态势感知控制方法及仿真方法与流程

本发明涉及数字变电站技术领域，尤其涉及一种态势感知控制方法及仿真方法。

背景技术：

近年来，由于国内外风电、光伏等分布式电源，以及大规模储能与电动汽车等柔性负荷的快速发展，使得传统配电网向低碳化发展，而低碳化配电网不但有着电力电子化趋势明显、电气量复杂度增加、精确量测困难等问题，而且，与同步发电机相比，采用电力电子技术并网的风电、光伏等新能源电源，它们的运行机理、并网拓扑结构和控制方式都存在差异，这导致新能源电源呈现出复杂、特殊的故障暂态特性，对配电网故障特征识别和短路电流计算提出了新的挑战。

因此，亟需研究新的态势感知控制与保护方案，为智能电网运行提供更全面、实时的信息支撑，进而为实现快速的电力系统故障辨识和定位、实现网络化的继电保护以及实时动态安全分析提供实时基础数据。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中的态势感知控制与保护方案，无法为智能电网运行提供更全面、实时的信息支撑的技术缺陷。

本发明提供了一种态势感知控制方法，所述方法包括：

获取输电线路中各个节点的实时电流值、变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗；

依据各个节点的实时电流值、所述变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗计算各个节点的实时电压值；

利用各个节点的实时电流值和实时电压值对源网荷进行协调控制。

可选地，所述获取输电线路中各个节点的实时电流值的步骤，包括：

获取安装于输电线路中各个节点的电流传感器所采集的实时电流值。

可选地，所述获取输电线路中各个节点的实时电流值的步骤，包括：

获取经iec61850通信协议实时传输的输电线路中各个节点的实时电流值。

可选地，所述获取变电站的电压值的步骤，包括：

获取变电站监控系统所保存的变电站的电压值。

可选地，所述获取各个节点之间的线路阻抗的步骤，包括：

获取各个节点之间的线路参数，所述线路参数包括线路电阻、线路电抗和线路长度；

利用所述线路电阻、所述线路电抗和所述线路长度计算线路阻抗。

可选地，所述获取任意两个节点之间的线路阻抗的步骤，包括：

获取同步相量测量装置所测量的两个节点之间的线路电压电流值，所述同步相量测量装置安装于两个节点之间的线路两端，所述线路电压电流值为两个节点之间的线路两端的电压电流值；

根据两个节点之间的线路电压电流值计算线路阻抗。

可选地，所述依据各个节点的实时电流值、所述变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗计算各个节点的实时电压值的步骤，包括：

利用所述变电站的电压值、与所述变电站相邻的第一节点的实时电流值，以及所述变电站与所述第一节点之间的线路阻抗计算所述第一节点的实时电压值；

利用所述第一节点的实时电压值、与所述第一节点相邻的第二节点的实时电流值，以及所述第一节点与所述第二节点之间的线路阻抗计算所述第二节点的实时电压值，直到所述输电线路中各个节点的实时电压值均计算完毕为止。

可选地，所述的态势感知控制方法，还包括：

利用各个节点的实时电流值判断是否需要启动保护装置，所述保护装置用于对所述实时电流值进行分析，并根据分析结果采取相应的保护动作。

本发明还提供了一种态势感知控制仿真方法，用于对上述实施例中任一项所述的态势感知控制方法中计算得到的实时电压值进行验证，所述仿真方法包括：

搭建与变电站的输电线路对应的仿真线路，并将所述变电站作为初始节点，将与所述变电站相邻的节点作为目标节点；

获取所述目标节点的实时电压值，将所述目标节点的实时电压值与计算得到的对应节点的实时电压值之间作比对，根据比对结果进行验证。

可选地，所述将所述目标节点的实时电压值与计算得到的对应节点的实时电压值之间作比对，根据比对结果进行验证的步骤，包括：

将所述目标节点的实时电压值与计算得到的对应节点的实时电压值进行作差后得到差值；

若所述差值在设定差值范围内，则验证成功。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供的一种态势感知控制方法及仿真方法，通过获取到的输电线路中各个节点的实时电流值、变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗来计算各个节点的实时电压值，该实时电流值和实时电压值，可以应用于电力系统调度、控制和保护领域，并以此来实现源网荷协调控制，从而为智能电网运行提供更全面、实时的信息支撑，进而为实现快速的电力系统故障辨识和定位、实现网络化的继电保护以及实时动态安全分析提供实时基础数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种态势感知控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的使用电流传感器采集各个节点的实时电流值的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的输电线路中采样值的采集、传输与应用结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种态势感知控制仿真方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的仿真线路结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电流波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一个实施例中，如图1所示，图1为本发明实施例提供的一种态势感知控制方法的流程示意图；本发明提供了一种态势感知控制方法，具体包括如下步骤：

s110：获取输电线路中各个节点的实时电流值、变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗。

本步骤中，为了给智能电网运行提供更为全面、实时的信息支撑，需要实时采集输电线路中的各项参数，以便将采集到的各项参数应用于电力系统调度、控制、保护等领域，从而实现源网荷协调控制。

