CN115136439A - 一种电网管理系统及方法 - Google Patents

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杰尔基·彭托宁
朱西·哈库蒂
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Abstract

公开了一种用于管理电网的系统和方法。该系统包括：至少一个监测服务器(102、202)和至少一个网格监测传感器(104、106、108、204、206、208)，至少一个网格监测传感器通信地耦接到所述至少一个监测服务器。本申请中，给定的5网格监测传感器被安装到电网的给定的电线杆上，并且，至少一个网格监测传感器中的每一个网格监测传感器包括位置传感器以及磁传感器，磁传感器用于测量由电网中的电流瞬变引起的时变磁场。

Description

一种电网管理系统及方法
技术领域
本公开总体上涉及电网运行，尤其涉及用于电网管理的方法和系统。
背景技术
电网由彼此互连的多个电力网络组成，电力网络从生产者向终端消费者提供电力，电网已经成为了当代世界的必需品。几乎所有的工业、商业办公室、家庭场所等都依赖于电网所提供的电力。因此，即使是几分钟的停电时间也会对各个部门产生严重阻碍和负面影响，从而造成重大损失。
通常，输电线路(也称为配电线路)由于各种问题(诸如自然灾害、树倒落在电力线上或电缆安装故障等)会发生接地故障或高阻抗故障。例如，当闪电击中配电线路时，一条或多条配电线路可能发生断裂并接触地表面从而导致产生高阻抗故障，或者，来自闪电的感应电可能损坏输电/配电网络或电网格的某些部分。通常，为了定位故障，每当故障发生时，就将电网的各个子部分逐个关闭，直到电网的电压值或电流值恢复到正常状态而不发生任何故障。被关闭后能够恢复正常状态的电网子部分可被确定为故障部分。但是，该方法只可以确定故障的电网子部分，而无法确定故障在电网子部分中的准确位置。通常，可以手动完成对于电网子部分内故障的准确定位。
最近，已经开发了用于对电网内的高阻抗故障进行定位和位置确定的系统。此类系统专注于观察稳定状态，即50赫兹(Hz)的信号(交流(AC)信号)。检测这些故障的一种方法是使用磁传感器测量由AC信号引起的磁场变化。对于高阻抗故障(或一般而言任何接地故障)，总电流将增加，这表现在所使用的磁场传感器所观察到的磁场中。然而，由于感应效应，磁场传感器在较高的频率下将工作得更好。根据法拉第定律，线圈中的感应电压与频率成正比。因此，50Hz的信号非常弱，难以被测量到。因此，此类系统无法准确地定位故障，最多只能从一个测量点提供故障的方向。因此，无论是架空线路还是地下电缆，都难以检测到故障点。尤其是在电网的电缆上发现故障的情况下，由于这些地下电缆无法被目视检查，因此很难发现这些故障。对于架空线路，故障点可能位于难以到达的位置，因此可能需要改进架空线路故障点的查找方法。此外，故障点可能在视觉上不容易被检测到。
因此，根据前文的讨论，需要克服与传统故障检测和电网管理系统相关的上述缺点。
发明内容
本公开旨在提供一种用于管理电网的系统。本公开还寻求提供一种用于管理电网的方法。本公开的目的是提供一种至少部分克服现有技术中遇到的问题的解决方案。
在一个方面，本公开提供了一种用于管理电网的系统，该系统包括：至少一个监测服务器和至少一个电网监测传感器，至少一个网格监测传感器通信地耦接到至少一个监测服务器，给定的网格监测传感器被安装到电网的给定的电线杆上，并且至少一个网格监测传感器中的每一个网格监测传感器包括位置传感器以及磁传感器，该磁传感器用于测量由电网中的电流瞬变引起的时变磁场。
在另一方面，本公开提供了一种用于管理电网的方法，该方法包括
-测量由电网中的电流瞬变引起的时变磁场；
-处理测量的时变磁场数据；以及
-根据处理后的时变磁场数据，估计故障位置。
本公开的实施例基本上消除或至少部分解决了现有技术中的上述问题，并且能够实现对电网的真实管理。
本公开的另外的方面、优点、特征和目的将从附图和结合所附权利要求解释的说明性实施方式的详细描述中变得显而易见。
将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，本公开的特征可以以各种组合方式进行组合。
附图说明
当结合附图阅读本公开时，将更好地理解上文中的发明内容以及下文中对于说明性实施例的详细描述。为了说明本公开，在附图中示出了本公开的示例性结构。然而，本公开不限于本文所公开本领域技术人员将理解附图不是按比例绘制的。在可能的情况下，类似的元件使用了相同的数字来表示。
现在将参考以下附图仅通过示例的方式来描述本公开的实施例，其中：
图1为根据本公开一个实施例的一种用于管理电网的系统的框图图示；
图2为根据本公开另一实施例的一种用于管理电网的系统的框图图示；
