CN207801477U - 一种配电网合环调电控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种配电网合环调电控制系统，包括智能决策后台、传输装置和设置于开环点处的检测控制装置；所述检测控制装置包括：测量互感器、现场可编程门阵列、驱动电路、跳合闸继电器和防振荡装置；所述测量互感器设置于合环测量点处；所述现场可编程门阵列与所述智能决策后台通过所述传输装置连接；所述现场可编程门阵列与所述跳合闸继电器通过所述驱动电路连接；所述防振荡装置与所述驱动电路连接。本申请提供的配电网合环调电控制系统，无需停电调电，能提高配电网供电可靠性，保证短时合环时电网的安全稳定运行。

Description

一种配电网合环调电控制系统

技术领域

本申请涉及电力系统技术领域，特别涉及一种配电网合环调电控制系统。

背景技术

电力系统中有多个电压等级，各电压等级通过电力变压器的电磁耦合关联，形成多电压等级的复杂电力网络，网络中各电厂、变电站间通过复杂的电网结构有电气量的联系。因此，高低压电磁环网是电力系统中的一种常见结构，通常电磁环网都在低压侧某一点断开，采用开环运行方式以保障电力系统随机发生故障时的电网安全稳定。如果采用合环运行，一旦高压侧发生故障跳闸，潮流转移至低压侧，将造成变压器、输电线等设备过载，甚至造成电网稳定破坏，大面积停电事故。

配电网的合环调电一直是困扰电力系统电网运行的技术难题。有较强技术支持的供电单位中，只有不足20％的电磁环网调电采用合环调电，超过80％还是采用停电调电，而技术支持较弱的供电单位，基本都采用停电调电。有较强技术支持供电单位中，采用合环调电的方法如下：第一，采用电网离线仿真计算分析，判别某一特定结构下的电磁环网，在某一特定电压、潮流和负荷水平等条件下的合环是否满足条件(电压差和相角差)。然而，配电网网络结构变化较快，运行工况也时刻变化，很难达到仿真计算的边界条件，因此，采用这种方式指定电磁环网合环是非常难以实现的；第二，在调度自动化系统中采用在线仿真计算方式来支撑合环，这需要配网自动化系统中，远动信息采集完整，且电网网架结构维护到位，而这些要求在配电网中是基本是不现实的，一方面网架变化太快，另一方面配网信息采集率极低，不足以支撑在线仿真的条件；第三，就地采用备用电源自投装置切换。这种方式先不说切换的成功率，它需要断开供电开关，让母线及所供负荷瞬间停电，装置监测到母线失压，动作合上备用电源开关。这种方式虽然用户停电时间很短，但停电次数会有增加，仍然无法为用户连续可靠地供电。如果备用开关不在同一变电站内，此调电方式并不适用；第四，根据初步估算，凭运行经验强制合环调电，在短时合环期间，仍存在高压侧故障的风险，这是无法回避的电网风险。

因此，在配电网合环调电时，如何保证配电网安全稳定运行，以及向用户连续可靠地供电，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

为克服现有技术中存在的问题，本申请提供一种配电网合环调电控制系统。

根据本申请实施例，提供一种配电网合环调电控制系统，包括智能决策后台、传输装置和设置于开环点处的检测控制装置；所述检测控制装置包括：测量互感器、现场可编程门阵列、驱动电路、跳合闸继电器和防振荡装置；

