CN112070396A - 基于可视化的区域供电风险评估系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及配电网自动化技术领域，提出了基于可视化的区域供电风险评估系统及方法，一种基于可视化的区域供电风险评估系统包括检测终端，检测终端与上位机通信连接，检测终端包括主控电路，主控电路包括均与主控芯片连接的电流采集电路和无线通信电路，无线通信电路用于与上位机连接，电流采集电路包括电路结构相同的三路，分别为A相电流采集电路、B相电流采集电路和C相电流采集电路。通过上述技术方案，解决了现有技术中区域供电风险评估准确度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及配电网自动化技术领域，具体的，涉及基于可视化的区域供电风险评估系统及方法。
背景技术
随着电网规模的日益扩大，各种智能设备的使用，当前的配电网呈现出智能化和复杂化的特点。目前各类工厂的数量不断增加，随着科学技术的进步，这些工厂所使用的机器设备也趋于复杂化。尤其是带有大量容性以及感性负载的机器，使得电网中的谐波以及潮流变化更加复杂化，电网的稳定运行面临着巨大的考验。
电力系统的运行风险评估能够对电网风险设备及时预警，对高风险地区和设备提前维护，可以降低停电风险。目前，电力系统的运行风险评估主要采用概率评估方法研究电力系统的不确定性，不能实现对电力系统运行状况的实时判断，导致评估结果有偏差。
发明内容
本发明提出基于可视化的区域供电风险评估系统及方法，解决了现有技术中区域供电风险评估准确度低的问题。
本发明的技术方案如下：一种基于可视化的区域供电风险评估系统包括
检测终端，所述检测终端与上位机通信连接，所述检测终端包括主控电路，所述主控电路包括均与主控芯片连接的电流采集电路和无线通信电路，所述无线通信电路用于与上位机连接，所述电流采集电路包括电路结构相同的三路，分别为A相电流采集电路、B相电流采集电路和C相电流采集电路，
所述A相电流采集电路包括依次连接的电压跟随器U4A和运算放大器U4B，所述电压跟随器U4A的同相输入端用于连接外部电流传感器，所述电压跟随器U4A的输出端连接所述运算放大器U4B的同相输入端，
所述运算放大器U4B的同相输入端还与基准源电路连接，所述运算放大器U4B的反相输入端通过R245接地，所述运算放大器U4B的输出端通过R246反馈至反相输入端，且所述运算放大器U4B的输出端与所述主控芯片连接，
所述基准源电路包括稳压源芯片TL431、电阻R218和电阻R219，稳压源芯片TL431的阴极与直流电源一连接，稳压源芯片TL431的阳极接地，稳压源芯片TL431参考端与阴极连接，电阻R218和电阻R219形成的串联支路并联在稳压源芯片TL431的阴极和阳极之间，电阻R218与电阻R219连接的一端与所述运算放大器U4B的输出端连接。
进一步，还包括电源电路、电池和电源切换电路，
所述电源切换电路包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的阳极与电源电路的输出端连接，所述二极管D2的阳极与电池的输出端连接，所述二极管D1的阴极和所述二极管D2的阴极连接，且所述二极管D2的阴极连接至主控电路的供电端。
进一步，所述电源电路通过用电接口与交流电源连接，所述用电接口和所述交流电源之间设置有交流电源检测电路，
所述交流电源检测电路包括整流电路一、电阻分压电路二、电阻分压电路三、过压检测电路、欠压检测电路、开关管一和继电器电路，
所述整流电路一的输入端与交流电源连接，所述整流电路一的输出端并联所述电阻分压电路二和电阻分压电路三，所述电阻分压电路二的输出电压大于所述电阻分压电路三的输出电压，
所述电阻分压电路二的输出端接入所述过压检测电路，所述电阻分压电路三的输出端接入所述欠压检测电路，所述过压检测电路的输出端与所述欠压检测电路的输出端连接，
