专利名称：电力系统电网运行状态监控与分析系统及监控与分析方法
技术领域：
本发明涉及电力系统电网输配电技术，更特定言之，本发明涉及一种电网运行状态监控、分析及预警系统。
背景技术：
电网安全稳定运行受到电网运行方式、潮流情况、设备状态等多方面因素的影响，而对于调度工作，如何能够及时地、直观准确地掌握这些信息是非常重要的。目前市场上使用的调度自动化系统都采用地、县甚至省、地、县一体化系统，数据服务器也为同一服务器，且用户并不单一针对调度，这样存在以下缺点:1.面广而不精。由于针对的用户不单一、面过于广泛，不能完全从当地调度运行工作实际出发，集中调度所需功能于一体。2.可视化界面功能欠缺。不能从一个界面上直观反映所有变电站的非正常运行方式，调度人员需要逐个点击变电站才能了解。3.可开发性弱、后期维护不易。一方面，未确保数据库的安全，对开发用户限制较多；另一方面，功能再开发及后期维护过于依赖厂家，成本、维护费用太高，而且不一定能确保实现想要的功能。
发明内容
本发明主要解决了几个问题:1)实现与现有系统的互补，集调度所需功能于一体；
2)集中、可视化界面的实现，从一个界面便可直观、实时地反映电网主网架非正常运行方式、异常、预警等情况；3)实现主变N-1的智能辨识、辅助处理功能及无功电压综合分析、短信告警功能；4)后期开发、维护容易。本发明技术方案:一种电力系统电网运行状态监控与分析系统，包含了采集客户端、终端服务器和数据存储器，其中采集客户端通过连接一个区域内各个电网变电设备来获取其220KV变电设备无功电压、安稳限额、220KV主变N-1状态或电网非正常状态信号，且连接至所述终端服务器，数据存储器与终端服务器连接，其改进设计在于:进一步包括与所述采集客户端连接的数据采集节点，它包括一个信号收发器，用于接收其周围的一个设定区域内的所述信号；一个地理信息处理器，用于确认所述设定区域内的新变电设备的位置信息；一个信号控制器，用于对来自所述预设区域内的全部变电设备的所述信号进行数据处理；其中，信号收发器分别连接至信号控制器和地理信息处理器，通过信号收发器获取所述设定区域内的若干个信号，通过地理信息处理器中的信号强度最大值来决定此信号的位置信息，随后通过所述信号控制器来处理所接收到的信号并通过信号信号收发器发送至采集客户端。在电力系统电网运行状态监控与分析系统的一个实施例中，所述数据采集节点对来自所述新变电设备的信号获取是通过与此新变电设备的地理位置最接近的已知变电设备处以电力线载波方式或无线方式获得，其中所述已知变电设备的地理位置信息是预设于所述地理信息处理器的一个可读存储介质中。在电力系统电网运行状态监控与分析系统的一个实施例中，进一步包括一个输出装置，用于对来自所述数据采集节点的数据进行可视化的显示。在电力系统电网运行状态监控与分析系统的一个实施例中，所述地理信息处理器是由一个GPS接收器和处理芯片组成。在电力系统电网运行状态监控与分析系统的一个实施例中，所述终端服务器的改进设计包括:一个处理器，设计用以:获取来自数据采集节点的无功功率和有功功率值，通过1 =来进行判定
变电设备的无功电压状 态，其中λ为功率因数，P有功功率值，Q无功功率值；至少监测电网输电线稳定性，电网输电线线损或电网输电线能效，根据220kV主变N-1状态分析进行分类处理，其中所述分类处理包括了 I类满足N-1，2类不满足N-1，过流倍数为1_1.3，3类过流倍数为1.3-1.5，4类为超1.5倍。
图1为本发明系统的结构原理框图。
