一種基於物聯網技術的配網線路動態增容方法
2023-05-30 19:09:51
專利名稱：一種基於物聯網技術的配網線路動態增容方法
技術領域：
本發明涉及一種基於物聯網技術的配網線路動態增容方法，屬電力信息自動化技術領域。
背景技術：
一個省內大部分城市供電以居民用電為主，城市配電網峰谷差較大，為滿足高峰期居民用電負荷的需要畢竟進行大規模電力基礎設施建設，電網負荷率低，影響了電網運行的經濟性。長期以來，配電線路載流量設計是在選定的氣象條件(如環境溫度40°C，風速0.5m/s，太陽輻射功率1000W/m2)和導線最高允許溫度(70 90°C )下計算的線路載流量，這是線路的靜態載流量，也稱為靜態熱定額，它可在極端條件下保證導線強度和線路安全，但過於保守。變電站IOkV饋線配置的過負荷保護的保護定值基於此數值計算過負荷保護定值進行配電網運行調度控制，降低了設備的利用率，影響了電網運行的經濟性。應用物聯網技術和高速通信方式直接採集電氣設備實時運行狀態量，根據監測數據進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算，根據計算結果實時判斷配電網主設備實際運行工況，突破過負荷保護定值的限值，實現配電網動態增容，提高配電網負荷率，在不影響配電網運行可靠性基礎上提升配電網運行經濟性。
發明內容
本發明的目的在於提供一種應用物聯網技術和高速通信網絡進行配電網設備運行狀態實時監測，將採集到的實時監測數據進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算，根據計算結果進行配電運行調度控制，實現配電網動態增容的方法。實現本發明的技術方案是，利用配電網設備運行工況採集終端實現對配電網主設備運行工況的實時監測，並將實時監測數據通過電力通信網傳輸至配電網調控主站，配電網調控主站根據主設備監測數據進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算，再根據計算結果對配電網運行調度控制方式進行控制。本發明方法如下:
1、數據採集:由配電網設備運行工況實時採集終端實時採集配電線路的運行工況，採集到的信息主要是配電線路的實時溫度，重點是接頭等最容易發熱的關鍵部位，同時也應包括電壓、電流等電氣量，作為配網調控主站在線計算的輔助參數。2、數據傳輸:將配電網設備運行工況實時採集終端採集到的實時數據通過電網快速通信網絡上傳至配網調控主站。3、主站在線計算:主站根據收集實時監測數據進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算。配電網安全約束條件應包括配電網運行全景工況，配電線路轉供能力等，根據計算結果對配網運行方式進行實時控制。進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算包括:
(O網絡拓樸:根據實時資料庫中的元件模型、連接關係以及開關的實時狀態，確定配電網中各種設備的連接關係和帶電狀態。(2)狀態估計:應用估計算法來檢測與剔除壞數據，提高數據精度，保持數據的一致性，實現配電網不良量測數據的辨識，並通過負荷估計及其他相容性分析方法進行一定的數據修復和補充。狀態估計從不完整的DSCAFA數據和母線負荷預測數據，來獲得完整的實時網絡狀態。(3)潮流計算:潮流計算根據配電網絡指定運行狀態下的拓撲結構、變電站母線電壓(即饋線出口電壓)、負荷類設備的運行功率等數據，計算整個配電網絡的節點電壓，以及支路電流、功率分布。可採用牛頓-拉夫遜潮流計算方法、支路類配電網潮流計算方法進行潮流計算。(4)負荷預測:針對6_20kV母線、區域配電網進行負荷預測，在對系統歷史負荷數據、氣象因素、節假日，以及特殊事件等信息分析的基礎上，依據配網負荷變化規律，建立預測模型，選擇適合策略預測未來系統負荷變化。(5)負荷轉供:當配網線路發生過負荷情況時，主站根據實際採集的狀態量(線路潮流、線路溫度、配變運行狀態等)進行線路供電能力判斷，當線路確實發生過負荷時，或者設定停電檢修區間時，可能導致除事故區間或檢修區間以外的區間停電，需要對這些區間進行負荷轉移，使因此而導致的負荷損失最小及用戶停電時間最少，此時需要使用負荷轉移功能。負荷轉供根據目標設備分析其影響負荷，並將受影響負荷安全轉至新電源點，提出包括轉供路徑、轉供容量在內的負荷轉供操作方案。