CN112924816A - 一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，包括以下步骤：S01、将硬件采集装置安装于轨道交通直流牵引变电所内；S02、硬件采集装置采集轨道交通直流牵引变电所的供电线网的电流、电压参数；S03、硬件采集装置将采集的电流、电压参数传输给网络装置；S04、网络装置把电流、电压参数转化为数据传送到云端系统；S05、云端系统储存数据；S06、云端系统对获取的数据进行在线计算分析，监测轨道交通直流牵引变电所的供电线网的直流潮流在线分布情况。本发明方案通过对采集得到数据分析进行趋势预测，从而实现为分析判断轨道交通直流牵引的供电系统是否安全可靠运营提供算法支持及实际潮流数据支撑。

Description

一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，具体涉及一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案。

背景技术

地铁供电系统通过主变电所、中压网络及牵引变电所将城市电网交流电降压、整流为直流电后为地铁线路牵引负荷提供电能，由于线路在轨运行机车行车密度及行车功率不断改变，地铁交流供电网络潮流分布根据在轨运行机车运行参数实时变化，导致地铁直流供电网络牵引变电所输出以及接触网电压存在波动，进一步影响线路牵引负荷分配。

地铁牵引供电系统是城市轨道交通至关重要的组成部分，其担负着为电动列车和各种设备提供电能的重要任务。在地铁运行过程中，供电中断不仅会造成交通运输的瘫痪，还将造成严重的经济损失，甚至危机乘客的生命安全。直流牵引供电网络中列车的位置、工况随着时间的变化而变化，这导致直流牵引变电所输出电压和电流随之发生改变，因此，牵引供电系统的各项指标和性能影响到轨道交通系统的运行安全，对站内线网的直流潮流进行在线监测具有重大的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，主要是获取各轨道交通直流牵引变电所的上行和下行的各直流馈线、进线及各回流支路的电流、电压参数，由电流、电压得出功率等电气参数来实时分析整个直流网线的运行状态，如通过获取各个降压所直流母线电压、区间接触网的电流，计算出其功率分布及功率损耗等参数，为分析判断直流供电系统是否安全可靠运营提供基本的可视化数据。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案获取电流、电压参数：

一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，包括以下步骤：

S01：将硬件采集装置安装于轨道交通直流牵引变电所内；

S02：所述硬件采集装置采集所述轨道交通直流牵引变电所的供电线网的电流、电压参数；

S03：所述硬件采集装置将采集的所述电流、电压参数传输给网络装置；

S04：所述网络装置把所述电流、电压参数转化为数据传送到云端系统；

S05：所述云端系统储存所述数据；

S06：所述云端系统对获取的所述数据进行在线计算分析，监测所述轨道交通直流牵引变电所的供电线网的直流潮流在线分布情况。

进一步地，所述硬件采集装置的安装位置为所述轨道交通直流牵引变电所内的进线柜、馈线柜和负极柜里的分流器及母排上；所述馈线柜包括第一馈线柜、第二馈线柜、第三馈线柜和第四馈线柜；所述进线柜安装于正极母线和负极母线之间，所述第一馈线柜安装于正极母线和位于第一分段绝缘器一端的下行接触网之间，所述第二馈线柜安装于正极母线和位于第一分段绝缘器另一端的下行接触网之间，所述第三馈线柜安装于正极母线和位于第二分段绝缘器一端的上行接触网之间，所述第四馈线柜安装于正极母线和位于第二分段绝缘器另一端的上行接触网之间。

进一步地，所述母排包括正极母排和负极母排，所述硬件采集装置采集的电流是通过所述分流器的电流，采集的电压是正极母排与负极母排之间的电压。

进一步地，所述硬件采集装置包括变送器和录波装置，所述变送器用于采集所述直流牵引变电所的供电线网的电流、电压参数，并将采集的电流电压参数转化为标准模拟量输出；所述录波装置用于实时读取电流电压标准模拟量进行数据存储及波形分析。

