，并依据发生的异常类型，携带相应的工具去进行检修。

这样，不仅能够节约时间、提升效率，同时，工作人员也可以轻装上阵，只携带相关的工具即可，不用大包小包的工具箱全部带上，行动起来更加方便。

而根据定位单元的位置定位，工作人员则可以快速赶到现场，及时对系统进行检修，尽快解除故障，恢复配电网的正常工作。

传统的故障抢修主要通过调度下发或用户报修得知线路有故障发生，然后花费大量人力、物力对线路进行拉网式巡查或逐级排查找到故障点，再将故障处理后恢复供电，这种盲目式的配网故障处理方式导致故障抢修较为被动，需要花费大量的时间确定故障点，费时费力；尤其是配网系统的单相接地故障，单相接地故障查找难度大，故障监测方法准确率不高，成为影响故障停电的主要因素。

使用本申请的系统，如果仅仅是跳闸，未出现异常情况，系统会自动进行合闸。如果出现了异常情况，工作人员也会接收到异常情况的分析结果以及发生异常情况的地点，能够尽快赶到发生异常情况的地点进行检修，尽可能的减少异常情况对配电网用户的影响。

实施例二

如图3所示，与实施例一不同的是，本实施例中，现场端还包括备用电源。

备用电源用于当核查单元的核查结果为存在异常情况时，进行临时供电。这样，在核查单元的核查结果为存在异常情况，即，设备存在故障时，能够在极短的时间内自动使用备用电源供电，可尽量减少对用户的影响，提升供电的可靠性。

实施例三

在某些工厂内，工作人员由于工作的性质，存在触电的危险。

本实施例中，还包括工作牌，工作牌内设有触电检测单元和信号发送单元，工作牌佩戴在工作人员身上。

触电检测单元可以是电磁线圈，信号发送单元可以是为4G模块。

当工作牌的触电检测单元被激活后，信号发送单元向平台端发送强制断电信号；平台端接收到强制断电信号后，给电闸控制单元发送强制断闸信号，电闸控制单元接收到强制断闸信号后，控制电闸断开；同时，平台端还给用户端发送急救信号。

工作牌佩戴在工作人员身上，当工作牌的检测模块被激活，说明工厂内的工作人员发生了触电，此时，工作牌的信号发送单元给平台端发送强制断电信号，平台端接收到信号后给电闸控制单元发送强制断闸信号，电闸控制单元接收到强制断闸信号后，控制电闸断开，并且只能通过人工操作恢复供电。这样，工厂的电网会第一时间断电，且系统不会自动恢复供电，可以尽可能的减小触电人员受到的伤害。

同时，平台端给用户端发送急救信号，管理人员接收到急救信号后可第一时间拨打急救电话，并及时赶到现场查看情况。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.低压配电网智能管理系统，其特征在于，包括：

监测单元，用于对配电网进行监测；

电闸控制单元，用于控制电闸合闸；

核查单元，用于当电闸控制单元控制电闸跳闸时，对跳闸情况进行核查；

其中，当核查单元的核查情况为不存在异常情况时，电闸控制单元控制电闸合闸。

2.根据权利要求1所述的低压配电网智能管理系统，其特征在于：配电网中设有联络开关；核查单元包括读取子单元、分类子单元、第一恢复子单元、第二恢复子单元及综合子单元；

读取子单元用于读取配电网原始数据，对配电网进行简化；

分类子单元用于在配电网的非故障失电区域内，将联络开关转化为虚拟分布式发电装置DG，并且对虚拟分布式发电装置DG进行分类；

第一恢复子单元用于采用A*算法对非故障失电区域中的重要负荷进行恢复供电；

第二恢复子单元用于采用烟花算法对非故障失电区域中的尚未恢复的负荷进行恢复供电；

综合子单元用于综合第一恢复子单元和第二恢复子单元的最优解，将第一恢复子单元和第二恢复子单元的解合并，得到全局最优故障恢复方案。

3.根据权利要求2所述的低压配电网智能管理系统，其特征在于：读取子单元读取的配电网原始数据包括各支路阻抗、负荷功率以及配电网拓扑结构；读取子单元还用于搜索重要负荷，包括所有一级负荷和二级负荷，并判断是否有两个或两个以上重要负荷直接相连，将所有直接相连的重要负荷等值为一个重要负荷，功率为所有被等值负荷的功率与所有被等值负荷内部线路损耗之和，将简化后的重要负荷按照负荷的功率从大到小的顺序排列，放入队列IM中，IM记录的是所有的重要负荷节点。

4.根据权利要求2所述的低压配电网智能管理系统，其特征在于：分类子单元将所有分布式发电装置DG，包括由联络开关转换而来的虚拟分布式发电装置DG和配电网中真实存在的分布式发电装置DG，按照功能分为三类：

第一类，虚拟分布式发电装置DG，由联络开关转换而来，不可以与其他虚拟分布式发电装置DG并网；

第二类，带有黑启动的真实存在的分布式发电装置DG，带有黑启动的真实存在的分布式发电装置DG允许与第一类虚拟分布式发电装置DG，第二类实际分布式发电装置DG本身以及第三类实际分布式发电装置DG并网；

第三类，不带有黑启动的实际分布式发电装置DG，不带有黑启动的分布式发电装置DG只有与第一类和第二类分布式发电装置DG并网运行才能够为非故障失电区域负荷供电。

5.根据权利要求1所述的低压配电网智能管理系统，其特征在于，还包括：

发送单元，用于发送检修信号；

接收单元，用于接收检修信号；

其中，当核查单元的核查结果为存在异常情况时，发送单元发送检修信号。

6.根据权利要求1所述的低压配电网智能管理系统，其特征在于：还包括异常分析单元，用于对异常情况进行分析；发送单元发送检修信号时，同时发送异常分析单元的分析结果；接收单元还用于接收异常分析单元的分析结果。

7.根据权利要求3所述的低压配电网智能管理系统，其特征在于：还包括存储单元，用于存储监测单元监测到的数据信息；异常分析单元通过分析事故发生前N分钟及事故发生后M分钟内存储单元中的数据信息，分析配电网的故障原因。

8.根据权利要求3所述的低压配电网智能管理系统，其特征在于：异常情况包括相间短路故障、接地短路故障、过负荷/不平衡故障、电压故障及启动故障。

9.根据权利要求1所述的低压配电网智能管理系统，其特征在于：监测单元包括微机保护装置、多功能电力仪表、路状态波形监测器和温湿度监测器。

10.根据权利要求1所述的低压配电网智能管理系统，其特征在于：还包括定位单元，用于进行位置定位；发送单元发送检修信号时，同时发送定位信息；接收单元还用于接收定位信息。