CN114243897A - 基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，包括以下几个部分：数据采集模块、低压挂接辨识模块、低压拓扑识别模块、故障研判预警模块、三相不平衡治理模块，以智能配变终端为中心，结合已有的各项设备，通过数据采集和数据分析，对低压配电网的实时运行进行检测。此体系应用寻找低压挂接错误用户、低压拓扑识别、故障研判预警等功能，利用主站系统根据业务需求处理数据，实现低压挂接、拓扑识别、故障定位等多项功能，利用智能配变终端的基本特征，构建出基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，令其具备数据采集、低压挂接关系辨识、台区拓扑识别、故障研判预警、三相不平衡治理的功能，为电网运检提供技术支撑。

Description

基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统
技术领域：
本发明属于电力技术领域，具体涉及一种基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统。
背景技术：
随着我国经济的发展，电网用户对于供电质量和服务质量的要求日益提升，如果不能及时获取低压配电网的运行状态，则无法第一时间发现运行中出现的故障问题，同时对于客户的投诉报修无法做出答复。传统的低压配电网管理模式给电网现代化、智能化发展造成阻碍，如何高效地开展日常的运行检修工作，是电网安全稳定运行的前提，也是强化客户导向的基础。因此提出一种基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，以智能配变终端为载体，构建智能运检系统，有助于提高配电网的运行能力。
智能配变终端是集用电信息采集、设备运行状态监测、智能控制与通信等功能于一体的二次设备，可综合处理低压配电网中的数据信息。通过信息化、智能化的手段对低压配电网的运检工作进行有效的支撑，进而提升供电可靠性和用电服务质量。
目前，我国电网建设水平发展很快，但越来越多的配变被纳入配网管理范围后，对配网的管理愈加困难，相应的运检水平差强人意。很多采用基于计算机和通信的技术的配电自动化设备，实现对电网运行数据的采集，从而达到实时监控的目的。我国对低压配电网运检体系的研究，还处于借鉴和探索阶段，需进一步加大研究力度，找到适合我国电网建设，并且行之有效的运检体系。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题是：低压配电网与输电网相比，投资相对较少，对台区内的重要设备运行状态以及用户用电情况缺乏主动感知的手段。这导致目前的检修手段停留在计划检修的形式，这样一来，无法及时地发现故障，难以实现检修的高效性。同时，由于无法获取线路故障、用户停电等信息，使得用电异常和运行异常无法预害，大大增加了低压配电网的不确定性。因此，提供一种基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，低压配电网运检系统的构建具有举足轻重的地位，不仅可以监控运行情况、监测运行数据，还可以利用主站系统根据业务需求处理数据，实现低压挂接、拓扑识别、故障定位等多项功能，提高低压配电网的管理水平。
本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：
一种基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，包括数据采集模块、低压挂接辨识模块、低压拓扑识别模块、故障研判预警模块、三相不平衡治理模块。
数据采集模块在配变及低压侧，有配变低压侧互感器、智能感知元件、低压智能开关、智能监测装置，监测配电台区数据；低压线路侧有低压故障传感器等，监测低压线路电气量、非电气量；用户侧设备主要包括低压智能换相开关、智能监测装置、智能电能表等，对低压用户的运行数据进行实时采集；智能配变终端通过将各类智能装置信息汇聚，并采用标准信息模型、通信规约与主站系统交互，实现数据的统一采集，根据业务需要来汇总处理。
