CN110571835A - 一种多功能电力控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种多功能电力控制系统及方法，包括控制模块、显示模块、监控模块、故障诊断模块和故障恢复模块，所述控制模块与故障诊断模块负反馈连接，所述控制模块与故障恢复模块正反馈连接；所述线路终端与多个变压器和机组连接故障诊断模块实时诊断各线路终端是否发生故障，并负反馈给控制模块，判断整个系统是否处于动态稳定状态；当系统因干扰而发生震荡时，控制模块向故障恢复模块发送故障恢复控制指令，所述故障恢复模块通过采用送端减出力、提电压、解列震源或受端加出力减少因干扰所引发的震荡；本公开能够有效的防止线路终端因干扰震荡发生无故障跳闸事件，增强了电力系统的抗干扰稳定性，防止系统被破坏。

Description

一种多功能电力控制系统及方法

技术领域

本公开涉及电力控制技术领域，特别涉及一种多功能电力控制系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

电能的传输和变电、配电、用电一起，构成电力系统的整体功能。通过输电把相距甚远的发电厂和负荷中心联系起来，使电能的开发和利用超越地域的限制。和其他能源的传输相比，输电的损耗小、效益高、灵活方便、易于调控、环境污染少；输电还可以将不同地点的发电厂连接起来，实行峰谷调节。输电是电能利用优越性的重要体现，在现代化社会中，它是重要的能源动脉。

本公开发明人发现，传统的电力控制缺少良好的稳定性，抗干扰能力较弱，电力系统在受到外界扰动后，容易失去平衡，造成用户电网的断电，严重时可能造成电力系统稳定性的破坏，甚至瓦解；传统的电力控制系统缺少实时的监控系统，无法得到实时反馈。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种多功能电力控制系统及方法，能够有效的防止线路终端因干扰震荡发生无故障跳闸事件，增强了电力系统的抗干扰稳定性，防止系统被破坏。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种多功能电力控制系统。

一种多功能电力控制系统，包括控制模块、显示模块、监控模块、故障诊断模块和故障恢复模块，所述控制模块与故障诊断模块负反馈连接，所述控制模块与故障恢复模块正反馈连接，所述控制模块还与通信模块和显示模块连接，所述监控模块连接在通信模块与故障诊断模块之间；所述通信模块通过继电保护器与各个线路终端连接，所述线路终端与多个变压器和机组连接；

所述通信模块将各线路终端的变压器和机组的实时状态信息发送至监控模块，所述监控模块周期性的对各变压器和机组的状态信息进行更新，并发送至故障诊断模块；

故障诊断模块实时诊断各线路终端是否发生故障，并负反馈给控制模块，判断整个系统是否处于动态稳定状态；当系统因干扰而发生震荡时，控制模块向故障恢复模块发送故障恢复控制指令，所述故障恢复模块通过采用送端减出力、提电压、解列震源或受端加出力减少因干扰所引发的震荡。

作为可能的一些实现方式，所述通信模块具有至少100Mbps高速数字通信功能，用于实现了电力控制系统与线路终端的远距离通信，使电力控制系统与线路终端周期性的交换命令。

作为可能的一些实现方式，所述显示模块，用于显示各种传输过来的命令数据，显示并记录电力控制系统的实时监控信息。

本公开第二方面提供了一种多功能电力控制方法。

一种多功能电力控制方法，利用本公开所述的多功能电力控制系统，所述故障诊断模块根据粗糙集理论和遗传算法建立故障诊断模型，以获取的各变压器和机组的实时状态信息为输入变量，获得故障发生区域。

作为可能的一些实现方式，所述故障诊断模型具体为：

其中，W为一个相当大的正数，保证E(X)恒为正，优选为10⁸，n_r表示故障区域内保护总数目，n_c表示故障区域内断路器总数目，n表示待诊断区域中的变压器和机组数目，X向量的维数为n，表示系统中变压器和机组的工作状态，X_i＝0时表示系统中变压器和机组的正常工作；当X_i＝1时表示变压器和机组发生故障；Y向量的维数为n_r，用来表示系统中保护的期望状态；当时表示不应该动作，时表示应该动作；g向量的维数为n_c，用来表示系统中断路器的状态；当g_j＝0时表示断路器未跳闸，当g_j＝1时表示断路器己跳闸；g^*(X,Y)向量的维数是n_c，表示系统中断路器的期望状态；当时表示不应该跳闸，时表示应该跳闸。

作为进一步的限定，所述故障诊断模型分三层对各变压器和机组进行故障诊断，其中：

第一层：根据SCADA系统的采集结果，将孤立的区域通过相切分区法进行划分，形成的若干个无源区域作为故障的完备集，经过分区后的输电线路，一旦发生故障，只会影响本身关联的断路器进行继电保护操作，故障状态的检测只需针对单一元器件时，元器件的状态即为故障状态，若无源区域中存在着多个元器件，本层将无法有效判断，将结果送至第二层；