所述测量互感器设置于合环测量点处；

所述现场可编程门阵列与所述智能决策后台通过所述传输装置连接；

所述现场可编程门阵列与所述跳合闸继电器通过所述驱动电路连接；

所述防振荡装置与所述驱动电路连接。

进一步地，所述驱动电路包括：跳合闸继电器驱动子电路和防振荡装置驱动子电路。

进一步地，所述跳合闸继电器驱动子电路至少包括：用于驱动所述跳合闸继电器的第一驱动芯片，以及与所述跳合闸继电器相连接的外设。

进一步地，所述防振荡装置驱动子电路至少包括：依次连接的第二驱动芯片、第一放大电路以及第二放大电路。

可选地，所述传输装置采用通用异步收发传输器。

可选地，所述传输装置采用光纤通信方式。

可选地，所述传输装置采用GPRS通信方式。

可选地，所述检测控制装置还包括摄像头和图像采集器；所述摄像头与所述图像采集器连接；所述图像采集器与所述现场可编程门阵列连接。

可选地，所述智能决策后台包括显示屏。

可选地，所述现场可编程门阵列连接有电源。

由以上技术方案可知，本申请提供的配电网合环调电控制系统，当需要进行合环操作时，由测量互感器实时获取电网开环点两侧的电压差和相角差，由智能决策后台判断是否满足合环条件，如果不满足合环条件，智能决策后台向远传主站系统发送运行条件调整指令，以使配电网满足合环条件；如果满足合环条件，智能决策后台发送合环指令，执行合环操作。当合环后，进一步判断配电网是否过载，若过载则智能决策后台发送开环指令，同时，智能决策后台进行振荡判别，判断配电网是否启动防振荡装置以及是否保持合环状态。本申请能准确判断配电网当前运行状态是否满足合环条件，给出能否正常合环的辅助决策意见，并能给出系统调整意见，使电网满足合环条件，从而避免因调电对用户停电造成的影响，提高配电网供电可靠性指标，并能保证短时合环期间电网的安全稳定运行。

附图说明

图1为本申请实施例示出的一种配电网合环调电控制系统的结构框图；

图2为本申请实施例示出的配电网的电磁环网架构示意图；

图3为本申请实施例示出的驱动电路的电路图；

图4为本申请实施例示出的配电网三相输电线路的参数模型图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1为本申请实施例示出的一种配电网合环调电控制系统的结构框图，包括智能决策后台20、传输装置30和设置于开环点处(即图1中的合环测量点)的检测控制装置10；所述检测控制装置10包括：测量互感器101、现场可编程门阵列102(Field-ProgrammableGate Array，FPGA)、驱动电路103、跳合闸继电器104和防振荡装置105。

其中，测量互感器101设置于合环测量点处；现场可编程门阵列102与智能决策后台20通过传输装置30连接；现场可编程门阵列102与跳合闸继电器104通过驱动电路103连接；防振荡装置105与驱动电路103连接。可选地，现场可编程门阵列102连接有电源。

如图2所示，为本申请实施例示出的配电网的电磁环网架构示意图，图中有3个电压等级构成的三个电磁环网：第一，220kV变电站1、220kV变电站2和110kV变电站3构成了一个220/110kV的电磁环网；第二，220kV变电站1、220kV变电站2、110kV变电站1、110kV变电站2、10kV变电站1和10kV变电站2构成了一个220/10kV的电磁环网；第三，特殊情况下，220kV变电站1、220kV变电站2、110kV变电站1、110kV变电站2、110kV变电站3、10kV变电站1和10kV变电站2构成了一个110/10kV的电磁环网。

通常，考虑到电网安全以及短路容量等因素，电磁环网均会开环运行，只有在合环调电时才短时合环运行。以图2为例，对于220/110kV的电磁环网，通常在110kV变电站3的121或122某一开关断开为开环点，因此在121和122处设置检测控制装置#1；220/10kV的电磁环网会在10kV变电站1的021或022某一开关断开为开环点，或者10kV变电站2的031或032某一开关断开为开环点，因此，在021和022处设置检测控制装置#2，在031和032处设置检测控制装置#3。

测量互感器101用于采集配电网开环点两侧的监测数据，所述开环点两侧的监测数据包括开环点两侧的电压差和相角差。测量互感器101可包括电流互感器和电压互感器。

传输装置30用于将所述开环点两侧的监测数据发送至智能决策后台20，智能决策后台20用于进行合环条件判别。

检测控制装置10和智能决策后台20通过传输装置30进行通信，通信方式可为无线通信和/或有线通信，传输装置30可采用UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)。其中，无线通信可采用WIFI和/或GPRS通信，有线通信可采用光纤通信，具体可根据实际需要进行选择。

智能决策后台20用于进行合环条件判别时，如果不满足合环条件，智能决策后台20用于向远传主站系统发送运行条件调整指令，以使配电网满足合环条件。智能决策后台20是通过传输装置30向远传主站系统发送运行条件调整指令，远传主站系统根据接收到的运行条件调整指令，有针对性地调整配电网的运行条件，使配电网满足合环条件。

如果满足合环条件，智能决策后台20用于向现场可编程门阵列102发送合环指令，同样地，智能决策后台20通过传输装置30向现场可编程门阵列102发送合环指令，检测控制装置10和智能决策后台20之间，凡涉及参数、数据和指令的传输，均通过传输装置30完成，下述不再赘述。

现场可编程门阵列102用于根据所述合环指令，控制驱动电路103使跳合闸继电器104合闸，执行合环操作。

智能决策后台20还用于判断合环后的配电网是否过载，如果合环后的配电网未过载，配电网保持合环状态；如果合环后的配电网过载，向现场可编程门阵列102发送开环指令。

现场可编程门阵列102用于根据所述开环指令，控制驱动电路103使跳合闸继电器104跳闸，执行开环操作。配电网合环期间，可能发生高压侧故障跳闸，进而引起设备和配电网过载，此时执行开环操作，可以保证配电网安全稳定运行。