图3示出了根据本公开一个实施例的表示时变磁场的波形的曲线图；
图4A至4C示出了根据本公开一个实施例的模拟环境中的实际故障电流瞬变以及来自真实系统的测量的实际故障电流瞬变的曲线图；
图5A至5D示出了根据本公开一个实施例的从具有两个网格监测传感器的长架空线路馈线获取的典型波形的曲线图，其中，一个网格监测传感器在接地故障定位之前，另一个网格监测传感器在接地故障定位之后；
图6示出了根据本公开一个实施例的使用具有和不具有铁氧体线圈的磁传感器获得的磁场测量的曲线图；以及
图7为根据本公开一个实施例的列出了用于监测电网的方法的步骤的流程图。
在附图中，使用带下划线的数字来表示带下划线的数字所在的项目或带下划线的数字相邻的项目。非下划线的数字与由将非下划线的数字连接到该项目的线标识的项目有关。当一个数字是非下划线并且伴随有相关联的箭头时，这个非下划线数字用于标识箭头指向的一般项目。
具体实施方式
以下详细描述说明了本公开的实施例以及可以实现这些实施例的方式。虽然已经公开了实施本公开的一些方式，但是本领域技术人员将认识到，用于执行或实施本公开的其他实施例的其他方式也是可能的。
在一个方面，本公开提供了一种用于管理电网的系统，该系统包括：至少一个监测服务器和至少一个网格监测传感器，至少一个网格监测传感器通信地耦接到至少一个监测服务器，给定的网格监测传感器被安装到电网的给定的电线杆上，并且至少一个网格监测传感器中的每一个网格监测传感器包括位置传感器以及磁传感器，该磁传感器用于测量由电网中的电流瞬变引起的时变磁场。
在另一方面，本公开提供了一种用于管理电网的方法，该方法包括
-测量由电网中的电流瞬变引起的时变磁场；
-处理测量的时变磁场数据；以及
-根据处理后的时变磁场数据，估计故障位置。
本公开提供了一种用于电网管理的系统和方法，该系统和方法能够及时地和准确地进行故障检测和故障定位，从而提高电网的性能并增加电网中设备的使用寿命。此外，准确地定位电网中发生的故障使得维护人员能够更快地到达位置，从而减少所涉及的成本和电网的停电时间。
根据本公开的实施例，提供了一种用于管理电网的系统和方法。在此，术语“电网”指由变电站、高压配电线路(架空电缆和地下电缆)、电线杆、低压配电线路(架空线路和地下线路)等组成的彼此互连的网络，用于将电力从发电站输送到用户(消费者或工厂等)。值得注意的是，本公开的系统和方法能够检测和定位发生在电网中的故障，并且还能够对电网中的组件进行预测性维护。本公开还能够收集与任何网络拓扑的电网(架空线路，地下、补偿、隔离、电阻接地或固定接地的线路)相关的监测数据。此处，故障检测包括：检测高阻抗故障、低阻抗接地故障、暂态或永久故障、以及短路、负载变化、跳闸、重新连接等。术语“配电线路”也可称为传输线路或电力线路。在本公开中，术语可以互换使用。
可以理解，电力故障可能是电网中电流和电压偏离其各自标称值的情况。故障的示例之一为接地故障。例如，由于中性点到地的连接，配电网中可能会发生高阻抗故障(其为接地故障的子集)。可能在许多情况下发生此种故障，例如但不限于，当配电(架空配电)线路与树接触时、当配电线路断裂并接触地面时。通常，低故障电流可能在0～50安培(Ampere，A)范围内。例如，如果地下配电线路损坏，可能会发生类似的故障。
该系统包括至少一个监测服务器。在此，术语“至少一个监测服务器”是指结构和/或模块，其包括被配置为存储、处理和/或共享信息的可编程和/或非可编程组件。具体地说，至少一个监测服务器包括能够增强信息以执行各种计算任务的物理或虚拟计算实体的任何布置。此外，应当理解，至少一个服务器可以是单个硬件服务器和/或以并行或分布式架构操作的多个硬件服务器。在一个示例中，至少一个服务器可包括多个组件，诸如存储器、至少一个处理器、网络适配器等，以存储、处理和/或共享与其他实体(例如至少一个网格监测传感器)的信息。
该系统还包括至少一个网格监测传感器。值得注意的是，至少一个网格监测传感器中的每一个都包括位置传感器和磁传感器。值得注意的是，给定的网格监测传感器被安装到电网的给定的电线杆上。因此，给定的网格监测传感器被配置为获取与安装有给定的网格监测传感器的电线杆和电线杆周围区域相关的信息。可以理解，电线杆可以包括安装在其上的电流检测装置，其中，电流检测装置可通信地耦接到被安装在电线杆上的网格监测传感器。或者，可选地，至少一个网格监测传感器包括电流传感装置，用于测量从电线杆传输的电流的电流值。至少一个网格监测传感器可通信地耦接到至少一个监测服务器。在一个示例中，至少一个网格监测传感器可以使用数据通信网络可通信地耦接到至少一个监测服务器。此类数据通信网络包括但不限于：广域网(Wide Area Network，WAN)、城域网(Metropolitan Area Networks，MAN)、互联网、无线网络(诸如长距离或短距离无线网络，如蓝牙、NFC WLAN等)、电信网络(2G、3G、4G、5G等)。在一种实施方式中，该系统包括多个网格监测传感器，其中，至少一个监测服务器可以使用一个或多个数据通信网络可通信地耦接到多个网格监测传感器中的每一个。术语“电线杆”不限于用于固定架空线路的电线杆，但在本公开中，该术语可被认为包括配电网中可安装上文所述传感器的节点或其他点。例如，在地下电缆的情况下，电线杆可以是例如将电网的一段连接到另一段的机柜。
