一种面向新型配网节点电压优化控制系统

1.本发明属于配网电压控制技术领域，具体为一种面向新型配网节点电压优化控制系统。


背景技术：

2.配电网电压无功控制对于降低网损、提高电压质量具有重要意义。目前配变电容器组投切开关多为传统的机械式开关，投切时会产生冲击电流，不能频繁投切。实时电压无功优化要求现场数据实时、准确，需要有可靠的通信网络进行数据传输。新型配网的目标是确保电网运行的经济性、环保、稳定、可靠以及安全，现代科技的应用是智能配网最重视的。就传统的配电网相比,新型配网具有以下功能特征：自己我修复功能；具有更高的安全性；能够提供更高的电能质量；支持der的大量接入；支持与用户互动；对配电网及其设备进行可视化管理；更高的资产利用率；配电管理与用电管理的信息化。正是这些特征才让人们对智能配网进行不断地研究和分析，人们也逐渐地认识到智能配网对于电网的建设和完善所起到的促进作用，更好地满足了人们的用电需求。
3.但是常见的控制系统工作效率不够高，使得人们使用时较为不便。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种面向新型配网节点电压优化控制系统。
5.本发明采用的技术方案如下：一种面向新型配网节点电压优化控制系统，包括上位机控制模块、plc控制终端、控制通信模块、软件控制模块、显示器模块、配电主站模块、配电远程终端模块、配电子站模块、数据采集模块、遗传算法模块，所述上位机控制模块的输出端连接有所述plc控制终端的输入端，所述plc控制终端的输出端连接有所述控制通信模块的输入端，所述控制通信模块的输出端连接有所述软件控制模块的输入端，所述软件控制模块的外部固定安装有显示器模块；
6.所述控制通信模块的内部固定安装有配电主站模块、配电远程终端模块和配电子站模块，所述配电主站模块、配电远程终端模块和配电子站模块的输出端连接有所述控制通信模块的输入端；所述软件控制模块的内部固定安装有数据采集模块和遗传算法模块，所述数据采集模块和遗传算法模块的输出端连接有所述软件控制模块的输入端。
7.在一优选的实施方式中，所述上位机控制模块为个人计算机，所述上位机控制模块提供良好的人一机交互界面，进行程序编制、参数设定和修改，既能保证系统性能，又能使系统操作简单简便，便于监控。
8.在一优选的实施方式中，所述plc控制终端以西门子s7-200plc作为系统终端控制器；控制装置以开关量为主，带有部分的模拟量输入，s7-200 cpu224型plc在输入输出容量及程序存储容量上基本满足系统需求，因此选择s7-200cpu224型可编程控制器。
9.在一优选的实施方式中，所述控制通信模块采用混合通信方案；具体的建议实施
方案为∶通信主站与子站之间的通信是配电网通信的主体部分，传输数据量大，实时性要求高，可以采用光纤通信；为保证通信的实时性和可靠性，可以采用sdh自愈环网传输系统；配电终端设备位置分散、相互之间距离较长，如果专门为之架设通信线路则成本较高，可以根据实际情况采用电力线载波或无线通信，在减少投资的基础上保证通信效率和安全性；对于现场设备之间的短距离通信，可采用以屏蔽双绞线为传输介质的rs485总线通信。
10.在一优选的实施方式中，所述控制通信模块需要的输入量是模拟量，而plc的cpu只能处理数字量；首先将模拟信号通过传感器和变送器转换为标准的电压或电流信号，如4～20ma，1～5v，0～10v，然后再将它们转换成plc可以识别的数字量；带正负号的电流或电压在a/d转换后用二进制补码表示；d/a转换器将plc中的数字量转换为电压或电流模拟量，输出到变压器分接头和电容器组的投切开关，控制投切。
11.在一优选的实施方式中，所述控制通信模块采用em223 24v dc8输入/8继电器输出数字量混合模块和em235 ai14/aq1*12模拟量组合模块对主机进行扩展；em223和em235分别负责数字量输出和模拟量输入；所要采集的参数包括配电网络各节点电压，变压器低压侧母线电压、有功功率、无功功率、功率因数。
12.在一优选的实施方式中，所述数据采集模块采集所需要的数据并通过网络传递给上位机，其次在接收到上位机的控制命令后可以执行命令控制投切开关的投切；控制终端不主动上传数据，只有在收到上位机相关命令后才以命令响应的形式上传数据；对于来自上位机的控制命令，控制终端立即执行投切动作；上位机可以一次读取整条辐射线路上所有配电变压器及负荷的数据，也可以选择性的只读取某一台控制终端的数据；上位机可以任意控制任何一台控制终端。
13.在一优选的实施方式中，所述遗传算法模块的基本步骤可包括编码、产生初始种群、遗传操作、得到最优解；且编码采用二进制编码；产生初始种群在有约束条件限制的情况下产生初始种群；在随机产生的初始种群过程中加入约束条件，淘汰掉不符合要求的个体；遗传操作的第一步是计算所有个体的适应度值，然后根据整个种群的个体适应度分布确定每个个体的被选择的概率；第二步是采用合适的选择方法以第一步的概率为基础进行个体选择。
14.在一优选的实施方式中，所述配电子站模块负责所辖范围内的信息采集、故障处理以及与配电主站的通信；所述配电主站模块将从配电子站得到的信息处理并发出控制信号，是整个控制系统的监控、管理中心；所述配电远程终端模块接受配电子站的控制命令并对补偿装置、配电变压器等实施调节。
15.在一优选的实施方式中，所述配电主站模块、所述配电远程终端模块和所述配电子站模块之间的信息交互依靠通信系统完成；配电主站与配电子站的通信上为点对点或环形连接，与配电终端的通信物理路由采用星形或环形。
16.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