具体地，在对输电线路中的各项参数进行采集时，可优先采集输电线路中各个节点的实时电流值，该实时电流值的采集过程可通过电流传感器实现。

可以理解的是，目前已研制出的非接触式配电网态势感知传感器，具有体积小、重量轻、高精度、成本低、免维护、易安装的特点，有利于大面积安装在配电网，实现配电网的高效、全面采集，为配网的信息感知和故障定位提供优选方案，提升供电可靠性。

举例来说，已经研制出的粘贴式测量、即贴即用，可通过卡扣式、绑带安装或其他方式安装的微型电流传感器，具备无线通信功能，例如zigbee、ble、nb-iot等；重量轻至100g以下，体积可以做到小于50mm×50mm×50mm，平均功耗可以低至10mw以下，导体电流测量精度可以做到优于1％。

但是，由于当前电力行业未找到一种对电场非常敏感的材料，从而导致微型传感器的电压高精度测量未能实现。因此，本申请不但采集输电线路中各个节点的实时电流值，还采集变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗，通过这些参数来实现实时电压值的计算。

可以理解的是，这里的变电站的电压值可以从变电站监控系统中获取，获取到的电压值为已知值；这里的各个节点之间的线路阻抗可以根据实际线路长度、架空线及电缆型号，查找对应的产品手册，计算线路参数，也可以通过同步相量测量装置进行实际测量，具体获取方式不做限制。

s120：计算各个节点的实时电压值。

本步骤中，通过步骤s110获取到输电线路中各个节点的实时电流值、变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗后，可利用各个节点的实时电流值、变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗来计算各个节点的实时电压值。

举例来说，当获取到变电站的电压值、变电站以及与变电站相邻节点之间的线路阻抗、该相邻节点的实时电流值后，可以依据相应的电压计算公式来计算该相邻节点的实时电压值；接着，以该相邻节点的实时电压值、该相邻节点以及与该相邻节点相邻的下一节点之间的线路阻抗、该相邻节点相邻的下一节点的实时电流值为依据，继续计算该相邻节点相邻的下一节点的实时电压值，以此类推，直到该输电线路中所有的节点的实时电压值均计算完毕。

s130：利用各个节点的实时电流值和实时电压值对源网荷进行协调控制。

本步骤中，当通过步骤s120计算得到输电线路中各个节点的实时电压值后，可利用各个节点的实时电流值和实时电压值对源网荷进行协调控制。

具体地，利用本申请得到的实时电流值可以用于电能质量检测、继电保护等方面，如检测到电流过大时启动出口动作的保护功能等；另外，将本申请得到的实时电压值与实时电压值相结合，还可以用于电力系统保护控制领域等，包括实现源网荷协调控制等实时控制功能。

上述实施例中，通过获取到的输电线路中各个节点的实时电流值、变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗来计算各个节点的实时电压值，该实时电流值和实时电压值，可以应用于电力系统调度、控制和保护领域，并以此来实现源网荷协调控制，从而为智能电网运行提供更全面、实时的信息支撑，进而为实现快速的电力系统故障辨识和定位、实现网络化的继电保护以及实时动态安全分析提供实时基础数据。

上述实施例主要说明了本发明的技术方案，下面将对如何获取输电线路中各个节点的实时电流值进行具体描述。

在一个实施例中，如图2所示，图2为本发明实施例提供的使用电流传感器采集各个节点的实时电流值的结构示意图；步骤s110中获取输电线路中各个节点的实时电流值的步骤，可以包括：获取安装于输电线路中各个节点的电流传感器所采集的实时电流值。

本实施例中，输电线路中各个节点的实时电流值可以通过安装在各个节点处的电流传感器来进行采集，如图2所示，电流传感器具备无线通信功能，可以将电力系统一次导线中各个节点采集到的电流值实时传输至终端设备，以使终端设备获取到的电流值为实时电流值。

另外，由于电流传感器具有体积小、重量轻、高精度、成本低、免维护、易安装的特点，可实现配电网的高效、全面采集，为配网的信息感知和故障定位提供优选方案，提升供电可靠性。

上述实施例对如何获取输电线路中各个节点的实时电流值进行具体描述，下面将对实时电流值的传输途径进行说明。

在一个实施例中，如图3所示，图3为本发明实施例提供的输电线路中采样值的采集、传输与应用结构示意图；步骤s110中获取输电线路中各个节点的实时电流值的步骤，可以包括：获取经iec61850通信协议实时传输的输电线路中各个节点的实时电流值。

