基于智能化设备的配电变压器经济运行控制系统和方法

技术领域

本发明涉及配电网的配电变压器控制技术领域，特别是涉及一种基于智能化设备的配电变压器经济运行控制系统和方法。

背景技术

配电变压器广泛应用于工业、农业、城乡居民社区等终端用能领域。现有配电所一般包含两台或多固定容量的配电变压器，由于用电负载波动很大，像一些负载变化较大的学校、工商业、写字楼、行政事业办公场所、产业集聚区、非三班制生产的工矿企业等，在实际带电运行中，全天有三分之二以上时间变压器都处于空载和轻载运行状态，造成变压器大马拉小车，加大了电网无功损耗，线路损耗增加。

数据显示，变压器自身损耗约占发电量的10％，变压器损耗约占电力系统线损的50％，减少变压器长时间处于空载和轻载运行状态，提升我国配电变压器运行能效水平，降低配电变压器综合电能损耗，从而节省电能的收益，有利于碳减排、节能和环境保护。

现有的配电变压器经济运行控制方法一般是结合负荷曲线及变压器经济运行原理制定变压器经济运行投切策略，并开发配电变压器经济运行系统，系统主要包括监控后台，主控单元模块，通信模块，变压器负载参数采集模块，开关状态信号反馈模块，相序检测模块，开关控制执行模块，电源模块等；通过配电变压器经济运行系统完成变压器运行的自动化控制，从而减轻调度人员和运行人员的劳动强度，提高电网运行的经济效益。

但类似这样的技术方案存在以下不足：一是使原有配电网增加大量监控设备，造成投入成本上升；二是不同厂家控制设备功能规范、接口等不统一，造成设备相互间接线繁琐，增加运维检修工难度，设备管理复杂；三是设备不具备安全加密功能，导致存在很多安全隐患，上述问题造成配电变压器经济运行系统不能充分起到节能降耗、高效安全管理的目的。

随着智能电网建设的不断推进，配电网中标准化的智能融合终端(简称TTU)、高低压智能断路器等智能化设备应用越来越广泛，因此，整合现有设备资源提出一种简单实用、安全可靠的配电变压器的控制方法具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于智能化设备的配电变压器经济运行控制系统和方法，能够保证配电所配电变压器经济运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于智能化设备的配电变压器经济运行控制系统，包括：

高压智能断路器，设置在配电变压器和电网之间的高压线路上，用于控制所述高压线路的通断；

低压智能断路器，设置在配电变压器和负荷之间和/或各个负荷之间的低压线路上，用于控制所述低压线路的通断；

电参数采集器，设置在所述配电变压器和负荷之间的低压线路上，用于采集所述低压线路上的电参数；

智能融合终端，通过通信线分别与所述高压智能断路器和低压智能断路器相连，通过电力线与所述电参数采集器相连，用于获取所述电参数、以及所述高压智能断路器和所述低压智能断路器的状态信息，并基于目标函数根据所述电参数和状态信息控制所述高压智能断路器和低压智能断路器的状态，以实现配电变压器的经济运行。

所述智能融合终端包括微应用模块，所述微应用模块包括：

第一获取单元，用于获取所述电参数采集器采集到的电参数；

计算单元，用于根据所述电参数计算所述配电变压器的负载率值；

第二获取单元，用于获取所述高压智能断路器和低压智能断路器的状态信息；

控制策略生成单元，用于基于目标函数，根据配电变压器的技术参数和所述负载率值，划分配电变压器的经济运行区间，确定不同的配电变压器的运行方式，并根据状态信息得到所述高压智能断路器和所述低压智能断路器的控制指令；

指令发送单元，向所述高压智能断路器和低压智能断路器发出所述控制指令。

所述目标函数为以配电所的配电变压器总损耗最小为目标。

所述智能融合终端还包括：加密模块，用于采用预设的密码算法对数据交互和设备接入进行加密。

所述高压智能断路器包括：

高压接收模块，用于接收所述智能融合终端发出的控制指令；

高压判断模块，用于在接收到的控制指令为合闸指令时，判断所述高压线路中的电压是否相位过零；

高压合闸模块，用于在所述高压线路中的电压相位过零时进行合闸。

所述低压智能断路器包括：

低压接收模块，用于接收所述智能融合终端发出的控制指令；

低压判断模块，用于在接收到的控制指令为合闸指令时，判断所有低压智能断路器和高压智能断路器量测的电压相位是否一致；

低压合闸模块，用于在所有低压智能断路器和高压智能断路器量测的电压相位一致时进行合闸。

所述电参数采集器包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器用于采集所述低压线路上的电压信息，所述电流互感器用于采集所述低压线路上的电流信息。

