一種基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)和方法與流程

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)和方法，屬于計算機、電力領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電網(wǎng)的自愈（Self Healing）是指其在無需或僅需少量的人為干預(yù)的情況下，利用先進的監(jiān)控手段對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行連續(xù)的在線診斷與評估，及時發(fā)現(xiàn)并快速調(diào)整，消除故障隱患；在故障發(fā)生時，能夠快速隔離故障、自我恢復(fù)，不影響用戶的正常供電或?qū)⒐收嫌绊懡抵磷钚?。就像人體的免疫功能一樣，自愈使電網(wǎng)能夠抵御并緩解各種內(nèi)外部危害（故障），保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行和供電質(zhì)量。

隨著配電自動化的高速發(fā)展，配電網(wǎng)自愈功能越來越受到電網(wǎng)建設(shè)者重視，加大了在“配電網(wǎng)自愈”方面的投入和建設(shè)，并在很多配電自動化系統(tǒng)的招標方案里明確提出了“配電網(wǎng)自愈”的功能要求。

配電網(wǎng)自愈控制是面向智能配電網(wǎng)，以傳感采集和通信技術(shù)為媒介，以數(shù)據(jù)挖掘與狀態(tài)監(jiān)測、電網(wǎng)預(yù)警為基礎(chǔ)，以狀態(tài)評估和分析決策為核心，以控制設(shè)備為手段，實現(xiàn)對系統(tǒng)的優(yōu)化運行、風險預(yù)防、故障處置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)和方法，在饋線自動化的基礎(chǔ)之上，結(jié)合配電網(wǎng)狀態(tài)估計和潮流計算等分析的結(jié)果，自動診斷配電網(wǎng)當前所處的運行狀態(tài)，并進行控制策略決策，實現(xiàn)對配電網(wǎng)一、二次設(shè)備的自動控制，消除配電網(wǎng)運行隱患，縮短故障處理周期，提高運行安全裕度，促使配電網(wǎng)轉(zhuǎn)向更好的運行狀態(tài)，賦予配電網(wǎng)自愈能力。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括一種基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：可視模塊，用于周期性對配電網(wǎng)狀態(tài)進行辨識，進而根據(jù)辨識結(jié)果生成對應(yīng)的控制方案，還包括對配電網(wǎng)拓撲圖進行實時展示；風險模塊，用于對配電網(wǎng)風險指標進行計算及預(yù)測，創(chuàng)建對應(yīng)的風險規(guī)則庫并生成預(yù)防控制方案，進一步，當出現(xiàn)風險時使用界面對風險狀態(tài)進行展示；模擬模塊，用于基于對配電網(wǎng)參數(shù)進行設(shè)置，模擬配電網(wǎng)風險狀態(tài)，進一步啟用所述風險模塊對模擬配電網(wǎng)風險狀態(tài)進行評估；決策模塊，用于對配電網(wǎng)的性能進行評價，并根據(jù)不同的評價提供對應(yīng)的優(yōu)化控制決策；參數(shù)模塊，用于提供人機交互界面對所述可視模塊、風險模塊、模擬模塊及決策模塊參數(shù)進行人工自定義設(shè)置，還用于對計算結(jié)果進行查看。

根據(jù)所述的基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括：可以基于多種電網(wǎng)模型進行自愈控制，具體包括實時電網(wǎng)模型、未來電網(wǎng)模型及歷史電網(wǎng)模型。

根據(jù)所述的基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)，所述的可視模塊還包括：采集子模塊，用于在固定時間的一個周期內(nèi)，對電網(wǎng)所處的狀態(tài)進行識別，根據(jù)狀態(tài)辨識結(jié)果，分別生成不同的控制方案，進一步使用顯示界面對狀態(tài)及告警信息進行顯示，其中電網(wǎng)狀態(tài)包括正常、風險、緊急、優(yōu)化及恢復(fù)狀態(tài)；顯示子模塊，用于在可視界面對整個配電網(wǎng)絡(luò)的拓撲圖進行實時展示，并且對拓撲圖中正常數(shù)據(jù)點及異常數(shù)據(jù)點使用顯著標識進行區(qū)分；微網(wǎng)子模塊，用于允許分布式能源以微網(wǎng)形式接入，并當配網(wǎng)發(fā)生故障時，對配電網(wǎng)與微網(wǎng)實施隔離，使得微網(wǎng)形成供電孤島并向重要負荷供電。