本实施例中，如图3所示，当采集到各个节点的实时电流值后，为了进一步保证采集到的电流值具有实时性，本申请使用iec61850通信协议来将电力系统一次导线中各节点的电流值的实时传输至后续终端，如保护装置、测控装置、同步相量测量装置等。

可以理解的是，iec61850是关于变电站自动化系统的第一个完整的通信标准体系。与传统的通信协议体系相比，在技术上，iec61850有如下突出特点：①使用面向对象建模技术；②使用分布、分层体系；③使用抽象通信服务接口(acsi)、特殊通信服务映射scsm技术；④使用mms技术；⑤具有互操作性；⑥具有面向未来的、开放的体系结构。

因此，本申请使用iec61850通信协议对各节点的电流值的传输，既可以保证采集值的精度，又可以实现实时传输的效果。

上述实施例中对实时电流值的传输途径进行说明，下面将对如何获取变电站的电流电压值进行详细描述。

在一个实施例中，步骤s110中获取变电站的电压值的步骤，可以包括：获取变电站监控系统所保存的变电站的电压值。

本实施例中，变电站的电压值可以通过变电站监控系统来获取，而变电站监控系统具有监视和录像功能、报警功能、以及分级管理和权限控制等功能，变电站监控系统在实现上述功能，如报警功能时，需要采集变电站的相关信息，如电流、电压等，因此，变电站监控系统中保存有变电站的电压值。

可以理解的是，变电站监控系统中的报警功能主要是兼消防报警、防盗报警和智能分析检测报警等多种功能于一体的功能模块。该功能模块中的消防报警和防盗报警，系统能够对各种报警器产生的信号进行采集，编码和传输，到达监控中心后在恢复成原始的报警信号，能够联动相关设备，如灯光、警笛等，产生声光电报警；该功能模块中的智能分析检测报警能够借助智能视频分析技术，对特定事件进行自动检测和报警，如无关人员闯入高压区域，接地刀闸分离等；另外，所有的报警信号均能触发录像功能，启动录像，记录告警事件。

上述实施例中对如何获取变电站的电流电压值进行详细描述，下面将通过两个实施例对如何获取各个节点之间的线路阻抗进行说明。

在一个实施例中，步骤s110中获取各个节点之间的线路阻抗的步骤，可以包括：

s211：获取各个节点之间的线路参数，所述线路参数包括线路电阻、线路电抗和线路长度。

s212：利用所述线路电阻、所述线路电抗和所述线路长度计算线路阻抗。

本实施例中，各个节点之间的线路阻抗可以根据实际线路长度、架空线及电缆型号，查找对应的产品手册，计算线路参数。

具体地，查找产品手册后得到线路电阻为rx＝r1(ω/km)，线路电抗为xx＝x1(ω/km)，线路长度为l，则线路阻抗为z＝lr1+jlx1，依据该计算公式即可计算出对应线路的线路阻抗。

在一个实施例中，步骤s110中获取任意两个节点之间的线路阻抗的步骤，可以包括：

s311：获取同步相量测量装置所测量的两个节点之间的线路电压电流值，所述同步相量测量装置安装于两个节点之间的线路两端，所述线路电压电流值为两个节点之间的线路两端的电压电流值。

s312：根据两个节点之间的线路电压电流值计算线路阻抗。

本实施例中，各个节点之间的线路阻抗可以通过同步相量测量装置进行实际测量，使用同步相量测量装置进行测量时，可在两个节点之间的线路两端加装同步相量测量装置，由此测得线路两端的线路电压电流值，该线路电压值分别为和该线路电流值为线路阻抗为

需要说明的是，同步相量测量装置(pmu：phasormeasurementunit)指的是利用全球定位系统(gps)秒脉冲作为同步时钟构成的相量测量单元。可用于电力系统的动态监测、系统保护和系统分析和预测等领域，是保障电网安全运行的重要设备。

上述通过两个实施例对如何获取各个节点之间的线路阻抗进行说明，下面将对如何计算各个节点的实时电压值来进行描述。

在一个实施例中，步骤s120中依据各个节点的实时电流值、所述变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗计算各个节点的实时电压值的步骤，可以包括：

s121：利用所述变电站的电压值、与所述变电站相邻的第一节点的实时电流值，以及所述变电站与所述第一节点之间的线路阻抗计算所述第一节点的实时电压值。

s122：利用所述第一节点的实时电压值、与所述第一节点相邻的第二节点的实时电流值，以及所述第一节点与所述第二节点之间的线路阻抗计算所述第二节点的实时电压值，直到所述输电线路中各个节点的实时电压值均计算完毕为止。

