CN205620501U - 一种配电网故障预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种配电网故障预警系统，包括：监控服务器、通信网络、监控终端；监控终端包括：电网电压检测电路、电网电流检测电路、视频采集装置、定位装置、气象数据采集装置以及监控终端处理器；监控终端用于获取配电线路、变压器、电容器、电抗器数据，获取节点‑支路关联表、母线节点关联表、节点、支路关联矩阵，读取配电线路开关状态、支路状态信息，计算每个节点有功负荷功率以及其无功负荷功率，并通过通信网络将获取的信息上传至监控主站；监控服务器接收远程监控终端通过通信网络发送的数据信息，并对配电网的数据信息实时显示、存储，当配电网的数据信息超出预设的阈值时，发出故障报警，并将故障区段隔离。

Description

一种配电网故障预警系统

技术领域

本实用新型涉及配电领域，尤其涉及一种配电网故障预警系统。

背景技术

配电网处于电力系统的末端，具有地域分布广、电网规模大、设备种类多、网络连接多样、运行方式多变等鲜明特点。随着城镇化建设和用电需求的增长，配电网一直在不断地改造和扩建，其规模也不断扩大，国网公司系统内大多数县级以上配电网的规模都已达到百条馈线以上，一些中、大型城市的中压馈线已达到或超过千条。

这样在国民经济发展的促进下，出现了拉闸限电现象；负荷的构成比例发生变化，居民、商业用电明显增加，使有些线路和变压器负荷加大，甚至因超负荷而造成局部停电；因电力系统自身的缺陷造成的局部故障扩大，出现大面积长时间停电事故的现象；由于无功电源配置和调节手段不适应负荷发展，电网电压水平不能满足电能质量要求，造成电气设备损坏甚至出现电压崩溃造成的停电事故；在配电网的运行中存在网损过高的问题等等。如今如何提高电力系统可靠性，对配电网运行状态进行实时监控，保证电气设备稳定运行是当下需要研究发展的方向。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型的目的在于，提供一种配电网故障预警系统，包括：监控服务器、通信网络、监控终端；

监控终端用于获取配电线路、变压器、开关断路器、隔离开关、电容器、电抗器数据，获取节点-支路关联表、母线节点关联表、节点、支路关联矩阵，读取配电线路开关状态、支路状态信息，计算每个节点有功负荷功率以及其无功负荷功率，并通过通信网络将获取的信息上传至监控主站；

监控终端包括：电网电压检测电路、电网电流检测电路、视频采集装置、定位装置、气象数据采集装置以及监控终端处理器；所述监控终端处理器包括监控箱以及位于所述监控箱内部的信号调理电路、模数转换电路、数据采集器、供电电源接口、无线通信电路和声光报警器；所述电网电压检测电路 和所述电网电流检测电路均连接到所述信号调理电路的输入端，所述信号调理电路的输出端通过所述模数转换电路连接到所述数据采集器的输入端；所述数据采集器还分别与所述定位装置、所述气象数据采集装置、所述供电电源接口、所述无线通信电路和所述声光报警器电连接；

监控服务器用于接收远程监控终端通过通信网络发送的数据信息，并对配电网的数据信息实时显示、存储，当配电网的数据信息超出预设的阈值时，发出故障报警，并将故障区段隔离。

优选地，监控服务器还用于获取每个节点注入的有功负荷功率以及其无功负荷功率，构建潮流模型判断配电网工作状态；当配电网失稳时，监控服务器分析配电网中故障节点，分析故障节点元件出现故障后对电网的影响，并计算故障节点元件出现故障后对电网负荷的损失率。

优选地，所述通信网络采用GSM、WCDMA、CDMA或GPRS网络；

所述监控服务器包括：校时命令模块、时间设定模块；

所述校时命令模块用于按照预设的时间向监控终端处理器自动发送校时命令，让现场的每个监控终端处理器的时间保持一致；监控服务器采用定时召唤的应答方式对监控终端进行实时传输；

所述时间设定模块用于设定、修改传输设定时间。

优选地，所述监控服务器包括：数据存储模块；

数据存储模块用于储存数据，按照不同的节点编号建立数据库，按照一定的时间间隔存储模拟量和状态量。

优选地，电网电压检测电路为电网电压零点检测电路；电网电流检测电路为电流互感器；所述视频采集装置为高清摄像头；所述定位装置为GPS定位器或北斗卫星定位器；

所述气象数据采集装置包括风速采集传感器、风向采集传感器、温度采集传感器、湿度采集传感器、大气压力采集传感器、太阳辐射采集传感器、雨量采集传感器和能见度采集传感器中的一种或几种。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本方法基于潮流追踪的电网故障预防控制策略，根据潮流追踪结果调整负荷，改善系统潮流分布，防止配电网事故发生。保证计算收敛，避免了潮流计算中需要进行水平校正和垂直校正的试探。