低压配电网的运行状态瞬息万变，其需要处理的数据要求实时性比较强，如果直接通过主站来进行处理，不一定能够满足业务的需求，而且一旦上传数据量过大时，也会对主站的通信等造成压力，降低了主站性能，因此需要终端具备较强的本地计算处理与服务能力，可综合处理本台区数据信息，提高故障处理实时性。
低压挂接辨识模块利用智能配变终端检测到的电压数据，来辨识到低压台区挂接信息错误的用户，并找到正确的所属台区。首先要获取一个台区的总表的电压数据，以及该台区内各用户的电压数据，利用皮尔逊系数和离散Fréchet距离，分别进行电压曲线趋势相似性的判断和距离测度，找到异常的用户电压数据，则该用户不属于本台区。在GIS平台中，配电网低压挂接关系问题通常是把某个台区用户错误地记录到邻近台区，所以在纠正台区信息错误的用户时，只需要考虑其物理位置上邻近台区即可。利用GIS平台找到邻近台区，然后用灰色关联度，确定错误用户的所属台区。在这个过程中，由于每个点的电压指标在台区低压挂接辨识中都有不同的重要性和特点，因此引入信息熵概念，对不同的指标赋予相应的权重。
低压拓扑识别模块包括信号发送装置和信号接收终端，信号发送装置集成在智能配变终端内，其信号接入点在配电变压器的低压侧，信号接收终端集成在分支线路监测终端或末端感知终端内，其信号接入点在分支箱或表箱的进线侧。为了区分不同的信号接收终端，需要对其进行编码，由于信号接收终端集成在分支线路监测终端或末端感知终端内，因此可以用分支线路监测终端或末端感知终端的标识码作为信号接收终端的ID码。
故障研判预警模块，智能配变台区的分支箱、用户表箱等位置部署带有后备电源的低压智能监测装置，该装置具备停电检测功能，当智能监测装置监测到用户表、低压漏保等设备停电时，主动将设备停电信息，通过无线载波的方式实时上传至智能配变终端。根据各级监测装置的停电信息，智能配变终端对台区故障进行研判、定位故障点，并主动上报停电事件。
三相不平衡治理模块利用智能配变终端采集各智能换相开关安装处的电流、电压信息，结合配变出线端的三相总负荷电流及电压，进行不平衡度的识别及换相开关的投切。
本发明的积极有益效果如下：
1、在智能化、自动化的发展趋势下，基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统的构建，对于配电网的进一步精细化管理具有重要意义。以智能配变终端为中心，结合已有的各项设备，通过数据采集和数据分析，对低压配电网的实时运行进行检测。此体系应用寻找低压挂接错误用户、低压拓扑识别、故障研判预警等功能，加强监管能，有效提高运检效率和供电服务。
2、基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统的构建提高低压台区运行可靠性，可及时发现各项问题，避免由故障造成电力资产的损失，具有极大的社会效益、管理效益、经济效益。
3、本发明基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统的构建具有举足轻重的地位，不仅可以监控运行情况、监测运行数据，还可以利用主站系统根据业务需求处理数据，实现低压挂接、拓扑识别、故障定位等多项功能，提高低压配电网的管理水平。
附图说明：
图1为本发明配变台区结构示意图；
图2为本发明低压挂接错误的用户辨识模块流程图；
图3为本发明台区拓扑识别模块流程图；
图4为本发明三相不平衡治理模块示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的解释和说明（参见图1～图4）：
实施例1
一种基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，包括以下几个部分：数据采集模块、低压挂接辨识模块、低压拓扑识别模块、故障研判预警模块、三相不平衡治理模块；
数据采集模块在配变及低压侧，有配变低压侧互感器、智能感知元件、低压智能开关、智能监测装置，监测配电台区数据；低压线路侧有低压故障传感器，监测低压线路电气量、非电气量；用户侧设备主要包括低压智能换相开关、智能监测装置、智能电能表，对低压用户的运行数据进行实时采集；智能配变终端通过将各类智能装置信息汇聚，并采用标准信息模型、通信规约与主站系统交互，实现数据的统一采集，根据业务需要来汇总处理；
