CN111222690B - 一种基于网格化的配电网剩余供电容量监控预警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于网格化的配电网剩余供电容量监控预警系统，该配电网剩余供电容量监测系统包括：网格划分模块、用电信息采集模块、线路负荷量计算模块、供电容量估算模块和预警模块。本发明的目的在于提供一种基于网格化的配电网剩余供电容量监控预警系统，通过该系统将整个配电网进行网格化，并对每个供电网格的剩余供电容量估算，从而能够最大限度发挥配电网负荷输送能力，从规划角度来看，能够根据该系统更加合理的调配配电网的供电容量。

Description

一种基于网格化的配电网剩余供电容量监控预警系统
技术领域
本发明涉及配电网监控预警技术领域，具体涉及一种基于网格化的配电网剩余供电容量监控预警系统。
背景技术
随着城市技术的发展，城市管理水平的提升以及智慧城市概念深入推进，传统配电网规划模式的弊端逐渐暴露出来，特别是城市中心区配电网规划已难以满足现代化城市电网的发展要求，主要表现为现状站点布局不够合理，电力管道紧张，配电自动化发展滞后与城市生态环境不兼容等。城市配电网规划已经进入信息化，全局化，精细化，差异化的发展阶段。由于经济发展速度很快，用电量逐年上升，配电网经常需要新投配变来满足负荷增长的需要，如此这必然受到上级电源点的制约，在配电网电源点捉襟见肘的情况下，挖掘现有配电网潜力势在必行。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于网格化的配电网剩余供电容量监测预警系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种基于网格化的配电网剩余供电容量监控预警系统，该配电网剩余供电容量监测系统包括：网格划分模块、用电信息采集模块、线路负荷量计算模块、供电容量估算模块和预警模块；
所述网格划分模块，用于将配电网划分为多个供电网格，其中，每个供电网格中包括多条10kV的供电线路和多条备用线路，其中，供电线路满足N-1原则；
所述用电信息采集模块，用于采集各供电网格的用电信息；
所述线路负荷量计算模块，用于根据得到的各供电网格的用电信息，计算各供电网格的用电负荷量；
所述供电容量估算模块，用于根据得到的各供电网格的用电负荷量，对各供电网格的剩余供电容量进行估算，若计算得到的供电网格的剩余供电容量低于预设的最低剩余供电容量阈值，则发送驱动指令至所述预警模块，以驱动所述预警模块发出预警信号。
在一种可选的实施方式中，该配电网剩余供电容量监控预警系统还包括：可视化展示模块；
所述可视化展示模块，用于接收所述供电容量估算模块估算得到的各供电网格的剩余供电容量值，并进行展示。
在一种可选的实施方式中，所述用电信息包括：输电电压、输电电流、输电功率和温度。
在一种可选的实施方式中，所述供电网格的剩余供电容量可通过下式计算得到：
Figure BDA0002342240020000021
式中，Vi表示供电网格i的剩余供电容量，Ni表示供电网格i内的供电线路条数，N′i表示供电网格i内的备用线路条数，I为电流值，I＝441A，V为电压值，V＝10kV，Loadi,max为供电网格i的年度中最高负荷日的用电负荷量。
在一种可选的实施方式中，所述用电信息采集模块包括多个传感监测节点和一个基站设备；多个传感监测节点和一个基站设备构成一个无线传感器网络；
其中，所述传感监测节点用于感测其所在位置处的用电信息，并转发至所述基站设备；所述基站设备部署于监测区域的中心位置，其用于汇聚各传感监测节点感测的用电信息，并转发至所述电路负荷量计算模块。
在一种可选的实施方式中，多个传感监测节点和一个基站设备按照预设的分层机制构建一个多层次的无线传感器网络；
所述的按照预设的分层机制构建一个多层次的无线传感器网络，具体是：
(1)将监测区域网格化为一组大小相同的正六边形子区域，具体地，以所述基站设备作为正六边形中心，以R0为半径，做一正六边形；在此基础上，依据距离该基站设备的远近逐步向外分层，直至覆盖整个监测区域，从而得到一组大小相同的正六边形子区域；
(2)所述基站设备向全网广播管理员竞选指令，其中，所述竞选指令包括：能够担任管理员的最低标准；
(3)接收到所述管理员竞选指令的传感监测节点之间进行信息交互，并利用下式确定自身是否有资格竞选管理员；
Figure BDA0002342240020000022
Figure BDA0002342240020000023
若
Figure BDA0002342240020000024
则代表该传感器监测节点有资格参与管理员竞选，并将其加入到候选管理员的集合Θ中；