而且本方法考虑到配电网络的复杂性，对网络拓扑结构进行多重分析， 缩小数据查找的范围，加快了系统的运行时间，保证配电网故障的查找，提高配电网的预警能力。

全面对监测点的电网情况进行全面监控，获得多种监测数据；在保证配电系统正常工作减少了工作人员的工作量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为配电网故障预警系统的示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将运用具体的实施例及附图，对本发明保护的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，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它实施例，都属于本专利保护的范围。

本实施例中，配电网故障预警方法，包括：

步骤一：获取配电线路、变压器、开关断路器、隔离开关、电容器、电抗器数据，形成节点-支路关联表，对节点-支路关联表进行初始化；

步骤二：读取配电线路开关状态、支路状态信息，由节点-支路组合形成母线，并把每个母线包含的节点号放到母线节点关联表，把每个母线的在的起始节点和终止节点记录在母线节点关联表中；

步骤三：根据投退状态，将母线节点关联表和节点支路关联表组合形成网络连接关系的节点、支路关联矩阵；

完成以上步骤以后得到配网的基本拓扑信息，并且保存到数据库中，作为以后拓扑分析的基础。

步骤四：读取每个节点注入的有功负荷功率以及其无功负荷功率，构建下式所示的潮流模型，初始化迭代过程中的有关参数，然后设置根节点电压，迭代次数k＝0；

$P_{Li}=R_i\frac{{(\underset{(i+1)\∈C_{i+1}}{\mathrm{\Σ}}{P}_{i+1}^{(k+1)}+P_{Di+1})}^2+{(\underset{j\∈C_i}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{i+1}^{(k+1)}+Q_{Di+1})}^2}{V_{i,t}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{j,t}(G_{ij}{\mathrm{cos\θ}}_{ij,t}+B_{ij}{\mathrm{sin\θ}}_{ij,t})}---\left(1\right)$

$Q_{Li}=R_i\frac{{(\underset{(i+1)\∈C_{i+1}}{\mathrm{\Σ}}{P}_{i+1}^{(k+1)}+P_{Di+1})}^2+{(\underset{j\∈C_i}{\mathrm{\Σ}}{Q}_{i+1}^{(k+1)}+Q_{Di+1})}^2}{V_{i,t}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{V}_{j,t}(G_{ij}{\mathrm{sin\θ}}_{ij,t}-B_{ij}{\mathrm{cos\θ}}_{ij,t})}---\left(2\right)$

P_Ri.t表示第i个节点在第t个时段的有功注入功率；P_Li.t表示第i个节点在第t个时段的有功消耗功率；Q_Ri.t表示第i个节点在第t个时段的无功注入功率；Q_Li.t表示电力系统的第i个节点在第t个时段的无功消耗功率；V_i.t表示第i个节点在第t个时段的电压幅值；V_j,t表示电力系统的第j个节点在第t个时段的电压幅值；G_ij表示的第i个节点和第j个节点之间的线路的电导，B_ij表示第i个节点和第j个节点之间的线路的电导；θ_ij,t表示第i个节点和第j个节点在第t个时段的电压相角差；

步骤五：从整个配电网结构的末端节点往前一节点计算各支路对配电网的潮流功率分布：

为节点注入的有功功率；

为节点注入的无功功率；

P_Gi表示发电机初始有功功率向量，P_Li ⁰、Q_Li ⁰分别表示节点i上的负荷初始有功功率和无功功率，P_Gi ^S、P_Li ^S、Q_LiS；分别表示节点i上的发电机和负荷的功率增长方向，γ_i是节点i上的发电机网损分配因子；

步骤六：从网络的根节点出发，由根节点向末端节点，利用下述公式计算配电网的电压分布：

$V_{i+1}^{(k+1)}=(V_i^{(k+1)}-\frac{P_i^{(k+1)}{R}_i+Q_i^{(k+1)}{X}_i}{V_i^{(k+1)}})-j\frac{P_i^{(k+1)}{X}_i-Q_i^{(k+1)}{R}_i}{V_i^{(k+1)}}---\left(5\right)$

