CN114336980A - 一种基于指令发信的智能云配电方法与*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于指令发信的智能云配电方法与***，该方法包括：数据采集模块接收各级配电区域的配电请求参数并发送至智能云测控管理平台；监控模块监测中低压线路配电运行状态参数并发送至智能云测控管理平台；智能云测控管理平台通过容量指令发信方法调整输出功率，云计算模块通过节能策略指令发信算法优化配电区域总配电容量；智能云测控管理平台通过保护指令发信方法调整保护电器的通断，云计算模块通过拜占庭容错指令发信算法防止误合闸操作。本发明的一种基于指令发信的智能云配电方法与***采用“集中管理，分散控制”的管理控制模式，实现了各级配电区域的智能化、可视化、自动化和高效化。
Description
技术领域
本发明涉及指令发信领域，具体涉及一种基于指令发信的智能云配电方法与***。
背景技术
当下的电网和电力***存在如下问题：
一、电网建设长期滞后，近年来国家虽然加大了电网建设投入，实施了城乡电网改造等工程，但由于用电增长快，电网建设仍满足不了需要。
二、我国处于全国联网的初期，联网要经过一个由弱联系到强联系的过程，交流弱联***的安全稳定问题十分突出，在某些运行方式下存在诱发低频振荡的可能性。
三、电磁环网问题影响输电能力的充分发挥。由于部分电网500千伏网架薄弱，为保证电网可靠性，被迫采用500千伏与220千伏电磁环网运行，使输电断面的稳定水平降低，不能充分发挥500千伏电网应有的效益。
四、电网无功补偿容量不足，且没有实现分层分区平衡，影响电压质量，导致部分电网电压波动幅度大。
五、负荷中心的电源支撑不足，受端电网的有功和无功均显不足，影响电网的安全运行。
六、二次***存在安全隐患。由于我国电网一次***较为薄弱，相应要强化二次***，才能保证电网安全。因此，电网安全对二次***可靠性的要求较高，且依赖性较强，二次***一旦出现问题，容易造成电网事故。
七、电网安全运行受到外力破坏的威胁。据统计，城市中70%的输电设备故障是由于外力破坏造成的。
八、部分装备质量不高，在一定程度上影响电网的安全、可靠、高效和灵活运行。
因此，为了解决目前电力***存在的问题，需要构建一个清洁低碳、安全高效的能源体系和智能配电的新型电力***。
发明内容
本发明公开一种基于指令发信的智能云配电方法与***，其包括下列步骤：
采集模块接收各级配电区域的配电请求参数并发送至智能云测控管理平台；
监控模块监测中低压线路配电运行状态参数并发送至智能云测控管理平台；
智能云测控管理平台通过容量指令发信方法调整输出功率；云计算模块通过节能策略指令发信算法优化配电区域总配电容量；
智能云测控管理平台通过保护指令发信方法调整保护电器的通断，云计算模块通过拜占庭容错指令发信算法防止误合闸操作。
进一步地，配电请求参数，包括单相配电容量和三相配电容量；配电运行状态参数，包括各级配电区域的剩余电流值和各级配电区域的短路电流值。
电压等级是电力***及电力设备的额定电压级别。额定电压是电力***及电力设备规定的正常电压，即与电力***及电力设备某些运行特性有关的标称电压。电力***各点的实际运行电压允许在一定程度上偏离其额定电压，在这一允许偏离范围内，各种电力设备及电力***本身仍能正常运行。
我国常用的电压等级有220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV、1000kV。中低压线路的电压等级为220V~10kV。
三相四线制，是指在低压配电网中，输电线路一般采用的线路方式。其中三条线路分别代表A, B ,C三相，另一条是中性线N或PEN。如果该回路电源侧的中性点接地，则中性线也称为零线。需要注意的是零线是老式叫法，应逐渐避免，改称PEN线。如果不接地，则从严格意义上来说，中性线不能称为零线。
在进入用户的单相输电线路中，有两条线，一条我们称为相线L，另一条我们称为中线N，中线正常情况下要通过电流以构成单相线路中电流的回路。而三相***中，三相平衡时，中性线（零线）是无电流的，故称三相四线制；在380V低压配电网中为了从380V线电压中获得220V相电压而设N线，有的场合也可以用来进行零序电流检测，以便进行三相供电平衡的监控。一般的导线颜色为：A相黄色，B相绿色，C相红色，N线淡紫色，PE线黄绿色。