4、配網運行方式進行實時控制:依據轉供策略分析的結果，採用自動或人工介入的方式對負荷進行轉移，實現消除越陷、減少停電時間等目標，形成的閉環控制。本發明的有益效果是，本發明應用物聯網技術和高速通信方式直接採集電氣設備實時運行狀態量，並根據監測數據進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算，再根據計算結果實時判斷配電網主設備實際運行工況，突破過負荷保護定值的限值，實現配電網動態增容，提高配電網負荷率，在不影響配電網運行可靠性基礎上提升配電網運行經濟性。`本發明適用於配電網動態增容，特別適用於實施配電自動化區域配電網動態增容。
圖1為本發明配電網動態增容方式實現結構圖。
具體實施例方式 下面對本發明作進一步詳細說明。1、數據採集
配電網設備運行工況實時採集終端實時採集配電線路的運行工況，採集到的信息主要是配電線路的實時溫度，重點是接頭等最容易發熱的關鍵部位，同時也應包括電壓電流等電氣量，作為配網調控主站在線計算的輔助參數。除了配電線路外，配電網設備運行工況實時採集終端還應對配電網其他主設備，如配電變壓器運行工況進行採集，運行工況主要是配變實時負荷，實時油溫、油色譜及實時局放等。終端應滿足以下要求:
O終端應採用模塊化、可擴展、低功耗的產品，具有高可靠性和適應性；
2)結構形式應滿足現場安裝的規範性和安全性要求；
3)終端電源採用系統供電和蓄電池(或者超級電容)相結合的供電模式；
4)終端應具有明顯的裝置運行、通訊、遙信等狀態指示； 5)終端與外部裝置接線宜採用航空插頭形式。2、數據傳輸
配電網設備運行工況實時採集終端採集到的實時數據通過電網快速通信網絡上傳至配網調控主站。數據通信規約應遵循DL/T 634.5101-2002、DL/T634.5104-2002協議。3、主站在線計算
主站收集實時監測進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算。配電網安全約束條件應包括配電網運行全景工況，配電線路轉供能力等，根據計算結果對配網運行方式進行實時控制。主站在線計算速度必須滿足一定要求，確保配網實時控制需要。進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算包括:
O網絡拓撲
網絡拓撲根據實時資料庫中的元件模型、連接關係以及開關的實時狀態，確定配電網中各種設備的連接關係和帶電狀態，還可用來檢測網絡是否出現閉環現象，並根據其運行狀態進行動態著色，將結果以醒目的顏色顯示在系統聯絡圖和接線圖上。根據電網連接關係和設備的運行狀態進行動態分析，分析結果可以應用於配電監控、安全約束等，也可針對複雜的配電網絡模型形成狀態估計、潮流計算使用的計算模型。2)狀態估計
狀態估計利用實時量測的冗餘性，應用估計算法來檢測與剔除壞數據，提高數據精度，保持數據的一致性，實現配電網不良量測數據的辨識，並通過負荷估計及其他相容性分析方法進行一定的數據修復和補充。狀態估計從不完整的DSCAFA數據和母線負荷預測數據，來獲得完整的實時網絡狀態。它是網絡分析類推之源。狀態估計分兩大部分:一是主配網的估計，有實時量測量，屬一般狀態估計模型；二是沿饋線的潮流分量，無實時量測量，即在已知饋線始端功率和電壓(估計值)的條件下，利用母線負荷預測模型，將其分配到各負荷點用於測量計算。3)潮流計算
潮流計算根據配電網絡指定運行狀態下的拓撲結構、變電站母線電壓(即饋線出口電壓)、負荷類設備的運行功率等數據，計算整個配電網絡的節點電壓，以及支路電流、功率分布。對於配電自動化覆蓋區域由於實時數據採集較全，可進行精確潮流計算；對於自動化尚未覆蓋或未完全覆蓋區域，可利用用電信息採集、負荷管理系統的準實時數據，利用狀態估計儘量補全數據，進行潮流估算。目前廣泛應用的潮流計算方法主要有牛頓-拉夫遜潮流計算方法、支路類配電網潮流計算方法等。4)負荷預測
配電網負荷預測主要針對6-20kV母線、區域配電網進行負荷預測，在對系統歷史負荷數據、氣象因素、節假日，以及特殊事件等信息分析的基礎上，挖掘配網負荷變化規律，建立預測模型，選擇適合策略預測未來系統負荷變化。由於配電網實際測量量太少，所以負荷預報對配電網運行有重要意義。負荷預報軟體根據周期分為超短期負荷預報和短期負荷預報。超短期負荷預報一般用於預測未來1-2小時系統負荷，短期負荷預報一般用來預測未來I天-1周(節假日可以提前更多時間進行)的系統負荷。