式中，
Figure BDA0002342240020000025
为正六边形子区域j内的传感器监测节点Sa的竞争力值，Qmin为预设定的能够担任管理员的最低标准，即最低竞争力值，r为轮数，
Figure BDA0002342240020000031
表示正六边形子区域j内的传感器监测节点Sa通信覆盖区域，Ωj为正六边形子区域j的覆盖区域，
Figure BDA0002342240020000032
为两者重叠区域内的传感器监测节点数，Hj为正六边形子区域j内的传感器监测节点数，
Figure BDA0002342240020000033
为传感器监测节点Sa的风险系数，
Figure BDA0002342240020000034
为传感器监测节点Sa与基站设备之间的空间距离，
Figure BDA0002342240020000035
为当前轮次传感器监测节点Sa的剩余能量值，E1为接收单位数据所需消耗的能量值，E2将接收到的全部数据转发至基站设备所需消耗的能量值，
Figure BDA0002342240020000036
为空间影响度因子，
Figure BDA0002342240020000037
为时间影响度因子，α1、α2为预设的权重系数；
遍历所有传感器监测节点，得到一个候选管理员的集合Θ；
(4)根据得到的集合Θ，所述基站设备进一步确定各正六边形子区域的真正管理员，而剩余传感器监测节点作为普通成员，加入到其所在子区域的真正管理员中，成为该真正管理员的下属成员，最终得到一个多层次的无线传感器网络。
本发明的有益效果为：本发明的目的在于提供一种基于网格化的配电网剩余供电容量监控预警系统，通过该系统将整个配电网进行网格化，并对每个供电网格的剩余供电容量估算，从而能够最大限度发挥配电网负荷输送能力，从规划角度来看，能够根据该系统更加合理的调配配电网的供电容量。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的配电网剩余供电容量监控预警系统的框架结构图。
附图标记：网格划分模块1、用电信息采集模块2、线路负荷量计算模块3、供电容量估算模块4、预警模块5、可视化展示模块6。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1示出了一种基于网格化的配电网剩余供电容量监控预警系统，该配电网剩余供电容量监控预警系统包括：网格划分模块1、用电信息采集模块2、线路负荷量计算模块3、供电容量估算模块4、预警模块5和可视化展示模块6。
所述网格划分模块1，用于将配电网划分为多个供电网格，其中，每个供电网格中包括多条10kV的供电线路和多条备用线路，其中，供电线路满足N-1原则；
所述用电信息采集模块2，用于采集各供电网格的用电信息；其中，该用电信息包括输电电压、输电电流、输电功率和温度。
所述线路负荷量计算模块3，用于根据得到的各供电网格的用电信息，计算各供电网格的用电负荷量；
所述供电容量估算模块4，用于根据得到的各供电网格的用电负荷量，对各供电网格的剩余供电容量进行估算，若计算得到的供电网格的剩余供电容量低于预设的最低剩余供电容量阈值，则发送驱动指令至所述预警模块5，以驱动所述预警模块5发出预警信号。作为优选，预设的最低剩余供电容量阈值为10％。当计算得到的某个供电网络的剩余供电容量低于10％时，预警模块5发出预警，工作人员接收到预警信息后，可以及时进行分析出现问题的原因，并及时处理。例如，可以通过调整运行方式来解决该问题，或者新增电源点。
所述可视化展示模块6，用于接收所述供电容量估算模块4估算得到的各供电网格的剩余供电容量值，并进行展示。作为优选，可以以网格为基础，以不同颜色渲染剩余供电容量的紧缺程度，例如，红色表示容量紧缺，绿色表示容量宽裕。通过采用不同颜色进行渲染展示，可以直观地展示分析结果。
本发明实施例的目的在于提供一种基于网格化的配电网剩余供电容量监控预警系统，通过该系统将整个配电网进行网格化，并对每个供电网格的剩余供电容量估算，从而能够最大限度发挥配电网负荷输送能力，从规划角度来看，能够根据该系统更加合理的调配配电网的供电容量。通过对配电网的供电剩余容量进行估算，也可以对评估网格内的配电网的未来供电能力，具体地，通过将得到的供电网格内的供电剩余容量与业扩报装容量和潜在用户报装容量进行对比，进而评估出该供电网格内的未来供电能力，若评估结果显示该供电网格内的未来供电能力不足，可及时进行调整容量，以使其满足，从而做到了事前预防。
在一种可选的实施方式中，供电网格的剩余供电容量可通过下式计算得到：
Figure BDA0002342240020000041
