CN117526576A - 一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统 - Google Patents
一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，具体涉及电气控制技术领域，包括数据采集模块，数据通信模块，数据处理模块，故障预警模块，电气控制模块，数据库，电路保护模块，以及终端显示模块；通过故障预警模块根据用户用电量，结合变压器故障预测模型，以及并网点电压的健康指数进行分析，得到电压控制指令和预警提醒，从而提前做好电路保护措施；通过电气控制模块根据电压控制指令，对电压进行合理分配，减小电路过载或轻载的风险；通过电路保护模块根据预警提醒提前采取电路保护措施；通过终端显示模块在显示屏中显示分配方案，预警提醒和电路保护记录，方便工作人员随时翻阅查询记录。
Description
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统。
背景技术
经济社会的进步带动了国家电网系统的发展，同时也在一定程度上加快了我国工业生产的进程；在这样的发展趋势下，社会群众对电力的需求也随之有了相应的增加，由于电网供电端与用电端所接收到的电能电压等级是不同的，中途必须经过相关设备的转换之后，电压才能在不同电路中得到充分的使用；而在电压等级的转换过程中，难免会存在一些不稳定因素，进而导致电网运行出现故障，降低电力设备的运行可靠性，因此高低压控制是保障电网安全运行的一项关键技术。
现有的高低压控制监测系统，通过电压输出监测模块和故障检测模块对变压装置输出的电路进行分路独立监测控制，对每个电路进行故障检测；通过继电保护模块和断路器与控制开关之间的配合，对变压装置的输出电路进行控制；通过电压输出监测模块与变压器测控装置的配合，实现对电路故障的检测，有利于对电路进行独立故障保护，降低故障电路对其他电路的影响。
但是其在实际使用时，仍旧存在较多缺点，如现有的高低压控制监测系统高低压分配不合理，容易出现电路过载或轻载的情况；电路保护措施过于单一，对于复杂电路，不利于故障快速排查或提前预测故障发生位置。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，通过数据处理模块对变电站运行参数进行统计、分析与计算，得到变压器故障预测模型，并计算并网点电压的健康指数；通过故障预警模块根据用户用电量，结合变压器故障预测模型，以及并网点电压的健康指数P进行分析，得到电压控制指令和预警提醒，从而提前做好电路保护措施，减少因变压器故障造成的损失；通过电气控制模块根据电压控制指令，对电压进行合理分配，减小电路过载或轻载的风险；通过电路保护模块根据预警提醒提前采取电路保护措施；通过终端显示模块在显示屏CRT中显示分配方案，预警提醒和电路保护记录，方便工作人员随时翻阅查询记录，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，包括：
数据采集模块包括交流数据采集单元、直流数据采集单元和开关量采集单元，采集变电站的交流数据、直流数据，以及开关量，将采集的数据，通过数据通信模块传输至数据处理模块；
数据通信模块：用于系统中所有模块之间进行数据交互；
数据库：用于对系统中所有数据进行存储；
数据处理模块：用于对变电站运行参数进行统计、分析与计算，得到变压器故障预测模型，计算并网点电压的健康指数P，对运行参数和设备的越限进行报警和记录，并将数据存储至数据库中；
故障预警模块：用于根据用户用电量，结合变压器故障预测模型，以及并网点电压的健康指数P进行分析，得到电压控制指令和预警提醒，通过数据通信模块，发送电压控制指令至电气控制模块，将预警提醒传输至电路保护模块、终端显示模块；
电气控制模块：用于接收故障预警模块传输的数据，根据电压控制指令进行电压分配，将分配方案，通过数据通信模块传输至终端显示模块；