具体实施例方式图1为系统主要框图，示意性绘示出电力系统电网运行状态监控与分析系统，其中包含了采集客户端1、终端服务器2和数据存储器3。采集客户端I通过连接一个区域内各个电网变电设备来获取其220KV变电设备无功电压、安稳限额、220KV主变N-1状态或电网非正常状态信号，且连接至所述终端服务器2，数据存储器3与终端服务器2连接，进一步包括与所述采集客户端I连接的数据采集节点4，它包括一个信号收发器41，用于接收其周围的一个设定区域内的所述信号；一个地理信息处理器42，用于确认所述设定区域内的新变电设备的位置信息；一个信号控制器43，用于对来自所述预设区域内的全部变电设备的所述信号进行数据处理；其中，信号收发器41分别连接至信号控制器43和地理信息处理器42，通过信号收发器41获取所述设定区域内的若干个信号，通过地理信息处理器42中的信号强度最大值来决定此信号的位置信息，随后通过所述信号控制器43来处理所接收到的信号并通过信号信号收发器41发送至采集客户端I。在一个实施例中，所述数据采集节点4对来自所述新变电设备的信号获取是通过与此新变电设备的地理位置最接近的已知变电设备处以电力线载波方式或无线方式获得，其中所述已知变电设备的地理位置信息是预设于所述地理信息处理器42的一个可读存储介质中。在一个实施例中，进一步包括一个输出装置5，用于对来自所述数据采集节点4的数据进行可视化的显示。在一个实施例中，所述地理信息处理器42是由一个GPS接收器和处理芯片组成。在一个实施例中，在地理接线图上通过多状态变量及对开关闸刀状态进行自动辨识，对线路设定相应的不同程度的报警门槛值，不同情形以颜色来区分，如有线路停役为白色、线路过载为黄色并闪烁等等，实现220kV线路，220kV厂站及下属变电站非正常方式及异常情况的显示。并集中稳定限额设定监视模块、主变N-1告警、智能分析、限电总加计算模块及220kV变电所无功、电压监控模块于一体，后三项功能通过功能复设定及数据存储再读取实现具体情况的查阅。这一设计有如下优点:I)目前使用的监控系统上虽然有监控功能，但不同功能分布在不同的子界面，无法在同一主界面对各子界面数据进行实时监控，因此在某一时刻只能监视一个界面数据。2)可以实时、直观地查看各变联络线的运行状态、负荷过载情况，当电网出现异常时调度人员能够及时知晓；同时通过颜色区分电网运行的不同情况，使得调度人员对目前电网安全运行情况更加一目了然。3)避免交接班时对电网运行方式交接不清楚或遗漏的情况发生。对220kV主变进行N-1状态分析，具体分为4类，I类满足N_l，2类不满足N_l，过流倍数为1-1.3，3类过流倍数为1.3-1.5,4类为超1.5倍。并根据各主变的允许过流倍数及对应的允许过流时间给出策略。根据分析结果，若超1-1.3倍，黄色闪烁，1.3-1.5倍粉色闪烁，同时显示各主变的220Kv开关状态、主变负荷及容量，当N-1真实发生能追忆记录N-1前的起始负荷倍数，并显示N-1后可持续时间，可持续时间能自动倒计时显示。当主变严重过载需要限电时，只需在事故限电序位表中勾选相关的线路可以总加限电的总加数，避免多限电或少限电，通过计算快速地提供总加负荷给调度员进行事故处理。辅助调度员紧急处理此类故障，在发生主变N-1时，在保证电网稳定及避免运行设备不过载的前提下，最大程度地实现限电精细化，避免不必要的停电损失。目前调度自动化系统也提供了主变N-1监视功能，但缺乏对主变N-1过载程度、过负荷可持续时间以及限电策略进行分析。综上分析，本发明提供的主变N-1监控方法有以下优势:I)简捷地反映了各220kV主变N-1情况、过负荷的严重程度及不同类型的主变可以持续运行的时间；2)当主变不允许超载或主变N-1故障时，提供了限电策略，帮助调度员迅速控制负荷，有效地保证了电网的可靠稳定运行和设备的安全。电网主网架(220kV/500kV)中某些线路、主变等设备停役可能会引起其他运行设备的过载，超过规定的安全稳定限额，使得电网安全稳定运行受到很大考验，因此对该种情况下能够提供风险预警是必要的。不同的检修运行方式对应不同的控制策略及不同的限额，目前需通过自动化人员在监控系统添加，缺少灵活性及自主性，当人员忙或夜间方式因故障变化时不能及时添加或更新监控限额。通过读取海迅数据库中的测点，使用VB编程实现稳定限额监视内容及算法的自由设置。当前系统中只具有对变电所无功、力率的单一监控功能，在告警、决策功能方面存在不足，同时AVC系统在控制策略方面也存在缺陷，造成部分220kV变电所力率考核点不合格。所以需要为当值调度员提供一套专门针对220kV变电所无功、电压的监控系统，当力率考核不合格时能准确给出告警信息，同时提醒调度员及时采取应对措施，保证力率、电压恢复至合格范围内。同时要求实现电容器投切次数显示及长时间力率异常的短信报警功能。该模块功能如下I)无功、力率监视2)力率告警判断3)电容器动作次数显示4)越限持续时间、合格率统计5)语音告警6)长期电压力率越线短信发送提醒7)历史告警记录查询8)统计报表查询9)浮动曲线图显示等多种功能。