所述过压检测电路的输出端与所述开关管一的基极连接，所述开关管一的射极接地，所述继电器电路的线圈连接在所述开关管一的集电极和直流电源二之间，所述继电器电路的常开触点连接在交流电源和用电接口之间。
进一步，所述电阻分压电路二包括电位器WR2，所述电位器WR2的两个固定端与所述整流电路一的输出端并联，所述电位器WR2的滑动端接入所述过压检测电路，
所述电阻分压电路三包括电位器WR3，所述电位器WR3的两个固定端与所述整流电路一的输出端并联，所述电位器WR3的滑动端接入所述欠压检测电路。
进一步，所述过压检测电路包括依次连接的非门U1A、非门U1B和二极管D12，所述非门U1A的输入端与所述电阻分压电路二的输出端连接，所述二极管D12的阴极接入开关管一的基极。
进一步，所述欠压检测电路包括依次连接的非门U2A和二极管D13，所述非门U2A的输入端与所述电阻分压电路三的输出端连接，所述二极管D13的阴极接入开关管一的基极。
进一步，所述整流电路一包括依次连接的二极管D11、电阻R11和电容C11，所述二极管D11的阳极与交流电源L线连接，所述电容C11的一端与交流电源N线连接。
进一步，还包括整流电路二，所述整流电路二包括依次连接的电容C13、半桥整流电路、稳压管DW和电容C12，所述电容C13的一端与交流电源连接，所述电容C13的两端形成直流电源二的输出电压。
一种基于可视化的区域供电风险评估方法，包括
获得目标配电网的拓扑结构信息，根据目标配电网的拓扑结构信息得到目标设备的供电范围；
获得目标设备的工作状态，目标设备的工作状态来自检测终端；
根据目标设备的供电范围和工作状态确定风险设备集；
显示目标配电网的拓扑结构，并在风险设备集对应的拓扑节点上显示风险预警信息。
本发明的工作原理及有益效果为：
区域供电线路中的主要设备为变压器和开关，因此在供电风险评估中，将变压器和开关作为目标设备。如图1所示，本发明通过在目标设备周围设置检测终端，检测目标设备工作时三相是否平衡、是否过载，如果在设定的时间长度内，目标设备均工作在三相不平衡或过载状态，则判断为亚健康状态，检测终端将这一信息发送给上位机，后台管理人员通过上位机可以及时了解到目标设备的亚健康状态、及时进行维护，避免目标设备的工作状态进一步恶化、从而造成停电风险。
本发明通过在目标设备周围设置检测终端，及时发现目标设备的亚健康状态，有利于提高供电风险评估的准确性，在停电故障发生之前及时采取预防措施。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明供电风险评估系统电路原理框图；
图2为本发明中电流采集电路原理图；
图3为本发明中基准源电路原理图；
图4为本发明中主控芯片电路原理图；
图5为本发明中无线通信电路原理图；
图6为本发明中电源电路原理图；
图7为本发明中电压转换电路原理图；
图8为本发明中交流电源检测电路原理图；
图9为本发明方法流程图；
图中：1-主控电路，101-主控芯片，102-电流采集电路，1021-A相电流采集电路，1022-B相电流采集电路，1023-C相电流采集电路，103-无线通信电路，104-基准源电路，105-电压转换电路，2-电源电路，3-电池，4-电源切换电路，5-用电接口，6-交流电源检测电路，61-整流电路一，62-电阻分压电路二，63-电阻分压电路三，64-过压检测电路，65-欠压检测电路，66-开关管一，67-继电器电路，68-整流电路二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
如图1-图3所示，一种基于可视化的区域供电风险评估系统包括检测终端，检测终端与上位机通信连接，检测终端包括主控电路1，主控电路1包括均与主控芯片101连接的电流采集电路102和无线通信电路103，无线通信电路103用于与上位机连接，电流采集电路102包括电路结构相同的三路，分别为A相电流采集电路1021、B相电流采集电路1022和C相电流采集电路1023，