第二层：构建的故障诊断模型己经存在有完整的动作体系，不论哪一区域中的哪一保护动作，均可以通过完备的动作关联函数，找到对应的变压器和机组与断路器之间的连接关系，然后将其转化为0-1规划问题，利用通过粗糙集理论和遗传算法建立的故障诊断模型进行求解分析；

第三层：综合利用前两层的诊断，加入录波装置的数据反馈，一旦重要的信息发生跳变，录波故障数据在短时间内给予相关区域分析出故障的流向信息，重新构造出包含跳变信息的评价函数，故障信息再一次转变为用优化算法求解数学模型的问题，再次利用通过粗糙集理论和遗传算法建立的故障诊断模型进行求解分析以得出结果。

作为可能的一些实现方式，所述故障恢复模块为电力系统稳定器，当电力系统发生小规模的扰动时，通过送端减出力、提电压、解列震源或受端加出力在预设时间内平息震荡。

作为可能的一些实现方式，当电力系统发生大规模扰动时，分三层对大规模扰动进行抑制：

第一层：当发生短路故障时，由继电保护装置和电力系统固有的控制设备切除电力系统故障元件；

第二层：由安全稳定控制装置构成，针对事先考虑的运行方式和故障形式，按照预定的控制策略，实施切负荷、切机和局部解列控制措施，以防系统失去稳定；

第三层：由失步解列、电压及频率紧急控制装置构成，当电力系统发生电压异常、频率异常和失步振荡事故时采取切机、切负荷、解列措施以防止系统崩溃。

作为可能的一些实现方式，利用CIM模型对故障诊断的结果进行二次诊断和判断，所述CIM模型对故障诊断结果进行二次诊断，确认其准确性，将准确值低于设定值的定位结果进行标注，反馈给故障诊断模块，并进行预警。

作为进一步的限定，所述CIM模型所在服务器与故障诊断模块所在服务器之间的通讯数据传输采用RSA加密和数字签名算法进行保密处理，以提高信息安全保密性。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的内容通过对线路终端进行状态实时监控和反馈的方式，能够有效的防止线路终端因干扰震荡发生无故障跳闸事件，增强了电力系统的抗干扰稳定性，防止系统被破坏。

2、本公开所述的通信模块具有至少100Mbps高速数字通信功能，用于实现了电力控制系统与线路终端的远距离通信，使电力控制系统与线路终端周期性的交换命令，通过高速的数据传输能力，能够有效的保障各种类型的数据的及时准确传输，降低了传输延迟，极大的提高了系统的抗干扰能力。

3、本公开所述的内容通过粗糙集理论和遗传算法建立故障诊断模型，有效的实现了根据采集到的电力系统中的变压器和机组的状态进行电力故障的诊断，极大的提高了故障诊断的准确度，通过三层诊断的方式，实现了对各种故障类型的诊断，减少了故障漏检或者无法检测的情况，提高了系统的自动运行的能力。

4、本公开所述的内容利用CIM模型对故障诊断的结果进行二次诊断和判断，所述CIM模型对故障诊断结果进行二次诊断，确认其准确性，将准确值低于设定值的定位结果进行标注，反馈给故障诊断模块，并进行预警，极大的提高了故障诊断模块的准确率，当其准确度下降时，通过CIM模型进行二次诊断和报警，能有效的防止出现诊断出错的情况。

5、本公开所述的所述故障恢复模块当电力系统发生小规模的扰动时，通过送端减出力、提电压、解列震源或受端加出力在预设时间内平息震荡，当电力系统发生大规模扰动时，分三层对大规模扰动进行抑制，实现了对各种扰动的控制，从而极大的提高了系统的抗干扰能力，保证了电力系统的正常稳定运行。

附图说明

图1为本公开实施例1所述的多功能电力控制系统的结构示意图。

1-控制模块；2-故障诊断模块；3-监控模块；4-通信模块；5-故障恢复模块；6-继电保护器；7-线路终端；8-变压器；9-机组；10-显示模块。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1：

如图1所示，本公开实施例1提供了一种多功能电力控制系统，包括控制模块1、显示模块10、监控模块3、故障诊断模块2和故障恢复模块5，所述控制模块1与故障诊断模块2负反馈连接，所述控制模块1与故障恢复模块5正反馈连接，所述控制模块1还与通信模块4和显示模块10连接，所述监控模块3连接在通信模块10与故障诊断模块2之间；所述通信模块10通过继电保护器6与各个线路终端7连接，所述线路终端7与多个变压器8和机组9连接；