根據(jù)所述的基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)，所述的風險模塊還包括：風險計算子模塊，用于計算配電網(wǎng)的風險指標，并對歷史風險指標建立風險規(guī)則庫，在未來對配電網(wǎng)進行計算風險指標時，從規(guī)則庫查找相應(yīng)的風險規(guī)則并生成相應(yīng)的控制方案，進一步還用于對未來的時間段進行風險預(yù)測；風險預(yù)覽子模塊，用于將不同的風險劃分為多個風險等級，所預(yù)覽的風險區(qū)域可以是配電網(wǎng)部分區(qū)域，還可以是全部區(qū)域，進一步，對風險區(qū)域使用明顯標識進行標注并定位。

根據(jù)所述的基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)，所述的模擬模塊還包括：用于基于所述參數(shù)模塊對配電網(wǎng)參數(shù)進行設(shè)置，進一步調(diào)整電網(wǎng)參數(shù)，使得電網(wǎng)參數(shù)模擬達到指定的風險狀態(tài)，進而進行相應(yīng)的風險評估模擬及控制方案模擬。

根據(jù)所述的基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)，所述的決策模塊還包括：用于對配電網(wǎng)的安全性、供電能力、可靠性、經(jīng)濟性、供電質(zhì)量進行評估，根據(jù)評估結(jié)果生成對應(yīng)的優(yōu)化控制方案。

根據(jù)所述的基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)，所述的控制方案還包括：用于根據(jù)配電網(wǎng)所處的狀態(tài)生成對應(yīng)的一個或/和控制方案，經(jīng)過一個控制方案處理的配電網(wǎng)進一步執(zhí)行下一個控制方案，直至配電網(wǎng)達到最優(yōu)狀態(tài)。

本發(fā)明的技術(shù)方案還包括一種智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)，其特征在于，該方法包括：周期性對配電網(wǎng)狀態(tài)進行辨識，進而根據(jù)辨識結(jié)果生成對應(yīng)的控制方案，還包括對配電網(wǎng)拓撲圖進行實時展示；對配電網(wǎng)風險指標進行計算及預(yù)測，創(chuàng)建對應(yīng)的風險規(guī)則庫并生成預(yù)防控制方案，進一步，當出現(xiàn)風險時使用界面對風險狀態(tài)進行展示；基于對配電網(wǎng)參數(shù)進行設(shè)置，模擬配電網(wǎng)風險狀態(tài)，進一步啟用所述風險模塊對模擬配電網(wǎng)風險狀態(tài)進行評估；對配電網(wǎng)的性能進行評價，并根據(jù)不同的評價提供對應(yīng)的優(yōu)化控制決策；提供人機交互界面對所述可視模塊、風險模塊、模擬模塊及決策模塊參數(shù)進行人工自定義設(shè)置，還用于對計算結(jié)果進行查看。

進一步，該方法還包括：基于多種電網(wǎng)模型進行自愈控制，具體包括實時電網(wǎng)模型、未來電網(wǎng)模型及歷史電網(wǎng)模型。

根據(jù)所述的基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)，該方法還包括：在固定時間的一個周期內(nèi)，對電網(wǎng)所處的狀態(tài)進行識別，根據(jù)狀態(tài)辨識結(jié)果，分別生成不同的控制方案，進一步使用顯示界面對狀態(tài)及告警信息進行顯示，其中電網(wǎng)狀態(tài)包括正常、風險、緊急、優(yōu)化及恢復(fù)狀態(tài)；在可視界面對整個配電網(wǎng)絡(luò)的拓撲圖進行實時展示，并且對拓撲圖中正常數(shù)據(jù)點及異常數(shù)據(jù)點使用顯著標識進行區(qū)分；允許分布式能源以微網(wǎng)形式接入，并當配網(wǎng)發(fā)生故障時，對配電網(wǎng)與微網(wǎng)實施隔離，使得微網(wǎng)形成供電孤島并向重要負荷供電。

進一步，該方法還包括：計算配電網(wǎng)的風險指標，并對歷史風險指標建立風險規(guī)則庫，在未來對配電網(wǎng)進行計算風險指標時，從規(guī)則庫查找相應(yīng)的風險規(guī)則并生成相應(yīng)的控制方案，進一步還用于對未來的時間段進行風險預(yù)測；將不同的風險劃分為多個風險等級，所預(yù)覽的風險區(qū)域可以是配電網(wǎng)部分區(qū)域，還可以是全部區(qū)域，進一步，對風險區(qū)域使用明顯標識進行標注并定位。

進一步，該方法還包括：使用參數(shù)模塊對配電網(wǎng)參數(shù)進行設(shè)置，進一步調(diào)整電網(wǎng)參數(shù)，使得電網(wǎng)參數(shù)模擬達到指定的風險狀態(tài)，進而進行相應(yīng)的風險評估模擬及控制方案模擬。

進一步，該方法還包括：對配電網(wǎng)的安全性、供電能力、可靠性、經(jīng)濟性、供電質(zhì)量進行評估，根據(jù)評估結(jié)果生成對應(yīng)的優(yōu)化控制方案。