磁传感器可以测量由电网中的电流瞬变引起的时变磁场。值得注意的是，在架空线路电网中，磁传感器可以测量电网配电线路下方的磁场。磁传感器被放置在配电线路导体(distribution line conductors)下方，并且包括一个或多个线圈，线圈包含高磁导率磁性材料。在一个示例中，当电网中发生接地故障或高阻抗故障时，配电线路会产生电流瞬变或放电瞬变。配电线路中的电流瞬变引起时变磁场，该时变磁场可以引起磁传感器的一个或多个线圈中的电动势。这种电动势可以可选地由低噪声前置放大器放大。可以理解，时变磁场数据是以波形的形式获取的。
如前文所述，磁传感器包括一个或多个线圈。值得注意的是，磁传感器的第一线圈被组装为相对于配电线路处于垂直位置，以最佳地拾取由配电线路导体的总电流引起的磁场。另外，第二线圈可以以90度角正交地放置，指向配电线路导体。通过线圈的这种正交布置，除了配电线路导体的总电流之外，还可以确定配电线路导体中的相电流。具体地，通过将引起磁场Hx和Hz的相电流I1、I2和I3表示为3x2矩阵A的线性关系，来确定来自两个正交磁场测量Hx和Hz的相电流，例如：
Figure BDA0003795317170000061
矩阵A取决于几何形状，例如，取决于第二线圈到导体的距离(h)和导体之间的距离(d)。在三角形连接的电网中，相电流之和等于零。因此，相电流可以用两个独立的电流来表示，例如I1和I2。因此，存在一个2x3矩阵，其将Hx和Hz测量映射到相电流I1、I2和I3。例如，检索到的相电流可用于监测电网中输送的电能质量。
应当理解，配电线路导体中由电流瞬变引起的时变磁场与电流瞬变成正比，但根据法拉第定律，感应电压与频率成比例。因此，当测量值为50Hz时，感应到磁传感器线圈的电压明显小于例如测量快速瞬变时的电压。因此，磁传感器具有多级(多级比例或多级范围)前置放大器级，以便向中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)提供多个数据通道。例如，低通滤波器(<1kHz)和50Hz及相关谐波的高增益，或高通滤波器(>1kHz)和低增益，用于测量电流瞬变。这种多范围的数据获取方法是从磁传感器中获取所有信息的最佳方式。
可选地，位置传感器被配置为对从电线杆传输的电流值进行时间标记。值得注意的是，记录从电线杆传输的每个电流脉冲的时间标记。另外，至少一个网格监测传感器被配置为存储对应于其时间标记的传输的每个电流脉冲的电流值和电压值。位置传感器被配置为获取准确的定时信息(timing information)，其中，这种定时信息的准确度在600到700纳秒(nanosecond，ns)的范围内。此外，可选地，位置传感器被配置为将电线杆的位置传送给至少一个监测服务器。
可选地，至少一个网格监测传感器被配置为测量电线杆的不同物理配置。电线杆的物理配置包括但不限于：配电线路导体的布置(例如，水平布置、垂直布置)、相分离、不同材料(例如，木制、玻璃纤维、钢、混凝土)的电线杆的测量、同一电线杆中的两个或多个回路、两个D初级、子传输。
可选地，被安装到给定的电线杆上的给定的网格监测传感器被配置为：
-测量由电网中电力线路引起的电场；
-测量与给定的电线杆的工作特性相关的一个或多个参数；
-对与电网相关的测量数据进行预处理，用于筛选测量数据；以及
-将预处理后的测量数据传送到至少一个监测服务器。
可选地，在这方面，与给定的电线杆的工作特性相关的一个或多个参数是指可能影响给定的电线杆的工作和/或可能导致其工作中的故障的参数。此类一个或多个参数可以包括但不限于：配电线路的温度、电线杆周围的环境温度、电线杆周围的风速、电线杆周围的湿度。因此，给定的网格监测传感器包括一个或多个传感器，用于测量与给定的电线杆的工作特性相关的一个或多个参数。值得注意的是，对与电网相关的测量数据，尤其是对时变磁场数据、测量的电场和测量的一个或多个参数进行预处理，从而对其进行筛选。具体来说，可以使用探索式算法(heuristic algorithms)对测量数据进行分析。值得注意的是，可以使用探索式算法分析测量数据，以确定与电网标准运行条件的任何偏差或异常。在一个示例中，测量数据不指示任何偏差，该数据可以被筛选并且不被传送到至少一个监测服务器。有益地，在至少一个网格监测传感器处的这种筛选操作显著地减少了至少一个监测服务器的计算时间(和通信带宽)以及工作量。此外，可以分析所测量的数据以确定随后可以传送到至少一个监测服务器的任何见解或结论。将理解，至少一个网格监测传感器可包括可编程组件，可编程组件被配置为处理接收自以下各传感器的信息：位置传感器、磁传感器和用于测量上述一个或多个参数的一个或多个传感器。