步骤七：判断相邻两次迭代电压差幅值的最大值max|△V|是否小于给定的收敛数值；如果满足收敛条件，则停止计算；反之则配电网失稳。

收敛数值根据配电网的实际运行指标，现场实际情况，具体设定，这里 不做限定。

步骤三包括：

根据各种电气设备的连接情况初始化开关，并确定开关的所属类型，所属类型包括属于总母线开关或属于连接支路的开关；

获取节点-支路的关联数据，初始化节点-支路关联表；

把节点-开关生成关联表和节点-支路关联表按首字节进行排序；

对全网拓扑分析，初始化母线-节点关联表和节点-开关关联表；

获取全网开关变位信息获取变位开关的类型，根据开关变位情况进行拓扑分析。

由于以上过程要进行全网的拓扑分析，而且在拓扑的过程中会进行记录的排序操作，所以这个过程可能会持续一定的时间，但是以后的拓扑分析就可以基于本次全网拓扑分析的数据，跟踪开关的变位情况，进行局部的拓扑分析，在基础的网络结构上进行修改，这样就极大的加快程序的运行速度。

本实施例中，当不满足收敛条件，配电网失稳时，通过下述公式分析配电网中故障节点

$C_{i,j}=\mathrm{\α}\underset{n=1}{\overset{k}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_{ijn}{y}_{ijn}{P}_{Ri.t}+\mathrm{\β}\underset{n=k+1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\ω}}_{ijn}{y}_{ijn}{Q}_{Ri.t}---\left(6\right)$

式中:y_ijn为影响因素；ω_ijn为影响因素的权重因子；α和β为权重系数，α和β介于0至1之间。

根据各个节点的故障概率可以得到配电网中，发生故障的元件，起到给故障排除和故障处理提供有效的帮助。

而且在公式六中，运用各个节点的有功注入功率，无功注入功率可以充分体现配电网中各个节点的故障概率。

本实施例中，通过公式(7)得到分析故障节点元件出现故障后对电网的影响；

$T_i=\mathrm{\α}\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{\left(\frac{E_{ij}}{P_{Ri.t}}\right)}^2+\mathrm{\β}\underset{j=1}{\overset{N}{\Σ}}{X}_j{\left(\frac{E_{ij}}{Q_{Ri.t}}\right)}^2---\left(7\right)$

式中：E_ij为节点元件i故障后引起节点元件j的功率变化；X_j为节点元件j的电抗值；N为节点元件数，α为元件节点元件j过负荷权重，β为节点元件 j电压越限权重；

由式(7)可知，T越大，表明该元件故障对电网运行的影响程度越大，随着电网受到扰动后运行状态变化，循环计算各元件的风险并由大至小排序，对能引起电网风险传播较大的元件进行预防与控制，而对不能引起风险传播的元件不考虑。

本实施例中，故障节点元件出现故障后对电网负荷的损失率为：

$S=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{T}_i\·r_q^i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{T}_j\·r^j}---\left(8\right)$

r_q ⁱ为第i个被切除节点的等级因子；r^j为系统第j个节点的等级因子。

本发明还提供一种配电网故障预警系统，如图1所示，包括：监控服务器1、通信网络、监控终端2；

监控终端2用于获取配电线路、变压器、开关断路器、隔离开关、电容器、电抗器数据，获取节点-支路关联表、母线节点关联表、节点、支路关联矩阵，读取配电线路开关状态、支路状态信息，计算每个节点有功负荷功率以及其无功负荷功率，并通过通信网络将获取的信息上传至监控主站；

监控终端2包括：电网电压检测电路、电网电流检测电路、视频采集装置、定位装置、气象数据采集装置以及监控终端处理器；所述监控终端处理器包括监控箱以及位于所述监控箱内部的信号调理电路、模数转换电路、数据采集器、供电电源接口、无线通信电路和声光报警器；所述电网电压检测电路和所述电网电流检测电路均连接到所述信号调理电路的输入端，所述信号调理电路的输出端通过所述模数转换电路连接到所述数据采集器的输入端；所述数据采集器还分别与所述定位装置、所述气象数据采集装置、所述供电电源接口、所述无线通信电路和所述声光报警器电连接；

监控服务器1用于接收远程监控终端通过通信网络发送的数据信息，并对配电网的数据信息实时显示、存储，当配电网的数据信息超出预设的阈值时，发出故障报警，并将故障区段隔离。

本实施例中，监控服务器1还用于获取每个节点注入的有功负荷功率以及其无功负荷功率，构建潮流模型判断配电网工作状态；当配电网失稳时，监控服务器分析配电网中故障节点，分析故障节点元件出现故障后对电网的 影响，并计算故障节点元件出现故障后对电网负荷的损失率。

本实施例中，通信网络采用GSM、WCDMA、CDMA或GPRS网络；

监控服务器1包括：校时命令模块、时间设定模块；校时命令模块用于按照预设的时间向监控终端处理器自动发送校时命令，让现场的每个监控终端处理器的时间保持一致；监控服务器采用定时召唤的应答方式对监控终端进行实时传输；时间设定模块用于设定、修改传输设定时间。