其中电容器动作次数能显示电容器一天的动作次数，达到设定的最大次数时AVC闭锁，提醒调控员需加强监控，手动调整。在一个实施例中，通过发短信功能，软件能自动将定制的告警信息发送至选中人员，在有特殊需要也可以采用手动发送功能，将人工编制的短信内容发送给选中人员。在一个实施例中，系统架构可分为采集层、通信层、数据层、应用层等多个层次，分别承担不同的功能。为实现采集大量电网实时数据，本发明采用海迅数据库，客户端工具及Visual Basic作为开发工具。海迅实时数据库提供了清晰、精确的电网测点数据，同时使用完全符合Microsoft Windows用户接口标准的客户端开发功能以便实现用户特殊需求的开发。在一个实施例中，客户端(主界面)通过主变设置、线路设置按钮可以实现对线路、主变限额的增加、修改，并存入原始数据库EXCEL表格，当有稳定限额要求时，选择相应设备并根据需要自行编辑算式，结构输出到客户端(主界面)显示。在一个实施例中，程序从数据库读取各变220kV侧无功、有功值，根据1 = ^rPrTo1 λ为功率因数，P有功，Q无功。当计算结果不合格时，声、光告瞀
提醒调度人员，短信发送至相关人员，调度员可以通过查看界面具体情况，如电容器投退组数、次数、不合格时间来决定是够人工干预及投退哪组电容器。例如，在一个OLED显示器5上可以紫色、蓝色、红色分别代表不同电压等级的线路，白色为停役状态，黄色为非正常。各变电站(例如以圆圈表示)及各变电站之间联络线两侧均布置开关，开关量设为多状态量并设正常状态为初始状态量，开关状态直接读取海迅数据库的实时开关状态，每五分钟刷新一次(可以设置更短)，当开关状态改变且与初始状态量不一致时，开关闪烁。若两变电站侧之间开关分位，为非正常状态，开关变色闪烁。各变的不正常方式通过检索站内所有开关位置状态来实现，当出现与初始状态不符时，主界面上变电站的颜色变为黄色。 本发明的另一实施例给出一种电力系统电网运行状态监控与分析系统，用于获取来自采集客户端I的一个区域内的220KV变电设备无功电压、安稳限额、220KV主变N-1状态或电网非正常状态信号，其监控与分析方法包括了:通过数据采集节点4以无线连接的方式采集一个设定区域内变电设备的若干个
信号;通过地理信息处理器42与这若干个信号的参数值进行对照，以获得一个最大强度值的信号的位置信息；通过信号控制器43向与这个信号所处的地理位置距离最接近的已知变电设备发送一个请求命令，以获取这个新变电设备的信号；通过信号控制器43获得所述新变电设备的信号中所承载的数据信息，发送给采集客户端I ;通过采集客户端I对数据进行处理和储存，建立一个新变电设备与其地理位置的记录，发送至终端服务器2。在一个实施例中，数据采集节点4包括一个信号收发器41，用于接收其周围的设定区域内的所述信号；地理信息处理器42，用于确认所述设定区域内的新变电设备的位置信息；信号控制器43，用于对来自所述预设区域内的全部变电设备的所述信号进行数据处理；其中，信号收发器41分别连接至信号控制器43和地理信息处理器42。
权利要求
