一种电网电压暂降源定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种电网电压暂降源定位系统，包括数据解析与同步模块、数据存储模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块、应用程序接口模块及人机界面模块；数据解析与同步模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块、应用程序接口模块及人机界面模块分别与数据存储模块双向连接，通过数据存储模块进行数据交互。本发明提供的电网电压暂降源定位系统，分别从电能质量监测系统或监测终端以及电网数据采集及监控系统（SCADA系统）中读取电压暂降数据及网络拓扑结构和网络参数，通过暂降源定位算法实现定位功能，定位结果可用于电能质量分析人员，还可通过与配电自动化系统或调度系统的互联互通，用于其故障分析和诊断等。
【专利说明】—种电网电压暂降源定位系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种定位系统，具体讲涉及一种电网电压暂降源定位系统。
【背景技术】
[0002]电压暂降，是指在工频条件下供电系统某个节点的电压均方根值减小到0.1p.u?0.9p.u.之间、持续时间为IOms?Imin的短时间电压变动现象。因电压暂降会对计算机系统、精密仪器生产等敏感设备系统造成不能正常工作甚至停机的危害，电压暂降问题已经成为最重要的电能质量问题之一。
[0003]目前，基于电能质量监测终端的电能质量监测系统已经得到了广泛应用。电能质量监测终端具有采集信息丰富、数据量大的特点，对其监测数据进行充分挖掘并加以分析后可广泛应用于电力系统故障定位、设备状态监测、故障诊断、负荷建模等多个方面。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种电网电压暂降源定位系统，分别从电能质量监测系统或监测终端以及电网数据采集及监控系统(SCADA系统)中读取电压暂降数据及网络拓扑结构和网络参数，通过暂降源定位算法实现定位功能，定位结果可用于电能质量分析人员，还可通过与配电自动化系统或调度系统的互联互通，用于其故障分析和诊断等。
[0005]为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:
[0006]本发明提供一种电网电压暂降源定位系统，所述系统包括数据解析与同步模块、数据存储模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块、应用程序接口模块及人机界面模块；所述数据解析与同步模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块、应用程序接口模块及人机界面模块分别与所述数据存储模块双向连接，通过所述数据存储模块进行数据交互。
[0007]所述数据解析与同步模块接收电能质量监测终端发送的PQDIF文件、C0MTRAD文件和SCADA系统发送的网络拓扑结构和网络参数，进行数据解析和数据同步；
[0008]所述数据解析与同步模块对所述PQDIF文件、C0MTRAD文件及网络拓扑结构和网络参数进行解析，提取电能质量指标数据并存入所述数据存储模块中的持久数据区，完成数据解析，得到电压暂降数据；
[0009]持久数据区读取电压暂降数据和网络拓扑结构和网络参数，采用队列替换方式更新数据，进而实现数据同步。
[0010]所述电压暂降数据包括三相电压幅值、相位和无功功率；所述网络拓扑结构和网络参数包括网络拓扑结构、线路、变压器、负荷和无功补偿设备参数。
[0011]所述数据存储模块包括持久数据区、内存存取数据区和缓存区，所述内存存取数据区包括临时数据区和内存主存取数据区；所述数据存储模块的存储速度按照持久数据区、内存存取数据区到缓存区的顺序依次由慢到快。
[0012]所述临时数据区用于存取所述数据解析与同步模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块和人机界面模块计算过程产生的临时数据；计算过程产生的非临时数据依次在缓存区、内存存取数据区和持久数据区中查找，查找到后备份到其上层存储区中。
[0013]所述持久数据区用于存取初始数据和计算所得最终数据，初始数据包括从所述电能质量监测终端导入的PQDIF文件、C0MTRAD文件和从SCADA系统中导入的网络拓扑结构和网络参数；计算所得最终数据包括数据解析与数据同步过程中生成的无功功率判据、布点方案生成模块生成的布点方案信息和经暂降源定位计算模块定位计算后的暂降源位置信息。
[0014]所述布点方案生成模块先从数据存储模块中取出网络拓扑结构和网络参数构造节点阻抗矩阵，根据所述节点阻抗矩阵计算不同故障类型下的电压暂降矩阵，再通过设定凹陷域电压阈值生成不同故障类型下对应的节点凹陷矩阵，联立各种故障类型的节点凹陷矩阵形成扩展矩阵，保证全网所有节点电压暂降的可观测的目标性；
[0015]利用01线性优化方法求解布点向量，布点向量元素值为I则对应位置需要布置监测点，布点向量元素值为O则表示对应位置不需要布置监测点，将布点向量映射到相应节点位置即完成布点方案的生成。