可选地，至少一个监测服务器被配置为使用机器学习算法对时变磁场数据进行分类。值得注意的是，至少一个监测服务器从磁传感器接收与电网相关联的事件(例如接地故障)的数据。至少一个监测服务器使用无监督学习方法对波形数据进行分类。值得注意的是，高频(例如，1MHz)采样将会在至少一个网格监测传感器处触发筛选，其中，仅相关信息可以从至少一个网格监测传感器传输至少一个监测服务器。值得注意的是，至少一个网格监测传感器采用了探索式确定的特征提取算法的库，这些特征提取算法根据每个获取的时变磁场数据流生成特征向量。在此，特征的选择需要对该领域有深入的理解，例如电网动力学、电网模型等。值得注意的是，无监督学习算法，如K-means算法，将时变磁场数据自动地聚类成类，如不同类型的故障、负载变化、扰动、异常等。换而言之，可以使用无监督学习算法对从至少一个网格监测传感器生成的大数据集(数百万记录的数量级)进行分类或聚类。因此，可以根据人们容易理解的因素对时变磁场数据进行分类，如高阻抗瞬间接地故障、高阻抗永久接地故障、高阻抗间歇接地故障、低阻抗、永久短路、负载变化、不对称等。因此，至少一个监测服务器可以适应不同的场景，而不需要任何特定的配置或编程。有益地，该系统可以在不同的网络拓扑中使用，而不需要重新编程。
在一个示例中，磁传感器可以位于配电线路导体下方1米处，其中对于1安培的电流值，时变磁场可以是0.5微特斯拉(micro Tesla，μT)。该磁传感器可以采用铁氧体线圈，根据导体和磁传感器的配置，该铁氧体线圈可以将时变磁场的值增加至高达5倍。值得注意的是，在铁氧体线圈有500匝，面积为2厘米(cm)*2厘米(cm)时，线圈中感应的电压为5*10-7*(di/dt)，其中I为电流值。因此，对于50Hz的1A电流值，线圈中生成的电压为0.2毫伏。因此，在配电线导体下方1米处使用磁传感器可以在1A的分辨率内测量50Hz的电流。在另一示例中，对于位于地面上方10米处的20千伏的线路电压，地面下方1米处和3米处的电场值分别为2.3千伏/米和0.7千伏/米。可以使用传统的电容传感器来测量此类电压值。
可选地，至少一个监测服务器被配置为
-对来自至少一个网格监测传感器的测量的时变磁场数据进行处理；
-根据处理后的时变磁场数据，估计故障位置。
可选地，在这方面，至少一个网格监测传感器被配置为测量配电线路电流，并能够在电线杆中在不同物理配置下测量相位。值得注意的是，配电馈线被建模为分布式电容和电感网络。值得注意的是，在高阻抗故障或接地故障中，会发生电流瞬变，并且配电线路对地分布式电容中的能量会通过故障位置耗散掉。当接地故障发生时，产生电流瞬变，其中时变磁场由至少一个网格监测传感器的磁传感器测量。时变磁场的波形具有独特的特性(fingerprint)，其中，波形特性是通过对中压馈线电网的动力学建模而得到的。值得注意的是，电流瞬变的初始部分的持续时间在30-100微秒的范围内，具体取决于网络拓扑。因此，为了对脉冲进行高质量的分析，采样需要比最高特征频率快一个数量级。在一个示例中，这种采样可能需要每秒100万个样本。与传统的保护继电器和故障指示器相比，至少一个网格监测传感器的磁传感器能够提供如此高的采样数据，传统的保护继电器和故障指示器通常只有几千次采样/秒。
可选地，在识别出高阻抗故障事件的情况下，电流测量的采样数据和时变磁场数据被传输到至少一个监测服务器，并带有来自位置传感器的准确时间标记。在一个实施例中，至少一个监测服务器被配置为将来自多个不同的网格监测传感器的测量值相关联，同时考虑到时间标记信息和关于中压电缆传播速度(例如，在地下电缆中为150米/微秒、在架空线路中为300米/微秒)的测量数据。相关性分析考虑了有关模拟电流瞬变特性的信息。瞬变信号具有一定的特性，该信息使得可以提高信号互相关的准确性。因此，推导出对故障位置的估计，带有误差范围。在一个示例中，当两个网格监测传感器相距5千米时，其传播速度约为300米/微秒，时间标记准确度为600纳秒(ns)，故障测距误差范围小于100米。因此，基于该分析，至少一个监测服务器被配置为在地图中显示半径为50米的用于估计故障位置的圆。
应该理解，在许多情况下，两个以上的网格监测传感器可以报告相同的接地故障。在馈线的一个示例中，网格监测传感器被安装在相互距离为5千米的电线杆上，并且四个网格监测传感器中的每一个网格监测传感器将报告发生的接地故障信号。在没有发生接地故障的情况下，间隔矩阵可以为：
站点1 站点2 站点3 站点4