根据用电负荷接入的相线数的不同，易知负荷分为单相负荷和三相负荷，因此在确定负荷容量的时候，需要划分为单相配电容量和三相配电容量。所以与负荷直接相连的断路器也可分为单相断路器和三相断路器。由此可得，容量指令发信方法可分为以下步骤：
通过互联网发送单相配电指令至发送配电请求参数所在的配电区域内的智能配电柜，使所述智能配电柜接通所述区域的单相断路器开关；通过互联网发送三相配电指令至发送配电请求参数所在的配电区域内的智能配电柜，使所述智能配电柜接通所述区域的三相断路器开关。
在当下节能减排的时代背景下，需要对配电***作进一步的优化，使能耗尽可能降低，因此需要引入一种节能策略指令发信算法，该节能策略指令发信算法包括以下步骤：
获取配电区域请求用电量Q，并统计过去五年配电区域每年的总用电量；
通过回归分析预测得到今年的总用电量J；
通过物联网指令信号驱动末端断路器断开备用负荷开关，减少备用负荷接入量，所述减少的备用负荷用电量为Q-J。
确保了用电客户得到其所需求的电能后，接着要保障整个配电***的安全性。所以在利用剩余电流动作保护器和短路保护器等保护电器的同时，需要引入保护指令发信方法，该方法包括以下步骤：
判断各级配电区域的剩余电流值是否大于300mA，若大于300mA，通过互联网发送剩余电流动作指令至所述剩余电流值大于300mA所在的配电房内智能配电柜的剩余电流动作保护器，开关断开，使所述剩余电流动作保护器动作；
判断各级配电区域的短路电流值是否大于10kA，若大于10kA，通过互联网发送短路保护器动作指令至所述短路电流值大于10kA所在的配电区域内的智能配电柜的短路保护器，开关断开，使所述短路保护器动作
近年来，误合闸导致的事故频频发生，为了防止此类事件的再发生，本发明引入拜占庭容错指令发信算法，该算法包括以下步骤：
***计算剩余电流超过300mA所在配电区的末端配电节点数f；
二级配电节点统计收到的剩余电流合闸请求数，并采用组播的方式将该合闸请求发送给其余二级配电节点，该合闸请求包含回复指令，所述指令要求收到所述指令的其余二级配电节点作出应答，并将所述应答发送至与超过300mA剩余电流直接导通的末端物联网断路器；
所述末端物联网断路器记录收到的所述应答数，当且仅当应答数大于等于f+1时末端物联网断路器驱动剩余电流动作保护器动作。
另一面，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种基于指令发信的云配电方法与***，该***包括：
采集模块：接收各级配电区域的配电请求参数并发送至智能云测控管理平台；
监控模块：监控模块监测中低压线路配电运行状态参数并发送至智能云测控管理平台；
智能云测控管理平台：通过客户端运行程序接收采集模块和监控模块获得的数据；通过客户端运行程序向智能配电柜发送单相配电指令、三相配电指令、剩余电流动作指令、短路保护器动作指令；
电网：用于输送电能至各级配电区域；
智能配电柜：接收智能云测控管理平台的指令，移除资源占用值为零或接近零的权重，这种“修剪”技巧实现减少对精度影响不大的权重，达到在不损害准确性的情况下建立稀疏模式，利用细粒度结构化稀疏性和支持的2:4模式，每个智能配电柜在稀疏模式中，执行相同数量的内存访问和计算结果，来平衡智能配电柜工作负载分布和计算节点的利用率，另外，压缩结构化稀疏矩阵，成倍的压缩矩阵乘法累加运算的吞吐量，稀疏张量核，确保配电过程的安全和配电容量符合配电区域的需求。
由上述技术方案可知，本发明与现有技术相比至少具备以下优点和积极效果：
1.本发明采用互联网技术，通过前端传感器实时监测与云计算、人工智能***相结合，大大减轻了日常巡视人员的工作量。
2.本发明利用大数据、云计算平台在将监控中心与客户端实现对所管辖变电站的实时监视，便于及时提前发现危险隐患，保障安全生产。
3.本发明采用主站中心、传输网络以及配电房三级架构，实现了“集中管理、分散控制”的管理控制模式，实现了各级配电区域的集中监控和统一管理。
