CN111404161A - 智慧用电管理及台区间互济转供系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了智慧用电管理及台区间互济转供系统及方法，该系统包括计量装置、就地协同装置与智慧用电终端；所述计量装置与智慧用电终端相连；所述智慧用电终端与就地协同装置相连；所述计量装置与就地协同装置相连。本发明能够根据小区用电负荷的季节性波动规律，在保证相关电气设备使用寿命的前提下，使配电变压器运行在最优状态；建立全面信息感知的小区智能用电体系，降低小区配电网的损耗，提高了供电可靠性。

Description

智慧用电管理及台区间互济转供系统及方法

技术领域

本发明涉及输配电技术领域，尤其涉及智慧用电管理及台区间互济转供系统及方法。

背景技术

随着我国城镇建设的快速扩张，居民小区数量快速增长，部分大型小区的配电变压器多达几十台，用电需求总量很大。目前我国居民用电量占全社会用电量比例将近20％，随着人民生活水平的提高，越来越多的电器设备进入百姓生活中，居民小区用电需求快速增加，小区配用电问题日益凸显。

小区配用电主要问题表现在三个方面：一是新建小区住房空置率居高不下，部分配电变压器长期处于轻载运行，运行效率低下；二是随着人们生活水平的提高，新的用电设备的不断涌现，比如电动汽车等大功率用电设备，导致入住率高的小区在夏季用电高峰期间，配电变压器短时处于重载或过载运行状态；三是小区用电以单相用电设备为主，易导致小区低压配电线路出现三相不平衡等问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供智慧用电管理及台区间互济转供系统，包括计量装置、就地协同装置与智慧用电终端；所述计量装置与智慧用电终端相连；所述智慧用电终端与就地协同装置相连；所述计量装置与就地协同装置相连；

所述计量装置用于实时采集配电变压器的电参量信息；

所述智慧用电终端获取配电变压器的电参量信息、配电变压器与高低压断路器设备故障告警信息、配电变压器设备信息、高压进线等信息，计算并生成配电优化指令，并将配电优化指令发送至就地协同装置；

所述就地协同装置用于接收智慧用电终端配变优化指令，根据配变优化指令执行配电优化调控策略，所述配电优化调控策略包括变压器调压、母线开关开闭与断路器开断。

智慧用电管理及台区间互济转供方法，包括如下步骤：

S1:智慧用电终端录入配电变压器设备信息和配电网的高压进线信息，计量装置实时采集配电变压器的电参量信息并发送至智慧用电终端；

S2:智慧用电终端计算生成配电优化指令并将配电优化指令发送至就地协同装置；

S3:就地协同装置接收配电优化指令，判断配电优化指令类型，根据配电优化指令类型执行配电优化调控策略；

S4:就地协同装置根据配电优化调控策略执行结果生成反馈数据发送至智慧用电终端。

本发明的有益效果在于：本发明提供的多配变小区智慧用电管理及台区间互济转供系统，能够根据小区用电负荷的季节性波动规律，在保证相关电气设备使用寿命的前提下，使配电变压器运行在最优状态；建立全面信息感知的小区智能用电体系，降低小区配电网的损耗，提高了供电可靠性。

附图说明

图1是本发明的系统原理图；

图2是本发明的流程图；

图3是轻载优化策略的流程图；

图4是定期转供策略的流程图；

图5是重载优化策略的流程图；

图6是超载优化策略的流程图；

图7是故障恢复策略的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明智慧用电管理及台区间互济转供系统，包括计量装置、就地协同装置与智慧用电终端；所述计量装置与智慧用电终端相连；所述智慧用电终端与就地协同装置相连；所述计量装置与就地协同装置相连；

所述计量装置用于实时采集配电变压器的电参量信息；

所述智慧用电终端获取配电变压器的电参量信息、配电变压器与高低压断路器设备故障告警信息、配电变压器设备信息、高压进线等信息，计算并生成配电优化指令，并将配电优化指令发送至就地协同装置；