进一步地，所述变送器包括发送器和接收器，所述发送器上设置有模拟量输入端和数字量输出端，所述发送器用于将采集的模拟量转化为数字量；所述发送器的数字量输出端通过光纤与所述接收器连接，所述接收器用于将所述发生器输出的数字量转化为标准模拟量；所述接收器支持过流警告和欠压警告的功能。

进一步地，所述变送器通过光纤与所述接收器连接，所述接收器与所述录波装置连接。

进一步地，所述轨道交通直流牵引变电所的供电线网包括馈线线缆、接触网、轨道和回流线，所述馈线线缆为正极母线与所述接触网之间的连接线缆，所述回流线为负极母线与所述轨道之间的连接线缆，所述接触网包括上行接触网和下行接触网，所述轨道包括上行轨道和下行轨道，所述馈线线缆将所述牵引变电所输出的直流电送至所述接触网，电动车辆通过受电弓与所述接触网接触获取电能，所述轨道为线路电流的回路提供通路，所述回流线将所述轨道和大地的电流引入所述牵引变电所；

进一步地，所述硬件采集装置通过所述网络装置与云端系统连接，所述网络装置包括交换机和无线路由器。

进一步地，所述云端系统包括云端数据库和在线潮流分析单元；所述云端数据库用于储存所述数据，所述在线潮流分析单元用于对获取的所述数据进行计算与分析。

进一步地，所述在线潮流算分析单元基于直流潮流算法对所述数据进行计算。

本发明的有益效果在于：

1、本发明方案通过在轨道交通牵引变电所内的进线柜、馈线柜、负极柜上安装变送器和录波装置，实现实时、精确得采集到轨道交通直流牵引变电所的供电线网的电流、电压等电气参数数据。

2、本方案提出的云端系统中的云端数据库可储存由硬件采集装置采集，经网络装置传输的数据，便于日后对数据进行提取和分析。

3、本方案提出的云端系统中的在线潮流分析单元可对采集到的数据进潮流计算，分析出轨道交通直流牵引变电所的供电线网的各项指标和性能状况，为实时监控轨道交通直流供电系统是否安全可靠运营提供基本的可视化数据，保障了轨道交通系统的运行安全。

4、线网直流潮流站内在线监测的核心是通过采集轨道交通直流牵引变电所的供电线网中的关键设备的关键电气量参数从而达到监测的目的。该方案具有全局性、系统性，把线网当中的主要设备(如进线柜、馈线柜、负极柜)都进行统一的考量及监测，能够在统一的云端平台对数据进行处理和潮流算法计算。从底层采集装置、采集的位置选择及对电气量的精确测量，乃至后台计算平台，都是自主研发的硬件及软件，具有创新性。

附图说明

附图1为本发明轨道交通直流牵引变电所的供电线网原理图及设备布局图；

附图2为本发明网络架构图；

附图3为本发明轨道交通直流牵引供电系统示意图。

附图标注：

201-第一进线柜；202-第二进线柜；211-第一馈线柜；212-第二馈线柜；213-第三馈线柜；214-第四馈线柜；221-负极柜；231-第一分段绝缘器；241-第二分段绝缘器。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图3所示，由电力系统(发电厂)产生的高压电通过输电线经主(降压)变电站输送到轨道交通直流牵引变电所。轨道交通直流牵引供电系统是沿路轨架设的为地铁车辆提供牵引电能的特殊供电线路，它由馈线线缆、接触网、轨道和回流线组成。馈线线缆为正极母线与接触网之间的连接线缆，回流线为负极母线与轨道之间的连接线缆，接触网包括上行接触网和下行接触网，轨道包括上行轨道和下行轨道。馈线线缆将轨道交通直流牵引变电所输出直流电送至接触网，供给车辆使用。接触网是沿走行轨架设的特殊供电线路，电动车辆通过受电弓与接触网可靠地接触而不断获取电能，以保持电动车组的正常运行。轨道不仅为车辆提供支撑和导向，还为线路电流的回流提供通路。回流线将轨道和大地的电流引入轨道交通直流牵引变电所。轨道交通直流牵引供电系统包括多个轨道交通直流牵引变电所，本实施例以获取单个轨道交通直流牵引变电所的供电线网的电流、电压等参数方法对本发明方案进行阐述。

