配电网调度辅助决策及故障分析系统的制作方法

本发明涉及配电自动化领域，特别涉及一种配电网调度辅助决策及故障分析系统。

背景技术：

国内外的文献大都是就配电网优化的某一部分进行理论的研究，实用性小，实用性的软件系统更少。近年来，国内外已经对配电网运行方式的优化指标问题进行了一定的研究这些研究的优化指标体系都是从配电网的某一个方面来进行优化，没有一个整体的优化目标，不能完全反映配电网络的经济性，技术性的要求。单一目标，主要包括：全网网损所反映的经济性、支路开关操作次数反映的可靠性、合环冲击电流造成可能误动作的安全性等，难以适应配电网运行方式优化的复杂要求。在不同的运行状态下，配电网运行方式优化考虑问题的侧重点会有不同，比如在正常运行状态下会加强关注经济性，而在故障检修状态下则重点关注配电网运行的安全性和供电的可靠性，目前的配电网运行方式优化，大都只是针对单一状态的配电网络进行优化，孤立的去考虑问题，或者在正常运行状态下针对经济性进行优化，或者在故障状态下恢复供电进行优化，没有将三种运行状态完整的结合起来，整体进行考虑。

目前用于电网运行方式编排类的电力系统包括其应用软件只能说是从某种程度上对人工决策的支持,但绝不可能完全取代人工劳动,其配套的软件实用性较之调度操作票或故障诊断类软件要小得多,使得该类系统和软件的开发较为缓慢。

目前国内的很多地方，其调度的运行方式完全是由运方根据以往的经验和目前的负荷情况来编排的。人工编排运行方式存在很多问题。首先，人工编排容易出错，难免会出现遗漏的现象；其次，人工编排的工作量巨大，运行方式的编排占用了运方人员的大部分时间，是其工作量大的原因之一；再次，人工编排运行方式效率不高，烦琐的计算效率很低，在这方面，计算机具有无可替代的作用。

而配电网运行方式变化时，需要对配网状态进行人工校验新的状态是否满足运行要求，但该方法很难达到理想的效果。而对于计算机而言，只要规则正确，可以在极短的时间里，根据规则校验运行方式。另外，运行方式的管理功能，比如运行方式的发布和查询等，在传统管理模式下，非常烦琐，不便于信息共享。

鉴于人工编排运行方式的种种缺陷，基于市场的需要，随着基于人工智能技术电力系统应用软件开发的不断深入，关于电网运行方式编排类系统和软件的开发会成为电力系统应用软件开发的一个新热点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种配电网调度辅助决策及故障分析系统，能校验合环运行方式，选择更经济的运行方式且还有自动检查并排除故障的能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的配电网调度辅助决策及故障分析系统，包括：

底层操作系统和商用数据库，用于实现整套系统的正常运行；

实时数据库，通过cim导入/导出模块与电力管理系统pms以及第三方软件实现数据传输与交换，并通过数据库api模块与外部的用电信息采集系统进行数据传输与交换；

软件总线/通讯服务子系统，并通过通讯/事件记录模块与配电智能终端实现数据传输与交换；

图形子系统，采用2d和/或3d显示模式，用于整套系统的图形图像的处理和显示；

电力系统算法分析库，包括多种电力系统算法模块，用于提供后台算法支撑，根据选择的操作项目的不同，读取不同的实时数据并调用相应的算法模块，通过网络建模和拓扑分析模块得到分析结果后输出至图形子系统进行数据处理和显示。

进一步，所述电力系统算法分析库中的电力系统算法模块包括潮流算法模块、合环潮流算法模块、状态估计算法模块、拓扑优化搜索算法模块、遗传算法及线性规划模块。

进一步，所述操作系统包括unix、linux和/或windows,所述商用数据库包括oracle和/或sqlserver。

进一步，系统进行合环电流校验的步骤是根据运方能否合环的要求，最后通过实时合环电流计算的方法，实时校验短路电流的大小，确保合环的操作能否进行，合环电流校验一旦通过，通过命令下发通道，直接控制外部的智能开关和配电智能终端。

