智能配电网自动化分析系统的制作方法

文档序号：13330905阅读：153来源：国知局

本发明涉及一种智能配电网分析技术领域，尤其是一种智能配电网自动化分析系统。

背景技术：

随着我国经济的发展，人们对配电网安全运行的要求越来越高，配电网的实时监测日益受到相关单位的关注；目前我国大部分中、低压电网，特别是10kv配电网络，运行管理水平、监控手段比较低；主要是由于10kv配电网络线路长、覆盖面大，如果像输电网一样安装基于rtu的监控调度自动化系统，其成本将是无法承受的；而配电网也是电力系统事故多发的部分，90％以上的接地或短路故障均发生在配电网；在发生故障时，如能及时进行故障定位并隔离故障区段，恢复正常线路区段的供电，对配电网安全运行至关重要；

配电网接地和短路故障的定位判定有很多种方法，目前采用的比较经济、准确的方法是沿着线路悬挂故障指示器，当线路发生故障时故障点电源测线路上的故障指示器翻红；(现在市场上绝大部分的配电线路故障指示器的使用是把指示器挂在线路节点上，当发生故障的时候，指示器翻牌变红，同时也有指示灯发出强光信号闪烁，但是需要高压电工人员开车去到现场附近才能看到指示器的状态。)变电站的工作人员发现有故障时，沿线路查看故障指示器状态，从而确定故障点；这种常规故障指示器虽然能够比较准确指示出故障区段，但是需要工作人员沿线查看指示器翻牌状态，工人劳动强度较大，尤其对于一些山区的配电线路，沿线查看指示器状态是一件非常危险与辛苦的事情；而且巨大的、复杂的输配电线路网络中总会出现多多少少的故障问题，而电路线路出现故障常常也就表现为断路跳闸；出现这些故障的时候如果没有良好的检测设备，靠人工去一点一点检查出具体的配电线路故障位置显然是不太实际的；

基于以上情况，现有技术中出现一种具有无线通信功能的多功能故障指示器，这种新型故障指示器不但能够通过翻牌指示故障区段，还能够通过无线通信的方式将故障状态发送给附近的数据接收终端，该数据终端通过gprs联网方式将线路故障信息及时发送给监控中心，使工作人员在监控中心就能够了解具体是那个区段发生了故障；能够大大提高缩短故障修复的时间和减少工人的劳动强度；并且在这种新型故障指示器中我们还设计了线路电流实时测量功能和测量线路温度的功能,但是由于gprs的运营费用高，同时配网线路复杂数量密集的时候，这种方案的成本非常高，而且由于dtu+gprs的设备的耗电情况很厉害，所以室外给gprs模块供电也是个大问题；且市面上这些系统只有故障定位系统，没有线路计算与优化分析系统；

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种智能配电网自动化分析系统，该系统针对目前行业内对配网开关状态在线监测的思路多集中在对内部触点监测上的不足，摒弃利用某种技术监视开关内部机械接触点是否接触来判断开关的断开与闭合，解决了由于开关种类与型号繁多，监测往往需要改造开关并针对不同开关开发不同的监测模块，我方发明用开关两端状态监测法来判断开关状态，原理是利用电流电压状态测量技术监视开关两端的电流电压变化情况来判断开关的断开与闭合；这种方法的优点是只需要测量开关两侧的电流电压的有无状态变化，无需关心开关的类型与开关状态，电流电压检测单元的开发工作统一，判断准确，安装方便。

智能配电网自动化分析系统，包括：通信式开关感应器和运行监控系统；

进一步的，所述通信式开关感应器挂装于电力线路开关的一侧；所述通信式开关感应器采用三只为一组的工作结构；

进一步的，所述通信式开关感应器包括：检测电路、触发电路、无线传输电路模块和电源电路；

所述电源电路用于所述检测电路、触发电路、无线传输电路模块和电源电路；所述检测电路用于检测开关两侧的电流变化；所述触发电路用于触发无线传输电路模块的运行；

作为一种举例说明，所述无线传输电路模块采用太阳能物联网无线数据传输结构设计，该设计与gsm、3g和有线传输等方案相比较，可以大大降低布线、维护以及感应器供电等费用；

作为一种举例说明，所述通信式开关感应器采用无线通讯方式结构，可直接带电安装和拆卸；

进一步的，所述运行监控系统通过cdt、201协议将变电所的数据与线路上所述通信开关感应器以及电参传感器、故障感应器数据传入服务器，实现特定用户的远程监控功能，可实时监控配电网线路节电电、变电所主接线部分的各种参数、变电所各处摄像头的视频影像及供电线路实时运行参数图；

进一步的，所述运行监控系统用于实时监控电力线路的短路、接地、盗电、用电异常等异常信息或者故障，并发出告警；在故障发生时，所述运行监控系统通过对所述通信式开关感应器采集的数据进行分析，可立刻判断出故障点并以多种通信方式通知有关管理人员，使管理人员在第一时间得到故障信息，并指挥抢修队伍进行故障恢复；