本实施例中，所述监控服务器1包括：数据存储模块；数据存储模块用于储存数据，按照不同的节点编号建立数据库，按照一定的时间间隔存储模拟量和状态量。

本实施例中，电网电压检测电路为电网电压零点检测电路；电网电流检测电路为电流互感器；所述视频采集装置为高清摄像头；所述定位装置为GPS定位器或北斗卫星定位器；

所述气象数据采集装置包括风速采集传感器、风向采集传感器、温度采集传感器、湿度采集传感器、大气压力采集传感器、太阳辐射采集传感器、雨量采集传感器和能见度采集传感器中的一种或几种。

系统采用GPRS网络和Internet网络相结合的方式实现基于TCP协议的可靠的数据传输，该方案具有很强的可靠性、实时性。

监控服务器1中包含了对GPRS的二次开发程序实现了通过Internet网络的GPRS无线数据传输。监控服务器1采用基于MFC的程序设计，由通信组态、绘图、事件记录管理和数据库管理系统等组成，实现了除接收测量的电压、电流等电网参数并对其实时显示、存储和管理以外，遇到电网故障时具有故障自动判断，故障报警、故障区段隔离以及故障后网络重构的综合电网管理功能。

监控服务器1与监控终端2的通信方式采用一主多从、循环查询的方式。

监控服务器1需要处理的数据非常多，整个数据的接收和发送都是定时召唤的应答通信方式，应答方式是主站向某个从站发出命令，然后等待从站的应答；从站接到主站命令后，执行命令，并将执行结果返回给主站作为应答，然后等待下一个命令，数据命令主要包括校时命令、遥信数据、保护/告 警定值及时限数据报文。对每种数据信息都需要单独考虑，这样可以节省数据通信流量，使整个系统达到最好的运行效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参考即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种配电网故障预警系统，其特征在于，包括：监控服务器、通信网络、监控终端；

监控终端包括：电网电压检测电路、电网电流检测电路、视频采集装置、定位装置、气象数据采集装置以及监控终端处理器；所述监控终端处理器包括监控箱以及位于所述监控箱内部的信号调理电路、模数转换电路、数据采集器、供电电源接口、无线通信电路和声光报警器；所述电网电压检测电路和所述电网电流检测电路均连接到所述信号调理电路的输入端，所述信号调理电路的输出端通过所述模数转换电路连接到所述数据采集器的输入端；所述数据采集器还分别与所述定位装置、所述气象数据采集装置、所述供电电源接口、所述无线通信电路和所述声光报警器电连接；

监控终端用于获取配电线路、变压器、开关断路器、隔离开关、电容器、电抗器数据，获取节点-支路关联表、母线节点关联表、节点、支路关联矩阵，读取配电线路开关状态、支路状态信息，计算每个节点有功负荷功率以及其无功负荷功率，并通过通信网络将获取的信息上传至监控主站；

监控服务器用于接收远程监控终端通过通信网络发送的数据信息，并对配电网的数据信息实时显示、存储，当配电网的数据信息超出预设的阈值时，发出故障报警，并将故障区段隔离。

2.根据权利要求1所述的配电网故障预警系统，其特征在于，

监控服务器还用于获取每个节点注入的有功负荷功率以及其无功负荷功率，构建潮流模型判断配电网工作状态；当配电网失稳时，监控服务器分析配电网中故障节点，分析故障节点元件出现故障后对电网的影响，并计算故障节点元件出现故障后对电网负荷的损失率。

3.根据权利要求1所述的配电网故障预警系统，其特征在于，

所述通信网络采用GSM、WCDMA、CDMA或GPRS网络；

所述监控服务器包括：校时命令模块、时间设定模块；

所述校时命令模块用于按照预设的时间向监控终端处理器自动发送校时命令，让现场的每个监控终端处理器的时间保持一致；监控服务器采用定时召唤的应答方式对监控终端进行实时传输；

所述时间设定模块用于设定、修改传输设定时间。

4.根据权利要求1所述的配电网故障预警系统，其特征在于，

所述监控服务器包括：数据存储模块；

数据存储模块用于储存数据，按照不同的节点编号建立数据库，按照一定的时间间隔存储模拟量和状态量。

5.根据权利要求1所述的配电网故障预警系统，其特征在于，

电网电压检测电路为电网电压零点检测电路；电网电流检测电路为电流互感器；所述视频采集装置为高清摄像头；所述定位装置为GPS定位器或北斗卫星定位器；

所述气象数据采集装置包括风速采集传感器、风向采集传感器、温度采集传感器、湿度采集传感器、大气压力采集传感器、太阳辐射采集传感器、雨量采集传感器和能见度采集传感器中的一种或几种。