5)線路實時過載能力計算及負荷轉供
算法的核心是結合線路潮流、線路負荷預測、線路溫度及配變運行狀態進行線路實時過載能力計算。線路實時過載能力計算以IEEE 738-2006標準中導線溫度和載流量計算方法中動態熱穩定方程為基礎:
權利要求
1.一種基於物聯網技術的配網線路動態增容方法，包括由配電網設備運行工況實時採集終端實時採集數據和通過電網快速通信網絡上傳至配網調控主站的數據傳輸，其特徵在於，主站根據收集實時監測數據進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算；配電網安全約束條件應包括配電網運行全景工況，配電線路轉供能力；根據計算結果對配網運行方式進行實時控制；進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算包括: (1)網絡拓樸:根據實時資料庫中的元件模型、連接關係以及開關的實時狀態，確定配電網中各種設備的連接關係和帶電狀態； (2)狀態估計:應用估計算法來檢測與剔除壞數據，提高數據精度，保持數據的一致性，實現配電網不良量測數據的辨識，並通過負荷估計及其他相容性分析方法進行一定的數據修復和補充；狀態估計從不完整的DSCAFA數據和母線負荷預測數據，來獲得完整的實時網絡狀態； (3)潮流計算:潮流計算根據配電網絡指定運行狀態下的拓撲結構、變電站母線電壓(即饋線出口電壓)、負荷類設備的運行功率等數據，計算整個配電網絡的節點電壓，以及支路電流、功率分布； (4)負荷預測:針對6-20kV母線、區域配電網進行負荷預測，在對系統歷史負荷數據、氣象因素、節假日，以及特殊事件等信息分析的基礎上，挖掘配網負荷變化規律，建立預測模型，選擇適合策略預測未來系統負荷變化； (5)負荷轉供:當配網線路發生過負荷情況時，主站根據實際採集的狀態量進行線路供電能力判斷，計算結合線路潮流、線路負荷預測、線路溫度及配變運行狀態進行線路實時過載能力計算； 線路實時過載能力計算以IEEE 738-2006標準中導線溫度和載流量計算方法中動態熱穩定方程為基礎並對其中參數進行修正，加入計及電網安全的約束條件； 動態熱穩定方程為:
2.根據權利要求1所述的一種基於物聯網技術的配網線路動態增容方法，其特徵在於，所述根據計算結果對配網運行方式進行實時控制，是依據轉供策略分析的結果，採用自動或人工介入的方式對負荷進行轉移，實現消除越陷、減少停電時間等目標，形成的閉環控制。
3.根據權利要求1所述的一種基於物聯網技術的配網線路動態增容方法，其特徵在於，以IEEE 738-2006標準中導線溫度和載流量計算方法中動態熱穩定方程為基礎，根據物聯網實測數據對動態熱穩定方程進行修正並作為電網安全約束條件，修正後得出的導線溫度和載流量作為配電系統運行調度和控制依據。
4.根據權利要求1所述的一種基於物聯網技術的配網線路動態增容方法，其特徵在於，所述負荷轉供中主站根據實際採集的狀態量包括線路潮流、線路溫度、配變運行狀態。
5.根據權利要求1所述的一種基於物聯網技術的配網線路動態增容方法，其特徵在於，所述狀態估計分兩大部分:一是主配網的估計，有實時量測量，屬一般狀態估計模型；二是沿饋線的潮流分量，無實時量測量，即在已知饋線始端功率和電壓的條件下，利用母線負荷預測模型，將其分配到各負荷點用於測量計算。
全文摘要
一種基於物聯網技術的配網線路動態增容方法，包括由配電網設備運行工況實時採集終端實時採集數據和通過電網快速通信網絡上傳至配網調控主站的數據傳輸，主站根據收集實時監測數據進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算；配電網安全約束條件應包括配電網運行全景工況，配電線路轉供能力；根據計算結果對配網運行方式進行實時控制；進行計及配電網安全約束的電力設備熱穩定限值在線分析計算包括(1)網絡拓樸；(2)狀態估計；(3)潮流計算；(4)負荷預測；(5)負荷轉供。本發明突破過負荷保護定值的限值，實現配電網動態增容，提高配電網負荷率，提升了配電網運行經濟性。本發明適用於配電網動態增容。
文檔編號H04L29/08GK103138397SQ20121046516
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者鄭蜀江, 曾偉, 潘本仁, 餘侃勝, 安義, 蔡木良 申請人:江西省電力科學研究院, 國家電網公司