17.1、本发明中，将改进的自适应遗传算法应用于控制系统，将其作为上位控制机的算法核心，进行配电网电压无功优化计算，并通过通信网络传递给执行终端，实现对配电变压器分接头和并联电容器投切的实时控制，可通过实时优化控制可提高电压合格率、降低网损，从而提高了该系统在电能质量、系统的稳定运行和经济运行防方面的效果，使得本系统起到了节能环保，便于操作的效果。
18.2、本发明中，通过控制通信模块将采集到的线路运行参数和补偿电容器侧电压参数及负荷数据通过合适的通信网络传递给控制中心，并保证数据段的实时性和可靠性，解决了突发负荷变化时的无法进行信息传递的问题，从而提高了本系统在传输信息的过程中的稳定性。
附图说明
19.图1为本发明的系统框图；
20.图2为本发明中控制通信模块系统框图；
21.图3为本发明中软件控制模块系统框图；
22.图4为本发明中控制系统计算流程图。
23.图中标记：1-上位机控制模块、2-plc控制终端、3-控制通信模块、4-软件控制模块、5-显示器模块、6-配电主站模块、7-配电远程终端模块、8-配电子站模块、9-数据采集模块、10-遗传算法模块。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.参照图1-3，
26.一种面向新型配网节点电压优化控制系统，包括上位机控制模块1、plc控制终端2、控制通信模块3、软件控制模块4、显示器模块5、配电主站模块6、配电远程终端模块7、配电子站模块8、数据采集模块9、遗传算法模块10，上位机控制模块1的输出端连接有plc控制终端2的输入端，plc控制终端2的输出端连接有控制通信模块3的输入端，控制通信模块3的输出端连接有软件控制模块4的输入端，软件控制模块4的外部固定安装有显示器模块5；
27.控制通信模块3的内部固定安装有配电主站模块6、配电远程终端模块7和配电子站模块8，配电主站模块6、配电远程终端模块7和配电子站模块8的输出端连接有控制通信模块3的输入端；软件控制模块4的内部固定安装有数据采集模块9和遗传算法模块10，数据采集模块9和遗传算法模块10的输出端连接有软件控制模块4的输入端。
28.上位机控制模块1为个人计算机，上位机控制模块1提供良好的人一机交互界面，进行程序编制、参数设定和修改，既能保证系统性能，又能使系统操作简单简便，便于监控。
29.plc控制终端2以西门子s7-200plc作为系统终端控制器；控制装置以开关量为主，带有部分的模拟量输入，s7-200 cpu224型plc在输入输出容量及程序存储容量上基本满足系统需求，因此选择s7-200cpu224型可编程控制器；
30.控制通信模块3采用混合通信方案；具体的建议实施方案为∶通信主站与子站之间的通信是配电网通信的主体部分，传输数据量大，实时性要求高，可以采用光纤通信；为保证通信的实时性和可靠性，可以采用sdh自愈环网传输系统；配电终端设备位置分散、相互之间距离较长，如果专门为之架设通信线路则成本较高，可以根据实际情况采用电力线载波或无线通信，
31.在减少投资的基础上保证通信效率和安全性；对于现场设备之间的短距离通信，
可采用以屏蔽双绞线为传输介质的rs485总线通信；
32.控制通信模块3需要的输入量电压、电流、功率因数是模拟量，而plc的cpu只能处理数字量；首先将模拟信号通过传感器和变送器转换为标准的电压或电流信号，如4～20ma，1～5v，0～10v，然后再将它们转换成plc可以识别的数字量；带正负号的电流或电压在a/d转换后用二进制补码表示；d/a转换器将plc中的数字量转换为电压或电流模拟量，输出到变压器分接头和电容器组的投切开关，控制投切；
33.控制通信模块3采用em223 24v dc8输入/8继电器输出数字量混合模块和em235 ai14/aq1*12模拟量组合模块对主机进行扩展；em223和em235分别负责数字量输出和模拟量输入；所要采集的参数包括配电网络各节点电压，变压器低压侧母线电压、有功功率、无功功率、功率因数；
34.数据采集模块9采集所需要的数据并通过网络传递给上位机，其次在接收到上位机的控制命令后可以执行命令控制投切开关的投切；控制终端不主动上传数据，只有在收到上位机相关命令后才以命令响应的形式上传数据；对于来自上位机的控制命令，控制终端立即执行投切动作；上位机可以一次读取整条辐射线路上所有配电变压器及负荷的数据，也可以选择性的只读取某一台控制终端的数据；上位机可以任意控制任何一台控制终端；
35.遗传算法模块10的基本步骤可包括编码、产生初始种群、遗传操作、得到最优解；且编码采用二进制编码；产生初始种群在有约束条件限制的情况下产生初始种群；在随机产生的初始种群过程中加入约束条件，淘汰掉不符合要求的个体；遗传操作的第一步是计算所有个体的适应度值，然后根据整个种群的个体适应度分布确定每个个体的被选择的概率；第二步是采用合适的选择方法以第一步的概率为基础进行个体选择；
36.配电子站模块8负责所辖范围内的信息采集、故障处理以及与配电主站的通信；配电主站模块6将从配电子站得到的信息处理并发出控制信号，是整个控制系统的监控、管理中心；配电远程终端模块7接受配电子站的控制命令并对补偿装置、配电变压器等实施调节；
37.配电主站模块6、配电远程终端模块7和配电子站模块8之间的信息交互依靠通信系统完成；配电主站与配电子站的通信上为点对点或环形连接，与配电终端的通信物理路由采用星形或环形。
38.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
39.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。