一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，包括若干個數(shù)據(jù)采集模塊、排查分析模塊和顯示器，數(shù)據(jù)采集單元包括開關(guān)量數(shù)據(jù)采集端口、模擬量數(shù)據(jù)采集端口、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)輸出端口，其中，開關(guān)量數(shù)據(jù)采集端口、模擬量數(shù)據(jù)采集端口分別采集發(fā)電廠和變電站的開關(guān)量和模擬量信息，采集到的模擬量數(shù)據(jù)信息傳輸給A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，與采集到的開關(guān)量數(shù)據(jù)信息一同通過數(shù)據(jù)輸出端口傳輸給排查分析模塊，排查分析模塊對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算、分析，將計(jì)算結(jié)果通過輸出端口傳送至顯示器；本發(fā)明可以實(shí)時采集電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息，通過排查分析，及時得出電網(wǎng)安全事故隱患。
【專利說明】一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 為了加強(qiáng)電力安全事故的應(yīng)急處置工作，規(guī)范電力安全事故的調(diào)查處理，控制、減 輕和消除電力安全事故損害，中華人民共和國國務(wù)院在2011年6月15日第159次常務(wù)會 議上通過了《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》（第599號）（以下簡稱"條例"），自 2011年9月1日起施行。
[0003] 條例根據(jù)電力安全事故影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行或者影響電力正常供應(yīng)的程 度，將事故分為特別重大事故、重大事故、較大事故和一般事故。條例詳細(xì)規(guī)定了事故后的 事故報告、事故應(yīng)急處置、事故調(diào)查處理以及法律責(zé)任。
[0004] 電網(wǎng)公司對條例高度重視，在電力生產(chǎn)運(yùn)行中都非常注重對電力安全事故隱患的 排查和處理。目前，排查的手段都是人工線下分析，即首先采集各個變電站的負(fù)荷，然后通 過設(shè)定電網(wǎng)故障來判斷故障后的負(fù)荷損失量。如果故障后損失負(fù)荷百分比超過了條例中某 個事故等級的規(guī)定值，即達(dá)到了相應(yīng)的事故等級。在生產(chǎn)運(yùn)行中一般通過調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方 式等手段來緩解，在遠(yuǎn)期電網(wǎng)規(guī)劃中則要通過加強(qiáng)該區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)來消除電網(wǎng)安全事故隱 患。
[0005] 人工線下排查電網(wǎng)安全事故隱患存在以下問題：
[0006] (1)排查過程費(fèi)時費(fèi)力，增加了大量的人力消耗；
[0007] (2)排查使用的負(fù)荷是采集到的變電站某一時刻負(fù)荷，而人工排查耗時較大，排查 出結(jié)果后電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)往往已經(jīng)發(fā)生較大變化，結(jié)果的指導(dǎo)效果變差；
[0008] (3)難以做到全面準(zhǔn)確。
[0009] 通過發(fā)明一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，實(shí)時采集電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算 分析，及時排查出電網(wǎng)安全事故隱患，相對于人工排查，可以給電力生產(chǎn)運(yùn)行以更好的指 導(dǎo)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，本裝置可以實(shí) 時采集電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息，通過排查分析，及時得出電網(wǎng)安全事故隱患，相比傳統(tǒng)的人工排 查，有省時省力、準(zhǔn)確、全面的優(yōu)勢，能夠更好的為電力生產(chǎn)運(yùn)行提供指導(dǎo)。