进一步，系统通过潮流算法模块和遗传算法及线性规划模块进行配电网重构，其步骤包括：收集配电网各个节点负荷；对分布式电源并网点出力进行预测；结合基本环二进制编码对配电网开关状态编码；约束条件为潮流约束和电压约束；采用综合网损和负荷开关操作次数目标函数的遗传算法优化得到开关状态；更新开关状态，将断开开关作为联络开关，闭合开关作为分段开关；

进一步，系统的合环校验是通过合环潮流算法模块，并与供电公司的scada/ems系统实行对接，采集实时数据，进行合环和合环后潮流的比较，得出是否能够进行合环操作的结论。

进一步，系统的运行方式合环电流校验的步骤是根据闭环网络循环迭代的思想，通过合环电压、电流的约束条件，具体为合环方式下合环点两端允许电压差(绝对值)15％，电压相角差不超过15％，合环产生的最大冲击电流小于开关动作电流，校验该运行方式下是否满足运行要求。

进一步，系统的运行方式仿真是通过实时数据库得到当前配电网实时数据，对调度人员对运行方式的下发流程和下发效果进行仿真，在仿真过程的每一步都要进行潮流校核和合环电流校核，检查功率是否越限，电压质量是否越限，负荷是否不平衡、合环电流是否在允许范围，确保配电网实时调度的安全性。

本发明的有益效果是：

1)本发明的系统通过选择适合配电网合环系统特点的潮流计算方法，保证系统的潮流计算收敛，同时建立配电网合环操作模型，并对合环稳态电流的计算和瞬时冲击电流的计算进行详细的推导，判断合环电流是否越限，操作简单方便；

2)本发明的系统能够根据配电网运行方式评价标准及改进遗传优化算法，自动搜索出适合目标的运行方式，通过潮流平衡和功率电流约束条件，进行详细的计算和校核，确保重构后网络运行方式正常；同时，通过基本环二进制编码确保重构之后的路径满足无电气孤网和无闭合环网要求；

3)本发明的系统在季度和月度的负荷历史数据的基础下，优化编排配网运行方式，给出合理的建议，对于馈线中的各个分段开关，给出运行方式的建议，在准实时数据的基础下，对于馈线中存在的过载、电压越限、运行效率低下等情况，给出合理性的建议，以及所产生的效果，智能化程度高，建议准确可靠；

4)监控系统做到实时、可靠并能与合环校验功能、配网经济重构功能相结合，对实时运行中发现的线路过载、电压越限等异常情况，能实时够给出报警提示，故障分析结果、并能够给出合理的运行方式；并且能够根据提示，给出更为经济的优化运行方式。

5)本系统具备校验所选运行方式的各种逻辑约束条件，为运行方式的审核者提供决策支持功能，避免人工决策的考虑不全而引起系统的安全隐患。

本发明的配电网调度辅助决策及故障分析系统，通过数据采集、计算能自动控制配电网做出最优选的运行方式且还有自动检查并排除故障的能力，该系统功能强大，能够与现有设备联网使用，具备良好的推广应用价值。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的系统架构示意图；

图2为本发明所述的功能模块程序实现流程图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的配电网调度辅助决策及故障分析系统，包括：

(1)底层操作系统和商用数据库，用于实现整套系统的正常运行；根据开发需要，操作系统包括unix、linux和/或windows,商用数据库包括oracle和/或sqlserver。

(2)实时数据库，通过cim导入/导出模块与电力管理系统pms以及第三方软件实现数据传输与交换，并通过数据库api模块与外部的用电信息采集系统进行数据传输与交换；