所述就地协同装置用于接收智慧用电终端配变优化指令，根据配变优化指令执行配电优化调控策略，所述配电优化调控策略包括变压器调压、母线开关开闭与断路器开断。

智慧用电管理及台区间互济转供方法，包括如下步骤：

S1:智慧用电终端录入配电变压器设备信息和配电网的高压进线信息，计量装置实时采集配电变压器的电参量信息并发送至智慧用电终端；

S2:智慧用电终端计算生成配电优化指令并将配电优化指令发送至就地协同装置；

S3:就地协同装置接收配电优化指令，判断配电优化指令类型，根据配电优化指令类型执行配电优化调控策略；

S4:就地协同装置根据配电优化调控策略执行结果生成反馈数据发送至智慧用电终端。

具体的，所述配电变压器设备信息包括产品型号、额定容量、额定电压、额定电流、相数、频率、联结组标号与短路阻抗。

具体的，所述电参量信息包括电流信息、电压信息、有功功率、功率因数及有功电量信息。

具体的，所述智慧用电终端包括控制处理器；所述计量装置采用智能电表；所述就地协同装置还连接有监控单元。

具体的，所述智慧用电终端计算生成配电优化指令的具体过程包括：

设：β为配电变压器负载系数，I_e为配电变压器实际运行电流，I_n为配电变压器低压侧额定电流；则：

设配电变压器三相负载系数分别为：β_a、β_b、β_c；

配电变压器数量为m，配电变压器电流为：I_a1、I_a2、I_a3···I_an；I_b1、I_b2、I_b3···I_bn；I_c1、I_c2、I_c3···I_cn；

设配电变压器同相负载电流之和分别为：I_a＝I_a1+I_a2+I_a3+...+I_an；I_b＝I_b1+I_b2+I_b3+...+I_bn；I_c＝I_c1+I_c2+I_c3+...+I_cn；

设三相负载电流之和最大值I_max，则：I_max＝max(I_a，I_b，I_c)

设I_max与配电变压器低压侧额定电流之比为β_max，则

设ρ为变压器负荷系数；S为并列运行配电变压器总负荷kVA；U_k为配电变压器短路阻抗；S_Ni为并列运行配电变压器额定容量之和；U_ki为并列运行配电变压器短路阻抗；

则并列运行的配电变压器负荷分配计算公式为：

具体的，所述配电优化指令包括：

轻载优化指令：计算每台配电变压器三相负载系数的最大值，将两台或多台配电变压器所带负荷转供到一台配电变压器时，若单台配电变压器最大负载系数小于或等于第一设定值，则生成轻载优化指令；

假设有2台配电变压器，2台配电变压器独立运行，每台配电变压器的三相负载系数中最大值为：

β_1max≤0.4∪β_2max≤0.4；

β_1max＝max{β_1a，β_1b，β_1c}；

β_2max＝max{β_2a，β_2b，β_2c}；

计算将2台配电变压器所带负荷转供到1台配电变压器时，单台配电变压器最大负载系数为：β≤0.75，则生成轻载优化指令。

定期转供指令：设配电变压器运行时间为T，若配电变压器执行轻载优化策略期间，运行的配电变压器时间达到设定值T，且单台配电变压器最大负载系数小于或等于第二设定值，则生成定期转供指令；

当配电变压器执行轻载优化策略期间，运行的配电变压器时间达到设定值T＝20day，同时运行的配电变压器满足：β≤0.75，则生成定期转供指令。

重载优化指令：当配电变压器执行轻载优化策略期间，监测到运行配电变压器负载率满足第三设定值，或当配电变压器执行超载优化策略期间且通过并列运行负荷分配计算变压器负荷系数ρ满足第四设定值时，生成重载优化指令；

当配电变压器执行轻载优化策略期间，监测到运行配电变压器负载率如下：0.75＜β≤1或β＞1；或当配电变压器执行超载优化策略期间且通过并列运行负荷分配计算得出：ρ₁≤0.75且ρ₂≤0.75，则生成重载优化指令。