[0011] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0012] 一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，包括若干個數(shù)據(jù)采集模塊、排查分析模塊和顯示 器，所述數(shù)據(jù)采集模塊采集變電站與發(fā)電廠的開關(guān)量與模擬量數(shù)據(jù)信息，排查分析模塊對 采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算、分析，將計(jì)算結(jié)果通過輸出端口傳送至顯示器；所述排查分析 模塊，包括故障集模塊、潮流計(jì)算掃描分析模塊和電網(wǎng)安全事故等級確定模塊，其中：
[0013] 所述故障集模塊，用于接收數(shù)據(jù)采集模塊傳送到的電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)，將運(yùn)行設(shè)備進(jìn) 行分類整理，形成相應(yīng)的故障子集，根據(jù)電網(wǎng)常見故障類型，將故障子集分為單一線路故障 子集、單一主變故障子集、同塔雙回線路故障子集和變電站故障子集；
[0014] 所述潮流計(jì)算掃描分析模塊，用于將故障集中的每一個故障，代入更新后的電網(wǎng) 中，進(jìn)行潮流計(jì)算；
[0015] 所述電網(wǎng)安全事故等級確定模塊，用于將負(fù)荷切除量除以地區(qū)負(fù)荷總量，即得到 負(fù)荷損失百分比，將負(fù)荷損失百分比與電力安全事故等級劃分標(biāo)準(zhǔn)相對比，確定相應(yīng)的電 網(wǎng)安全事故等級。
[0016] 所述數(shù)據(jù)采集單元包括開關(guān)量數(shù)據(jù)采集端口、模擬量數(shù)據(jù)采集端口、A/D轉(zhuǎn)換器和 數(shù)據(jù)輸出端口，其中，開關(guān)量數(shù)據(jù)采集端口、模擬量數(shù)據(jù)采集端口分別采集發(fā)電廠和變電站 的開關(guān)量和模擬量信息，采集到的模擬量數(shù)據(jù)信息傳輸給A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，與采集 到的開關(guān)量數(shù)據(jù)信息一同通過數(shù)據(jù)輸出端口傳輸給排查分析模塊。
[0017] 所述數(shù)據(jù)采集模塊安裝于各發(fā)電廠和變電站內(nèi)。
[0018] 所述開關(guān)量數(shù)據(jù)信息，包括發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和變電站內(nèi)主變運(yùn)行狀態(tài)和 變電站出線運(yùn)行狀態(tài)。
[0019] 所述模擬量信息，包括發(fā)電機(jī)輸出功率和變電站的負(fù)荷量。
[0020] 所述數(shù)據(jù)采集模塊的采樣頻率為每五分鐘一次。
[0021] 所述排查分析模塊和顯示器，安裝于各級地區(qū)調(diào)度中心。
[0022] 所述潮流計(jì)算掃描分析模塊的計(jì)算方法為：對于故障集中的每一個故障，都將其 代入更新后的電網(wǎng)中，進(jìn)行潮流計(jì)算，即求解如下非線性方程組：
[0023] (Pk - j〇k)/0'= X yu u,, 1( = 12,...n i：=l
[0024] 上式中，Pk、Qk分別為節(jié)點(diǎn)k的注入有功功率、無功功率；&為節(jié)點(diǎn)k電壓相量的 共軛值；Yki為節(jié)點(diǎn)i、k之間的導(dǎo)納值；么為節(jié)點(diǎn)i的電壓相量；η為節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0025] 所述潮流計(jì)算過程中，如果潮流計(jì)算中設(shè)備功率越限，則停運(yùn)該設(shè)備，繼續(xù)進(jìn)行潮 流計(jì)算，直至無設(shè)備功率越限，潮流正常收斂為止；每一次潮流計(jì)算完成后，均對電網(wǎng)進(jìn)行 孤島檢測，即檢測電網(wǎng)中是否形成電氣孤島；如果電網(wǎng)中形成電氣孤島，則對該孤島進(jìn)行電 力平衡。如果孤島中的發(fā)電功率大于等于負(fù)荷，則說明該孤島內(nèi)發(fā)電能夠滿足負(fù)荷的需要， 不需要切除負(fù)荷；如果孤島中的發(fā)電小于負(fù)荷，則說明發(fā)電不能夠滿足負(fù)荷的需要，需要切 除差量負(fù)荷，被切除的負(fù)荷即負(fù)荷損失量；如果孤島中無發(fā)電機(jī)，則孤島中的全部負(fù)荷量即 為負(fù)荷損失量。