4.本发明高度融合“云、大、物、移、智”等技术，并基于多源数据协同的集中监控和管理平台，实现了配电技术的智能化、可视化、自动化和高效化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1是本发明一实施例提供的一种基于指令发信的智能云配电方法的流程示意图；
图2是本发明另一实施例提供的容量指令发信方法的流程示意图；
图3是本发明另一实施例提供的保护指令发信方法的流程示意图；
图4是本发明另一实施例提供的一种基于指令发信的智能云配电***的结构示意图。
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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的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。
实施例一
图1为本发明一实施例提供的一种基于指令发信的智能云配电方法的流程示意图。该方法包括下述步骤：
S1：采集模块接收各级配电区域的配电请求参数并发送至智能云测控管理平台；
S2：监控模块监测中低压线路配电运行状态参数并发送至智能测云控管理平台；
S3：智能云测控管理平台通过容量指令发信方法调整输出功率，云计算模块通过节能策略指令发信算法优化配电区域总配电容量；
S4：智能云测控管理平台通过保护指令发信方法调整保护电器的通断，云计算模块通过拜占庭容错指令发信算法防止误合闸操作。
实施例二
图2为本发明另一实施例提供的一种容量指令发信的流程示意图，该方法包括下列步骤：
S30：通过互联网发送单相配电指令至发送配电请求参数所在的配电区域内的智能配电柜，使所述智能配电柜接通所述区域的单相断路器开关；
S31：通过互联网发送三相配电指令至发送配电请求参数所在的配电区域内的智能配电柜，使所述智能配电柜接通所述区域的三相断路器开关。
三相不平衡是指在电力***中三相电流或电压幅值不一致，且幅值差超过规定范围。三相不平衡的危害可分为：
对变压器的危害：在生产、输变电、生活用电中，三相负载不平衡时，使变压器处于不对称运行状态。造成变压器的损耗增大(包括空载损耗和负载损耗)。根据变压器运行规程规定，在运行中的变压器中性线电流不得超过变压器低压侧额定电流的25%。此外，三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。
对用电设备的影响：三相电压不平衡的发生会导致达到数倍电流不平衡的发生。诱导电动机中逆扭矩增加，从而使电动机的温度上升，效率下降，能耗增加，发生震动，输出亏耗等影响。各相之间的不平衡会导致用电设备使用寿命缩短，加速设备部件更换频率，增加设备维护的成本。断路器允许电流的余量减少，当负载变更或交替时容易发生超载、短路现象。中性线中流入过大的不平衡电流，导致中性线增粗。
对线损的影响：三相四线制接线方式，当三相负荷平衡时线损最小；当一相负荷重，两相负荷轻的情况下线损增量较小；当一相负荷重，一相负荷轻，而第三相的负荷为平均负荷的情况下线损增量较大；当一相负荷轻，两相负荷重的情况下线损增量最大。当三相负荷不平衡时，无论何种负荷分配情况，电流不平衡度越大，线损增量也越大。
造成三相不平衡的原因为一个配电节点同时为单相和三相负荷配电，因此若想彻底解决三相不平衡的问题，需要将负荷按照单相负荷和三相负荷区别开来并分别为其供电，因此在发送配电指令的时候需分为单相配电指令和三相配电指令。
实施例三
图3为本发明另一个实施例提供的保护指令发信的流程示意图，该方法包括下列步骤：
S40：判断各级配电区域的剩余电流值是否大于300mA，若大于300mA，通过互联网发送剩余电流动作指令至所述剩余电流值大于300mA所在的配电房内智能配电柜的剩余电流动作保护器，开关断开，使所述剩余电流动作保护器动作；
S41：判断各级配电区域的短路电流值是否大于10kA，若大于10kA，通过互联网发送短路保护器动作指令至所述短路电流值大于10kA所在的配电区域内的智能配电柜的短路保护器，开关断开，使所述短路保护器动作。
剩余电流，是指中低压配电线路中各相(含中性线)电流矢量和不为零的电流。通俗讲当用电侧发生了事故，电流从带电体通过人体流到大地，使主电路进出线中的相线电流和中性线电流的大小不相等，此时电流的瞬时矢量合成有效值称为剩余电流，俗称漏电。