超载优化指令：当配电变压器执行重载优化策略期间，监测到其中任意1台运行配电变压器负载率超过第五设定值且变压器负荷系数ρ满足第六设定值时，生成超载优化指令；

当配电变压器执行重载优化策略期间，监测到其中任意1台运行配电变压器负载率：β_max＞1，同时，通过并列运行负荷分配计算得出：P₁＜1且P₂＜1，则生成超载优化指令。

故障恢复指令：当运行配电变压器发生故障、所带负载线路发生故障引起运行配电变压器低压侧断路器跳闸、运行配电变压器高压侧线路故障引起高压负荷开关跳闸、高低压断路器和母联开关异常跳闸时，生成故障恢复指令。

具体的，所述就地协同装置根据接收的智慧用电终端配电优化指令，执行配电优化控制策略。具体过程如下：

所述轻载优化策略包括如下步骤：

a1：判断配电变压器低压侧电压差是否满足轻载电压设定范围，若是则转a2；否则判断配电变压器是否能够调压，若是则配电变压器调压，否则重复a1；

a2：闭合母联开关，判断母联开关是否闭合，若是则延时30s，转a3，否则重复判断母联开关是否闭合；

a3：比较配电变压器负载大小，断开负载小于设定值的配电变压器低压总进线开关；

a4：判断低压总进线开关是否断开，若是则延时30s，转a5，否则重复判断低压总进线开关是否断开；

a5：断开负载小的配电变压器高压总进线开关；

a6：判断高压总进线开关是否断开，若是则完成，否则重复判断高压总进线开关是否断开。

具体的，所述定期转供策略包括如下步骤：

b1：闭合停运变压器高压总进线开关，判断停运变压器高压总进线开关是否闭合，若是则转b2，否则重复判断停运变压器高压总进线开关是否闭合；

b2：判断停运变压器低压侧电压差是否满足设定范围，若是则转b3；否则判断停运变压器是否能调压，若是则调节停运变压器进行调压，否则重复b2；

b3：闭合停运变压器低压总进线开关，判断停运变压器低压总进线开关是否闭合；若是则延时，转b4，否则重复判断停运变压器低压总进线开关；

b4：断开运行变压器低压总进线开关，判断运行变压器低压总进线开关是否断开，若是则延时，转b5，否则重复判断运行变压器低压总进线开关；

b5：断开运行变压器高压总进线开关，判断运行变压器高压总进线开关是否断开，若是则完成，否则重复判断运行变压器高压总进线开关是否断开。

重载优化策略：当配电变压器执行轻载优化策略期间，监测到运行配电变压器负载率满足第三设定值，且通过并列运行负荷分配计算变压器负荷系数ρ满足第四设定值时，则生成重载优化策略。