1.一种电力系统电网运行状态监控与分析系统，包含了采集客户端、终端服务器和数据存储器，其中采集客户端通过连接一个区域内各个电网变电设备来获取其220KV变电设备无功电压、安稳限额、220KV主变N-1状态或电网非正常状态信号，且连接至所述终端服务器，数据存储器与终端服务器连接，其特征在于:进一步包括与所述采集客户端连接的数据采集节点，它包括一个信号收发器，用于接收其周围的一个设定区域内的所述信号；一个地理信息处理器，用于确认所述设定区域内的新变电设备的位置信息；一个信号控制器，用于对来自所述预设区域内的全部变电设备的所述信号进行数据处理；其中，信号收发器分别连接至信号控制器和地理信息处理器，通过信号收发器获取所述设定区域内的若干个信号，通过地理信息处理器中对应于信号强度最大值来决定此信号的位置信息，随后通过所述信号控制器来处理所接收到的信号并通过信号信号收发器发送至采集客户端。
2.根据权利要求1所述的电力系统电网运行状态监控与分析系统，其特征在于:所述数据采集节点对来自 所述新变电设备的信号获取是通过与此新变电设备的地理位置最接近的已知变电设备处以电力线载波方式或无线方式获得，其中所述已知变电设备的地理位置信息是预设于所述地理信息处理器的一个可读存储介质中。
3.根据权利要求1所述的电力系统电网运行状态监控与分析系统，其特征在于:进一步包括一个终端服务器连接的输出装置，用于对来自所述数据采集节点的数据进行可视化的显示。
4.根据权利要求1所述的电力系统电网运行状态监控与分析系统，其特征在于:所述地理信息处理器是由一个GPS接收器和处理芯片耦合组成。
5.根据权利要求1所述的电力系统电网运行状态监控与分析系统，其特征在于:所述终端服务器的改进设计包括:一个处理器，设计用以:获取来自数据采集节点的无功功率和有功功率值，通过1 =来进行判定变电设备的无功电压状态，其中λ为功率因数，P有功功率值，Q无功功率值；至少监测电网输电线稳定性，电网输电线线损或电网输电线能效，根据220kV主变N-1状态分析进行分类处理，其中所述分类处理包括了 I类满足N-1，2类不满足N-1，过流倍数为1-1.3，3类过流倍数为1.3-1.5，4类为超1.5倍。
6.一种电力系统电网运行状态监控与分析系统，用于获取来自采集客户端的一个区域内的220KV变电设备无功电压、安稳限额、220KV主变N-1状态或电网非正常状态信号，其特征在于，监控与分析方法包括了: 通过数据采集节点以无线连接的方式采集一个设定区域内变电设备的若干个信号；通过地理信息处理器与这若干个信号的参数值进行对照，以获得一个最大强度值的信号的位置信息； 通过信号控制器向与这个信号所处的地理位置距离最接近的已知变电设备发送一个请求命令，以获取这个新变电设备的信号； 通过信号控制器获得所述新变电设备的信号中所承载的数据信息，发送给采集客户端; 通过采集客户端对数据进行处理和储存，建立一个新变电设备与其地理位置的记录，发送至终端服务器。
7.根据权利要求6所述的电力系统电网运行状态监控与分析系统，其特征在于:所述数据采集节点包括一个信号收发器，用于接收其周围的设定区域内的所述信号；地理信息处理器，用于确认所述设定区域内的新变电设备的位置信息；信号控制器，用于对来自所述预设区域内的全部变电设备的所述信号进行数据处理；其中，信号收发器分别连接至信号控制器和地理信息处 理器。
全文摘要
本发明公开了一种电力系统电网运行状态监控与分析系统，包括采集客户端、终端服务器、数据存储器及数据采集节点，数据采集节点包括信号收发器、地理信息处理器、信号控制器；信号收发器获取设定区域内的若干个信号，通过地理信息处理器中的信号强度最大值来决定此信号的位置信息，随后通过信号控制器来处理信号并通过信号信号收发器发送至采集客户端。本发明实现了1)与现有系统的互补，集调度所需功能于一体；2)一个界面便可直观、实时地反映电网主网架非正常运行方式、异常、预警等情况；3)实现主变N-1的智能辨识、辅助处理功能及无功电压综合分析、短信告警功能；4)后期开发、维护容易。本发明还公开了一种监控与分析方法。
文档编号H02J13/00GK103178617SQ20131011456
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月3日 优先权日2013年4月3日
发明者甘雯, 邵越, 杨勇, 柳昂, 周丽华 申请人:国家电网公司, 湖州电力局