所述通信模块4将各线路终端的变压器8和机组9的实时状态信息发送至监控模块3，所述监控模块3周期性的对各变压器8和机组9的状态信息进行更新，并发送至故障诊断模块2；

故障诊断模块2实时诊断各线路终端是否发生故障，并负反馈给控制模块，判断整个系统是否处于动态稳定状态；当系统因干扰而发生震荡时，控制模块1向故障恢复模块5发送故障恢复控制指令，所述故障恢复模块5通过采用送端减出力、提电压、解列震源或受端加出力减少因干扰所引发的震荡。

所述通信模块4具有至少100Mbps高速数字通信功能，用于实现了电力控制系统与线路终端的远距离通信，使电力控制系统与线路终端7周期性的交换命令。

所述显示模块10，用于显示各种传输过来的命令数据，显示并记录电力控制系统的实时监控信息。

所述故障诊断模块2根据粗糙集理论和遗传算法建立故障诊断模型，以获取的各变压器和机组的实时状态信息为输入变量，获得故障发生区域。

所述故障诊断模型具体为：

其中，W为一个相当大的正数，保证E(X)恒为正，优选为10⁸，n_r表示故障区域内保护总数目，n_c表示故障区域内断路器总数目，n表示待诊断区域中的变压器和机组数目，X向量的维数为n，表示系统中变压器和机组的工作状态，X_i＝0时表示系统中变压器和机组的正常工作；当X_i＝1时表示变压器和机组发生故障；Y向量的维数为n_r，用来表示系统中保护的期望状态；当时表示不应该动作，时表示应该动作；g向量的维数为n_c，用来表示系统中断路器的状态；当g_j＝0时表示断路器未跳闸，当g_j＝1时表示断路器己跳闸；g^*(X,Y)向量的维数是n_c，表示系统中断路器的期望状态；当时表示不应该跳闸，时表示应该跳闸。

所述故障诊断模型分三层对各变压器和机组进行故障诊断，其中：

第一层：根据SCADA系统的采集结果，将孤立的区域通过相切分区法进行划分，形成的若干个无源区域作为故障的完备集，经过分区后的输电线路，一旦发生故障，只会影响本身关联的断路器进行继电保护操作，故障状态的检测只需针对单一元器件时，元器件的状态即为故障状态，若无源区域中存在着多个元器件，本层将无法有效判断，将结果送至第二层；

第二层：构建的故障诊断模型己经存在有完整的动作体系，不论哪一区域中的哪一保护动作，均可以通过完备的动作关联函数，找到对应的变压器和机组与断路器之间的连接关系，然后将其转化为0-1规划问题，利用通过粗糙集理论和遗传算法建立的故障诊断模型进行求解分析；

第三层：综合利用前两层的诊断，加入录波装置的数据反馈，一旦重要的信息发生跳变，录波故障数据在短时间内给予相关区域分析出故障的流向信息，重新构造出包含跳变信息的评价函数，故障信息再一次转变为用优化算法求解数学模型的问题，再次利用通过粗糙集理论和遗传算法建立的故障诊断模型进行求解分析以得出结果。

所述故障恢复模块5为电力系统稳定器，当电力系统发生小规模的扰动时，通过送端减出力、提电压、解列震源或受端加出力在预设时间内平息震荡。

当电力系统发生大规模扰动时，分三层对大规模扰动进行抑制：

第一层：当发生短路故障时，由继电保护装置和电力系统固有的控制设备切除电力系统故障元件；

第二层：由安全稳定控制装置构成，针对事先考虑的运行方式和故障形式，按照预定的控制策略，实施切负荷、切机和局部解列控制措施，以防系统失去稳定；

第三层：由失步解列、电压及频率紧急控制装置构成，当电力系统发生电压异常、频率异常和失步振荡事故时采取切机、切负荷、解列措施以防止系统崩溃。

利用CIM模型对故障诊断的结果进行二次诊断和判断，所述CIM模型对故障诊断结果进行二次诊断，确认其准确性，将准确值低于设定值的定位结果进行标注，反馈给故障诊断模块，并进行预警。

所述CIM模型所在服务器与故障诊断模块所在服务器之间的通讯数据传输采用RSA加密和数字签名算法进行保密处理，以提高信息安全保密性。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能电力控制系统，其特征在于，包括控制模块、监控模块、故障诊断模块和故障恢复模块，所述控制模块与故障诊断模块负反馈连接，所述控制模块与故障恢复模块正反馈连接，所述控制模块还与通信模块连接，所述监控模块连接在通信模块与故障诊断模块之间；所述通信模块通过继电保护器与各个线路终端连接，所述线路终端与多个变压器和机组连接；