电路保护模块：用于接收故障预警模块传输的数据，根据预警提醒采取电路保护措施，并将此次事故进行连续测量记录，记作电路保护记录，将其传输至终端显示模块；
终端显示模块：用于在显示屏CRT中显示分配方案，预警提醒和电路保护记录，工作人员可随时翻阅查询记录。
在一个优选地实施方式中，所述数据采集模块包括交流数据采集单元、直流数据采集单元和开关量采集单元；所述交流数据采集单元，具体是将电压、电流信号不经过变送器，直接接入数据采集模块；所述直流数据采集单元，具体是将外部信号，经变送器转换成适合数据采集模块处理的直流电压信号后，再接入数据采集模块；所述开关量采集单元，具体是在变电站内的断路器、变压器设备上，设置用于发射信号、监测设备运行状态的智能终端，采集断路器的状态、隔离开关状态、变压器分接头的位置、同期检测状态、继电保护动作信号，以及运行告警信号，通过光隔离电路输入至数据采集模块。
本发明的技术效果和优点：
本发明通过数据采集模块采集变电站的相关数据；通过数据通信模块实现各模块进行数据交互；通过数据库对系统中所有数据进行存储；通过数据处理模块采用人工智能技术对变电站运行参数进行统计、分析与计算，得到变压器故障预测模型，并计算并网点电压的健康指数；通过故障预警模块根据用户用电量，结合变压器故障预测模型，以及并网点电压的健康指数P进行分析，得到电压控制指令和预警提醒，从而提前做好电路保护措施，减少因变压器故障造成的损失；通过电气控制模块根据电压控制指令，对电压进行合理分配，减小电路过载或轻载的风险；通过电路保护模块根据预警提醒、数据库中预存的电流保护措施进行匹配，在可能出现故障的位置提前采取电路保护措施，降低了故障发生的风险；通过终端显示模块在显示屏CRT中显示分配方案，预警提醒和电路保护记录，方便工作人员随时翻阅查询记录。
附图说明
图1为本发明的整体框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，包括数据采集模块，数据通信模块，数据处理模块，故障预警模块，电气控制模块，数据库，电路保护模块，以及终端显示模块；其中数据处理模块、数据通信模块分别和数据库连接，数据采集模块、故障预警模块、电气控制模块、电路保护模块分别和数据通信模块连接，数据通信模块分别和数据处理模块、电气控制模块、故障预警模块、数据库、电路保护模块，以及终端显示模块连接。
所述数据采集模块包括交流数据采集单元、直流数据采集单元和开关量采集单元，采集变电站的交流数据、直流数据，以及开关量，将采集的数据，通过数据通信模块传输至数据处理模块；
所述变电站包括高压配电室、变压器，以及低压配电室；所述高压配电室，设置高压开关柜，柜内设置断路器、隔离开关、电压互感器，以及母线；所述低压配电室，包括进线柜、仪表柜、配出柜，以及低压补偿柜；所述变压器包括一个主变压器和多个次变压器；
本实施例需要具体说明的是，所述数据采集模块包括交流数据采集单元、直流数据采集单元和开关量采集单元；所述交流数据采集单元，具体是将电压、电流信号不经过变送器，直接接入数据采集模块；所述直流数据采集单元，具体是将外部信号，经变送器转换成适合数据采集模块处理的直流电压信号后，再接入数据采集模块；所述开关量采集单元，具体是在变电站内的断路器、变压器设备上，设置用于发射信号、监测设备运行状态的智能终端，采集断路器的状态、隔离开关状态、变压器分接头的位置、同期检测状态、继电保护动作信号，以及运行告警信号，通过光隔离电路输入至数据采集模块；
所述数据通信模块用于系统中所有模块之间进行数据交互；
本实施例需要具体说明的是，所述数据通信模块，包括近距离数据通信方式和远距离数据通信方式；所述近距离数据通信方式，具体针对短距离传输场景，采用并行数据通信方式进行传输；所述远距离数据通信方式，具体针对远距离传输场景，采用串行数据通信方式，通过无线信息通道进行传输；
所述数据库用于对系统中所有数据进行存储；
所述数据处理模块用于对变电站运行参数进行统计、分析与计算，得到变压器故障预测模型，计算并网点电压的健康指数P，对运行参数和设备的越限进行报警和记录，并将数据存储至数据库中。
