配网作业安全管控系统及其关键技术研究_杨波.pdf

dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术254|配网作业安全管控系统及其关键技术研究杨波，刘冻，过佳平国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，浙江嘉兴314033摘要：针对配网运行过程中各设备安全程度较低，导致输出功率降低的问题，本文对配网作业安全管控技术进行设计，对原有配网线路进行软常开点拓扑结构改进，形成互通性走线结构。通过磁盘操作系统管控模型对配网设备参数进行监控和报表记录，保证电网统一化管理。采用MTGS算法建立正交矩阵网络，通过评估各设备安全指标，使配网系统达到最佳安全效果。通过Proteus仿真系统管控过程，通过对比数据发现本研究安全指标上限最高，均值误差最小，证实本研究的优越性。关键词：配网安全管控系统；SNOP拓扑结构；DOS管控模型；MTGS算法；Proteus仿真中图分类号:TM721 文献标志码:A DOI:10.19772/ki.2096-4455.2022.11.058 0引言在现阶段电网配电过程中，由于其覆盖范围广，采用设备多样，危险性高的特点，在实际电力研究中配网作业的安全管控占据电网设计的较大比重1。而目前配网安全管控技术成果仍无法满足市场需求，为改善配网环境，增强电网运行过程中系统安全管控能力，对此提出本文课题的研究。国外电力研究所通过研究配网整体运行过程，对配网设备和运行周期进行测试。文献1设计出Ukey安全管控系统，建立起Ukey管控体系，利用Jmeter技术对设备性能进行测试，利用RFID技术对配网的全生命周期监测，进而达到全面管控的目的。但这种方式对配网环境有极大的限制性，技术要求较为苛刻。国内多家研究机构通过分析配电内网安全结构，对其运行逻辑进行设计，其中文献2提出PetShop业务逻辑层设计，增加配网安全管控策略，利用Agent内网安全技术控制配网运行设备的运行安全，利用Rete算法对内网的设备参数进行监测，通过控制参数实现电网的安全运行。但这种方法在外网并网时产生较大扰动，从而引起电气事故。针对上述配网安全管控技术存在的问题，本文通过分析配网运行设备和参数，分析外网并网扰动影响，建立新型配网安全管控系统，利用改进型软常开点SNOP（Soft Normally Open Point）拓扑结构和磁盘操作系统DOS（Disk Operating System）管控模型改善配网环境，增强管控能力，通过MTGS管控算法对配网数据和设备参数进行运行监测，保证配网数据的安全标准，解决配网设备参数运行紊乱造成电气事故的问题2。1配网作业安全管控系统本文通过分析现场配网作业运行过程，通过分析配网设备的参数安全和运行管控完成设计3，配网作业安全管控系统如图1所示。配网设备智能管控运行监测摄像分析监控平台移动基站无线路由DOS管控服务器工具库管理视频显示视频监督台管控平台网络SNOP拓扑数据库配电总库图 1配网作业安全管控系统 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|255技术应用与管理配网作业安全管控系统主要通过制定自动配网安全关联作业计划与管控结构，其中自动配网安全作业计划涉及配网设备、智能管控、运行监测和摄像分析四个功能。配网设备主要对外网并网设备进行测试，智能管控主要通过智能设备自动管理和控制设备运行状态，运行监测能够对并网过程进行实时采集设备信息，摄像分析主要对配网设备的运行状态图像进行分析4。功能块的输出通过移动基站负责调度运维，与管控平台网络形成通信联通，同时将不同形式的服务器数据分别存储在配电总库和拓扑数据库中。管控平台网络分别对DOS管控模型和SNOP拓扑配线进行控制，对于DOS模型的安全控制主要通过管控服务器和视频监督台完成，DOS管控服务器的处理数据由无线路由装置负责传输，由配电总库完成储存，视频监督台通过视频显示装置呈现。