式中，Vi表示供电网格i的剩余供电容量，Ni表示供电网格i内的供电线路条数，N′i表示供电网格i内的备用线路条数，I为电流值，I＝441A，V为电压值，V＝10kV，Loadi,max为供电网格i的年度中最高负荷日的用电负荷量。
在一种可选的实施方式中，所述用电信息采集模块2包括多个传感监测节点和一个基站设备；多个传感监测节点和一个基站设备构成一个无线传感器网络；
其中，所述传感监测节点用于感测其所在位置处的用电信息，并转发至所述基站设备；所述基站设备部署于监测区域的中心位置，其用于汇聚各传感监测节点感测的用电信息，并转发至所述电路负荷量计算模块3。
在一种可选的实施方式中，多个传感监测节点和一个基站设备按照预设的分层机制构建一个多层次的无线传感器网络；
所述的按照预设的分层机制构建一个多层次的无线传感器网络，具体是：
(1)将监测区域网格化为一组大小相同的正六边形子区域，具体地，以所述基站设备作为正六边形中心，以R0为半径，做一正六边形；在此基础上，依据距离该基站设备的远近逐步向外分层，直至覆盖整个监测区域，从而得到一组大小相同的正六边形子区域；
(2)所述基站设备向全网广播管理员竞选指令，其中，所述竞选指令包括：能够担任管理员的最低标准；
(3)接收到所述管理员竞选指令的传感监测节点之间进行信息交互，并利用下式确定自身是否有资格竞选管理员；
Figure BDA0002342240020000051
Figure BDA0002342240020000052
若
Figure BDA0002342240020000053
则代表该传感器监测节点有资格参与管理员竞选，并将其加入到候选管理员的集合Θ中；
式中，
Figure BDA0002342240020000054
为正六边形子区域j内的传感器监测节点Sa的竞争力值，Qmin为预设定的能够担任管理员的最低标准，即最低竞争力值，r为轮数，
Figure BDA0002342240020000055
表示正六边形子区域j内的传感器监测节点Sa通信覆盖区域，Ωj为正六边形子区域j的覆盖区域，
Figure BDA0002342240020000056
为两者重叠区域内的传感器监测节点数，Hj为正六边形子区域j内的传感器监测节点数，
Figure BDA0002342240020000057
为传感器监测节点Sa的风险系数，该风险系数越高，该传感器监测节点的可靠性越差，代表着该传感器监测节点成为管理者的可能性越小，
Figure BDA0002342240020000058
为传感器监测节点Sa与基站设备之间的空间距离，
Figure BDA0002342240020000059
为当前轮次传感器监测节点Sa的剩余能量值，E1为接收单位数据所需消耗的能量值，E2将接收到的全部数据转发至基站设备所需消耗的能量值，
Figure BDA00023422400200000510
为空间影响度因子，该因子表示该传感器监测节点的空间位置对其自身竞争力的影响程度，
Figure BDA00023422400200000511
为时间影响度因子，其代表该传感器监测节点若作为管理员，其每次与基站设备进行信息交互所消耗的时间对其自身竞争力的影响程度，其中，所消耗的时间越多，代表其影响程度越大，α1、α2为预设的权重系数；
遍历所有传感器监测节点，得到一个候选管理员的集合Θ；
(4)根据得到的集合Θ，所述基站设备进一步确定各正六边形子区域的真正管理员，而剩余传感器监测节点作为普通成员，加入到其所在子区域的真正管理员中，成为该真正管理员的下属成员，最终得到一个多层次的无线传感器网络。
在上述实施方式中，先将监测区域网格化为一组大小相同的正六边形子区域，然后基站设备向全网广播管理员竞选指令，接收到该竞选指令的传感器监测节点利用上述确定自身是否有资格竞选管理员，若有资格，则加入到候选管理员的集合Θ中，进一步由基站设备确定真正管理员，其中，在确定是否有资格竞选管理员时，通过计算自身的竞争力值，并根据计算得到的竞争力值和Qmin之间的大小关系，从而确定是否有资格成为候选管理员，在计算其自身的竞争力值时，考虑了其自身当前剩余能量值的影响，还考虑了其通信覆盖区域内的传感器监测节点的影响，以及距离因素、时间因素和其自身的风险系数带来的影响，从而能够全方位的对该传感器监测节点的竞争力进行准确评估，以便选择出最优的传感器监测节点成为真正的管理员，达到均衡整个无线传感器网络的目的，同时也延长了该无线传感器网络的使用寿命。
在一种可选的实施方式中，第r轮管理者竞选中，传感器监测节点Sa的风险系数
Figure BDA0002342240020000061
可通过如下式子估算得到：
Figure BDA0002342240020000062
式中，