A相电流采集电路1021包括依次连接的电压跟随器U4A和运算放大器U4B，电压跟随器U4A的同相输入端用于连接外部电流传感器，电压跟随器U4A的输出端连接运算放大器U4B的同相输入端，
运算放大器U4B的同相输入端还与基准源电路104连接，运算放大器U4B的反相输入端通过R245接地，运算放大器U4B的输出端通过R246反馈至反相输入端，且运算放大器U4B的输出端与主控芯片101连接，
基准源电路104包括稳压源芯片TL431、电阻R218和电阻R219，稳压源芯片TL431的阴极与直流电源一连接，稳压源芯片TL431的阳极接地，稳压源芯片TL431参考端与阴极连接，电阻R218和电阻R219形成的串联支路并联在稳压源芯片TL431的阴极和阳极之间，电阻R218与电阻R219连接的一端与运算放大器U4B的输出端连接。
区域供电线路中的主要设备为变压器和开关，因此在供电风险评估中，将变压器和开关作为目标设备。如图1所示，本发明通过在目标设备周围设置检测终端，检测目标设备工作时三相是否平衡、是否过载，如果在设定的时间长度内，目标设备均工作在三相不平衡或过载状态，则判断为亚健康状态，检测终端将这一信息发送给上位机，后台管理人员通过上位机可以及时了解到目标设备的亚健康状态、及时进行维护，避免目标设备的工作状态进一步恶化、从而造成停电风险。
如图2所示，电流传感器输出-1.5V～1.5V的交流信号，首先经过电压跟随器U4A进行阻抗变换，再输入到运算放大器的同相输入端，与基准源电路104输出的1.5V电压进行叠加，调理为0～3V的电压信号，输入到主控芯片101的ADC引脚，保证主控芯片101准确读取电流信号。
如图3所示，稳压源芯片TL431的参考端输出2.5V的基准电压，再经电阻R218和电阻R219分压后输出1.5V的基准电压，为保证输出电压精度，在电阻R219支路中串联200欧的电位器WR1，对电阻R219支路的电阻进行微调，确保基准源电路104输出准确的1.5V电压。
本发明通过在目标设备周围设置检测终端，及时发现目标设备的亚健康状态，有利于提高供电风险评估的准确性，在停电故障发生之前及时采取预防措施。
进一步，还包括电源电路2、电池3和电源切换电路4，
电源切换电路4包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的阳极与电源电路2的输出端连接，二极管D2的阳极与电池3的输出端连接，二极管D1的阴极和二极管D2的阴极连接，且二极管D2的阴极连接至主控电路1的供电端。
如图6所示，为电源电路2原理图，交流电源依次经过变压器T1、整流桥U1和稳压芯片U2转换为24V电源输出。
电池3为电池3终端提供备用电源，当交流电源有电时，电源电路2输出24V电压，电池3电压为20V，二极管D1导通，电源电路2输出的24V电压经P3端子输出，为主控电路1提供工作电源；当交流电源断电时，电源电路2无输出，电池3电压为20V，二极管D2导通，电池3电压经P3端子输出，为主控电路1供电，确保交流电源异常时检测终端正常工作。
进一步，主控电路1还包括电压转换电路105，如图7所示，从电源电路2或电池3输入的电压经电压转换芯片U2之后转换为+12V电压、经电压转换芯片U3之后转换为-12V电压，为电流采集电路102供电，+12V电压经电压转换芯片U19之后转换为+5V电压，再经电压转换芯片U20之后转换为3.3V电压，为主控电路1各元件供电。
进一步，电源电路2通过用电接口5与交流电源连接，用电接口5和交流电源之间设置有交流电源检测电路6，
交流电源检测电路6包括整流电路一61、电阻分压电路二62、电阻分压电路三63、过压检测电路64、欠压检测电路65、开关管一66和继电器电路67，
整流电路一61的输入端与交流电源连接，整流电路一61的输出端并联电阻分压电路二62和电阻分压电路三63，电阻分压电路二62的输出电压大于电阻分压电路三63的输出电压，