本实施例中，利用各个节点的实时电流值、变电站的电压值，以及各个节点之间的线路阻抗计算各个节点的实时电压值时，可从与变电站相邻的第一节点开始算起，接着计算与第一节点相邻的第二节点，以此类推，将输电线路中所有节点的实时电压值均计算完毕为止。

举例来说，变电站的电压值为第一节点的实时电流值为实时电压值为变电站与第一节点之间的线路阻抗为z01，第二节点的实时电流值为实时电压值为第一节点与第二节点之间的线路阻抗为z12，则第一节点的实时电压值第二节点的实时电压值

上述实施例对如何计算各个节点的实时电压值来进行描述，下面将对使用本申请的态势感知控制方法的应用进行进一步说明。

在一个实施例中，所述的态势感知控制方法，还可以包括：利用各个节点的实时电流值判断是否需要启动保护装置，所述保护装置用于对所述实时电流值进行分析，并根据分析结果采取相应的保护动作。

本实施例中，利用本申请得到的实时电流值可以用于电能质量检测、继电保护等方面，如检测到电流过大时启动出口动作的保护功能等；另外，将本申请得到的实时电压值与实时电压值相结合，还可以用于电力系统保护控制领域等，包括实现源网荷协调控制等实时控制功能。

举例来说，采集到的的各个节点的实时电流值可以用于判断是否需要启动保护装置，该保护装置用于对实时电流值进行分析，并根据分析结果采取相应的保护动作。比如说，当实时电流值大于保护装置中的保护定值时，可发送动作指令至相关设备，相关设备接收到该动作指令后可进行保护动作，如开关跳闸等，以此来实现电力系统的可靠供电。

上述实施例中对使用本申请的态势感知控制方法的应用进行进一步说明，下面将提出一种态势感知控制仿真方法，主要用于对本申请的态势感知控制方法中计算得到的实时电压值进行验证。

在一个实施例中，如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种态势感知控制仿真方法的流程示意图；本发明还提供了一种态势感知控制仿真方法，用于对上述实施例中任一项所述的态势感知控制方法中计算得到的实时电压值进行验证，所述仿真方法包括：

s410：搭建与变电站的输电线路对应的仿真线路，并将变电站作为初始节点，将与变电站相邻的节点作为目标节点。

s411：获取目标节点的实时电压值，将目标节点的实时电压值与计算得到的对应节点的实时电压值之间作比对，根据比对结果进行验证。

本实施例中，为了对上述实施例中任一项所述的态势感知控制方法中计算得到的实时电压值进行验证，本申请提出了一种态势感知控制仿真方法，该仿真方法首先需要搭建与变电站的输电线路对应的仿真线路，示意性地，如图5所示，图5为本发明实施例提供的仿真线路结构示意图；图5中，变电站为节点0，即初始节点，出线为架空线路，变电站的电压信号可以由站内的测控装置获取，首段电压为10.13kv，角度为-0.3402°，节点1，即目标节点处安装有电流传感器，测得的电流为286a，如图6所示，图6为本发明实施例提供的电流波形示意图；仿真中线路电阻为0.0122*20＝0.244ω，线路电抗为2*3.14*50*0.000000557059＝0.00349ω，线路阻抗为2*3.14*50*0.000000557059＝0.00349ω；接着，在获取仿真结果中显示的目标节点的电压，即可将目标节点的实时电压值与计算得到的对应节点的实时电压值之间作比对，根据比对结果进行验证。

上述实施例中提出一种态势感知控制仿真方法，主要用于对本申请的态势感知控制方法中计算得到的实时电压值进行验证，下面将对如何进行验证进行具体说明。

在一个实施例中，步骤s411中将所述目标节点的实时电压值与计算得到的对应节点的实时电压值之间作比对，根据比对结果进行验证的步骤，可以包括：

a1：将所述目标节点的实时电压值与计算得到的对应节点的实时电压值进行作差后得到差值。

a2：若所述差值在设定差值范围内，则验证成功。

本实施例中，将目标节点的实时电压值与计算得到的对应节点的实时电压值之间作比对，并利用比对结果进行验证时，可以将目标节点的实时电压值与计算得到的对应节点的实时电压值进行作差，得到对应的差值，然后确定该差值是否在设定差值范围内，若在的话，则验证成功，表示使用本申请的计算方法计算得到的实时电压值，能够广泛应用于电力系统中的多个领域，且计算得到的实时电压值的精度较高。

举例来说，按照本发明中实时电压值的计算方法，得到的目标节点的电压为：

而仿真结果显示的目标节点的电压为10.06kv，与本发明计算得到的实时电压值一致，则表示验证成功。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。

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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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。