本实施例需要具体说明的是，所述对变电站运行参数进行统计、分析与计算，具体采用人工智能分析手段，得到变压器故障预测模型，具体处理过程为：
A1、将采样间隔为每小时一次的电力负荷数据样本集x1，x2……xn，记作前一天的24组历史负荷数据；将前一天的24组历史负荷数据、对负荷影响最大的日特征相关因素作为输入样本；其中对负荷影响最大的日特征相关因素，包括前一天的最高温度、最低温度、平均温度、天气类型以及日期类型；
A2、根据不同变压器的运行信息状态划分为七种故障类型，包括高能放电D2、低能放电D1、局部放电PD、高温过热T3＞700℃、中温过热T2∈（300，700℃）、低温过热T1＜300℃，以及放电兼过热DT；将样本数据划分为训练集和测试集；
A3、使用K-means算法来完成对训练集输入数据的聚类并进行分析，在分析完成后可以得出与其对应的隶属度矩阵；其中K-means算法属于机器学习技术领域，属于现有技术，因此本实施例未做出具体说明；
A4、利用模糊神经网络算法来构建变压器故障预测模型，包括输入层、隐含层和输出层，具体分析过程如下：
A41、通过前向传递过程将数据输入网络；
A42、在隐含层与输出层分别与权值、阈值进行计算、从而实现非线性变换；其计算公式为：，其中h表示输出数据，g表示激活函数，W，b分别表示隐含层、输出层的权值和阈值，x表示输入数据，T表示第T个节点；
A43、将网络的输出与期望的输出进行比较，计算出网络的输出误差；其输出误差的计算公式为：，E表示输出误差，/>表示目标值，/>表示实际值，n表示输出层的节点数；
A44、再反向进行传递，进行神经网络权值、阈值的调整，重复以上过程，直到网络的输出误差达到可接受的范围或达到预定的训练轮数；其中神经网络权值、阈值的调整是根据链式法则计算得到的，属于现有技术手段，因此本实施例未做出具体说明；
A5、结合训练集，对测试集变压器的运行信息状态进行预测和验证，和故障类型进行匹配，将数据存储至数据库中；
本实施例需要具体说明的是，所述并网点电压的健康指数P，具体计算公式为：，其中Ps表示成功转供的负荷，F表示受影响的总负荷，γ在典型负荷运行工况下，系统节点电压在允许偏差范围内的节点数占比，ω表示系统节点电压总谐波畸变率在允许偏差范围内的节点数占比，△Ps表示有功损耗，Pε表示总负荷，Pg表示能源消纳容量。
本实施例需要具体说明的是，所述对运行参数和设备的越限进行报警和记录，具体是指设置故障录波器，对继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压进行记录，对线路、主变压器的电流、有功功率，以及母线电压，在事故前后一段时间内作连续测量记录，将其存储在数据库中；
所述故障预警模块用于根据用户用电量，结合变压器故障预测模型，以及并网点电压的健康指数P进行分析，得到电压控制指令和预警提醒，通过数据通信模块，发送电压控制指令至电气控制模块，将预警提醒传输至电路保护模块、终端显示模块；
本实施例需要具体说明的是，所述故障预警模块的具体分析过程为：
B1、理想状态下，将用户一段时间段内的用电量r结合并网点电压的健康指数P进行分类，得到分类结果，*P>H，H≥/>*P≥U，U>/>*P分别表示为高压、中压、低压；其中a表示电流，t表示用电时间，H、U分别表示为预先设定的高压阈值、中压阈值，可依据具体情况具体设定，本实施例不对具体数据做具体限定；所述理想状态，是指不负载、过载，电阻不变的情况；
B2、根据分类结果，将电压和用户进行匹配，通过数据通信模块将电压控制指令发送给电气控制模块；
B3、根据变压器故障预测模型，实时监测变电站的变压器，当预测变压器出现故障时，将预警提醒传输至电路保护模块、终端显示模块；
所述电气控制模块用于接收故障预警模块传输的数据，根据电压控制指令进行电压分配，将分配方案，通过数据通信模块传输至终端显示模块；