同时，智能决策后台20还用于进行振荡判别，判断配电网是否启动防振荡装置105以及是否保持合环状态。在配电网合环期间，可能由于电力系统过阻尼等原因引起配电网功率振荡，此时，由智能决策后台20进行振荡判别，相应启动防振荡装置105或进行开环操作，可以避免配电网合环时受振荡影响，进而保证配电网安全稳定运行。

在正常开环点各自部署检测控制装置10，通过检测控制装置10采集开环点两侧的电压差和相角差，通过传输装置30远传至智能决策后台20，根据预定判别策略，对合环条件进行智能判别，给出能否正常合环的辅助决策意见，如果不满足合环条件，则给出系统调整的建议，以降低合环点两侧的电压差和相角差，使电网满足合环条件。在合环期间如果发生高压侧故障跳闸，引起设备和配电网过载，则执行开环操作；在合环期间，可能发生功率振荡，智能决策后台应进行振荡判别，根据预定判别策略判断是否启动防振荡装置105或是否执行开环操作，从而避免因调电对用户停电造成的影响，提高配电网供电可靠性指标，并能保证短时合环期间电网的安全稳定运行。

如图3所示，为配电网合环调电控制系统中，检测控制装置10的驱动电路103的电路结构图，驱动电路103包括：跳合闸继电器驱动子电路1031和防振荡装置驱动子电路1032。从左端开始：L是电源火线，N是电源零线，是驱动电路的电源；YM101是电阻，防止击穿短路；U102和U103是将交流电转化为直流电，以提供直流电源；CD101和CD102是1000μF的电容，用于电路调节；外设部分是连接跳合闸继电器，U104是第一驱动芯片LM2576，用于驱动跳合闸继电器的合闸和跳闸，进而实现配电网的合环和开环；U105是第二驱动芯片LM2576，第二驱动芯片LM2576、第一放大电路V101 8550以及第二放大电路K101JZC-32FA共同驱动防振荡装置105，实现防振荡装置105的启停。

进一步地，智能决策后台20还用于，判断所述开环点两侧的电压差和相角差是否越限；如果所述开环点两侧的电压差和相角差中至少一项越限，不允许执行合环操作并向远传主站系统发送第一运行条件调整指令，所述第一运行条件调整指令包括电压差调整指令和/或相角差调整指令。远传主站系统根据第一运行条件调整指令，调整配电网的运行状态，使得电压差和/或相角差满足合环条件。

如果所述开环点两侧的电压差和相角差均未越限，判断配电网是否过载(即主要判断配电网电流是否越限)；如果配电网过载，向所述远传主站系统发送第二运行条件调整指令，远传主站系统根据第二运行条件调整指令，调整配电网的运行状态，以满足合环条件；如果配电网未过载，向现场可编程门阵列102发送合环指令，执行合环操作。

进一步地，测量互感器101，还用于获取合环前的配电网运行参数，所述配电网运行参数包括：配电网输电线路首端的三相电压和三相电流，以及配电网线路末端的三相电压和三相电流；传输装置30，还用于将所述合环前的配电网运行参数发送至,智能决策后台20；智能决策后台20，还用于根据所述合环前的配电网运行参数，计算配电网合环前在最大运行方式下的潮流参数，所述潮流参数包括：配电网输电线路的自阻抗、互阻抗、自导纳和互导纳。

图4为配电网三相输电线路的参数模型图，图中，R₀、L₀、C₀、G₀分别为三相输电线每相单位长度的自电阻、自电感、对地电容、对地电导；C、G、M₀分别为任意两相之间的互电容、互电导、互电感。三相配电网线路中，互电容、互电导和互电感相等。三相输电线路在x处的电压(u_a、u_b和u_C)、电流(i_a、i_b和i_C)与线路参数的关系式如下：

将式(1)写成相量的形式如式(2)：

所述潮流参数：自阻抗Z₀＝R₀+jωL₀、互阻抗Z_M＝jωM₀、自导纳Y₀＝G₀+jωC₀、互导纳Y_M＝G+jωC，求解式(2)得：

式中:分别为线路首端，即在x＝0点处的三相电压和三相电流。

线路末端，即在x＝l(l为输电线路的长度)处的三相电压和三相电流分别为：

由式(4)得：

令由式(5)得：

由式(6)和式(7)得所述潮流参数如式(8)所示：

只要利用测量互感器101同步测量配电网输电线路首尾两端的三相电压和三相电流以及即可根据式(8)计算出配电网在最大运行方式下的潮流参数Z₀、Z_m、Y₀和Y_m。

进一步地，测量互感器101还用于获取合环后的配电网运行参数，所述配电网运行参数包括：配电网输电线路首端的三相电压和三相电流，以及配电网线路末端的三相电压和三相电流；传输装置30还用于将所述合环后的配电网运行参数发送至智能决策后台20；