Figure BDA0002342240020000063
为传感器监测节点
Figure BDA0002342240020000064
的风险系数，ξ0为预设定的初始风险系数，rer为在过去(r-1)轮的管理者竞选中，传感器监测节点
Figure BDA0002342240020000065
当选为真正管理者的轮数，rco为在过去(r-1)轮的管理者竞选中，传感器监测节点
Figure BDA0002342240020000066
未当选为真正管理者的轮数，且满足rer+rco＝r-1，
Figure BDA0002342240020000067
表示在m轮竞选中，传感器监测节点
Figure BDA0002342240020000068
的风险系数，m＝1,2,…,rer，
Figure BDA0002342240020000069
表示在n轮竞选中，传感器监测节点
Figure BDA00023422400200000610
的风险系数，n＝1,2,…,rco；k1、k2为权重系数，其中，若在上一轮管理者竞选中，即在第(r-1)轮管理者竞选中，传感器监测节点
Figure BDA00023422400200000611
当选为真正管理者，则k1＝0.8，k2＝0.2；若在上一轮管理者竞选中，即在第(r-1)轮管理者竞选中，传感器监测节点
Figure BDA00023422400200000612
未当选为真正管理者，则k1＝0.2，k2＝0.8。
有益效果：由于传感器监测节点本身属性、监测区域环境等因素的影响，可能会导致采集的数据出现偏差，或者在数据传输时发生数据丢失，如果选择风险性高的传感器监测节点作为管理者，可能会造成该正六边形子区域的数据出现问题，进而影响到该系统的可靠性，基于此，申请人创造性地提出了本发明上述实施方式，在上述实施例中，利用历史管理者轮换中，该传感器监测节点的风险系数，进而估算当前轮数传感器监测节点的风险系数，从而当前轮数传感器监测节点的风险系数的准确估计，且在计算当前轮数传感器监测节点的风险系数时，还考虑了上一轮数中其自身是否当选为管理者，进而确定k1、k2的值，从而使得上一轮中当选为管理者的传感器监测节点，在本轮估算其风险系数时，侧重于考虑其之前作为管理者时的风险系数，这也代表其在本轮次中再次作为管理者的风险系数会更高。
在一种可选的实施方式中，上述的根据得到的集合Θ，所述基站设备进一步确定各正六边形子区域的真正管理员，具体是：
若一个正六边形子区域存在两个以上的候选管理员，则利用下式对该子区域内的候选管理员的优势值进行评估，并从中选择优势值最大的候选管理员作为真正的管理员；
Figure BDA0002342240020000071
式中，P(CHv)为候选管理员CHv的优势值，V为该正六边形子区域内候选管理员数，d(CHv,Bs)为候选管理员CHv与基站设备之间的空间距离，
Figure BDA0002342240020000072
为该正六边形子区域内，除去候选管理员CHv，其他传感器监测节点与候选管理员CHv之间的空间距离，Eres(CHv)为候选管理员CHv当前剩余能量值，ω1、ω2为权重系数。
若正六边形子区域没有候选管理员，则基站设备从该正六边形子区域中指定一个传感器监测节点作为真正管理员，当选为真正管理员的传感器监测节点向其所在子区域的其他传感器监测节点发送其作为真正管理员的信息，其他传感器监测节点接收到该信息后，加入到其所在子区域的真正管理员中，成为该真正管理员的下属成员。例如，可以指定该正六边形子区域中剩余能量值最大的传感器监测节点作为真正管理员，也可以指定该正六边形子区域中距离基站设备最近的传感器监测节点作为真正管理员，也可以指定距离该正六边形子区域中心最近的传感器监测节点作为真正管理员。具体指定那个传感器监测节点作为真正管理员，可以根据实际需要进行自行设定。
有益效果：在得到的候选管理员的集合Θ，可能会导致某些正六边形子区域内中囊括了多个候选管理员，而某些正六边形子区域内没有候选管理员，因此，需要进一步根据得到候选管理员的集合Θ，确定各正六边形子区域的真正管理员。申请人创造性地提出来如上实施方式，从而根据候选管理员的实际分布情况来进一步确定真正管理员，具体地，若一个正六边形子区域内存在多个候选管理员，则进一步计算各候选管理员的优势值，从而选择优势值最大的候选管理员当选为真正管理员，其中，在计算各候选管理员的优势值时，考虑了候选管理员所在空间位置、能量的影响，从而能够选择出距离基站设备相对近的、剩余能量值更大的候选管理员作为真正管理员，进而均衡了整个无线传感器网络的能耗，延长了该无线传感器网络的使用寿命。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种基于网格化的配电网剩余供电容量监控预警系统，其特征在于，包括：网格划分模块、用电信息采集模块、线路负荷量计算模块、供电容量估算模块和预警模块；