剩余电流动作保护器是在规定条件下，当剩余电流达到或超过给定值时，能自动断开电路的机械开关电器或组合电器。又叫漏电保护器。
短路是指在正常电路中电势不同的两点不正确地直接碰接或被阻抗（或电阻）非常小的导体接通时的情况。短路时电流强度很大，往往会损坏电气设备或引起火灾。电力***在运行中，相与相之间或相与地（或中性线）之间发生非正常连接（即短路）时而流过非常大的电流。其电流值远大于额定电流，并取决于短路点距电源的电气距离。例如，在发电机端发生短路时，流过发电机的短路电流最大瞬时值可达额定电流的10～15倍。大容量电力***中，短路电流可达数万安。这会对电力***的正常运行造成严重影响和后果。
三相***中发生的短路有4种基本类型：三相短路，两相短路，单相对地短路和两相对地短路。其中，除三相短路时，三相回路依旧对称，因而又称对称短路外，其余三类均属不对称短路。在中性点接地的电力网络中，以一相对地的短路故障最多，约占全部故障的90%。在中性点非直接接地的电力网络中，短路故障主要是各种相间短路。
发生短路时，电力***从正常的稳定状态过渡到短路的稳定状态，一般需3～5秒。在这一暂态过程中，短路电流的变化很复杂。它有多种分量，其计算需采用电子计算机。在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。它会产生很大的电动力，其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。短路电流的分析、计算是电力***分析的重要内容之一。它为电力***的规划设计和运行中选择电工设备、整定继电保护、分析事故提供了有效手段。
供电网络中发生短路时，很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏，同时使网络内的电压大大降低，因而破坏了网络内用电设备的正常工作。
短路保护器可有效克服传统断路器，空气开关和监控设备存在的短路电流大等弊端，发生短路故障时，能以微秒级速度快速限制短路电流以实现灭弧保护。因此为了消除或减轻短路的后果，需要在配电***内设置相应的短路保护器。
实施例四
图4为本发明另一实施例提供的一种基于指令发信的智能云配电***的结构示意图。该***包括数据采集模块100、监控模块200、智能云测控管理平台300、电网400、智能配电柜500和云计算模块600。智能配电柜500是一款可以通过互联网采集配电***运行数据的配电柜。通过显示单元，实时反映电网运行等数据，并通过数字通讯上载至后台环境控制***，以达到对整个配电***的实时监控和运行质量的有效管理。其主要用于电信、金融、政府及IT等IDC数据中心或工业企业等重要客户，为网络服务器和数据交互设备等重要负荷提供电力分配，配电回路保护，计量，管理等服务，广泛用于供电可靠性要求高，不间断供电等领域。进一步地，在基于指令发信的智能云配电***中，其中采集模块100用于接收各级配电区域的配电请求参数并发送至智能云测控管理平台300；监控模块200用于监测中低压线路配电运行状态参数并发送至智能云测控管理平台300；智能云测控管理平台300则通过客户端运行程序来接收采集模块和监控模块获得的数据；通过客户端运行程序向智能配电柜发送单相配电指令、三相配电指令、剩余电流动作指令、短路保护器动作指令；云计算模块600运行节能策略指令发信算法和拜占庭容错指令发信算法。电网400用于输送电能至各级配电区域；智能配电柜500用于接收智能云测控管理平台300的指令，确保配电过程的安全和配电容量符合配电区域的需求。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于指令发信的智能云配电方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采集模块接收各级配电区域的配电请求参数并发送至智能云测控管理平台；
S2：监控模块监测中低压线路配电运行状态参数并发送至智能云测控管理平台；
S3：智能云测控管理平台通过容量指令发信方法调整输出功率，云计算模块通过节能策略指令发信算法优化配电区域总配电容量；