本发明的线网直流潮流在线监测站内测量方案主要是获取轨道交通直流牵引变电所上行和下行的各直流馈线线缆、进线及各回流支路的电流、电压参数，由电流、电压得出功率功率等电气参数来实时分析整个直流网线的运行状态，如通过获取各个降压所直流母线电压、区间接触网的电流，计算出其功率分布及功率损耗等参数，为分析判断轨道交通直流供电系统是否安全可靠运营提供基本的可视化数据。本实施例具体采用以下方案获取电流、电压参数：

一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，包括以下步骤：

S01：将硬件采集装置安装于轨道交通直流牵引变电所内；

S02：硬件采集装置采集轨道交通直流牵引变电所的供电线网的电流、电压参数；

S03：硬件采集装置将采集的电流、电压参数传输给网络装置；

S04：网络装置把电流、电压参数转化为数据传送到云端系统；

S05：云端系统储存数据；

S06：云端系统对获取的数据进行在线计算分析，监测轨道交通直流牵引变电所的供电线网的直流潮流在线分布情况。

该方案中，硬件采集装置主要包括两部分：录波装置(型号为TDR100)和变送器，本实施方案采用录波装置的型号为TDR100，变送器的统称型号为DCS100。

录波装置也称直流开关动作特性监测装置，适用于750V和1500V电压等级，用于轨道交通直流牵引供电系统录取断路器开合过程以及电流、电压异常时的波形，能实时的读取电流、电压波形进行数据储存及波形分析，录波装置集合了录波、测量、监视、通讯等多种功能。

变送器用于采集直流牵引变电所的供电线网的电流、电压参数，并将采集的电气参数转化为标准的模拟量(±20mA或4-20mA)进行输出。变送器由发送器(型号为DCS100-T)与接收器(型号为DCS100-R)两部分组成。发送器上设置有模拟量输入端和数字量输出端，发送器的模拟量输入端直接与直流接触网连接。电流是通过分流器(小电阻)取样采集，电压是正极母排和负极母排之间的压差。发送器将采集的模拟量转化为数字量，并通过光纤将采样值发送给接收器。接收器将接收的数字量转化为标准的模拟电流信号进行输出。同时，接收器还支持过流告警，欠压告警。

如图1所示，硬件采集装置在一个轨道交通直流牵引变电所内的安装位置为2个进线柜、4个馈线柜、1个负极柜里的分流器和母排上，母排包括正极母排和负极母排，总共安装有7套变送器和7台录波装置。馈线柜包括第一馈线柜、第二馈线柜、第三馈线柜和第四馈线柜。进线柜安装于正极母线和负极母线之间，第一馈线柜安装于正极母线和位于第一分段绝缘器一端的下行接触网之间，第二馈线柜安装于正极母线和位于第一分段绝缘器另一端的下行接触网之间，第三馈线柜安装于正极母线和位于第二分段绝缘器一端的上行接触网之间，第四馈线柜安装于正极母线和位于第二分段绝缘器另一端的上行接触网之间。

进线柜是用于连接整流器阀侧正极与1500V正极母线间的开关设备，实现整流机组向1500V直流正极母线馈电的控制。进线柜由电动隔离开关、分流器、避雷器、测量与控制单元等组成。

馈线柜是将牵引变电所输出的直流电送至到接触网的开关设备，柜内配置了正极母线、直流快速断路器、控制保护设备等装置，而接触网一般是沿走行轨架设的供电线路，走行轨是指地铁里车辆行驶的轨道，车辆是通过受力弓从而与接触网接触而持续地从接触网获取电能，电能经过车辆后是通过轨道进行回流。