作为一种举例说明，所述多种通信方式包括故障指示器，采用液晶显示器图形显示；

进一步的，所述告警的逻辑设计为：当所测量值高于给定高报值的时候发出高报报警；当测量值低于高报值时，解除高报报警；当测量值低于给定低报值时发出低报报警，这种逻辑判断简单执行效率高；

所述运行监控系统内设置有智能配电网自动化分析系统软件，用于数据的分析与处理；

所述智能配电网自动化分析系统软件采用在线潮流计算结构模式，集成数据采集、参数分析、太阳能供电，无线通讯功能于一体的新型配电线路传感检测设备,适用于油田低压电网系统的参数监测及状态的实时监测,可为配网数字化管理系统的故障识别、故障定位、安全经济运行、负荷合理分配、改善电能质量等功能提供完善而精确的数据依据；

进一步的，所述在线潮流计算分为三个大的阶段进行设计，包括：数据准备阶段、开关状态检测跟踪阶段、电力网络潮流计算阶段；

所述数据准备阶段：又分为计算目标确认和目标设备的检测的电力数据检测两个小阶段；先对要计算涉及到的设备进行数据采集之后的预处理，然后进入多目标设备的参数搜索阶段，去除一些不合理的数据与分析；电力电量、功率等数据采集、进行数据转换成功后生成一系列的多目标的实时的节点特征参数链表文件；

所述开关状态检测跟踪阶段：主要进行目标开关当前的状态进行获取与预测，并用多个开关指示器的电流电压状态来分析出开关当前的开断，同时对一些合环开关等特殊情况的开关进行预测分析处理来获得开关的准确状态；该阶段需要运用分析预测时间跟踪技术对目标开关的开断状态进行准确预测，最好形成一个开关状态信息的计算文件；

所述电力网络潮流计算阶段：潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态、网络中的功率分布及功率损耗等，目前本系统采用的潮流计算的方法是牛顿-拉夫逊算法和pq分解法结合的新算法，对这两个算法的具体特点相结合并进行简化与改进而得出的；大大提高了计算速度和节省了内存；读取数据准备阶段生成的节点特征参数链表文件与开关状态信息的计算文件来作为计算条件，最好生成：控制语句列表及其控制选项列表、网络数据修改列表、输入数据输出列表、计算过程信息列表、详细的输出数据列表、输出分析列表、错误、警告信息总结等结果文件；

故障信息和正常运行的线路负荷电流及电压状态能够以物联网的超低功耗无线传输方式，上传到所述运行监控系统中，在正常运行时可以检测线路运行工况和故障指示器设备运行状态；在故障情况下能够在故障指示器中准确显示故障点，以协助维护人员快速排除故障；所述故障指示器能够提供清晰和全方位360度的进行故障指示，以帮助工作人员快速查找到具体故障点，旨在提高供配电管理水平，并同时大幅缩短停电事件和提供供电可靠性；

为了更好的说明本发明的工作方式，现简要介绍本发明的设计原理如下：

首先，所述通信式开关感应器的工作方式设定为：正常情况下安装在电力线路上的感应器中的所述检测电路每间隔15分钟监测一次线路状态，当线路状态发生变化时，例如检测电路检测到送电、停电、短路和开关开合等信息时，就会启动所述触发电路，进行无线数据传输；所述电源电路用于所述检测电路、触发电路、无线传输电路模块和电源电路；所述无线传输电路模块内设置有单片机，当单片机接收到无线数据后，即刻被唤醒，唤醒后对采集的状态数据信息进行处理，若确定为电力线路或开关状态发生变化，则启动433m无线射频发射模块，频率调制器将信息以数据包的形式发送出去；架空通信终端的无线射频收发模块将收到的数据包进行解调后返回一个“收到”信号，感应器接收到这个信号后，恢复到休眠检测状态；

其次，作为一种举例说明，短路检测原理：配电线路发生相间短路时，相当于两个电源直接短接，变电站和安装点之间的回路上会流过很大的电流，同时变电所的继电保护装置会按照事先设定的规则启动保护，使线路跳闸断电；因此，短路故障判据有4个条件：

(1)线路中出现突变电流it≥300a，it为突变量电流启动；

(2)电流变化量不小于短路前线路电流△i≥1/2i0，△i为电流变化率，i0为短路前线路电流；

(3)大电流持续时间不超过3秒钟0.02s≤△t≤3s△t为电流突变时间；

(4)3秒钟后线路处于停电状态i＝0，i为线路故障后电流；

以上四个条件同时满足，则判定该位置的线路出现短路故障，此时感应器就地翻牌并进行发光显示，同时把故障信息传送到所述运行监控系统；

作为一种举例说明，接地检测原理：线路发生单相接地时，根据不同的接地条件(例如金属性接地、高阻接地等)，会出现多种复杂的暂态现象，包括出现线路对地的分布电容放电电流，接地线路对地电压下降，根据线路接地的物理表现，感应器所采用的接地判据如下：