(3)软件总线/通讯服务子系统，并通过通讯/事件记录模块与配电智能终端实现数据传输与交换；

(4)图形子系统，采用2d和/或3d显示模式，用于整套系统的图形图像的处理和显示；

(5)电力系统算法分析库，包括多种电力系统算法模块，用于提供后台算法支撑，根据选择的操作项目的不同，读取不同的实时数据并调用相应的算法模块，通过网络建模和拓扑分析模块得到分析结果后输出至图形子系统进行数据处理和显示。本实施例中，电力系统算法分析库中的电力系统算法模块包括潮流算法模块、合环潮流算法模块、状态估计算法模块、拓扑优化搜索算法模块、遗传算法及线性规划模块。不同的模块根据操作者的需要，能够实现不同的功能呈现。

如图2所示，本发明的配电网调度辅助决策及故障分析系统程序实现，包括：合环电流计算校验模块、配电网重构模块和监控及故障分析模块，监控及故障分析模块运行时对电网实时数据进行监测，一旦发生故障状态将故障情况上报并更新状态调用重构模块，得到符合要求的重构网架；重构模块得到结果前需要通过合环电流校验模块。

具体而言，本发明能够实现的功能如下：

一、合环运行方式校验

1.1合环电流校验

配网最大的特点就是闭环结构、开环运行。配电网分布于城市中的各个角落，组成了一个挂满负荷的网络，这个网络中的每一个负荷都是由单一的母线供电。不同母线所带的负荷区域用联络开关隔离，形成供电负荷岛。正常情况下，联络开关都是开断运行，以保证配电网的辐射状运行结构。随着配网的发展和社会对供电可靠性要求的提高，配网中出现了双电源供电甚至多电源供电配网结构，以保证重要用户的不间断供电。当某个母线需要检修或者发生故障时，该母线上的多电源供电的负荷就可以进行负荷转移，通过合环操作，转移到与之相连的其他母线上。合环操作的最大的受益就是可以减少用电的停电，大大的提高了供电的可靠性，而这个正是现代配网的追求。

在进行合环动作前，需要根据相关要求告知运方能否可以下发，通过实时合环电流计算的方法，实时校验合环电流的大小，确保合环的操作能否进行。合环电流校验一旦通过，就可以通过命令下发通道，直接控制智能开关和智能stu。

出于对电网系统安全的考虑，配网合环时，两端的电压差不能太大，否则会出现很大的电流，导致相连的两条母线上的保护跳闸，反而导致供电事故。现在城市配网中这种合环操作很多，但是却缺少有力的理论和分析软件来指导这种操作，现场都是依靠运行人员的经验来判断是否进行合环，这样，不仅很容易出现偏差，而且，运行人员的责任也很大。本项目不仅从理论上对配网合环的条件进行了理论分析，同时也开发了配网合环分析模块，并与供电公司的scada/ems系统实行对接，采集实时数据，进行合环和合环后潮流的比较，得出是否能够进行合环操作，从而对现场的合环操作提供参考。

1.2运行方式仿真功能

运行方式仿真是在当前配电网实时数据的基础上，辅助调度人员对运行方式的下发流程和下发效果进行仿真，在仿真过程的每一步都要进行潮流校核和合环电流校核，检查功率是否越限，电压质量是否越限，负荷是否不平衡、合环电流是否在允许范围等，充分考虑供电范围、供电能力，电压合格率、线损情况等，确保配电网实时调度的安全性。

1.3报表管理

提供合环运行方式校验模块报表功能，支持根据自定义模板导出多种格式报表。

二、配电网经济性重构

2.1配电网重构

配电网重构又称为配电网络组态，或配电网络馈线组态，配电网络馈线重构。其基本思想是基于任何一个运行方式下的配电网都存在对应状态的最优网络拓扑结构，在该最优结构下，各负荷点的运行电压、网络损耗和负荷平衡协调优于其他方案。该网络的拓扑结构随着负荷和运行方式的变化而变化，最优拓扑结构的计算则被称之为配电网重构。