负极柜是连接于整流器阀侧负极母线与上行轨道及下行轨道之间。上行轨道和下行轨道的回流是先经过回流线缆，回流线缆把上行和下行所有的回流汇聚到负极柜的母排上，统一通过负极柜把电流输回到负极母排上。

由上述描述可知，电流的流动方向是从进线柜到馈线柜到负极柜。在进线柜、馈线柜、负极柜里都各自带有分流器和母排，分流器可连接到我司自主研发的变送器中的其中一个模块发送器DCS100-T，就可采集通过该段线路的电流量，变送器的电流测量精度可达0.2％，能够精确地测量到通过每个柜子时所流过的电流。同时，都具有各自的母排，变送器也可采集正极母排和负极母排之间上的电压量，变送器的电压测量精度可达0.2％，能够精确地测量上进线柜、馈线柜、负极柜母线的电压。所有数据的电压、电流量最终汇聚到录波装置TDR100中，通过无线网络对数据进行上传。

变送器通过光纤与接收器连接，接收器与录波装置连接。变送器负责对直流线网中分流器数据采集，发送器通过采集分流器上的电压、电流电气量参数，采集的数据通过光纤传输到接收器，接收器再将数据发送给录波装置，达到在线监测线网直流潮流的目的。

线网直流潮流站内在线监测的核心是通过采集直流线网中的关键设备的关键电气量参数从而达到监测的目的。该方案具有全局性、系统性，把线网当中的主要设备(如进线柜、馈线柜、负极柜)都进行统一的考量及监测，能够在统一的云端平台对数据进行处理和潮流算法计算。从底层采集装置、采集的位置选择及对电气量的精确测量，乃至后台计算平台，都是自主研发的硬件及软件，具有创新性。

该方案的网络架构如图2所示，网络装置包括交换机和无线路由器，硬件采集装置中的录波装置与统一的交换机连接，交换机与5G无线路由器连接，5G无线路由器通过以太网与云端系统相连。本实施方案采用TP-LINK公司的型号为TL-SG2008工业级交换机，采用移动公司的流量为32G的5G流量卡，采用赛诺联克公司的型号为SLK-E900-LTE的无线路由器。

云端系统包括云端数据库和在线潮流分析单元，云端数据库用于储存数据，在线潮流分析单元用于对获取的数据进行计算与分析。在线潮流分析系统是基于直流潮流算法对时数据进行计算，可采用现有技术中任意直流潮流算法进行计算。

云端系统通过以太网获取由硬件采集装置和网络装置提供的数据，数据在云端数据库存储，生成历史数据，在线潮流分析单元通过专门的直流潮流算法对获取到的数据进行计算与分析，从而得出直流潮流的分布情况，为地铁运营提供参考与辅助决策。云端系统还为用户提供数据监控、历史数据查询及数据统计、分析功能。

该方案中结合了硬件采集装置、网络装置和云端系统，最终能实现以下功能：

1)硬件采集装置实时采集轨道交通直流牵引供电系统的电压、电流参数，利用轨道交通直流牵引变电所内进线柜、馈线柜、负极柜的电网节点的电压、电流进行潮流计算；

2)利用计算机通过云端系统可查询历史采集数据中最大值、最小值数值对应的发生时间；

3)可统计一段时间范围内电流、电压等参数的正常数据与异常数据对应的产生时间段；

4)根据采集的电流、电压参数计算出异常数据的高频发生时间段，并对出现的异常数据生成报表统计；

5)根据历史数据中出现的高频异常数据，结合直流进线、馈线线缆及各回流支路情况，对相关分流器等设备的电流、电压等数据进行实时监控，分析数据异常原因；

6)对变送器及录波装置等设备、采样数据生成相关设备报表和数据报表，并对支持对相关设备进行在线管理服务；

7)对系统使用人员进行权限管理设置。

利用本发明方案通过对每日数据分析进行趋势预测，从而实现为分析判断直流供电系统是否安全可靠运营提供算法支持及实际潮流数据支撑。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，其特征在于，包括以下步骤：