[0026] 所述結(jié)果輸出模塊，采用表格輸出形式，具體輸出內(nèi)容包括故障描述、負(fù)荷損失 量、負(fù)荷損失比例描述和電力安全事故等級。
[0027] 本發(fā)明的有益效果為：
[0028] (1)可以實(shí)時采集電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息，通過排查分析，及時得出電網(wǎng)安全事故隱 患；
[0029] (2)相比傳統(tǒng)的人工排查，有省時省力、準(zhǔn)確、全面的優(yōu)勢，能夠更好的為電力生產(chǎn) 運(yùn)行提供指導(dǎo)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明的電網(wǎng)安全事故隱患分析儀設(shè)置示意圖；
[0032] 圖3為本發(fā)明的故障集示意圖；
[0033] 圖4為本發(fā)明的潮流計(jì)算掃描分析流程圖。

【具體實(shí)施方式】：
[0034] 下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0035] 如圖1所示，電網(wǎng)安全事故隱患分析儀由數(shù)據(jù)采集模塊、排查分析模塊和結(jié)果輸 出模塊三部分構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集模塊將采集來的電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行信息傳送給排查分析模塊，經(jīng) 過排查分析模塊計(jì)算處理后，將排查結(jié)果傳送至結(jié)果輸出模塊，為生產(chǎn)運(yùn)行人員提供參考。 其中數(shù)據(jù)采集模塊安裝于各變電站內(nèi)，排查分析模塊和結(jié)果輸出模塊安裝于各級地區(qū)調(diào)度 中心，如圖2所示。
[0036] (1)數(shù)據(jù)采集模塊
[0037] 數(shù)據(jù)采集模塊安裝于區(qū)域內(nèi)各發(fā)電廠和變電站上。對于發(fā)電廠而言，采集的信息 為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及輸出功率；對于變電站而言，采集的信息為變電站的負(fù)荷量、變電站 內(nèi)主變運(yùn)行狀態(tài)、變電站出線運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、變電站內(nèi)主變運(yùn)行狀態(tài)和變電站 出線運(yùn)行狀態(tài)為開關(guān)量，只有運(yùn)行和停運(yùn)兩個狀態(tài)；發(fā)電機(jī)輸出功率和變電站的負(fù)荷量為 模擬量。采集頻率為每5分鐘一次。采集到的信息通過無線傳輸方式發(fā)送至位于調(diào)控中心 的排查分析模塊。
[0038] (2)排查分析模塊
[0039] 排查分析模塊接收到數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的模擬量信息（發(fā)電機(jī)輸出功率和變電 站負(fù)荷量）后，實(shí)時更新上一采集時刻的數(shù)值；接收到數(shù)據(jù)采集模塊發(fā)送的開關(guān)量信息 (發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、變電站主變運(yùn)行狀態(tài)和變電站出線運(yùn)行狀態(tài)）后，則首先與上一采集時 刻采集到的開關(guān)量信息進(jìn)行比較：如果相同，則不處理；如果不同，則實(shí)時更新電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。當(dāng)模擬量信息和電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更新均完成后，便進(jìn)行電網(wǎng)安全事故隱患排查分析。排 查分析模塊主要由三部分組成：一是故障集的形成；二是潮流計(jì)算掃描分析；三是電網(wǎng)安 全事故等級的確定。
[0040] 1)故障集的形成。