具体的，所述重载优化策略包括如下步骤：

c1：闭合停运变压器高压总进线开关，判断停运变压器高压总进线开关是否闭合，若是则转c2，否则重复判断停运变压器高压总进线开关是否闭合；

c2：判断停运变压器低压侧电压差是否满足设定范围，若是则转c3，否则判断停运变压器是否能调压，若是则停运变压器调压，否则重复c2；

c3：闭合停运变压器低压总进线开关，判断停运变压器低压总进线开关是否闭合，若是则转c4，否则重复判断停运变压器低压总进线开关是否闭合；

c4：断开母联开关，判断母联开关是否断开，若是则完成，否则重复判断母联开关是否断开。

超载优化策略：当配电变压器负债率超过第五设定值且变压器负荷系数ρ满足第六设定值时，生成超载优化策略。

具体的，所述超载优化策略包括如下步骤：

d1：判断变压器电压差是否满足设定范围，若是则转d2，否则判断变压器是否能调压，若是则变压器调压，否则重复d1；

d2：闭合低压母联开关，判断低压母联开关是否闭合，若是则完成，否则重复判断低压母联开关是否闭合。

具体的，所述故障恢复策略包括如下步骤：

e1：判断母联开关是否断开，若是则转e2，否则断开母联开关，重复e1；

e2：闭合停运变压器高压总进线开关，判断停运变压器高压总进线开关是否闭合，若是则转e3，否则重复e2；

e3：闭合停运变压器低压总进线开关，判断停运变压器低压总进线开关是否闭合，若是则转e6，否则判断是否有低压总进线开关跳闸故障信息，若是则转e4，否则转e6；

e4：判断低压故障的变压器高压断路器是否闭合，若是则转e5，否则转e6；

e5：闭合跳闸变压器低压总进线开关，判断跳闸变压器低压总进线开关是否闭合，若是则完成，否则转e6；

e6：上传故障恢复报告及告警信息。

智慧用电终端将生成的配电优化指令下发给就地协同装置，就地协同装置获取智慧用电终端下发的优化指令并执行对应的配电优化调控策略，就地协同装置根据优化调控策略执行结果生成反馈数据发送至智慧用电终端。

根据小区用电负荷的季节性波动规律，在保证相关电气设备(如断路器)使用寿命的前提下，使配电变压器运行在最优状态。

本发明建立全面信息感知的小区智能用电体系，降低小区配电网的损耗，提高了供电可靠性，同时打通小区变配电系统各电气设备间和用户间的信息和数据通道，为深度挖掘信息和数据价值，为小区智能用电系统应用开发提供数据支撑。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.智慧用电管理及台区间互济转供系统，其特征在于，包括计量装置、就地协同装置与智慧用电终端；所述计量装置与智慧用电终端相连；所述智慧用电终端与就地协同装置相连；所述计量装置与就地协同装置相连；

所述计量装置用于实时采集配电变压器的电参量信息；

所述智慧用电终端获取配电变压器的电参量信息、配电变压器与高低压断路器设备故障告警信息、配电变压器设备信息、高压进线等信息，计算并生成配电优化指令，并将配电优化指令发送至就地协同装置；

所述就地协同装置用于接收智慧用电终端配变优化指令，根据配变优化指令执行配电优化调控策略，所述配电优化调控策略包括变压器调压、母线开关开闭与断路器开断。

2.智慧用电管理及台区间互济转供方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:智慧用电终端录入配电变压器设备信息和配电网的高压进线信息，计量装置实时采集配电变压器的电参量信息并发送至智慧用电终端；

S2:智慧用电终端计算生成配电优化指令并将配电优化指令发送至就地协同装置；

S3:就地协同装置接收配电优化指令，判断配电优化指令类型，根据配电优化指令类型执行配电优化调控策略；

S4:就地协同装置根据配电优化调控策略执行结果生成反馈数据发送至智慧用电终端。

3.根据权利要求2所述智慧用电管理及台区间互济转供方法，其特征在于，所述配电变压器设备信息包括产品型号、额定容量、额定电压、额定电流、相数、频率、联结组标号与短路阻抗。

4.根据权利要求1所述智慧用电管理及台区间互济转供方法，其特征在于，所述电参量信息包括电流信息、电压信息、有功功率、功率因数及有功电量信息。

5.根据权利要求2所述智慧用电管理及台区间互济转供方法，其特征在于，所述智慧用电终端计算生成配电优化指令的具体过程包括：

设：β为配电变压器负载系数，I_e为配电变压器实际运行电流，I_n为配电变压器低压侧额定电流；则：

设配电变压器三相负载系数分别为：β_a、β_b、β_c；

配电变压器数量为m，配电变压器电流为：I_a1、I_a2、I_a3···I_an；I_b1、I_b2、I_b3···I_bn；I_c1、I_c2、I_c3···I_cn；

设配电变压器同相负载电流之和分别为：I_a＝I_a1+I_a2+I_a3+...+I_an；I_b＝I_b1+I_b2+I_b3+...+I_bn；I_c＝I_c1+I_c2+I_c3+...+I_cn；

设三相负载电流之和最大值I_max，则：I_max＝max(I_a，I_b，I_c)