所述通信线的通信方式为低压配电网载波通信、光纤通信、无线通信中的一种或多种组合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用上述基于智能化设备的配电变压器经济运行控制系统的配电变压器运行控制方法，包括以下步骤：

获取所述电参数采集器采集到的电参数；

根据得到的电参数计算所述配电变压器的负载率值；

获取所述所述高压智能断路器和所述低压智能断路器的状态信息；

基于目标函数，根据配电变压器的技术参数和所述负载率值，划分配电变压器的经济运行区间，确定不同的配电变压器的运行方式，并根据状态信息得到所述高压智能断路器和所述低压智能断路器的控制指令；

向所述高压智能断路器和低压智能断路器发出所述控制指令，以实现配电变压器的经济运行。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明不改变电网拓扑结构，不增加设备成本，不增加额外接线，安全可靠，简单实用，管理方便高效，可以自动控制及监测配电变压器的运行状态，最大程度的减少变压器电能损耗，提高能源的利用率，有利于提高配电网运行的经济效益。

附图说明

图1是本发明实施方式的结构示意图；

图2是本发明实施方式中智能融合终端的架构图；

图3是本发明实施方式中智能融合终端的工作流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于智能化设备的配电变压器经济运行控制系统，如图1所示，包括：高压智能断路器，设置在配电变压器和电网之间的高压线路上，用于控制所述高压线路的通断；低压智能断路器，设置在配电变压器和负荷之间和/或各个负荷之间的低压线路上，用于控制所述低压线路的通断；电参数采集器，设置在所述配电变压器和负荷之间的低压线路上，用于采集所述低压线路上的电参数；智能融合终端，通过通信线分别与所述高压智能断路器和低压智能断路器相连，通过电力线与所述电参数采集器相连，用于获取所述电参数、以及所述高压智能断路器和所述低压智能断路器的状态信息，并基于目标函数根据所述电参数和状态信息控制所述高压智能断路器和低压智能断路器的状态，以实现配电变压器的经济运行。

本实施方式中智能融合终端包括微应用模块。其中，智能融合终端的架构如图2所示，包括物理硬件层、操作系统层和应用层，微应用模块布置在应用层上(即图2中的业务APP)，包括：第一获取单元，用于获取所述电参数采集器采集到的电参数；计算单元，用于根据所述电参数计算所述配电变压器的负载率值；第二获取单元，用于获取所述高压智能断路器和低压智能断路器的状态信息；控制策略生成单元，用于基于目标函数，根据配电变压器的技术参数和所述负载率值，划分配电变压器的经济运行区间，确定不同的配电变压器的运行方式，并根据状态信息得到所述高压智能断路器和所述低压智能断路器的控制指令；指令发送单元，向所述高压智能断路器和低压智能断路器发出所述控制指令。

智能融合终端通过电力线与电参数采集器相连接，实现对配电变压器的电参数进行获取，通过通信线分别与高压智能断路器和低压智能断路器相连接，获取高压智能断路器和低压断路器的分合闸的状态信息。将上述得到的电参数和状态信息输送到微应用模块中，微应用模块中的计算单元能够根据电参数计算出配电变压器的负载率值，再根据控制策略生成单元基于以配电所的配电变压器总损耗最小为目标的目标函数，根据配电变压器的技术参数和所述负载率值，划分配电变压器的经济运行区间，确定不同的配电变压器的运行方式，并根据状态信息得到所述高压智能断路器和所述低压智能断路器的控制指令，最后向所述高压智能断路器和低压智能断路器发出所述控制指令，通过下发控制指令使不同的智能高压断路器和低压断路器进行分合闸，实现不同配电变压器的投入和退出，进而改变配电变压器的运行方式，实现配电所内配电变压器的经济运行。