低压配电网的运行状态瞬息万变，其需要处理的数据要求实时性比较强，如果直接通过主站来进行处理，不一定能够满足业务的需求，而且一旦上传数据量过大时，也会对主站的通信等造成压力，降低了主站性能，因此需要终端具备较强的本地计算处理与服务能力，可综合处理本台区数据信息，提高故障处理实时性。
低压挂接辨识模块利用智能配变终端检测到的电压数据，来辨识到低压台区挂接信息错误的用户，并找到正确的所属台区；首先要获取一个台区的总表的电压数据，以及该台区内各用户的电压数据，利用皮尔逊系数和离散Fréchet距离，分别进行电压曲线趋势相似性的判断和距离测度；找到异常的用户电压数据，则该用户不属于本台区；在GIS平台中，配电网低压挂接关系问题通常是把某个台区用户错误地记录到邻近台区，所以在纠正台区信息错误的用户时，只需要考虑其物理位置上邻近台区即可；利用GIS平台找到邻近台区，然后用灰色关联度，确定错误用户的所属台区；在这个过程中，由于每个点的电压指标在台区低压挂接辨识中都有不同的重要性和特点，因此引入信息熵概念，对不同的指标赋予相应的权重。
低压拓扑识别模块包括信号发送装置和信号接收终端，信号发送装置集成在智能配变终端内，其信号接入点在配电变压器的低压侧；信号接收终端集成在分支线路监测终端或末端感知终端内，其信号接入点在分支箱或表箱的进线侧；为了区分不同的信号接收终端，需要对其进行编码，由于信号接收终端集成在分支线路监测终端或末端感知终端内，因此可以用分支线路监测终端或末端感知终端的标识码作为信号接收终端的ID码。
故障研判预警模块，智能配变台区的分支箱、用户表箱等位置部署带有后备电源的低压智能监测装置，该装置具备停电检测功能，当智能监测装置监测到用户表、低压漏保等设备停电时，主动将设备停电信息，通过无线载波的方式实时上传至智能配变终端；根据各级监测装置的停电信息，智能配变终端对台区故障进行研判、定位故障点，并主动上报停电事件。
三相不平衡治理模块利用智能配变终端采集各智能换相开关安装处的电流、电压信息，结合配变出线端的三相总负荷电流及电压，进行不平衡度的识别及换相开关的投切。
智能配变终端具有硬件平台化、软件APP化、高度标准化三大特征。传统终端设备数量众多、功能单一，智能配变终端将数据采集接口、通信接口和控制接口封装，形成统一硬件平台，可根据具体应用需求，对各模块进行拓展。
智能配变终端采用安全自主可控的国产工业级双核芯片，主频 1 GHz；配置包括RS485 总线、电力线载波、微功率无线、LTE、FE 电口/光口等通信接口，同时具备交采采集能力，满足配电台区的各种信息接入需求。部署基于轻量化的 Linux 容器技术，支持各类App灵活配置，满足边缘计算的平台需求。
一个能够满足低压台区智能运检管理所需的数据流，需要有一个强有力的技术支撑手段来进行数据的采集、清洗、分析、上报。在配变及低压侧，有配变低压侧互感器、智能感知元件、低压智能开关、智能监测装置，监测配电台区数据。低压线路侧有低压故障传感器等，监测低压线路电气量、非电气量。用户侧设备主要包括低压智能换相开关、智能监测装置、智能电能表等，对低压用户的运行数据进行实时采集。智能配变终端通过将各类智能装置信息汇聚，并采用标准信息模型、通信规约与主站系统交互，实现数据的统一采集，根据业务需要来汇总处理。
低压配电网的运行状态瞬息万变，其需要处理的数据要求实时性比较强，如果直接通过主站来进行处理，不一定能够满足业务的需求，而且一旦上传数据量过大时，也会对主站的通信等造成压力，降低了主站性能，因此需要终端具备较强的本地计算处理与服务能力，可综合处理本台区数据信息，提高故障处理实时性。
安装智能配变终端地配变台区如图1所示。