智能决策后台20还用于根据所述合环后的配电网运行参数，计算配电网合环后在最大运行方式下的所述潮流参数，参照前述公式(8)计算配电网合环后在最大运行方式下的所述潮流参数；

然后，由智能决策后台20对比合环前后的潮流参数，进行合环后配电网的振荡判别；

如果所述合环前后的潮流参数中，四个参数的变化率均小于35％，配电网保持合环状态；

如果所述合环前后的潮流参数中，至少一个参数的变化率大于45％，智能决策后台20还用于向现场可编程门阵列102发送开环指令，执行开环动作，以确保配电网的安全稳定运行；

如果所述合环前后的潮流参数中，至少一个参数的变化率位于35％到45％之间，配电网保持合环状态，智能决策后台20还用于向现场可编程门阵列102发送防振荡装置启动指令；

现场可编程门阵列102还用于根据所述防振荡装置启动指令，控制所述驱动电路103启动防振荡装置105，防止振荡发生，从而避免因调电对用户停电造成的影响，提高配电网供电可靠性指标，并能保证短时合环期间电网的安全稳定运行。

进一步地，检测控制装置10还包括摄像头106和图像采集器107，智能决策后台20包括显示屏201；

摄像头106用于拍摄配电网开环点(合环点)的图像；

图像采集器107用于采集所述配电网合环点的图像，并将所述配电网合环点的图像发送至现场可编程门阵列102，然后现场可编程门阵列102将接收的所述配电网合环点的图像发送至传输装置30；

传输装置30还用于将所述配电网合环点的图像发送至智能决策后台20，智能决策后台20的显示屏201用于显示所述配电网合环点的图像，使作业人员远端实时监控配电网合环前后的图像，便于配电网的运行维护，有利于提高配电网供电可靠性指标，并能保证短时合环期间电网的安全稳定运行。

本实施例中，显示屏201可选用LCD屏或LED屏，图像采集器107选型为OV6620，实际使用中还可根据需要选择其他不同型号的图像采集器，如OV7670或OV7620等。

本实施例中，智能决策后台20可选用功能强大的智能服务器，该服务器至少包括如下几部分：a.电源和晶振；b.输出设备P1，便于工作人员远端实时监控配电网合环前后的图像；c.输入设备P2，如键盘或键盘等，便于修改预定判别策略(合环条件判别和振荡判别)以及查询服务器存储的历史数据和图像等；d.UART，便于检测控制装置10和智能决策后台20的通信，以使智能决策后台20接收检测控制装置10发送的参数数据和图像，以及向远传主站系统发送的运行条件调整指令，还使检测控制装置10接收智能决策后台20发送的合环指令、开环指令和防振荡装置启动指令；e.处理器P3，用于进行合环判别和振荡判别，以及各项控制指令的生成等；f.存储器P4，用于存储检测控制装置10发送的数据和图像，便于工作人员查询。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种配电网合环调电控制系统，其特征在于，包括智能决策后台(20)、传输装置(30)和设置于开环点处的检测控制装置(10)；所述检测控制装置(10)包括：测量互感器(101)、现场可编程门阵列(102)、驱动电路(103)、跳合闸继电器(104)和防振荡装置(105)；

所述测量互感器(101)设置于合环测量点处；

所述现场可编程门阵列(102)与所述智能决策后台(20)通过所述传输装置(30)连接；

所述现场可编程门阵列(102)与所述跳合闸继电器(104)通过所述驱动电路(103)连接；

所述防振荡装置(105)与所述驱动电路(103)连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述驱动电路(103)包括：跳合闸继电器驱动子电路(1031)和防振荡装置驱动子电路(1032)。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述跳合闸继电器驱动子电路(1031)至少包括：用于驱动所述跳合闸继电器(104)的第一驱动芯片，以及与所述跳合闸继电器(104)相连接的外设。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述防振荡装置驱动子电路(1032)至少包括：依次连接的第二驱动芯片、第一放大电路以及第二放大电路。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传输装置(30)采用通用异步收发传输器。

6.根据权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述传输装置(30)采用光纤通信方式。

7.根据权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述传输装置(30)采用GPRS通信方式。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述检测控制装置(10)还包括摄像头(106)和图像采集器(107)；

所述摄像头(106)与所述图像采集器(107)连接；

所述图像采集器(107)与所述现场可编程门阵列(102)连接。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能决策后台(20)包括显示屏(201)。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述现场可编程门阵列(102)连接有电源。