设I_max与配电变压器低压侧额定电流之比为β_max，则

设ρ为变压器负荷系数；S为并列运行配电变压器总负荷kVA；U_k为配电变压器短路阻抗；S_Ni为并列运行配电变压器额定容量之和；U_ki为并列运行配电变压器短路阻抗；

则并列运行的配电变压器负荷分配计算公式为：

6.根据权利要求1所述智慧用电管理及台区间互济转供方法，其特征在于，所述配电优化调控策略包括：轻载优化调控策略、定期转供调控策略、重载优化调控策略、超载优化调控策略与故障恢复调控策略；

所述轻载优化调控策略包括如下步骤：

a1：判断配电变压器低压侧电压差是否满足设定范围，若是则转a2；否则判断配电变压器是否能够调压，若是则配电变压器调压，否则重复a1；

a2：闭合母联开关，判断母联开关是否闭合，若是则延时，转a3，否则重复判断母联开关是否闭合；

a3：比较配电变压器负载大小，断开负载小于设定值的配电变压器低压总进线开关；

a4：判断低压总进线开关是否断开，若是则延时，转a5，否则重复判断低压总进线开关是否断开；

a5：断开负载小的配电变压器高压总进线开关；

a6：判断高压总进线开关是否断开，若是则完成，否则重复判断高压总进线开关是否断开。

所述定期转供调控策略包括如下步骤：

b1：闭合停运变压器高压总进线开关，判断停运变压器高压总进线开关是否闭合，若是则转b2，否则重复判断停运变压器高压总进线开关是否闭合；

b2：判断停运变压器低压侧电压差是否满足设定范围，若是则转b3；否则判断停运变压器是否能调压，若是则调节停运变压器进行调压，否则重复b2；

b3：闭合停运变压器低压总进线开关，判断停运变压器低压总进线开关是否闭合；若是则延时，转b4，否则重复判断停运变压器低压总进线开关；

b4：断开运行变压器低压总进线开关，判断运行变压器低压总进线开关是否断开，若是则延时，转b5，否则重复判断运行变压器低压总进线开关；

b5：断开运行变压器高压总进线开关，判断运行变压器高压总进线开关是否断开，若是则完成，否则重复判断运行变压器高压总进线开关是否断开。

所述重载优化调控策略包括如下步骤：

c1：闭合停运变压器高压总进线开关，判断停运变压器高压总进线开关是否闭合，若是则转c2，否则重复判断停运变压器高压总进线开关是否闭合；

c2：判断停运变压器低压侧电压差是否满足设定范围，若是则转c3，否则判断停运变压器是否能调压，若是则停运变压器调压，否则重复c2；

c3：闭合停运变压器低压总进线开关，判断停运变压器低压总进线开关是否闭合，若是则转c4，否则重复判断停运变压器低压总进线开关是否闭合；

c4：断开母联开关，判断母联开关是否断开，若是则完成，否则重复判断母联开关是否断开。

所述超载优化调控策略包括如下步骤：

d1：判断变压器电压差是否满足设定范围，若是则转d2，否则判断变压器是否能调压，若是则变压器调压，否则重复d1；

d2：闭合低压母联开关，判断低压母联开关是否闭合，若是则完成，否则重复判断低压母联开关是否闭合。

所述故障恢复调控策略包括如下步骤：

e1：判断母联开关是否断开，若是则转e2，否则断开母联开关，重复e1；

e2：闭合停运变压器高压总进线开关，判断停运变压器高压总进线开关是否闭合，若是则转e3，否则重复e2；

e3：闭合停运变压器低压总进线开关，判断停运变压器低压总进线开关是否闭合，若是则转e6，否则判断是否有低压总进线开关跳闸故障信息，若是则转e4，否则转e6；

e4：判断低压故障的变压器高压断路器是否闭合，若是则转e5，否则转e6；

e5：闭合跳闸变压器低压总进线开关，判断跳闸变压器低压总进线开关是否闭合，若是则完成，否则转e6；

e6：上传故障恢复报告及告警信息。

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