SNOP拓扑配线管控通过工具库管理和监控平台负责设备运行和监测，由SNOP拓扑数据库进行储存5。2改进型SNOP拓扑结构传统SNOP拓扑结构主要利用互联开关进行系统调整，本文通过添加分段开关和PCC开关使拓扑结构区分更为明显，通过加装两个VSC稳定系统，保证拓扑结构的稳定性和安全性，达到配网线路的安全运行的目的，SNOP拓扑结构如图2所示。加载加载中央控制器HV10KV/400V10KV/400V馈线1馈线2馈线3PCC开关F1互联开关分段开关VSC1VSC2控制策略图 2SNOP 拓扑结构SNOP拓扑结构通过三种馈线配合完成管控系统的协调性，其中馈线1由两个VSC结构、分段开关和加载项组成，核心组件为VSC稳定系统，保证SNOP拓扑运行的稳定，分段开关负责控制两个VSC运行的顺序，由加载项输入运行系统；馈线2中各类开关形式进行配网电流导向，开关模式为PCC、分段和互联。PCC开关主要控制馈线回路，通过单刀双置设计模式对馈线2进行分路控制；分段开关可以灵活地控制馈线两侧的功率流，当发生扰动时，可以通过增强控制策略隔离瞬态扰动，中间直流链路也可以扩展存储空间；馈线3中的互联开关可以实现馈线2与馈线3之间的互通，利用交流总线的异步互连方式实现多线程安全管控。当变压器由于负载故障而失去功率时，可以通过不同开关配合完成电源切换，实现自愈。运行过程为若F1点发生故障，PCC开关将被关闭，而由于分段开关和互联开关的作用，负载仍可以通过馈线3进行供电6。通过对SNOP拓扑结构中各式开关连接的分析，发现配电的安全管控系统需要稳定直流侧电压来平衡两侧的有功功率。若变压器直流侧的电压是恒定的，转换器两侧的电流分别是I1和I2，在稳态条件下，当直流侧的电容电压保持不变时，转换器两侧电流相等。因此，可以通过控制直流侧的恒电容电压来实现变压器背靠背安全控制，利用电流转换器制定出配网电站的安全控制策略。3DOS管控模型3.1DOS安全监控设计DOS管控模型的基础结构为监控中心的设计，为整个安全管控提供基本的数据材料7，因此完备的监控机制对加强配网安全性具有重要作用，DOS监控设计如图3所示。供电区安全区输电线路保护线路安全监控网络电力事件采集运行监控电力用户监控设计中心数据库图 3DOS 安全监控设计dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术256|在DOS管控模型运行过程中，监控中心采集的配电网数据作为模型研究对象，通过分析供电区和安全区之间的联系，将输电线路和保护线路进行事件化分析，对采集的配网设备电力事件进行运行监控，对于现场事件储存在数据库中8，然后通过安全监控网络相互联系，最终完成供电区和电力用户之间的协调，提供相对安全的电力环境。3.2DOS调度控制设计对监控中心收录的事件信息，本文设计专有的调度控制进行数据转移，达到最佳安全管控的目的。DOS调度控制中心如图4所示。监控数据运行日志微机显示运行指令DOS模型电力传感器用户需求配网二次线路调度监控电力报表运维人员电表信息运行监控MTGS算法输电监控MTGS算法数据库调度室数据库验证中心图 4DOS 调度控制中心调度控制中心根据监控提供配网数据资源，在配网运行结构中设有安全设备保证供电安全，通过调度室将数据调度到用户需求侧、配网运维和验证中心，在调度室运行结构由监控数据和微机显示建立配网运行日志，通过DOS模型描述事件发生过程，将运维人员信息和输电监控信息汇总，演变为运行指令，将指令通过编码传输的方式暂存在数据库，方便随时调用9。配网运维根据运行日志生成报表信息，通过根据配网中的二次线路和运维人员的配合查验电表信息，实现设备信息的安全运维。验证中心主要对运行日志产生的监控数据进行验证，通过MTGS算法验证设备参数，保证配网运行的安全标准。DOS模型的建立通过设计运行指令和DOS模型完成配网安全运行，通过监控中心、运行中心和调度中心完成安全管控，进而完成电力系统的安全控制，保证配网系统运营的安全。