基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，通过数据采集，可以获得低压设备状态信息，如电流、电压、有功功率、无功功率、温度等；线路、设备运行信息，如无功补偿、三相不平衡、重过载等。设备运行信息和设备状态信息将整体影响到供电服务可靠性，将信息结合智能配变终端的边缘计算能力，可以进行全方面的数据分析，实现更多具有现实意义的功能，提前预判设备的运行信息，将传统的检修工作从计划检修变为状态检修，将被动的配电网变为主动的配电网。
实施例2
在电力系统中，配电台区一般最多有四级分级，即低压出线柜-分支箱-光力柜-用户电表箱。由于城市建设不断发展，居民用电日益增长，受制于供电能力等原因，经常需要打破原来的连接关系，将有的分支箱切换到其他的低压出线柜，经过长时间的积累，供电隶属关系逐渐模糊。
基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，可根据智能配变终端检测到的电压数据，来辨识到低压台区挂接信息错误的用户，并找到正确的所属台区。首先要获取一个台区的总表的电压数据，以及该台区内各用户的电压数据，利用皮尔逊系数和离散Fréchet距离，分别进行电压曲线趋势相似性的判断和距离测度。找到异常的用户电压数据，则该用户不属于本台区。在GIS平台中，配电网低压挂接关系问题通常是把某个台区用户错误地记录到邻近台区，所以在纠正台区信息错误的用户时，只需要考虑其物理位置上邻近台区即可。
利用GIS平台找到邻近台区，然后用灰色关联度，确定错误用户的所属台区。在这个过程中，由于每个点的电压指标在台区低压挂接辨识中都有不同的重要性和特点，因此引入信息熵概念，对不同的指标赋予相应的权重。
低压挂接错误的用户辨识具体步骤如图2所示。
实施例3
台区拓扑反映了设备之间的连接关系，是配电自动化的基础。实现低压拓扑识别功能，主要包括信号发送装置和信号接收终端；信号发送装置集成在智能配变终端内，其信号接入点在配电变压器的低压侧；信号接收终端集成在分支线路监测终端或末端感知终端内，其信号接入点在分支箱或表箱的进线侧。
为了区分不同的信号接收终端，需要对其进行编码，由于信号接收终端集成在分支线路监测终端或末端感知终端内，因此可以用分支线路监测终端或末端感知终端的标识码作为信号接收终端的ID码。
台区拓扑识别的算法具体图3所示。
当所有的信号接收终端均处于空闲状态时，信号接收终端的电流互感器无法检测到正弦测试信号。在进行拓扑识别时，需要对设备清单中的所有信号接收终端，依次逐个进行判断，正在判断的信号接收终端称为判断终端。某个判断终端在接收状态时，如果其他信号接收终端，都检测不到正弦测试信号，与判断终端关联的分支箱或表箱的父节点是变压器。如果有其他信号接收终端检测到信号，将找到的终端生成表单U。如果在表单U中，只有一个信号接收终端，则该终端关联的分支箱或表箱，是判断终端关联的分支箱或表箱的父节点；如果多于一个，在表单U中任选一个信号接收终端，找出该信号接收终端在接收状态时，检测到电流发生变化的其他信号接收终端，将找到的所有信号接收终端生成表单V，从表单U中去除表单V中的信号接收终端，生成新的表单U，重复该步骤，直到表单U中只有一个信号接收端。
实施例4
低压配电网作为电网的终端环节，直面用电客户，对于营销客户座席如果无法第一时间答复客户停电信息或先于客户知悉停电信息，将大大降低客户用电体验。对于运维班组如果无法以最快速度定位出故障点，进行故障 修复并恢复送电，将延长客户停电时间。
智能配变台区的分支箱、用户表箱等位置部署带有后备电源的低压智能监测装置，该装置具备停电检测功能，当智能监测装置监测到用户表、低压漏保等设备停电时，主动将设备停电信息，通过无线载波的方式实时上传至智能配变终端。根据各级监测装置的停电信息，智能配变终端对台区故障进行研判、定位故障点，并主动上报停电事件。当某个智能监测装置及其下游设备的停电遥信状态为 1，且该分支的电流小于无流门槛、电压失压，则该分支停电。结合拓扑关系，查询该分支所处的位置，并上报故障信息。
实施例5
智能配变终端采集各智能换相开关安装处的电流、电压信息，结合配变出线端的三相总负荷电流及电压，进行不平衡度的识别及换相开关的投切。首先，根据当前各换相开关的相位进行分类，形成三相负荷原始状态表，表中记录换相开关身份标识、相位信息及其负荷情况。然后，根据三相电流的正、负情况确定负荷的转出、入。为实现三相负荷不平衡，有一相负荷向两相转移、两相负荷向一相转移，两类负荷转移方式。