[0016]所述暂降源定位计算模块包括节点阻抗矩阵构造模块、故障线路提取模块、故障类型判断模块和暂降源定位模块；所述节点阻抗矩阵构造模块采用支路追加法，遵循广度优先、优先成环的追加支路顺序原则构造节点阻抗矩阵；所述故障线路提取模块通过监测点可观测支路及暂降源上下游方位判断的原则提取可能故障线路；所述故障类型判断模块采用基于电压幅值和电压序分量值检测判定故障类型；所述暂降源定位模块对可能的故障线路以设定步长求取监测点电压序分量值，通过求取的电压序分量值与测量的电压序分量测量值的之间误差排序进行定位，误差最小的点即是暂降源位置。
[0017]所述故障类型包括单相接地故障、两相短路故障、两相接地故障和三相短路故障。
[0018]所述应用程序接口模块包括获取状态量模块和调用基本功能函数接口模块；
[0019]所述获取状态量模块获取的状态量包括当前布点方案及其参数、当前暂降源位置及其参数、数据存储模块数据状态和人机界面模块的设置参数；
[0020]所述调用基本功能函数接口模块提供的函数接口包括运行暂降源定位函数、运行布点方案生成函数、设置暂降源定位相关参数、设置布点方案生成参数。
[0021]所述人机界面模块包括暂降源位置显示模块、数据输入/导入模块、数据导出模块、报表自动生成模块、参数设定模块及系统管理和权限模块。
[0022]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0023](I)分别从电能质量监测系统或监测终端以及电网数据采集及监控系统(SCADA系统)中读取电压暂降数据及网络拓扑结构和网络参数，通过暂降源定位算法实现定位功能，定位结果可用于电能质量分析人员，还可通过与配电自动化系统或调度系统的互联互通，用于其故障分析和诊断等；
[0024](2)本系统能够用于电压暂降源位置的精确定位，可为配电自动化系统的故障定位及排除提供依据；
[0025](3)基于电能质量监测系统实现了配电自动化系统中的故障定位功能；
[0026](4)本系统采用了较为完善的三级存储系统，大大提高了存取效率；
[0027](5)本系统软件设计遵循“开闭”原则，各模块间耦合度低，易于维护和扩展。【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是电网电压暂降源定位系统结构框图；
[0029]图2是数据存储模块结构框图；
[0030]图3是暂降源定位计算模块结构框图。
【具体实施方式】
[0031]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0032]如图1，本发明提供一种电网电压暂降源定位系统，所述系统包括数据解析与同步模块、数据存储模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块、应用程序接口模块及人机界面模块；所述数据解析与同步模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块、应用程序接口模块及人机界面模块分别与所述数据存储模块双向连接，通过所述数据存储模块进行数据交互。
[0033]所述数据解析与同步模块接收电能质量监测终端发送的PQDIF文件、C0MTRAD文件和SCADA系统发送的网络拓扑结构和网络参数，进行数据解析和数据同步；
[0034]所述数据解析与同步模块对所述PQDIF文件、C0MTRAD文件及网络拓扑结构和网络参数进行解析，提取电能质量指标数据并存入所述数据存储模块中的持久数据区，完成数据解析，得到电压暂降数据，电压暂降数据存入电能质量检测系统数据库。
[0035]持久数据区读取电压暂降数据和网络拓扑结构和网络参数，采用队列替换方式更新数据，进而实现数据同步，保证本系统持久数据区的数据可用性，同步频率和数据容量设计应满足系统计算的要求。
[0036]当数据库发生一次的同步行为，我们称之为一次同步事件。同步事件会触发相关模块运算。
[0037]所述电压暂降数据包括三相电压幅值、相位和无功功率；所述网络拓扑结构和网络参数包括网络拓扑结构、线路、变压器、负荷和无功补偿设备参数。
[0038]所述数据存储模块包括持久数据区、内存存取数据区和缓存区，所述内存存取数据区包括临时数据区和内存主存取数据区；所述数据存储模块的存储速度按照持久数据区、内存存取数据区到缓存区的顺序依次由慢到快。
[0039]所述临时数据区用于存取所述数据解析与同步模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块和人机界面模块计算过程产生的临时数据；计算过程产生的非临时数据依次在缓存区、内存存取数据区和持久数据区中查找，查找到后备份到其上层存储区中，依据数据的局部访问性来提高存储效率。
[0040]所述持久数据区用于存取初始数据和计算所得最终数据，初始数据包括从所述电能质量监测终端导入的PQDIF文件、C0MTRAD文件和从SCADA系统中导入的网络拓扑结构和网络参数；计算所得最终数据包括数据解析与数据同步过程中生成的无功功率判据、布点方案生成模块生成的布点方案信息和经暂降源定位计算模块定位计算后的暂降源位置信息。