电阻分压电路二62的输出端接入过压检测电路64，电阻分压电路三63的输出端接入欠压检测电路65，过压检测电路64的输出端与欠压检测电路65的输出端连接，
过压检测电路64的输出端与开关管一66的基极连接，开关管一66的射极接地，继电器电路67的线圈连接在开关管一66的集电极和直流电源二之间，继电器电路67的常开触点连接在交流电源和用电接口5之间。
如图8所示，当交流电源正常时，电阻分压电路二62和电阻分压电路一的输出均在正常范围内，过压检测电路64和欠压检测电路65均输出高电平，开关管一66的基极为高电平，开关管一66导通，继电器电路67的线圈通电，继电器电路67的常开触点闭合，交流电源接入电源电路2；当交流电源电压过高时，电阻分压电路二62的输出电压超过电压上限值，过压检测电路64输出低电平，欠压检测电路65输出高电平，开关管一66的基极为低电平，开关管一66不导通，继电器电路67的线圈断电，继电器电路67的常开触点断开，交流电源与电源电路2断开连接；当交流电源电压过低时，电阻分压电路三63的输出电压低于电压下限值，过压检测电路64输出高电平，欠压检测电路65输出低电平，开关管一66的基极为低电平，开关管一66不导通，继电器电路67的线圈断电，继电器电路67的常开触点断开，交流电源与电源电路2断开连接。
本实施例中交流电源检测电路6配合电源切换电路4的设置，在交流电源异常时，能够及时断开交流电源，切换为电池3供电，保证检测终端工作在合适的电压范围内，从而有利于电路各元件的稳定工作。
进一步，电阻分压电路二62包括电位器WR2，电位器WR2的两个固定端与整流电路一61的输出端并联，电位器WR2的滑动端接入过压检测电路64，
电阻分压电路三63包括电位器WR3，电位器WR3的两个固定端与整流电路一61的输出端并联，电位器WR3的滑动端接入欠压检测电路65。
如图8所示，通过调节电位器WR2滑动端的位置，可以调节过压检测电路64的动作电压，通过调节电位器WR3滑动端的位置，可以调节欠压检测电路65的动作电压，从而能够根据电路的实际需要进行交流电源的过压、欠压保护。
进一步，过压检测电路64包括依次连接的非门U1A、非门U1B和二极管D12，非门U1A的输入端与电阻分压电路二62的输出端连接，二极管D12的阴极接入开关管一66的基极。
进一步，欠压检测电路65包括依次连接的非门U2A和二极管D13，非门U2A的输入端与电阻分压电路三63的输出端连接，二极管D13的阴极接入开关管一66的基极。
如图8所示，过压检测电路64采用非门U1A、非门U1B和二极管D12串联的形式，对电阻分压电路二62输出端的电压进行逻辑转换，欠压检测电路65采用非门U2A和二极管D13串联的形式，对电阻分压电路三63输出端的电压进行逻辑转换，实现对交流电源过压或欠压状态的自动检测和控制，电路结构简单、成本低。具体工作过程如下：
通过调节电位器WR2滑动端和电位器WR3滑动端的位置，使电压分压电路二的输出电压大于电阻分压电路三63的输出电压，且交流电源电压在正常范围内时，电阻分压电路二62的输出电压被非门U1A识别为高电平、经过非门U1A和非门U1B转换之后，二极管D12的阴极为高电平，电阻分压电路三63的输出电压被非门U2A识别为低电平，经非门电路三转换之后，二极管D13的阴极为高电平，开关管一66的基极为高电平，开关管一66导通，继电器电路67的线圈通电，继电器电路67的常开触点闭合，交流电源接入电源电路2；当交流电源电压有效值过高时，电阻分压电路二62的输出电压被非门U1A识别为高电平、经过非门U1A和非门U1B转换之后，二极管D12的阴极为高电平，电阻分压电路三63的输出电压被非门U2A识别为高电平，经非门电路三转换之后，二极管D13的阴极为低电平，开关管一66不导通，继电器电路67的线圈断电，继电器电路67的常开触点断开，交流电源与电源电路2断开连接；当交流电源电压有效值过低时，电阻分压电路二62的输出电压被非门U1A识别为低电平、经过非门U1A和非门U1B转换之后，二极管D12的阴极为低电平，电阻分压电路三63的输出电压被非门U2A识别为低电平，经非门电路三转换之后，二极管D13的阴极为高电平，开关管一66不导通，继电器电路67的线圈断电，继电器电路67的常开触点断开，交流电源与电源电路2断开连接。