本实施例需要具体说明的是，所述电气控制模块的具体处理方式为：接收电压控制指令，根据指令对用户进行电压分配，根据用户分布位置和电压控制节点，形成分配方案，将其传输至终端显示模块；
所述电路保护模块用于接收故障预警模块传输的数据，根据预警提醒采取电路保护措施，并将此次事故进行连续测量记录，记作电路保护记录，将其传输至终端显示模块。
本实施例需要具体说明的是，所述电路保护措施是系统数据库中预存的电路保护措施，系统根据预警提醒，和预存的电路保护措施进行相似度计算匹配，筛选出相似度为90%以上的电路保护措施，进行逐一保护处理，确定故障原因，并将此次事故进行连续测量记录，记作电路保护记录；其中相似度的计算，具体采用余弦相似度的计算方法进行计算，属于现有技术手段，因此本实施例未做出具体说明；所述预存的电路保护措施，具体是数据处理模块通过人工智能技术训练分析得到的数据，针对一种故障匹配多个电路保护措施；
所述终端显示模块用于在显示屏CRT中显示分配方案，预警提醒和电路保护记录，工作人员可随时翻阅查询记录；
本实施例需要具体说明的是，所述终端显示模块在显示屏CRT中显示区域电路全局布局，实时显示具体分配方案，预警提醒和电路保护记录，针对过往分配方案，预警提醒和电路保护记录，可进行历史查询；其中区域电路全局布局，具体指监测区域内电路布局及用户分布情况；
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (8)
1.一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，其特征在于：包括：
数据采集模块包括交流数据采集单元、直流数据采集单元和开关量采集单元，采集变电站的交流数据、直流数据，以及开关量，将采集的数据，通过数据通信模块传输至数据处理模块；
数据通信模块：用于系统中所有模块之间进行数据交互；
数据库：用于对系统中所有数据进行存储；
数据处理模块：用于对变电站运行参数进行统计、分析与计算，得到变压器故障预测模型，计算并网点电压的健康指数P，对运行参数和设备的越限进行报警和记录，并将数据存储至数据库中；
故障预警模块：用于根据用户用电量，结合变压器故障预测模型，以及并网点电压的健康指数P进行分析，得到电压控制指令和预警提醒，通过数据通信模块，发送电压控制指令至电气控制模块，将预警提醒传输至电路保护模块、终端显示模块；
电气控制模块：用于接收故障预警模块传输的数据，根据电压控制指令进行电压分配，将分配方案，通过数据通信模块传输至终端显示模块；
电路保护模块：用于接收故障预警模块传输的数据，根据预警提醒采取电路保护措施，并将此次事故进行连续测量记录，记作电路保护记录，将其传输至终端显示模块；
终端显示模块：用于在显示屏CRT中显示分配方案，预警提醒和电路保护记录，工作人员可随时翻阅查询记录。
2.根据权利要求1所述的一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，其特征在于：所述数据采集模块包括交流数据采集单元、直流数据采集单元和开关量采集单元；所述交流数据采集单元，具体是将电压、电流信号不经过变送器，直接接入数据采集模块；所述直流数据采集单元，具体是将外部信号，经变送器转换成适合数据采集模块处理的直流电压信号后，再接入数据采集模块；所述开关量采集单元，具体是在变电站内的断路器、变压器设备上，设置用于发射信号、监测设备运行状态的智能终端，采集断路器的状态、隔离开关状态、变压器分接头的位置、同期检测状态、继电保护动作信号，以及运行告警信号，通过光隔离电路输入至数据采集模块。
3.根据权利要求1所述的一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，其特征在于：所述数据通信模块，包括近距离数据通信方式和远距离数据通信方式；所述近距离数据通信方式，具体针对短距离传输场景，采用并行数据通信方式进行传输；所述远距离数据通信方式，具体针对远距离传输场景，采用串行数据通信方式，通过无线信息通道进行传输。