[0041]数据存储模块与暂降源定位计算模块、数据解析与同步模块紧密交互数据来完成运算并存储结果，并为扩展接口模块和人机界面模块提供数据支持。[0042]所述布点方案生成模块先从数据存储模块中取出网络拓扑结构和网络参数构造节点阻抗矩阵，根据所述节点阻抗矩阵计算不同故障类型下的电压暂降矩阵，再通过设定凹陷域电压阈值生成不同故障类型下对应的节点凹陷矩阵，联立各种故障类型的节点凹陷矩阵形成扩展矩阵，保证全网所有节点电压暂降的可观测的目标性；
[0043]利用01线性优化方法求解布点向量，布点向量元素值为I则对应位置需要布置监测点，布点向量元素值为O则表示对应位置不需要布置监测点，将布点向量映射到相应节点位置即完成布点方案的生成。
[0044]所述暂降源定位计算模块包括节点阻抗矩阵构造模块、故障线路提取模块、故障类型判断模块和暂降源定位模块；
[0045]经典方法如节点导纳矩阵求逆、支路追加法等，当网络节点量级较大时，经典方法的效率较低，系统可采用改进的支路追加法，由于追加链支的计算量远大于追加树支的计算量，所以节点阻抗矩阵构造模块采用支路追加法，遵循广度优先、优先成环的追加支路顺序原则构造节点阻抗矩阵，这可以较大缩小总体计算量。阻抗阵的构造对网络元件建模的依赖很大，所以具备准确、全面的网络元件参数之后，构造的阻抗阵才具有分析、参考的价值。
[0046]为了降低故障点搜索量，提高运算效率，故障线路提取模块通过监测点可观测支路及暂降源上下游方位判断的原则提取可能故障线路；通过无功功率的状态变化判定暂降方位是一种简单实用的方法，能够实现网络中绝大多数暂降源方位的准确判断。
[0047]所述故障类型判断模块采用基于电压幅值和电压序分量值检测判定故障类型；当故障发生后，选取电压幅值最低的监测点作为有效监测点，提取有效监测点的电压作为判断依据，然后计算其三相电压的平均值um，将三相电压分别与Um进行比较，通过设定比较阈值和各序分量一些信息判断出故障类型，每一支可能故障线路都有对应的故障类型。
[0048]所述暂降源定位模块对可能的故障线路以设定步长求取监测点电压序分量值，通过求取的电压序分量值与测量的电压序分量测量值的之间误差排序进行定位，误差最小的点即是暂降源位置。
[0049]所述故障类型包括单相接地故障、两相短路故障、两相接地故障和三相短路故障。
[0050]所述应用程序接口模块又称为API (Application Program interface)模块,封装现有开发模块并提供应用程序接口，它主要是保护现有代码和方便后期扩展和维护，主要面向基于本系统的应用程序开发。API模块应包括获取状态量和调用基本功能函数接口，需要编写相应的接口说明文档。
[0051]整个电压暂降源定位系统只有API模块对外开放，与其他系统的数据交换均需要通过此模块来实现。
[0052]应用程序接口模块包括获取状态量模块和调用基本功能函数接口模块；
[0053]所述获取状态量模块获取的状态量包括当前布点方案及其参数、当前暂降源位置及其参数、数据存储模块数据状态和人机界面模块的设置参数；
[0054]当前布点方案及其参数是指基于当前数据状态下已经计算出并储存的布点方案和算法的参数；当前暂降源位置及其参数是指基于当前数据状态下已经计算出并储存的暂降源位置及其参数；数据存储模块数据状态包括当前数据量大小、最新最旧的数据时间等；人机界面设置参数是指当前人机界面动静态参数，如界面显示方式等。[0055]所述调用基本功能函数接口模块提供的函数接口包括运行暂降源定位函数、运行布点方案生成函数、设置暂降源定位相关参数、设置布点方案生成参数。
[0056]运行暂降源定位函数是指在基于当前数据重新运行定位算法并储存相应结果；运行布点方案生成函数含义与前者类似；设置暂降源定位相关参数主要包括设定定位算法的可变参数，如是否多线程等；设置布点方案生成参数含义与前者类似。
[0057]系统设计中的人机界面模块是本系统自带界面，所以显示效率较高，不同用户可根据不同需求和爱好基于本系统API模块开发用户应用界面。人机界面模块包括暂降源位置显示模块、数据输入/导入模块、数据导出模块、报表自动生成模块、参数设定模块及系统管理和权限模块。
[0058]暂降源位置显示模块:当电压暂降发生时，暂降源处可以红点闪烁来警示故障，并在其上方出现相应故障类型。
[0059]数据输入/导入模块:包括电网拓扑数据、网络元件参数、电压暂降数据、其他电量等。此外系统还应可以故障模拟，通过设定故障的类型、位置，仿真运行过程中监测点收集模拟数据，电压暂降源定位系统对其位置定位；
[0060]数据导出模块:能够将暂降类型、暂降源位置信息等导出，用于其他系统分析。
[0061]报表自动生成模块:根据用户所需数据自动生成报表。
[0062]参数设定模块:对界面系统的相关参数进行设置，如显示方式。
[0063]系统管理和权限模块:不同类型用户对界面访问的权限不同，例如系统管理员拥有所有的访问权限、普通用户只有浏览权限没有设置权限等。