站点1 X 5 10 15
站点2 5 X 5 10
站点3 10 5 X 5
站点4 15 10 5 X
在一个示例中，接地故障发生在站点3和站点4之间，具体来说，距离站点3为1千米。我们将基于公式ΔXAB＝|v(tA-tB)|进行计算，其中v是电流速度，而(tA-tB)是给定的电流脉冲在电线杆A和B之间传播所用的时间。在此种情况下，间距矩阵可以为：
站点1 站点2 站点3 站点4
站点1 X 5 10 7
站点2 5 X 5 2
站点3 10 5 X 3
站点4 7 2 3 X
在此，对“站点4”测量值出现在相应的行和列中，因此，通过比较上述两个示例的间距矩阵，可以在站点3和站点4之间检测到故障。值得注意的是，采用来自更多网格监测传感器的信息可以进一步提高故障定位的准确性。
可选地，间距矩阵从多个网格监测传感器(优选地，多于两个)获取的传感器数据的另一用途是：其能够准确定位网络拓扑中的故障位置。值得注意的是，在中压电网中，隔离开关可以被远程控制，并且开关的状态可以不被传送到至少一个监测服务器。因此，至少一个监测服务器可能不具有与传感器之间的路径和故障位置的准确定位相关的信息；因为当超过两个传感器检测到事件时可以实现这样的准确度，可以创建间距矩阵，从而提供了传感器之间路径的唯一标识，因此可以唯一地定位故障位置。
可选地，至少一个监测服务器被配置为对在给定时间范围内获得的时变磁数据进行聚类以生成元事件，该元事件指示可能与单一原因相关联的一组事件。随后，至少一个监测服务器使用自适应小波相关和同步算法分析高速(1兆赫兹(MHz))波形，以准确地与所述一组事件的时间对齐。使用此种方法，可以在几十米的误差范围内对电网中的故障和其他异常进行定位。应当理解，尽管都来自同一故障，但在距离故障位置1千米处测量的波形可能与在距离故障位置10千米处测量的波形显著不同。本发明采用对电网动力学和基于小波的输入电流脉冲同步的深入理解和建模，以识别不同波形之间的相关性并由此识别故障位置。
可选地，至少一个监测服务器被配置为向至少一个网格应用服务器提供与电网相关的监测数据。此处，与电网相关的监测数据可以是通过使用至少一个网格监测传感器对测量数据进行预处理而获得的预处理后的测量数据。网格应用服务器可以是连接到网格应用运营商的服务器。网格应用运营商可以将监测数据用于配电管理系统(DistributionManagement System，DMS)、集群管理(fleet management)、规划等。应当理解，配电管理系统(DMS)可以是一组应用程序,被配置为有效地监测和控制整个配电系统，以最大限度地减少停电时间并保持可接受的频率和电压水平。集群管理还可以指对一组电网络和电网格的管理。数据接口可以将监测数据从至少一个监测服务器传输到多个网格应用服务器，例如网格应用运营商的DMS、集群管理、规划等。根据可替选实施例或附加实施例，给定的网格监测传感器具有缓冲存储器，缓冲存储器的大小被配置为网格的相关电力线路的长度的函数。如此，可以基于连接到监测点的配电线路(电力线路)的长度来限制在给定的网格监测传感器中获取的监测数据量。实际上，这能够限制需要获取和提供给监测服务器的数据量，从而使得数据通信更加有效。例如，如果来自监测服务器的配电线路长度为1千米，则故障信号可到达传感器的最大时间为1千米/c(其中c为光速)＝3.3微秒，即，在未检测到任何故障的情况下，数据可以在3.3微秒后被删除。例如，如果电力线路长度为10千米，则测量数据必须被存储至少33微秒。这种可配置缓冲存储器的进一步优势在于：其可以用来减少传感器中对存储器大小的需求。如此，被安装在具有短电力线的网格的一部分中的传感器可以比被安装在具有长电力线的网格的一部分中的传感器具有更小的存储器。此外，可以根据缓冲存储器的大小来选择更多选择的通信方法(大内存可能需要比小内存更快的通信，以使结果通信能够同时到达服务器)。
可选地，估计的故障位置可以被传输到网格应用服务器，该网格应用服务器通过数据接口被连接到至少一个监测服务器，例如连接到DMS，以用于对DMS进行自动故障定位隔离恢复(Fault Location Isolation Restoration，FLIR)操作，例如，使用故障位置信息在DMS中启动FLIR操作，从而通过远程操作的隔离开关执行全自动故障隔离。应当理解，根据估计的故障位置，FLIR可以通过将估计的故障位置中的每个导体(例如，每个架空电网线)一一隔离来定位故障。隔离导体的电源可能会被切断。如果通过阻断隔离导体的电源后发现电网中的电流恢复到正常状态，则隔离导体可能是故障导体。否则，隔离导体可能不是故障隔离，可以恢复该导体中的电流。