S01：将硬件采集装置安装于轨道交通直流牵引变电所内；

S02：所述硬件采集装置采集所述轨道交通直流牵引变电所的供电线网的电流、电压参数；

S03：所述硬件采集装置将采集的所述电流、电压参数传输给网络装置；

S04：所述网络装置把所述电流、电压参数转化为数据传送到云端系统；

S05：所述云端系统储存所述数据；

S06：所述云端系统对获取的所述数据进行在线计算分析，监测所述轨道交通直流牵引变电所的供电线网的直流潮流在线分布情况。

2.根据权利要求1所述的一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，其特征在于：所述硬件采集装置的安装位置为所述轨道交通直流牵引变电所内的进线柜、馈线柜和负极柜里的分流器及母排上；所述馈线柜包括第一馈线柜、第二馈线柜、第三馈线柜和第四馈线柜；所述进线柜安装于正极母线和负极母线之间，所述第一馈线柜安装于正极母线和位于第一分段绝缘器一端的下行接触网之间，所述第二馈线柜安装于正极母线和位于第一分段绝缘器另一端的下行接触网之间，所述第三馈线柜安装于正极母线和位于第二分段绝缘器一端的上行接触网之间，所述第四馈线柜安装于正极母线和位于第二分段绝缘器另一端的上行接触网之间。

3.根据权利要求2所述的一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，其特征在于：所述母排包括正极母排和负极母排，所述硬件采集装置采集的电流是通过所述分流器的电流，采集的电压是正极母排与负极母排之间的电压。

4.根据权利要求1所述的一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，其特征在于：所述硬件采集装置包括变送器和录波装置，所述变送器用于轨道交通直流牵引变电所的供电线网的电流、电压参数，并将采集的电流电压参数转化为标准模拟量输出；所述录波装置用于实时读取电流电压标准模拟量进行数据存储及波形分析。

5.根据权利要求4所述的一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，其特征在于：

所述变送器包括发送器和接收器，所述发送器上设置有模拟量输入端和数字量输出端，所述发送器用于将采集的模拟量转化为数字量；所述发送器的数字量输出端通过光纤与所述接收器连接，所述接收器用于将所述发生器输出的数字量转化为标准模拟量；所述接收器支持过流警告和欠压警告的功能。

6.根据权利要求5所述的一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，其特征在于：所述变送器通过光纤与所述接收器连接，所述接收器与所述录波装置连接。

7.根据权利要求1所述的一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，其特征在于：所述轨道交通直流牵引变电所的供电线网包括馈线线缆、接触网、轨道和回流线，所述馈线线缆为正极母线与所述接触网之间的连接线缆，所述回流线为负极母线与所述轨道之间的连接线缆，所述接触网包括上行接触网和下行接触网，所述轨道包括上行轨道和下行轨道，所述馈线线缆将所述牵引变电所输出的直流电送至所述接触网，电动车辆通过受电弓与所述接触网接触获取电能，所述轨道为线路电流的回路提供通路，所述回流线将所述轨道和大地的电流引入所述牵引变电所。

8.根据权利要求1所述的一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，其特征在于：所述硬件采集装置通过所述网络装置与云端系统连接，所述网络装置包括交换机和无线路由器。

9.根据权利要求1所述的一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，其特征在于：所述云端系统包括云端数据库和在线潮流分析单元；所述云端数据库用于储存所述数据，所述在线潮流分析单元用于对获取的所述数据进行计算与分析。

10.根据权利要求9所述的一种供电线网的直流潮流在线监测站内测量方案，其特征在于：所述在线潮流算分析单元基于直流潮流算法对所述数据进行计算。

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