進一步，其特征在于，該方法還包括：根據(jù)配電網(wǎng)所處的狀態(tài)生成對應(yīng)的一個或/和控制方案，經(jīng)過一個控制方案處理的配電網(wǎng)進一步執(zhí)行下一個控制方案，直至配電網(wǎng)達到最優(yōu)狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果為：風險預(yù)警，支持配電網(wǎng)在緊急狀態(tài)、恢復(fù)狀態(tài)、異常狀態(tài)、警戒狀態(tài)和安全狀態(tài)等狀態(tài)劃分及分析評價機制，為配電網(wǎng)自愈控制實現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)和分析模型依據(jù)；校正控制，包括預(yù)防控制、校正控制、恢復(fù)控制、緊急控制，各級控制策略保持一定的安全裕度，滿足N-1準則； 具備相關(guān)信息融合分析的能力，在故障信息漏報、誤報和錯報條件下能夠容錯故障定位；支持配電網(wǎng)大面積停電情況下的多級電壓協(xié)調(diào)、快速恢復(fù)功能； 支持大批量負荷緊急轉(zhuǎn)移的多區(qū)域配合操作控制；自愈控制宜延伸至配電高電壓等級統(tǒng)一考慮。

附圖說明

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的配網(wǎng)自愈控制圖；

圖3所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的配網(wǎng)自愈控制的處理流程圖；

圖4所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的風險評估圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。本發(fā)明的基于智能電網(wǎng)的配電網(wǎng)自愈控制系統(tǒng)和方法適用于配電網(wǎng)自愈處理。

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的結(jié)構(gòu)框圖。具體如下A-H所示，

A.電網(wǎng)模型選擇,可以基于各種電網(wǎng)模型進行自愈控制，包括：

1)實時電網(wǎng)模型：指當前電網(wǎng)模型；

2）未來電網(wǎng)模型：指未來幾個月內(nèi)將要投運的電網(wǎng)模型；

3）歷史電網(wǎng)模型：指歷史某一時刻的電網(wǎng)模型。

B.自愈狀態(tài)評估,包括

1）在每一個采集周期內(nèi)，于后臺進行系統(tǒng)5種狀態(tài)（正常、優(yōu)化、風險、緊急、恢復(fù)）的狀態(tài)辨識，根據(jù)狀態(tài)辨識結(jié)果，分別生成不同的控制方案。在前臺界面上給出整個系統(tǒng)當前狀態(tài)及各告警信息；

2）可以在主接線圖上看到整個配電網(wǎng)絡(luò)的拓撲情況。各節(jié)點（母線/開關(guān)/配變/主變）以數(shù)字形式實時顯示三相電壓、電流和功率因數(shù)的大?。ǜ鶕?jù)狀態(tài)估計，判斷為合理數(shù)據(jù)的以正常顏色實時顯示，不合理的數(shù)據(jù)通過特殊顏色顯示），線路區(qū)段首末端以數(shù)字和箭頭方式顯示有功和無功和大小和方向，通過不同顏色顯示告警信息；

3）在分布式能源接入情況下，允許微網(wǎng)形式的運行，當配網(wǎng)發(fā)生故障時，通過自愈控制，實現(xiàn)微網(wǎng)與配電網(wǎng)分離，形成孤島并獨立地向其內(nèi)部的重要負荷供電。

C.風險辨識、評估和預(yù)警,包括

1）可以計算風險指標；

2）可以根據(jù)風險指標計算結(jié)果以及對應(yīng)的規(guī)則庫，判斷出所面臨風險的類型。

3）可以預(yù)測從現(xiàn)在起未來一段時間內(nèi)配電網(wǎng)所面臨的風險情況。

4）可以根據(jù)風險類型辨識結(jié)果，生成相應(yīng)的預(yù)防控制方案，供調(diào)度決策人員參考。

5）可以通過風險等級反饋在用戶界面上，并給出一定的告警信息（圖像、文字、聲音等報警信號），供調(diào)度決策人員參考；

6）可以對全網(wǎng)或局部電網(wǎng)的風險狀況進行集中辨識、判斷、定位以及預(yù)防控制。

7）可以將風險準確定位到局部，并可以根據(jù)局部風險狀況來反映全局風險情況。

8）可以在圖形上直接顯示風險區(qū)，也可以用彈出窗。

可預(yù)警的風險分為系統(tǒng)風險、節(jié)點風險及設(shè)備風險，涉及過負荷、過電壓、低電壓（電壓越限）、三相不平衡風險等方面的風險。

D.多區(qū)域配合操作控制

在變電站全站停電情況下，進行大批量負荷緊急轉(zhuǎn)移的多區(qū)域配合操作控制并驗證。

E.風險事件模擬,仿真態(tài)下，在設(shè)定好電網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)，如環(huán)境參數(shù)、系統(tǒng)負荷、運行方式等，再在此基礎(chǔ)上，人工改變電網(wǎng)的某些參數(shù)，如負荷大小、變壓器分接頭位置等，來模擬電網(wǎng)的風險狀態(tài)，并啟動風險辨識模塊，進行風險辨識、評估和預(yù)警。