当非门U1B的输出为低电平、非门U2A的输出为高电平时，二极管D12的设置，起到电流截止的作用，避免非门U2A的输出电流进入非门U1B；当非门U1B的输出为低电平、非门U2A的输出为高电平时，二极管D12的设置，起到电流截止的作用，避免非门U2A的输出电流进入非门U1B。
进一步，整流电路一61包括依次连接的二极管D11、电阻R11和电容C11，二极管D11的阳极与交流电源L线连接，电容C11的一端与交流电源N线连接。
如图8所示，本实施例整流电路一61中，二极管十起到整流的作用，第一电阻起到限流作用，第一电容用于去除电压波动，使整流电路一61输出稳定的直流电压。
进一步，还包括整流电路二68，整流电路二68包括依次连接的电容C13、半桥整流电路、稳压管DW和电容C12，电容C13的一端与交流电源连接，电容C13的两端形成直流电源二的输出电压。
如图8所示，整流电路二68中，电容C13起到降压的作用，二极管六和二极管七组成半桥整流电路，对交流电源进行整流，电容C12用于去除电压波动，稳压管DW进一步稳压之后，输出稳定的直流电源二，为继电器电路67提供电源。
如图9所示，为基于可视化的区域供电风险评估方法的流程图，包括
获得目标配电网的拓扑结构信息，根据目标配电网的拓扑结构信息得到目标设备的供电范围；
获得目标设备的工作状态，目标设备的工作状态来自检测终端；
根据目标设备的供电范围和工作状态确定风险设备集；
显示目标配电网的拓扑结构，并在风险设备集对应的拓扑节点上显示风险预警信息。
如图9所示，本发明还提出了一种基于可视化的区域供电风险评估方法，上位机存储有目标配电网的拓扑结构信息，通过对拓扑结构信息的分析，可以得到目标设备的供电范围；通过检测终端可以得到目标设备的工作状态，在综合考虑目标设备的供电范围和工作状态的基础上，进行供电风险评估，确定风险等级高的设备放入风险设备集中，并在拓扑结构信息中重点显示，便于后台管理人员在停电之前及时进行维护，降低停电风险。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于可视化的区域供电风险评估系统，其特征在于，包括检测终端，所述检测终端与上位机通信连接，所述检测终端包括主控电路(1)，所述主控电路(1)包括均与主控芯片(101)连接的电流采集电路(102)和无线通信电路(103)，所述无线通信电路(103)用于与上位机连接，所述电流采集电路(102)包括电路结构相同的三路，分别为A相电流采集电路(1021)、B相电流采集电路(1022)和C相电流采集电路(1023)，
所述A相电流采集电路(1021)包括依次连接的电压跟随器U4A和运算放大器U4B，所述电压跟随器U4A的同相输入端用于连接外部电流传感器，所述电压跟随器U4A的输出端连接所述运算放大器U4B的同相输入端，
所述运算放大器U4B的同相输入端还与基准源电路(104)连接，所述运算放大器U4B的反相输入端通过R245接地，所述运算放大器U4B的输出端通过R246反馈至反相输入端，且所述运算放大器U4B的输出端与所述主控芯片(101)连接，
所述基准源电路(104)包括稳压源芯片TL431、电阻R218和电阻R219，稳压源芯片TL431的阴极与直流电源一连接，稳压源芯片TL431的阳极接地，稳压源芯片TL431参考端与阴极连接，电阻R218和电阻R219形成的串联支路并联在稳压源芯片TL431的阴极和阳极之间，电阻R218与电阻R219连接的一端与所述运算放大器U4B的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的基于可视化的区域供电风险评估系统，其特征在于，还包括电源电路(2)、电池(3)和电源切换电路(4)，