所述网格划分模块，用于将配电网划分为多个供电网格，其中，每个供电网格中包括多条10kV的供电线路和多条备用线路，其中，供电线路满足N-1原则；
所述用电信息采集模块，用于采集各供电网格的用电信息；
所述线路负荷量计算模块，用于根据得到的各供电网格的用电信息，计算各供电网格的用电负荷量；
所述供电容量估算模块，用于根据得到的各供电网格的用电负荷量，对各供电网格的剩余供电容量进行估算，若计算得到的供电网格的剩余供电容量低于预设的最低剩余供电容量阈值，则发送驱动指令至所述预警模块，以驱动所述预警模块发出预警信号；
所述用电信息采集模块包括多个传感监测节点和一个基站设备；多个传感监测节点和一个基站设备构成一个无线传感器网络；
其中，所述传感监测节点用于感测其所在位置处的用电信息，并转发至所述基站设备；所述基站设备部署于监测区域的中心位置，其用于汇聚各传感监测节点感测的用电信息，并转发至所述线路负荷量计算模块；
多个传感监测节点和一个基站设备按照预设的分层机制构建一个多层次的无线传感器网络；
所述的按照预设的分层机制构建一个多层次的无线传感器网络，具体是：
(1)将监测区域网格化为一组大小相同的正六边形子区域，具体地，以所述基站设备作为正六边形中心，以R0为半径，做一正六边形；在此基础上，依据距离该基站设备的远近逐步向外分层，直至覆盖整个监测区域，从而得到一组大小相同的正六边形子区域；
(2)所述基站设备向全网广播管理员竞选指令，其中，所述竞选指令包括：能够担任管理员的最低标准；
(3)接收到所述管理员竞选指令的传感监测节点之间进行信息交互，并利用下式确定自身是否有资格竞选管理员；
Figure FDA0003398997390000021
Figure FDA0003398997390000022
若
Figure FDA0003398997390000023
则代表该传感器监测节点有资格参与管理员竞选，并将其加入到候选管理员的集合Θ中；
式中，
Figure FDA0003398997390000024
为正六边形子区域j内的传感器监测节点Sa的竞争力值，Qmin为预设定的能够担任管理员的最低标准，即最低竞争力值，r为轮数，
Figure FDA0003398997390000025
表示正六边形子区域j内的传感器监测节点Sa通信覆盖区域，Ωj为正六边形子区域j的覆盖区域，
Figure FDA0003398997390000026
为两者重叠区域内的传感器监测节点数，Hj为正六边形子区域j内的传感器监测节点数，
Figure FDA0003398997390000027
为传感器监测节点Sa的风险系数，
Figure FDA0003398997390000028
为传感器监测节点Sa与基站设备之间的空间距离，
Figure FDA0003398997390000029
为当前轮次传感器监测节点Sa的剩余能量值，E1为接收单位数据所需消耗的能量值，E2将接收到的全部数据转发至基站设备所需消耗的能量值，
Figure FDA00033989973900000210
为空间影响度因子，
Figure FDA00033989973900000211
为时间影响度因子，α1、α2为预设的权重系数；
遍历所有传感器监测节点，得到一个候选管理员的集合Θ；
(4)根据得到的集合Θ，所述基站设备进一步确定各正六边形子区域的真正管理员，而剩余传感器监测节点作为普通成员，加入到其所在子区域的真正管理员中，成为该真正管理员的下属成员，最终得到一个多层次的无线传感器网络。
2.根据权利要求1所述的配电网剩余供电容量监控预警系统，其特征在于，还包括：可视化展示模块；
所述可视化展示模块，用于接收所述供电容量估算模块估算得到的各供电网格的剩余供电容量值，并进行展示。
3.根据权利要求1所述的配电网剩余供电容量监控预警系统，其特征在于，所述用电信息包括：输电电压、输电电流、输电功率和温度。
4.根据权利要求1所述的配电网剩余供电容量监控预警系统，其特征在于，所述供电网格的剩余供电容量可通过下式计算得到：
Figure FDA0003398997390000031
式中，Vi表示供电网格i的剩余供电容量，Ni表示供电网格i内的供电线路条数，Ni′表示供电网格i内的备用线路条数，I为电流值，I＝441A，V为电压值，V＝10kV，Loadi,max为供电网格i的年度中最高负荷日的用电负荷量。
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