F優(yōu)化控制決策,包括

1)對電網(wǎng)進行安全性評價，如：節(jié)點電壓水平、主變和線路負載率等。

2)對電網(wǎng)供電能力進行評價，如：容載比、線路間負荷轉(zhuǎn)移能力等。當供電能力不能滿足負荷需求時，根據(jù)負荷重要程度、產(chǎn)生的經(jīng)濟社會效益以及歷史壓負荷情況，進行甩負荷。

3)對電網(wǎng)可靠性和供電質(zhì)量進行評價，如：負荷點故障率、系統(tǒng)平均停電頻率、系統(tǒng)平均停電時間、電壓合格率等。

4)對電網(wǎng)經(jīng)濟性進行評價，如：線損率和設(shè)備利用效率等。

5)根據(jù)上述評價，可以給出相應(yīng)的優(yōu)化控制方案。

G.參數(shù)設(shè)置，支持對各功能模塊算法中某些參數(shù)進行人工干預(yù)，如電網(wǎng)狀態(tài)評估規(guī)則、風險狀態(tài)辨識規(guī)則等。需要設(shè)置的參數(shù)內(nèi)容請參見后文的說明。

H.界面顯示，提供人機界面，用于自愈系統(tǒng)各功能的計算參數(shù)設(shè)置、啟動運行、計算結(jié)果查看等。

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的配網(wǎng)自愈控制圖。用于表示在針對不同的配電網(wǎng)狀況時，采用不同的控制方案進行解決。通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定斷面監(jiān)視、緊急預(yù)警、恢復(fù)控制、優(yōu)化控制等5 個層次對電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)進行分析，準確把握電網(wǎng)的監(jiān)控要點，給出相應(yīng)的事故處理和校正/優(yōu)化策略。一般地，配電網(wǎng)運行狀態(tài)可以歸納為以下幾個階段：

（1）緊急狀態(tài)：指配電網(wǎng)中有故障發(fā)生，或有嚴重低電壓，或有嚴重過負荷，或有過負荷持續(xù)時間超出允許范圍，需繼電保護動作以防止運行繼續(xù)惡化時所處的狀態(tài)。

（2）恢復(fù)狀態(tài)：指對配電網(wǎng)的緊急狀態(tài)實施控制后，配電網(wǎng)的參數(shù)尚能符合運行約束條件，但存在失電負荷或供電孤島，此時配電網(wǎng)的運行狀態(tài)雖不再繼續(xù)惡化，但尚未確立正常運行狀態(tài)。

（3）異常狀態(tài)：指配電網(wǎng)中存在過負荷且持續(xù)時間在允許范圍內(nèi)，電壓越限但未發(fā)生電壓失穩(wěn)，或電力設(shè)備運行異常時所處的狀態(tài)。

（4）警戒狀態(tài)：指當前時刻尚無故障或異常發(fā)生，但需保持警戒的狀態(tài)。比如預(yù)測未來2小時內(nèi)將發(fā)生過負荷事件，則向值班人員報警。

（5）安全狀態(tài)：指配電網(wǎng)各項運行參數(shù)正常，但有可能存在N-1的安全隱患，或者在受到某一個合理的預(yù)想事故擾動后不能完全滿足約束條件時所處的狀態(tài)。

（6）經(jīng)濟狀態(tài)：指配電網(wǎng)穩(wěn)定、安全、可靠運行，且在當前負荷水平下?lián)p耗低、運行成本小。

圖3所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的配網(wǎng)自愈控制的處理流程圖，用于表示順序使用不同的控制方案解決配網(wǎng)狀況的流程圖。通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、穩(wěn)定斷面監(jiān)視、緊急預(yù)警、恢復(fù)控制、優(yōu)化控制等5個層次對電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)進行分析，準確把握電網(wǎng)的監(jiān)控要點，給出相應(yīng)的事故處理和校正/優(yōu)化策略。

圖4所示為根據(jù)本發(fā)明實施方式的風險評估圖。用于表示風險評估的詳細處理過程。

以上所述，只是本發(fā)明的較佳實施例而已，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，只要其以相同的手段達到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)其技術(shù)方案和/或?qū)嵤┓绞娇梢杂懈鞣N不同的修改和變化。