所述通信模块将各线路终端的变压器和机组的实时状态信息发送至监控模块，所述监控模块周期性的对各变压器和机组的状态信息进行更新，并发送至故障诊断模块；

故障诊断模块实时诊断各线路终端是否发生故障，并负反馈给控制模块，判断整个系统是否处于动态稳定状态；当系统因干扰而发生震荡时，控制模块向故障恢复模块发送故障恢复控制指令，所述故障恢复模块通过采用送端减出力、提电压、解列震荡源或受端加出力减少因干扰所引发的震荡。

2.如权利要求1所述的多功能电力控制系统，其特征在于，所述通信模块具有至少100Mbps高速数字通信功能，用于实现了电力控制系统与线路终端的远距离通信，使电力控制系统与线路终端周期性的交换命令。

3.如权利要求1所述的多功能电力控制系统，其特征在于，所述电力控制系统还包括显示模块，所述显示模块与控制模块通信连接，用于显示各种传输过来的命令数据，显示并记录电力控制系统的实时监控信息。

4.一种多功能电力控制方法，其特征在于，利用权力要求1-3任一项所述的多功能电力控制系统，所述故障诊断模块根据粗糙集理论和遗传算法建立故障诊断模型，以获取的各变压器和机组的实时状态信息为输入变量，获得故障发生区域。

5.如权利要求4所述的多功能电力控制方法，其特征在于，所述故障诊断模型具体为：

其中，W为一个相当大的正数，保证E(X)恒为正，优选为10⁸，n_r表示故障区域内保护总数目，n_c表示故障区域内断路器总数目，n表示待诊断区域中的变压器和机组数目，X向量的维数为n，表示系统中变压器和机组的工作状态，X_i＝0时表示系统中变压器和机组的正常工作；当X_i＝1时表示变压器和机组发生故障；Y向量的维数为n_r，用来表示系统中保护的期望状态；当时表示不应该动作，时表示应该动作；g向量的维数为n_c，用来表示系统中断路器的状态；当g_j＝0时表示断路器未跳闸，当g_j＝1时表示断路器己跳闸；g^*(X,Y)向量的维数是n_c，表示系统中断路器的期望状态；当时表示不应该跳闸，时表示应该跳闸。

6.如权利要求5所述的多功能电力控制方法，其特征在于，所述故障诊断模型分三层对各变压器和机组进行故障诊断，其中：

第一层：根据SCADA系统的采集结果，将孤立的区域通过相切分区法进行划分，形成的若干个无源区域作为故障的完备集，经过分区后的输电线路，一旦发生故障，只会影响本身关联的断路器进行继电保护操作，故障状态的检测只需针对单一元器件时，元器件的状态即为故障状态，若无源区域中存在着多个元器件，本层将无法有效判断，将结果送至第二层；

第二层：构建的故障诊断模型己经存在有完整的动作体系，不论哪一区域中的哪一保护动作，均可以通过完备的动作关联函数，找到对应的变压器和机组与断路器之间的连接关系，然后将其转化为0-1规划问题，利用通过粗糙集理论和遗传算法建立的故障诊断模型进行求解分析；

第三层：综合利用前两层的诊断，加入录波装置的数据反馈，一旦重要的信息发生跳变，录波故障数据在短时间内给予相关区域分析出故障的流向信息，重新构造出包含跳变信息的评价函数，故障信息再一次转变为用优化算法求解数学模型的问题，再次利用通过粗糙集理论和遗传算法建立的故障诊断模型进行求解分析以得出结果。

7.如权利要求4所述的多功能电力控制方法，其特征在于，所述故障恢复模块为电力系统稳定器，当电力系统发生小规模的扰动时，通过送端减出力、提电压、解列震源或受端加出力在预设时间内平息震荡。

8.如权利要求7所述的多功能电力控制方法，其特征在于，当电力系统发生大规模扰动时，分三层对大规模扰动进行抑制：

第一层：当发生短路故障时，由继电保护装置和电力系统固有的控制设备切除电力系统故障元件；

第二层：由安全稳定控制装置构成，针对事先考虑的运行方式和故障形式，按照预定的控制策略，实施切负荷、切机和局部解列控制措施，以防系统失去稳定；

第三层：由失步解列、电压及频率紧急控制装置构成，当电力系统发生电压异常、频率异常和失步振荡事故时采取切机、切负荷、解列措施以防止系统崩溃。

9.如权利要求4所述的多功能电力控制方法，其特征在于，利用CIM模型对故障诊断的结果进行二次诊断和判断，所述CIM模型对故障诊断结果进行二次诊断，确认其准确性，将准确值低于设定值的定位结果进行标注，反馈给故障诊断模块，并进行预警。

10.如权利要求9所述的多功能电力控制方法，其特征在于，所述CIM模型所在服务器与故障诊断模块所在服务器之间的通讯数据传输采用RSA加密和数字签名算法进行保密处理，以提高信息安全保密性。