可选地，至少一个监测服务器还被配置为使用统计推断算法分析与电网相关的监测数据，以确定电网的工作状况并且预测电网的维护可能性。在此，工作状况可以被定义为架空导体和配电线路的状况以及泄漏电流的值。此外，维护可能性是指将来可能需要的电网组件的维护。值得注意的是，可以从至少一个监测服务器获取大数据统计信息，并且可以执行统计推断算法以确定配电网的状况并实现预测性维护可能性。
应当理解，至少一个网格监测传感器灵敏度高且采样频率高。因此，至少一个网格监测传感器也可以用来拾取局部放电信号，这通常是绝缘失效或电缆失效或任何其他组件失效障的前兆事件。此外，在某些情况下，向现场操作人员获取与接地故障的发生(永久性发生或暂时性发生)相关的信息至关重要，如此才能避免进一步的损害。例如，在旱季，导体接触了一棵树即使只是一瞬间，也可能引起森林火灾。在此种情况下，至少一个网格监测传感器可以检测到这些情况，并且可以立即向被派遣的工作人员发出警报，以确保火灾不会进一步升级。这可以通过直接集成到调度系统来实现自动化。因此，当将由至少一个监测服务器提供的警报信息提供给工作人员调度中心时，可以防止任何电所引发的火灾。
在一个实施例中，至少一个监测服务器例如是云服务器。在此，至少一个监测服务器包括大数据引擎并实现独立操作。例如，将监测数据聚集到至少一个监测服务器的大数据引擎中，可以在本地对监测数据进行分析和可视化。至少一个监测服务器还包括数据库。在此，数据库的数据可以通过数据接口API提供给其他应用程序，诸如Scada、DMS、集群管理或CRM。此外，至少一个监测服务器配备有额外的独立服务器，该独立服务器通过DNP3安全地向Scada提供信息，以进一步传递给DMS。
可选地，系统还包括数据库装置，该数据库装置被配置为存储以下至少一项：与电网相关的监测数据、与电网的工作状况相关的监测数据。可以理解，数据库装置可以以有组织的方式存储一组数据，并且可以通过各种方式访问数据。在此，数据库装置可以存储以下至少一项：与电网相关的监测数据、与电网的工作状况相关的监测数据。
可选地，至少一个监测服务器被配置为基于非故障事件重新生成电网的网络拓扑，以估计电网中的故障位置。可以注意到，至少一个监测服务器可以使用与电网有关的已知网络拓扑信息，以通过沿着(following)电网线路在电网中的路线来准确地确定位置。值得注意的是，在电网(如配电电网)中，不时会出现由许多传感器检测到非故障事件，例如由高压电网中的电压尖峰、跳闸馈线等引起的非故障事件，这些非故障事件可用于确定配电电网的开关状态。通常，这是许多故障指示系统中的一个问题，因为可能不知道沿电网的电线的隔离开关是接通还是关断的信息；通常，这对于计算信号的准确路线是必需的，而信号的准确路径对于准确的故障定位又是必需的。此外，这些非故障事件也可用于自动确定电网的网络拓扑。例如，在一个实施例中，首先在初级变电站级别上存在电压尖峰，该电压尖峰可以在其下方的馈线电网周围引起电流脉冲。至少一个网格监测传感器中的大多数可以用准确的时间标记记录该电流脉冲，并可以将其报告给至少一个网格应用服务器。然后，至少一个监测服务器可以执行相关分析，并且然后可以基于时间差确定至少一个网格监测传感器之间的传播延迟时间差。
可选地，至少一个网格监测传感器还可以配置为使用自然发生的非故障事件作为校准点，例如，馈线跳闸导致由至少一个网格监测传感器所检测到的事件，其通过独立的至少一个网格监测传感器关联该已知事件提供更有效的校准信息。至少一个网格监测传感器还可以配置为对事件进行筛选。可以理解，中压电网线路可能包含例如由配电变压器后面的负载、跳闸、重新连接、故障等引起的事件。
可选地，至少一个网格监测传感器包括电流检测装置。可以通过使用至少一个网格监测传感器的电流检测装置(例如通过铁氧体线圈)来执行电流的检测，其中至少一个网格监测传感器的谐振频率远高于传感器模拟前端的输入采样频率的奈奎斯特频率。在一个实施例中，这是一个最佳配置，因为测量装置保证了较高频率下的较高增益，这反过来又有利于良好接收放电瞬变(discharge transient)。
在一个实施例中，至少一个监测服务器被集成到诸如电力公司的电网运营商的系统中，以向其提供监测数据。
本说明书还涉及用于管理如上所述的电网的方法。上面公开的各种实施例和变体同样适用于用于管理电网的方法。
可选地，该方法还包括：测量由电网中电力线路引起的电场；测量与电网中给定的电线杆的工作特性相关的一个或多个参数；以及，对与电网相关的测量数据进行预处理，用于筛选测量数据。
可选地，该方法还包括：向至少一个网格应用服务器提供与电网相关的监测数据。
可选地，该方法还包括：用统计推断算法分析与电网相关的监测数据，以确定电网的工作状况并且预测电网的维护可能性。
可选地，该方法还包括：对从电网中的电线杆传输的电流值进行时间标记。
可选地，该方法还包括：基于非故障事件重新生成电网的网络拓扑，以估计电网中的故障位置。
附图详细说明