4MTGS管控算法田口施密特正交（Mahalanobis-Taguchi Gram-Schmidt，MTGS）管控算法主要对配网系统设计的安全管控技术进行验证，将施密特公式应用在电力配电网中，实现配电设备状态的全面把控10。通过建立MTGS计算模型对配网设备运行参数进行验证，通过评估不同设备指标进行验证，配网设备的指标均值计算为：()()()()()1222iiiTL iL i=+（1）式（1）中()i表示配网设备指标均值，T表示设备运行周期，()L i表示设备运行的各项参数，i表示配网设备评估系数。通过建立正交化的评估矩阵将配网中各设备的指标进行信息交叠，其相互影响迭代过程为：（2）式（2）中i表示设备指标相互交叠函数，表示配网设备之间相互影响迭代公式。根据设备指标的迭代公式，对配网安全矩阵建立算法程序，即：()()21Tkiiid=（3）式（3）中2kid表示配网设备正交化安全矩阵，i表示设备在MTGS计算模型对应的指标元素，表示正交化矩阵安全运行系数。经过MTGS计算模型设定的安全指标，将各项指标数据通过施密特公式应用在配网系统中，电 子 元 器 件 与 信 息 技 术|257技术应用与管理则可以达到的最佳安全效果为：()1110mkikS ilgdm=|（4）式（4）中()S i表示MTGS模型改造后的配网安全效果，m表示配网运行设备数量，kid表示正交矩阵制定的配网安全指标。通过判定MTGS算法模型下的配网指标形成归一化权重，对各设备运行状态起到限制作用，其权重计算式为：()()()1niS iiS i=（5）式（5）中，()i表示配网设备归一化权重函数，()S i表示MTGS模型下的配网安全指标。MTGS算法通过建立算法模型将配网设备参数均值进行迭代处理，根据迭代数据推算出不同设备的安全指标，通过正交化矩阵将各种安全指标输入模型，从而得到最佳配网安全效果，并对其影响权重进行计算，验证算法效果11。5试验结果与分析实验室采用Intel i9 9600KF配置计算机，64+256GB内存容量。现场实验环境设置，实验电网采用高压配电网，电压等级为1050kV，管控图像分辨率为26001200ppi，配网设备精度大于80%，现场数据分析速度5.0MB/s，MTGS算法评估误差90%计算机I9 9600KF64+256GB算法程序MTGS 算法90%配电模型ModelBuilderV4.2.0仿真软件Proteus 软件Proteus 8.10本设计试验对配网运行中的不同设备进行研究，根据实验数据分析，在相同电压环境下对配网安全管控系统进行实验，根据Proteus仿真软件对实际工作过程进行演示12，配网安全管控仿真图如图5所示。I/P+-R1R2VDFU1FU20V-调节器图 5配网安全管控仿真图根据图5仿真结果对比各设计方案具体效果，根据MTGS算法中的式（4）评估配网管控系统的安全指标，进而验证本研究的有效性，将实验结果汇总数据表，最终显示配网管控安全指标实验表如表2所示。表 2配网管控安全指标实验表系统架构配网功率/kW安全指标/%均值误差/%本设计1711.96903.5Ukey 管控1260.59786.2PetShop 逻辑1030.76758.3通过表2数据分析，本设计配电网最高电压等级为50kV，配网运行最大功率为1711.96kW，经过MTGS算法评估的设备安全指标为90%，均值误差为3.5%。文献1采用的Ukey安全管控系统配网运行最大功率为1260.59kW，经过MTGS算法评估的设备安全指标为78%，均值误差为6.2%。文献2设计的PetShop业务逻辑控制配网运行最大功率为1030.76kW，经过MTGS算法评估的设备安全指标为75%，均值误差为8.3%。由此看出本文设计的配网安全管控系统具有较高可行性。为证明管控系统的普适性，统计管控系统在三种不同电网类型应用下的配网功率数据，对比条形图如图6所示。dianzi yuanqijian yu xinxijishu 电 子 元 器 件 与 信 息 技 术258|9001100150017001300800配网功率/KWTT电网TN