本发明三相不平衡治理模块示意图如图4所示。
假定A相负荷需向B、C两相转移，将当前A相负荷按照幅值依次排序，并标记各负荷对应的换相开关。从最大负荷开始判别，若该负荷在B、C相待转负荷范围内，则预判该负荷转移至B、C相后的三相负荷值，比较此时的三相不平衡度，若三相不平衡度均减小，则将该换相开关加入B、C相的执行队列。按照同样的方法继续下一负荷判别，直至各相不平衡度小于预设的不平衡度定值，完成不平衡调节。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，其特征在于，包括以下几个部分：数据采集模块、低压挂接辨识模块、低压拓扑识别模块、故障研判预警模块、三相不平衡治理模块；
所述数据采集模块在配变及低压侧，有配变低压侧互感器、智能感知元件、低压智能开关、智能监测装置，监测配电台区数据；低压线路侧有低压故障传感器，监测低压线路电气量、非电气量；用户侧设备主要包括低压智能换相开关、智能监测装置、智能电能表，对低压用户的运行数据进行实时采集；智能配变终端通过将各类智能装置信息汇聚，并采用标准信息模型、通信规约与主站系统交互，实现数据的统一采集，根据业务需要来汇总处理；
低压配电网的运行状态瞬息万变，其需要处理的数据要求实时性比较强，如果直接通过主站来进行处理，不一定能够满足业务的需求，而且一旦上传数据量过大时，也会对主站的通信等造成压力，降低了主站性能，因此需要终端具备较强的本地计算处理与服务能力，可综合处理本台区数据信息，提高故障处理实时性。
2.根据权利要求1所述的基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，其特征在于：所述低压挂接辨识模块利用智能配变终端检测到的电压数据，来辨识到低压台区挂接信息错误的用户，并找到正确的所属台区；首先要获取一个台区的总表的电压数据，以及该台区内各用户的电压数据，利用皮尔逊系数和离散Fréchet距离，分别进行电压曲线趋势相似性的判断和距离测度；找到异常的用户电压数据，则该用户不属于本台区；在GIS平台中，配电网低压挂接关系问题通常是把某个台区用户错误地记录到邻近台区，所以在纠正台区信息错误的用户时，只需要考虑其物理位置上邻近台区即可；利用GIS平台找到邻近台区，然后用灰色关联度，确定错误用户的所属台区；在这个过程中，由于每个点的电压指标在台区低压挂接辨识中都有不同的重要性和特点，因此引入信息熵概念，对不同的指标赋予相应的权重。
3.根据权利要求1所述的基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，其特征在于：所述低压拓扑识别模块包括信号发送装置和信号接收终端，信号发送装置集成在智能配变终端内，其信号接入点在配电变压器的低压侧；信号接收终端集成在分支线路监测终端或末端感知终端内，其信号接入点在分支箱或表箱的进线侧；为了区分不同的信号接收终端，需要对其进行编码，由于信号接收终端集成在分支线路监测终端或末端感知终端内，因此可以用分支线路监测终端或末端感知终端的标识码作为信号接收终端的ID码。
4.根据权利要求1所述的基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，其特征在于：所述故障研判预警模块，智能配变台区的分支箱、用户表箱等位置部署带有后备电源的低压智能监测装置，该装置具备停电检测功能，当智能监测装置监测到用户表、低压漏保等设备停电时，主动将设备停电信息，通过无线载波的方式实时上传至智能配变终端；根据各级监测装置的停电信息，智能配变终端对台区故障进行研判、定位故障点，并主动上报停电事件。
5.根据权利要求1所述的基于智能配变终端的低压配电网智能运检系统，其特征在于：所述三相不平衡治理模块利用智能配变终端采集各智能换相开关安装处的电流、电压信息，结合配变出线端的三相总负荷电流及电压，进行不平衡度的识别及换相开关的投切。
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