参考图1，图1为根据本公开一个实施例的一种用于管理电网的系统100的框图图示，用于电网的管理。系统100包括：至少一个监测服务器，例如监测服务器102以及至少一个网格监测传感器(例如，网格监测传感器104、106、108)，网格监测传感器104、106、108可以使用数据通信网络110通信地耦接到至少一个监测服务器102。值得注意的是，给定的网格监测传感器(例如，网格监测传感器104、106、108)被安装在电网的给定的电线杆上。至少一个网格监测传感器中的每一个网格监测传感器包括(例如，网格监测传感器104、106、108)包括位置传感器以及磁传感器，该磁传感器用于测量由电网中的电流瞬变引起的时变磁场。
参考图2，图2为根据本公开另一实施例的一种用于管理电网的系统200的框图图示。系统200包括：监测服务器202、第一网格监测传感器204、第二网格监测传感器206、以及第三网格监测传感器208。此处，网格监测传感器204、206和208通过数据通信网络210连接到监测服务器202。系统200还包括数据接口212，用于将监测数据从监测服务器202传送到一个或多个网格应用程序服务器。如图3所示，该系统包括三个网格应用服务器，例如，配电管理系统(DMS)服务器214、集群管理服务器216、以及规划服务器218。从图2中可以看出，第一网格监测传感器204被安装在具有垂直导体布局布置220的电杆上，第二网格监测传感器206被安装在具有水平导体布局布置222的电杆上，以及第三网格监测传感器208被安装在具有两个相互重叠且方向相同的水平电路224的电杆上。
参考图3，图3示出了根据本公开一个实施例的表示时变磁场的波形的曲线图300。监测服务器(如图1中的监测服务器102)被配置为通过处理来自表示时变磁场的波形的数据来估计故障位置，其中，曲线图300的X轴表示时间和曲线图300的Y轴表示磁场。
参考图4A至图4C，图4A至图4C示出了根据本公开一个实施例的模拟环境中的实际故障电流瞬变以及来自真实系统的测量的实际故障电流瞬变的曲线图400A至400C。图4A和图4B所示的曲线图400A和400B分别描绘了模拟的电流瞬变的波形。此处，幅值较小的波形表示故障定位后的放电瞬变，而幅值较大的波形则表示故障前的电流瞬变。图4C中的曲线图400C描绘了故障放电瞬变的实际测量值的波形。
参考图5A至5D，图5A至5D示出了根据本公开一个实施例的从具有两个网格监测传感器的长架空线路馈线获取的典型波形的曲线图500A至500D，其中，一个网格监测传感器在接地故障位置之前，另一个网格监测传感器在接地故障位置之后。从图5A至5D中可以观察到发生接地故障时磁场的变化。
参考图6，图6示出了根据本公开一个实施例的使用具有和不具有铁氧体线圈的磁传感器获得的磁场测量的曲线图600。线路602示出了使用不具有铁氧体线圈的磁传感器测量的磁场。线路604示出了使用具有铁氧体线圈的磁传感器测量的磁场。
参考图7，图7为根据本公开一个实施例的列出了用于监测电网的方法的步骤的流程图700。在步骤702处，测量时变磁场。此处，时变磁场是由电网中的电流瞬变引起的。在步骤704处，对测量的时变磁场数据进行处理。在步骤706处，根据处理后的时变磁场数据估计故障位置。
在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，对前述本公开的实施例的修改均是可能的。用于描述和要求保护本公开的诸如“包括”、“包含”、“结合”、“具有”、“是”的表述旨在以非排他性的方式解释，即允许还存在未明确描述的项、组件或元素。对单数的引用也应解释为与复数相关。

Claims (15)

1.一种用于管理电网的系统(100)，所述系统包括：至少一个监测服务器(102、202)和至少一个网格监测传感器(104、106、108、204、206、208)，所述至少一个网格监测传感器通信地耦接到所述至少一个监测服务器，其中，给定的网格监测传感器被安装到所述电网的给定的电线杆上，并且其中，所述至少一个网格监测传感器中的每一个网格监测传感器包括位置传感器以及磁传感器，所述磁传感器用于测量由所述电网中的电流瞬变引起的时变磁场。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，被安装到所述给定的电线杆上的所述给定的网格监测传感器(104、106、108、204、206、208)被配置为：
-测量由所述电网中电力线引起的电场；
-测量与所述给定的电线杆的工作特性相关的一个或多个参数；
-对与所述电网相关的测量数据进行预处理，以用于筛选所述测量数据；以及
-将预处理后的测量数据传送到所述至少一个监测服务器(102、202)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中，所述至少一个监测服务器(102、202)被配置为：