4.根据权利要求1所述的一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，其特征在于：所述对变电站运行参数进行统计、分析与计算，具体采用人工智能分析手段，得到变压器故障预测模型，具体处理过程为：
A1、将采样间隔为每小时一次的电力负荷数据样本集x1，x2……xn，记作前一天的24组历史负荷数据；将前一天的24组历史负荷数据、对负荷影响最大的日特征相关因素作为输入样本；其中对负荷影响最大的日特征相关因素，包括前一天的最高温度、最低温度、平均温度、天气类型以及日期类型；
A2、根据不同变压器的运行信息状态划分为七种故障类型，包括高能放电D2、低能放电D1、局部放电PD、高温过热T3＞700℃、中温过热T2∈（300，700℃）、低温过热T1＜300℃，以及放电兼过热DT；将样本数据划分为训练集和测试集；
A3、使用K-means算法来完成对训练集输入数据的聚类并进行分析，在分析完成后可以得出与其对应的隶属度矩阵；
A4、利用模糊神经网络算法来构建变压器故障预测模型，包括输入层、隐含层和输出层；
A5、结合训练集，对测试集变压器的运行信息状态进行预测和验证，和故障类型进行匹配，将数据存储至数据库中。
5.根据权利要求4所述的一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，其特征在于：所述利用模糊神经网络算法来构建变压器故障预测模型，具体分析过程如下：
A41、通过前向传递过程将数据输入网络；
A42、在隐含层与输出层分别与权值、阈值进行计算、从而实现非线性变换；其计算公式为： ，其中h表示输出数据，g表示激活函数，W，b分别表示隐含层、输出层的权值和阈值，x表示输入数据，T表示第T个节点；
A43、将网络的输出与期望的输出进行比较，计算出网络的输出误差；其输出误差的计算公式为：，E表示输出误差，/>表示目标值，/>表示实际值，n表示输出层的节点数；
A44、再反向进行传递，进行神经网络权值、阈值的调整，重复以上过程，直到网络的输出误差达到可接受的范围或达到预定的训练轮数。
6.根据权利要求1所述的一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，其特征在于：所述并网点电压的健康指数P，具体计算公式为：
，其中Ps表示成功转供的负荷，F表示受影响的总负荷，γ在典型负荷运行工况下，系统节点电压在允许偏差范围内的节点数占比，ω表示系统节点电压总谐波畸变率在允许偏差范围内的节点数占比，△Ps表示有功损耗，Pε表示总负荷，Pg表示能源消纳容量。
7.根据权利要求1所述的一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，其特征在于：所述故障预警模块的具体分析过程为：
B1、理想状态下，将用户一段时间段内的用电量r结合并网点电压的健康指数P进行分类，得到分类结果，*P>H，H≥/>*P≥U，U>/>*P分别表示为高压、中压、低压；其中a表示电流，t表示用电时间，H、U分别表示为预先设定的高压阈值、中压阈值；
B2、根据分类结果，将电压和用户进行匹配，通过数据通信模块将电压控制指令发送给电气控制模块；
B3、根据变压器故障预测模型，实时监测变电站的变压器，当预测变压器出现故障时，将预警提醒传输至电路保护模块、终端显示模块。
8.根据权利要求1所述的一种用于光伏变电站的高低压控制监测系统，其特征在于：所述电路保护措施是系统数据库中预存的电路保护措施，系统根据预警提醒，和预存的电路保护措施进行相似度计算匹配，筛选出相似度为90%以上的电路保护措施，进行逐一保护处理，确定故障原因，并将此次事故进行连续测量记录，记作电路保护记录。
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2023
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