配电网重构的自动触发条件，主要有两个：(1)运行方式中存在设备越限，包括功率越限和电压越限等；(2)运行方式不经济，在长时间内系统损耗很大，有很大的优化空间。

配电网重构的目标是在满足安全约束的前提下，通过开关操作等方法改变配电线路的运行方式，消除支路过载和电压越限，平衡馈线负荷，使网损最小。

配电网结合短期与超短期负荷预测的结果，并且考虑负载均衡、设备无越限、开关动作次数少、损耗降低等多种目标和约束。具体步骤包括：收集配电网各个节点负荷数据；对短期的负荷和分布式电源并网点出力进行预测；结合基本环二进制编码对配电网开关状态进行编码；设定约束条件为功率平衡约束(潮流约束)和电压电流约束(节点电压在一定范围内，各条馈线电流小于满足动稳定和热稳定的电流上限)；采用综合网损和负荷开关操作次数目标函数的遗传算法优化得到开关状态保证经济性和可靠性(网损权重和开关次数权重由用户自定)；更新开关状态，将断开开关作为联络开关，闭合开关作为分段开关，为下一次重构做准备。

本系统可以实现以下功能：

(1)优化配电模式，消除设备越限，提高设备使用寿命；

(2)实现配网经济运行，提高供电能力，降低配网网损；

(3)采用自动或人工介入的方式实现闭环控制，实现配电网运行方式的动态调控。

网络重构算法本质上是一个优化算法，是一个离散变量的规划问题。其中，消除支路过载和电压越限，平衡馈线负荷，是约束条件，而使网损和开关操作次数的加权函数最小是目标函数。这个算法中，通过基本环二级制编码的遗传算法，实现自动寻优。

在选择重构的路径上，需要对各个供电路径，进行开关遮断容量的校核，通过短路电流计算，进行详细的计算和校核，确保重构之后的路径的正确性。

2.2运行方式合环电流校验应用

根据合环电流校验的结果，对于经常性的由于合环动作而致使电网中电流、电压越限或合环时两端电压相差太大等原因，给出合理的运行方式诊断措施。

具体实施方式根据闭环网络循环迭代的思想，通过合环电压、电流等约束条件，搜索最佳的联络开关位置。

2.3报表管理

提供配电网经济重构模块报表功能，支持根据自定义模板导出多种格式报表。

三、配电网故障分析模块

3.1配网运行防误

在配网智能开关遥控操作的每一步执行前，均对执行后的结果进行潮流校核和合环电流校核，检查功率是否越限，电压质量是否越限，负荷是否不平衡、合环电流是否在允许范围等，对执行过程中的误操作进行实时提醒，确保配电网实时调度的安全性。

运行防误功能在实际遥控和仿真遥控过程中均会执行。

3.2配电网监控及故障分析模块

通过监控系统对配电网实时运行中的节点和支路的电流、电压及电压相角和有功无功功率进行实时监测，发现线路过载、电压越限等异常情况并上报。具体为:逐次对各个节点电压相角进行判断，电压和相角差是否满足在合理运行范围内，将不满足的节点统计；逐次对各个支路有功和无功功率进行判断是否处于合理范围内，若超过上限则有可能影响动稳定性和热稳定性，若超过下限则线路轻载经济性较差，将不满足的支路统计。

在已知故障的情况下，对配电网结构进行优化，将故障状态下故障节点和支路及故障类型、节点和支路数据实时导入并根据上述重构程序进行优化。

3.3配电网状态预测模块

根据负荷预测和并网分布式电源出力的预测，在保持当前网架结构时对配电网下一时间段的运行状态进行计算，得到下一时间断面出现越限或可能出现越限的节点或支路，并利用预测数据进行配电网重构优化，作为可能的故障状态处理方案。

3.3报表管理

提供配电网监控即故障分析报表功能，支持根据自定义模板导出多种格式报表

四、配电网运行监测

4.1调度可视化

基于图形子系统，提供友好的可视化调度界面，配网调度将基于带实时运行信息的一次接线图进行。

本实施例中，软件采用c++的qt库开发，具备良好的软件、硬件兼容性，能跨平台支持unix、linux、windows等各种操作系统。avc系统采用全中文操作界面，界面友好，使用方便，在不同系统平台上保持一致的人机界面，并具有在线帮助功能。