-对来自所述至少一个网格监测传感器(104、106、108、204、206、208)的测量的时变磁场数据进行处理；以及
-根据处理后的时变磁场数据，估计故障位置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述至少一个监测服务器(102、202)被配置为：向至少一个网格应用服务器(214、216、218)提供与所述电网相关的监测数据。
5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述至少一个监测服务器(102、202)还被配置为：使用统计推断算法分析与所述电网相关的监测数据，以确定所述电网的工作状况并且预测所述电网的维护可能性。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述位置传感器被配置为：对从所述电线杆传输的电流值进行时间标记。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统还包括数据库装置，所述数据库装置被配置为存储以下至少一项：与所述电网相关的监测数据、与所述电网的工作状况相关的监测数据。
8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述至少一个监测服务器(102、202)被配置为：基于非故障事件重新生成所述电网的网络拓扑，以估计所述电网中的故障位置。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述给定的网格监测传感器具有缓冲存储器，所述缓冲存储器的大小被配置为所述网格的相关电力线的长度的函数。
10.一种用于管理电网的方法，所述方法包括
-测量由所述电网中的电流瞬变引起的时变磁场；
-处理测量的时变磁场数据；以及
-根据处理后的时变磁场数据，估计故障位置。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
-测量由所述电网中电力线引起的电场；
-测量与所述电网中的给定的电线杆的工作特性相关的一个或多个参数；以及
-对与所述电网相关的测量数据进行预处理，以用于筛选所述测量数据。
12.根据权利要求10-11中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：向至少一个电网应用服务器(214、216、218)提供与所述电网相关的监测数据。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：使用统计推断算法分析与所述电网相关的监测数据，以确定所述电网的工作状况并且预测所述电网的维护可能性。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：对从所述电网中的电线杆传输的电流值进行时间标记。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：基于非故障事件重新生成所述电网的网络拓扑，以估计所述电网中的故障位置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113852194B (zh) * 2021-09-16 2023-06-13 国网冀北电力有限公司秦皇岛供电公司 基于5g网络的电网业务数据传输与处理系统和方法
FI20225035A1 (en) * 2022-01-17 2023-07-18 Safegrid Oy SENSOR DEVICE, SYSTEMS AND PROCEDURES FOR MONITORING AND HANDLING FAULTS IN ELECTRIC NETWORKS

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080077336A1 (en) * 2006-09-25 2008-03-27 Roosevelt Fernandes Power line universal monitor
US9647454B2 (en) * 2011-08-31 2017-05-09 Aclara Technologies Llc Methods and apparatus for determining conditions of power lines
JP7217511B2 (ja) * 2016-06-13 2023-02-03 エレクトリカル グリッド モニタリング リミテッド 配電網内の動的故障検出のための方法およびシステム

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