本实施方式中的智能融合终端还包括加密模块，该加密模块用于采用预设的密码算法对数据交互和设备接入进行加密。例如可以采用国家密码管理局审批的密码算法对智能融合终端配置安全芯片，实现数据安全交互和设备安全接入。该加密模块可以布置在智能融合终端的物理硬件层中。

本发明实施方式中智能融合终端的工作流程如图3所示，首先，电参数采集器将采集到的电参数传送给智能融合终端，智能融合终端根据该电参数进行计算，得到配电变压器的负载率，智能融合终端同时获取各高压智能断路器和各低压智能断路器的分合闸的状态信息；然后，根据得到的信息数据进行经济运行控制策略判断，判断是否需要改变，当需要改变的时候下发分合闸的动作指令序列给各高压智能断路器和各低压智能断路器；最后，接到指令的各高压智能断路器和各低压智能断路器进行有序的分合闸动作，实现不同配电变压器的投入与退出。

本实施方式中的高压智能断路器包括：高压接收模块，用于接收所述智能融合终端发出的控制指令；高压判断模块，用于在接收到的控制指令为合闸指令时，判断所述高压线路中的电压是否相位过零；高压合闸模块，用于在所述高压线路中的电压相位过零时进行合闸。通过上述各个模块的组合使得高压智能断路器具有选相合闸功能，即在接到智能融合终端的合闸指令后，当监测到线路中的电压相位过零时才进行合闸，如此可以有效抑制配电变压器合闸涌流。

本实施方式中的低压智能断路器包括：低压接收模块，用于接收所述智能融合终端发出的控制指令；低压判断模块，用于在接收到的控制指令为合闸指令时，判断所有低压智能断路器和高压智能断路器量测的电压相位是否一致；低压合闸模块，用于在所有低压智能断路器和高压智能断路器量测的电压相位一致时进行合闸。通过上述各个模块组合使得低压智能断路器具备相序检测功能，尤其是当位于负荷之间的低压智能断路器在接到智能融合终端的合闸指令后，当监测到各断路器量测的电压相位一致时才进行合闸，避免出现非同相合闸的事故。

本实施方式中的电参数采集器包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器用于采集所述低压线路上的电压信息，所述电流互感器用于采集所述低压线路上的电流信息。本实施方式中通信线的通信方式包含低压配电网载波通信、光纤通信、4G/5G无线通信等多种，并可采用其中的一种或者多种的组合实现智能融合终端与智能断路器相互间的通信，用于智能融合终端和高压智能断路器、低压智能断路器间信息数据或指令的传输。

下面通过一个具体的实施例进一步说明本发明。

假定某学校配电所的接线图与图1相似，学校放学后的时段内，用电负荷较少，配电所内配电变压器T1和配电变压器T2都处于空载和轻载运行状态，负载率较低，采用本实施方式的控制方法，以配电所的配电变压器的总损耗最小为目标，根据采集到的信息数据进行经济运行控制策略判断，确定选择配电变压器T1单独运行方式，发出低压智能断路器B5合闸指令，接到指令后，低压智能断路器B5检测到量测电压相序一致后合闸，并将合闸状态信息传送给智能融合终端的微应用模块；微应用模块收到低压智能断路器B5的合闸状态信息后发出低压智能断路器B4的分闸指令，接到指令后，低压智能断路器B4分闸，并将分闸状态信息传送给智能融合终端的微应用模块；智能融合终端的微应用模块收到B4分闸状态信息后发出高压智能断路器B2的分闸指令，接到指令后，高压智能断路器B2分闸，并将分闸状态信息传送给智能融合终端的微应用模块；此时，系统处于配电变压器T1投入，配电变压器T2退出的运行方式，此种状态满足低负载率下变压器总损耗最小的经济运行要求。

相反，当学校处于上学时间段，用电负荷较大，负载率较高，此时可将退出运行的配电变压器T2投入系统中运行，满足变压器经济运行的要求，投入的动作过程与上述退出过程相反，不在赘述。

不难发现，本发明不改变电网拓扑结构，不增加设备成本，不增加额外接线，安全可靠，简单实用，管理方便高效，可以自动控制及监测配电变压器的运行状态，最大程度的减少变压器电能损耗，提高能源的利用率，有利于提高配电网运行的经济效益。