(1)线路中有突然增大的暂态电容电流：检测到暂态电容电流大于一定数值；

(2)线路电压降低3kv以上；

(3)检测接地电流功率方向判断；

以上三个条件同时满足时，则判定该位置的线路出现接地故障，此时感应器就地翻牌发光显示，并把故障信息传送到运行监控系统；

最后，电力系统的潮流分布分析是描述电力系统运行状态，它表明电力系统在某一确定的运行方式和接线方式下，系统中从电源经网络到负荷各处的电压、电流、功率的大小和方向的分布情况，电力系统的潮流分布，主要取决于负荷的分布、电力网参数以及和供电电源间的关系。对电力系统在各种运行方式下进行在线潮流计算，以便确定合理的供电方案，合理的调整负荷；通过在线潮流计算模式，还可以发现系统中的薄弱环节，检查设备、元件是否过负荷，各节点电压是否符合要求，以便提出必要的改进措施，实施相应的调压措施，保证电力系统的电能质量，并使整个电力系统获得最大的经济性；

近年来，由于其在求解非线性潮流方程时采用逐次线性化方法，为了进一步提高算法的收敛性和计算速度，采用将泰勒级数高阶项或非线性项也考虑进来，于是产生了二阶潮流算法，后来又提出了根据直角坐标形式的潮流方程是一个二次代数方程的特点，提出了采用直角坐标的保留非线性快速潮流算法；在这种情况下，进行电力系统规划和运行条件分析时，若不考虑随机变化因素，就要对众多可能发生的情况作大量的方案计算，计算时间是难以承受的，并且很难反映系统整体的状况。本系统说采用的潮流计算是为了有效的解决上述问题而提出的新型的优化算法。采用本潮流计算方法，很多输入数据为已知的很少会发生变化的变量，它们的特性就是不经常变化的变量；(例如，给定节点注入的变比和导线距离几何均距或有功功率、无功功率等)，输出数据则是节点电压和各个支路潮流的网损、功率等；由这些结果，可以知道节点电压、支路功率、pv节点无功功率及平衡节点功率的平均值、取值范围以及其很多共同性等；这样，只要通过一次计算就能为下一次的电力系统的潮流计算运行条件提供更完备的信息，减少了大量的中间计算工作量；根据这些信息，可以更深刻地揭示系统运行状况、存在问题和薄弱环节，为规划与运行决策提供更全面的信息，可以更恰当地确定输电线和无功补偿装置的容量以及系统的备用容量等，从而提高了电力系统的安全运行水平；可以全面的分析配电网的状态：即电网故障状态，包括：配电网开关的状态、用电异常、配电网的潮流负荷状态，从而给电工人员可以清晰的了解掌握配电网的运行状态：

所述故障状态：当发生故障的时候便于定位线路所发生故障的位置，精准指挥电工去线路现场排除故障，主要故障是短路故障、接地故障；

所述配电网开关状态：主要是便于电力调度人员掌握配电网线路的运行方式，不同的开关组合造就不同的电力传输路径，从而有不同的线路电力的损耗与线路供电的稳定性；可以让电力调度人员根据实际用电情况来安排不同的电力运行方案，只要改变开关组合就是改变不同的电力运行方案，而从本自动化与分析系统中可以实时检测开关的状态组合来确定当前是什么运行方案；

所述用电异常：主要是通过电参(三相电流、三相电压、有功、无功、功率因素、视在功率等参数)采集检测线路用电情况和计算线路潮流，从而发现用电失相、三相不平衡、用电量突增、盗电情况、无功过补、无功欠补等用电异常情况。从而在及时发现用电异常情况，解决用电异常问题，保证供用电的稳定性。

所述配电网的潮流负荷状态：通过电参(三相电流、三相电压、有功、无功、功率因素、视在功率等参数)采集检测线路用电情况和计算线路潮流，从而得到每一个用电负荷节点的用电负荷曲线图，从而为每一个负荷进行单点用电分析优化提供数据与决策条件。同时也可以给单点负荷的经济成本分析提供数据基础，为用电单位的精细化能耗管理提供基础。

有益效果：

现有技术中，不少厂家生产故障指示器来实现线路故障定位系统有故障状态分析功能，也有一些电力系统厂家与研究单位有潮流计算系统来分析配电网潮流负荷状态，也有一些厂家利用一些三相不平衡检测设备来作为盗电分析的结果，但是均不准确，因为没有进行开关判断式的在线潮流计算，所以时有误判现象的发生；而本发明的设计在于对配电网开关状态进行研究分析，从而实现了配电网电力运行方案状态的实时监测；使用更加方便、快捷，占用资金少，工作安全可靠。

附图说明

图1为本发明智能配电网自动化分析系统之在线潮流计算结构模式流程原理示意图

具体实施方式

下面，参考附图1所示，智能配电网自动化分析系统，包括：通信式开关感应器和运行监控系统；