[0041] 在故障集的形成過程中，首先接收數(shù)據(jù)采集模塊傳送到的電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)，將運(yùn)行 設(shè)備進(jìn)行分類整理，形成相應(yīng)的故障子集。根據(jù)電網(wǎng)常見故障類型，將故障子集分為單一線 路故障子集、單一主變故障子集、同塔雙回線路故障子集和變電站故障子集。每一個故障子 集對應(yīng)一個故障列表，每一個故障列表包含若干故障。
[0042] 2)潮流計(jì)算掃描分析
[0043] 對于故障集中的每一個故障，都將其代入更新后的電網(wǎng)中，進(jìn)行潮流計(jì)算，即求解 如下非線性方程組：
[0044] (Pk~jQk)/Uk=YjYkiU i,k = \,2,.. .η i=l
[0045] 上式中，Pk、Qk分別為節(jié)點(diǎn)k的注入有功功率、無功功率；&為節(jié)點(diǎn)k電壓相量的 共軛值；Yki為節(jié)點(diǎn)i、k之間的導(dǎo)納值；A為節(jié)點(diǎn)i的電壓相量；η為節(jié)點(diǎn)數(shù)。
[0046] 如果潮流計(jì)算中設(shè)備功率越限，則停運(yùn)該設(shè)備，繼續(xù)進(jìn)行潮流計(jì)算，直至無設(shè)備功 率越限，潮流正常收斂為止。每一次潮流計(jì)算完成后，均對電網(wǎng)進(jìn)行孤島檢測，即檢測電網(wǎng) 中是否形成電氣孤島。
[0047] 如果電網(wǎng)中形成電氣孤島，則對該孤島進(jìn)行電力平衡。如果孤島中的發(fā)電功率大 于等于負(fù)荷，則說明該孤島內(nèi)發(fā)電能夠滿足負(fù)荷的需要，不需要切除負(fù)荷；如果孤島中的發(fā) 電小于負(fù)荷，則說明發(fā)電不能夠滿足負(fù)荷的需要，需要切除差量負(fù)荷，被切除的負(fù)荷即負(fù)荷 損失量。如果孤島中無發(fā)電機(jī)，則孤島中的全部負(fù)荷量即為負(fù)荷損失量。
[0048] 潮流計(jì)算掃描分析的具體流程如圖4所示。
[0049] 3)電網(wǎng)安全事故等級的確定
[0050] 將負(fù)荷切除量除以地區(qū)負(fù)荷總量，即得到負(fù)荷損失百分比。將負(fù)荷損失百分比與 電力安全事故等級劃分標(biāo)準(zhǔn)相對比，便可確定相應(yīng)的電網(wǎng)安全事故等級。以下舉例說明：
[0051] 條例中對于縣級市電網(wǎng)，做出如下規(guī)定：
[0052] 1)電網(wǎng)負(fù)荷在150兆瓦以上的縣級市減供負(fù)荷60%以上，構(gòu)成較大事故；
[0053] 2)縣級市減供負(fù)荷40%以上（電網(wǎng)負(fù)荷150兆瓦以上的，減供負(fù)荷40%以上60% 以下），構(gòu)成一般事故。
[0054] 如果某縣級市電網(wǎng)負(fù)荷為200兆瓦，因故障減供負(fù)荷70%，則可判斷構(gòu)成較大事 故；如果某縣級市電網(wǎng)負(fù)荷為140兆瓦，因故障減供負(fù)荷30%，則可判斷不構(gòu)成電網(wǎng)事故。
[0055] (3)結(jié)果輸出模塊
[0056] 結(jié)束輸出米用表格輸出形式，具體輸出內(nèi)容為故障描述、負(fù)荷損失量、負(fù)荷損失比 例描述、電力安全事故等級。
[0057] 上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，其特征是：包括若干個數(shù)據(jù)采集模塊、排查分析模 塊和顯示器，所述數(shù)據(jù)采集模塊采集變電站與發(fā)電廠的開關(guān)量與模擬量數(shù)據(jù)信息，排查分 析模塊對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算、分析，將計(jì)算結(jié)果通過輸出端口傳送至顯示器；所述 排查分析模塊，包括故障集模塊、潮流計(jì)算掃描分析模塊和電網(wǎng)安全事故等級確定模塊，其 中： 所述故障集模塊，用于接收數(shù)據(jù)采集模塊傳送到的電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)，將運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行分 類整理，形成相應(yīng)的故障子集，根據(jù)電網(wǎng)常見故障類型，將故障子集分為單一線路故障子 集、單一主變故障子集、同塔雙回線路故障子集和變電站故障子集； 所述潮流計(jì)算掃描分析模塊，用于將故障集中的每一個故障，代入更新后的電網(wǎng)中，進(jìn) 行潮流計(jì)算； 所述電網(wǎng)安全事故等級確定模塊，用于將負(fù)荷切除量除以地區(qū)負(fù)荷總量，即得到負(fù)荷 損失百分比，將負(fù)荷損失百分比與電力安全事故等級劃分標(biāo)準(zhǔn)相對比，確定相應(yīng)的電網(wǎng)安 全事故等級。