S4：智能云测控管理平台通过保护指令发信方法调整保护电器的通断，云计算模块通过拜占庭容错指令发信算法防止误合闸操作。
2.根据权利要求1所述的方法，步骤S1中所述的配电请求参数，其特征在于，包括单相配电容量和三相配电容量。
3.根据权利要求1所述的方法，步骤S2中所述的配电运行状态参数，所述配电运行状态参数包括各级配电区域的剩余电流值和各级配电区域的短路电流值。
4.根据权利要求1所述的方法，步骤S3中所述的容量指令发信方法，其特征在于，包括以下步骤：
S30：通过互联网发送单相配电指令至发送配电请求参数所在的配电区域内的智能配电柜，使所述智能配电柜接通所述区域的单相断路器开关；
S31：通过互联网发送三相配电指令至发送配电请求参数所在的配电区域内的智能配电柜，使所述智能配电柜接通所述区域的三相断路器开关。
5.根据权利要求1所述的方法，步骤S3中所述的节能策略指令发信算法，其特征在于，包括以下步骤：
S32：获取配电区域请求用电量Q，并统计过去五年配电区域每年的总用电量；
S33：通过回归分析预测得到今年的总用电量J；
S34：通过物联网指令信号驱动末端断路器断开备用负荷开关，减少备用负荷接入量，所述减少的备用负荷用电量为Q-J。
6.根据权利要求1所述的方法，步骤S3中所述的保护电器，其特征在于，包括剩余电流动作保护器和短路保护器。
7.根据权利要求1所述的方法，步骤S4中所述的保护指令发信方法，其特征在于，包括以下步骤：
S40：判断各级配电区域的剩余电流值是否大于300mA，若大于300mA，通过互联网发送剩余电流动作指令至所述剩余电流值大于300mA所在的配电房内智能配电柜的剩余电流动作保护器，开关断开，所述剩余电流动作保护器动作；
S41：判断各级配电区域的短路电流值是否大于10kA，若大于10kA，通过互联网发送短路保护器动作指令至所述短路电流值大于10kA所在的配电区域内的智能配电柜的短路保护器，开关断开，所述短路保护器动作。
8.根据权利要求1所述的方法，步骤S4中所述的拜占庭容错指令发信算法，其特征在于，包括以下步骤：
S42：***计算剩余电流超过300mA所在配电区的末端配电节点数f；
S43：二级配电节点统计收到的剩余电流合闸请求数，并采用组播的方式将该合闸请求发送给其余二级配电节点，该合闸请求包含回复指令，所述指令要求收到所述指令的其余二级配电节点作出应答，并将所述应答发送至与超过300mA剩余电流直接导通的末端物联网断路器；
S44：所述末端物联网断路器记录收到的所述应答数，当且仅当应答数大于等于f+1时末端物联网断路器驱动剩余电流动作保护器动作。
9.一种基于指令发信的智能云配电***，其特征在于，包括：
采集模块：接收各级配电区域的配电请求参数并发送至智能云测控管理平台；
监控模块：监控模块监测中低压线路配电运行状态参数并发送至智能云测控管理平台；
云计算模块：通过节能策略指令发信算法优化配电区域总配电容量；通过拜占庭容错指令发信算法防止误合闸操作；
智能云测控管理平台：通过客户端运行程序接收采集模块和监控模块获得的数据；通过客户端运行程序向智能配电柜发送单相配电指令、三相配电指令、剩余电流动作指令、短路保护器动作指令；
电网：用于输送电能至各级配电区域；
智能配电柜：接收智能云测控管理平台的指令，移除资源占用值为零或接近零的权重，这种“修剪”技巧实现减少对精度影响不大的权重，达到在不损害准确性的情况下建立稀疏模式，利用细粒度结构化稀疏性和支持的2:4模式，每个智能配电柜在稀疏模式中，执行相同数量的内存访问和计算结果，来平衡智能配电柜工作负载分布和计算节点的利用率，另外，压缩结构化稀疏矩阵，成倍的压缩矩阵乘法累加运算的吞吐量，稀疏张量核，确保配电过程的安全和配电容量符合配电区域的需求。
10.一种客户端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2022-03-07 CN CN202210221023.XA patent/CN114336980A/zh active Pending
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