所述主控电路(1)还包括供电端，所述电源切换电路(4)包括二极管D1和二极管D2，所述二极管D1的阳极与电源电路(2)的输出端连接，所述二极管D2的阳极与电池(3)的输出端连接，所述二极管D1的阴极和所述二极管D2的阴极连接，且所述二极管D2的阴极连接至主控电路(1)的供电端。
3.根据权利要求2所述的基于可视化的区域供电风险评估系统，其特征在于，所述电源电路(2)通过用电接口(5)与交流电源连接，所述用电接口(5)和所述交流电源之间设置有交流电源检测电路(6)，
所述交流电源检测电路(6)包括整流电路一(61)、电阻分压电路二(62)、电阻分压电路三(63)、过压检测电路(64)、欠压检测电路(65)、开关管一(66)和继电器电路(67)，
所述整流电路一(61)的输入端与交流电源连接，所述整流电路一(61)的输出端并联所述电阻分压电路(62)二和电阻分压电路三(63)，所述电阻分压电路二(62)的输出电压大于所述电阻分压电路三(63)的输出电压，
所述电阻分压电路二(62)的输出端接入所述过压检测电路(64)，所述电阻分压电路三(63)的输出端接入所述欠压检测电路(65)，所述过压检测电路(64)的输出端与所述欠压检测电路(65)的输出端连接，
所述过压检测电路(64)的输出端与所述开关管一(66)的基极连接，所述开关管一(66)的射极接地，所述继电器电路(67)的线圈连接在所述开关管一(66)的集电极和直流电源二之间，所述继电器电路(67)的常开触点连接在交流电源和用电接口(5)之间。
4.根据权利要求3所述的基于可视化的区域供电风险评估系统，其特征在于，所述电阻分压电路二(62)包括电位器WR2，所述电位器WR2的两个固定端与所述整流电路一(61)的输出端并联，所述电位器WR2的滑动端接入所述过压检测电路(64)，
所述电阻分压电路三(63)包括电位器WR3，所述电位器WR3的两个固定端与所述整流电路一(61)的输出端并联，所述电位器WR3的滑动端接入所述欠压检测电路(65)。
5.根据权利要求3所述的基于可视化的区域供电风险评估系统，其特征在于，所述过压检测电路(64)包括依次连接的非门U1A、非门U1B和二极管D12，所述非门U1A的输入端与所述电阻分压电路二(62)的输出端连接，所述二极管D12的阴极接入开关管一(66)的基极。
6.根据权利要求3所述的基于可视化的区域供电风险评估系统，其特征在于，所述欠压检测电路(65)包括依次连接的非门U2A和二极管D13，所述非门U2A的输入端与所述电阻分压电路三(63)的输出端连接，所述二极管D13的阴极接入开关管一(66)的基极。
7.根据权利要求3所述的基于可视化的区域供电风险评估系统，其特征在于，所述整流电路一(61)包括依次连接的二极管D11、电阻R11和电容C11，所述二极管D11的阳极与交流电源L线连接，所述电容C11的一端与交流电源N线连接。
8.根据权利要求1所述的基于可视化的区域供电风险评估系统，其特征在于，还包括整流电路二(68)，所述整流电路二(68)包括依次连接的电容C13、半桥整流电路、稳压管DW和电容C12，所述电容C13的一端与交流电源连接，所述电容C13的两端形成直流电源二的输出电压。
9.一种基于可视化的区域供电风险评估方法，应用权利要求1～7任一项所述的基于可视化的区域供电风险评估系统，进行供电风险评估，其特征在于，包括
获得目标配电网的拓扑结构信息，根据目标配电网的拓扑结构信息得到目标设备的供电范围；
获得目标设备的工作状态，目标设备的工作状态来自检测终端；
根据目标设备的供电范围和工作状态确定风险设备集；
显示目标配电网的拓扑结构，并在风险设备集对应的拓扑节点上显示风险预警信息。
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