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，其特征是：所述數(shù)據(jù)采集單元 包括開關(guān)量數(shù)據(jù)采集端口、模擬量數(shù)據(jù)采集端口、A/D轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)輸出端口，其中，開關(guān)量 數(shù)據(jù)采集端口、模擬量數(shù)據(jù)采集端口分別采集發(fā)電廠和變電站的開關(guān)量和模擬量信息，采 集到的模擬量數(shù)據(jù)信息傳輸給A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，與采集到的開關(guān)量數(shù)據(jù)信息一同通 過數(shù)據(jù)輸出端口傳輸給排查分析模塊。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，其特征是：所述結(jié)果輸出模塊， 采用表格輸出形式，具體輸出內(nèi)容包括故障描述、負(fù)荷損失量、負(fù)荷損失比例描述和電力安 全事故等級。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，其特征是：所述數(shù)據(jù)采集模塊 安裝于各發(fā)電廠和變電站內(nèi)；所述數(shù)據(jù)采集模塊的采樣頻率為每五分鐘一次。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，其特征是：所述開關(guān)量數(shù)據(jù)信 息，包括發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和變電站內(nèi)主變運(yùn)行狀態(tài)和變電站出線運(yùn)行狀態(tài)。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，其特征是：所述模擬量信息，包 括發(fā)電機(jī)輸出功率和變電站的負(fù)荷量。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種電網(wǎng)安全事故隱患分析儀，其特征是：所述排查分析模塊 和顯示器，安裝于各級地區(qū)調(diào)度中心。
8. -種如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的分析儀的工作方法，其特征是：所述潮流計(jì)算 掃描分析模塊的計(jì)算方法為：對于故障集中的每一個故障，都將其代入更新后的電網(wǎng)中，進(jìn) 行潮流計(jì)算，即求解如下非線性方程組： {Pk-jQk)IUk=fjYkiU i,k = \,2,...n i'-l 上式中，pk、Qk分別為節(jié)點(diǎn)k的注入有功功率、無功功率；為節(jié)點(diǎn)k電壓相量的共軛 值；Yki為節(jié)點(diǎn)i、k之間的導(dǎo)納值；為節(jié)點(diǎn)i的電壓相量；η為節(jié)點(diǎn)數(shù)。
9. 如權(quán)利要求8所述的工作方法，其特征是：所述潮流計(jì)算過程中，如果潮流計(jì)算中設(shè) 備功率越限，則停運(yùn)該設(shè)備，繼續(xù)進(jìn)行潮流計(jì)算，直至無設(shè)備功率越限，潮流正常收斂為止； 每一次潮流計(jì)算完成后，均對電網(wǎng)進(jìn)行孤島檢測，即檢測電網(wǎng)中是否形成電氣孤島；如果電 網(wǎng)中形成電氣孤島，則對該孤島進(jìn)行電力平衡。如果孤島中的發(fā)電功率大于等于負(fù)荷，則說 明該孤島內(nèi)發(fā)電能夠滿足負(fù)荷的需要，不需要切除負(fù)荷；如果孤島中的發(fā)電小于負(fù)荷，則說 明發(fā)電不能夠滿足負(fù)荷的需要，需要切除差量負(fù)荷，被切除的負(fù)荷即負(fù)荷損失量；如果孤島 中無發(fā)電機(jī)，則孤島中的全部負(fù)荷量即為負(fù)荷損失量。
【文檔編號】H02J13/00GK104158290SQ201410410206
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】劉曉明, 吳健, 王浩, 牛新生, 汪湲, 安鵬, 劉倩, 王鵬, 王軼群, 楊波 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院