[0064]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述系统包括数据解析与同步模块、数据存储模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块、应用程序接口模块及人机界面模块；所述数据解析与同步模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块、应用程序接口模块及人机界面模块分别与所述数据存储模块双向连接，通过所述数据存储模块进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述数据解析与同步模块接收电能质量监测终端发送的PQDIF文件、COMTRAD文件和SCADA系统发送的网络拓扑结构和网络参数，进行数据解析和数据同步； 所述数据解析与同步模块对所述PQDIF文件、COMTRAD文件及网络拓扑结构和网络参数进行解析，提取电能质量指标数据并存入所述数据存储模块中的持久数据区，完成数据解析，得到电压暂降数据； 持久数据区读取电压暂降数据和网络拓扑结构和网络参数，采用队列替换方式更新数据，进而实现数据同步。
3.根据权利要求2所述的电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述电压暂降数据包括三相电压幅值、相位和无功功率；所述网络拓扑结构和网络参数包括网络拓扑结构、线路、变压器、负荷和无功补偿设备参数。
4.根据权利要求1所述的电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述数据存储模块包括持久数据区、内存存取数据区和缓存区，所述内存存取数据区包括临时数据区和内存主存取数据区；所述数据存储模块的存储速度按照持久数据区、内存存取数据区到缓存区的顺序依次由慢到快。
5.根据权利要求4所述的电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述临时数据区用于存取所述数据解析与同步模块、布点方案生成模块、暂降源定位计算模块和人机界面模块计算过程产生的临时数据；计算过程产生的非临时数据依次在缓存区、内存存取数据区和持久数据区中查找，查找到后备份到其上层存储区中。
6.根据权利要求4所述的电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述持久数据区用于存取初始数据和计算所得最终数据，初始数据包括从所述电能质量监测终端导入的PQDIF文件、COMTRAD文件和从SCADA系统中导入的网络拓扑结构和网络参数；计算所得最终数据包括数据解析与数据同步过程中生成的无功功率判据、布点方案生成模块生成的布点方案信息和经暂降源定位计算模块定位计算后的暂降源位置信息。
7.根据权利要求1所述的电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述布点方案生成模块先从数据存储模块中取出网络拓扑结构和网络参数构造节点阻抗矩阵，根据所述节点阻抗矩阵计算不同故障类型下的电压暂降矩阵，再通过设定凹陷域电压阈值生成不同故障类型下对应的节点凹陷矩阵，联立各种故障类型的节点凹陷矩阵形成扩展矩阵； 利用01线性优化方法求解布点向量，布点向量元素值为I则对应位置需要布置监测点，布点向量元素值为O则表示对应位置不需要布置监测点，将布点向量映射到相应节点位置即完成布点方案的生成。
8.根据权利要求1所述的电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述暂降源定位计算模块包括节点阻抗矩阵构造模块、故障线路提取模块、故障类型判断模块和暂降源定位模块；所述节点阻抗矩阵构造模块采用支路追加法，遵循广度优先、优先成环的追加支路顺序原则构造节点阻抗矩阵；所述故障线路提取模块通过监测点可观测支路及暂降源上下游方位判断的原则提取可能故障线路；所述故障类型判断模块采用基于电压幅值和电压序分量值检测判定故障类型；所述暂降源定位模块对可能的故障线路以设定步长求取监测点电压序分量值，通过求取的电压序分量值与测量的电压序分量测量值的之间误差排序进行定位，误差最小的点即是暂降源位置。
9.根据权利要求7或8所述的电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述故障类型包括单相接地故障、两相短路故障、两相接地故障和三相短路故障。
10.根据权利要求1所述的电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述应用程序接口模块包括获取状态量模块和调用基本功能函数接口模块； 所述获取状态量模块获取的状态量包括当前布点方案及其参数、当前暂降源位置及其参数、数据存储模块数据状态和人机界面模块的设置参数； 所述调用基本功能函数接口模块提供的函数接口包括运行暂降源定位函数、运行布点方案生成函数、设置暂降源定位相关参数、设置布点方案生成参数。
11.根据权利要求1所述的电网电压暂降源定位系统，其特征在于:所述人机界面模块包括暂降源位置显示模块、数据输入/导入模块、数据导出模块、报表自动生成模块、参数设定模块及系统管理和权限模块。
【文档编号】G01R31/00GK103605027SQ201310611693
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】刘颖英, 冯丹丹, 王同勋, 丁宁, 周胜军, 程远, 杜彦强, 刘劲松 申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院