对于系统优化决策的建议、命令、执行情况，以及保护、检修等异常信息提供事项信息播报功能；对控制量越限、遥信变位、闭锁信息等给出告警信息；告警方式包括画面、音响、语音、文字；所有告警信息均包含丰富细节，可以分类查询；事项信息支持同步发布到scada系统的调度员工作站。

支持从pms中导入配网模型及图形信息，减少系统维护的工作量，考虑到信息网络安全的规范，可以先从pms将模型导出到文件中，再拷贝到安全i区中，导入本系统对设备进行运行情况实时监测：

(1)变压器的运行状态，各侧母线电压；分接头档位；流经变压器的有功功率、无功功率和电流；变压器各侧开关状态；母分或母联开关状态等。

(2)电容器、电抗器开关状态；电源进线开关状态以及有功、无功、电流等。

(3)与设备热备用判断有关的刀闸信号。

(4)影响电容器、电抗器投切与变压器分接头升降的相关保护信号。

(5)avc系统在运行界面上能在线显示系统一次接线图以及以上所检测的数据。

(6)地区电网范围内电厂的发电机的有功、无功、高压母线电压等数据。

(7)svc及其它电压、无功调节设备/装置的运行数据。

(8)系统频率值。

(9)统计量和计算量，如：网损、厂站功率因数、总有功负荷、总无功负荷……。

4.2数据校验

包括以下情况：

(1)对于电压值按照电压等级，设定一对上下限值，如果电压值不为零也不在上下范围之内，则判断电压值异常，不对该电压进行判断。如：10kv母线电压设定的上下值为8kv-12kv，则当电压值为13kv时判断为电压值异常。

(2)如果并联的两段母线，其电压量测差超过一定的数值(如10kv的母线为0.2kv)，则表明该量测有误。例如并联的两个10kv母线，一个电压为10.21kv，一个为10.45kv，则表明该量测有误。

(3)如果主变档位值不在最大值和最小值之间，判断档位量测错误。

(4)如果调档操作前后，档位值未变化而母线电压变化或者母线电压变化而档位值未变化，证明量测有误。

(5)如果开关的遥信值与开关电流遥测值不一致，证明量测有误。

(6)如果遥测值连续多个周期完全相同，则判断该遥测量测为死数据。

(7)可接入ems系统的状态估计数据，作为对实时量测数据的补充判据。

4.3数据拟合

由于本系统需要从多个系统导入数据，因此数据之间的同步存在问题。例如从ems中获取scada的数据，周期为1-5秒。而从智能开关中获取的数据是分钟级。

需要根据这些实时量测数据，并结合历史数据，依靠线性插值并实现拟合，修正为适合应用的平滑断面数据。

4.4数据过滤

引入ems系统的状态估计数据，利用实时数据与状态估计数据进行对比分析，实现对噪音数据、不合理数据、零数据、短时间尖峰数据系统可靠滤除。

对变压器档位值在调档过程中，经常会出现的0档、中间档数据，有效滤除，避免滑档误判。

不良数据具有辨识能力和过滤能力确保优化决策算法的高可靠性，保证主站系统的总体可用率不低于ems状态估计的可用率。

4.5数据辨识

针对主网的ems数据：

(1)通过电网实时数据、设备状态数据和网络拓扑分析，自动判断变压器、电容器、电抗器和svc/svg设备的运行状态是投运、热备用、冷备用，还是挂牌检修状态。

(2)利用对保护信号的检测，处理设备的保护异常闭锁。

(3)能根据网络拓扑判断变压器的运行方式是并列运行还是分裂运行。

针对智能开关的开关位置辨识：

从一区通过正向隔离装置传出的智能开关的开关位置，做出开关位置是否正确的判断。

判断的依据包括：根据遗传算法和经验规则，推算开关的位置状态，如果发现在多个情况下，都发生不一致的情况，则系统告警，提示调度人员进行开关位置的校核。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。