一种基于模型化的铁路电力供电臂监控方法

摘要

本发明公开了一种应用于铁路供电调度系统领域的供电臂模型化监控方法。该方法通过建立基于IEC 61970国际标准的公共信息模型（CIM）标准的供电臂扩展模型，把原来离散的铁路供电网配电所和箱式变电站及其所属设备按供电臂连接关系组成一个整体，实现供电臂相关的各站所的信息共享和统一处理；针对铁路供电系统站所间的线性组织模式和站所的典型接线方式，实现自动成图和建模；以供电臂为监视和控制的一个单元，更直观反映供电臂的供电状况，实现供电臂运行模式切换；以供电臂模型为基础，建立故障处理系统，把故障定位和分析的范围缩小到一个供电臂内，降低故障处理的复杂性，可更快速准确地定位故障，实现故障隔离和恢复。

权利要求

1.一种基于模型化的铁路供电臂监控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)定义基于IEC 61970国际标准的公共信息模型CIM标准的供电臂模型遵循IEC 61970国际标准，对供电臂的供电范围、连接关系及运行模式进行定义；描述供电臂模型所包含的铁路供电臂两端的出线开关、铁路供电臂的分段开关、站间的连接导线之间的连接关系；建立所述供电臂与两端的配电站及其供电范围内的箱式变电所的关联关系，并描述所述配电站和所述箱式变电所的布局顺序；对供电臂的类型进行定义，包括铁路供电系统的自闭供电臂和贯通供电臂；定义所述供电臂的运行模式，包括“备自投-重合”、“单备自投”、“单重合”和“重合-备自投模式”；定义本供电臂与其它供电臂的相互关系，包括主/备关系，相邻关系；

(2)绘制供电臂图形，并建立供电臂模型

首先，绘制铁路供电系统一次接线图，并建立所述铁路供电系统整体模型；

其次，生成供电臂两端配电站和所述供电范围内的箱式变电所主接线并建立所述配电站和所述箱式变电所的模型；

最后，在完成所述配电站和箱式变电所接线图绘制的基础上，自动绘制供电臂图，并建立供电臂模型；

(3)基于供电臂模型，实现铁路供电系统的故障自愈。

2.根据权利要求1所述的基于模型化的铁路供电臂监控方法，其特征在于：在步骤(3)中，基于供电臂模型实现铁路供电系统的故障自愈包括以下流程：第一步：铁路供电调度系统的故障分析处理子系统在所述调度系统启动时加载供电臂信息，并在运行过程中实时监测供电臂故障发生情况；

第二步：定位故障到具体的供电臂，并收集供电臂运行状态变化序列，当故障分析处理子系统监测到故障发生信息时，根据所述供电臂模型，把故障影响范围定位到一个供电臂，所述铁路供电调度系统把该供电臂的各采集量的变化过程记录下来，形成故障数据，供故障检测使用；

第三步：通过分析故障数据，确认是否发生故障，如果有故障发生则进入第四步，否则返回第一步继续监测供电臂故障发生信息；

第四步：确认故障类型及是否为瞬时故障；

第五步：根据不同的故障类型以及是否为瞬时故障生成对应的故障隔离方案；

第六步：根据所述故障隔离方案进行故障隔离和恢复供电操作。

说明书

一种基于模型化的铁路电力供电臂监控方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统自动化技术领域，涉及铁路供电自动化系统中供电臂模型化监控方法。

背景技术

[0002] 随着铁路供电系统自动化发展，铁路调度中心的电力调度系统通过设置在厂站的远传终端单元（RTU）收集铁路供电网中设备的运行状态和测量值，使调度运行人员能及时跟踪、调整电力系统运行状态。

[0003] 供电臂界定了铁路供电系统中的供电范围，从整体上把握供电臂的运行状态是实现故障隔离和故障恢复的基础。随着高速铁路的大力发展，供电臂作为一个铁路供电系统中管理单元，得到了更多的重视。

[0004] 目前铁路牵引供电SCADA系统中通常通过绘制供电臂图形式对供电臂进行监视和控制，但未对供电臂进行专门建模，在调度员工作过程中，无法直观得到供电臂的运行状态汇总信息，没有对供电臂供电方向切换的直接操作，只能通过依次操作相关开关实现供电方向切换功能；铁路牵引供电的故障处理技术主要有两种思路，一种为基于终端层的故障处理技术，通过开发新终端监控设备或扩展既有终端监控设备的功能完成故障处理，此方法要求终端设备之间能进行信息共享，将会增加终端监控设备的复杂性和通讯通道建设成本；另一种为依托铁路供电调度系统完成故障处理技术，调度系统采集了整个供电网的信息，只需要开发相应的软件模块就能实现故障处理功能，成本较小，但由于调度系统管辖范围很大，供电网复杂，故障处理难度很大。

发明内容

[0005] 为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种供电臂模型化监控方法，通过建立基于IEC61970国际标准的公共信息模型（CIM）标准的供电臂模型，提供一种对既定供电范围内的供电设备运行信息的整合和共享机制。

[0006] 本发明实现铁路供电网中相互关联的配电所和箱式变电站的信息共享和统一管理。一方面从供电臂层面去监视铁路牵引供电网的运行状态，给调度提供更直观有效的运行信息；另一方面基于其全面的数据信息和供电臂的范围划定，可以降低故障定位的复杂性，构建更为科学的故障隔离和故障恢复方案，实现智能化调度。

[0007] 本发明具体采用以下技术方案。

[0008] 一种基于模型化的铁路供电臂监控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

[0009] （1）定义基于IEC 61970国际标准的公共信息模型CIM标准的供电臂模型[0010] 遵循IEC 61970国际标准，对供电臂的供电范围、连接关系及运行模式等进行定义；描述供电臂模型所包含的铁路供电臂两端的出线开关、铁路供电臂的分段开关、站间的连接导线之间的连接关系；建立所述供电臂与两端的配电站及其供电范围内的箱式变电所的关联关系，并描述所述配电站和所述箱式变电所的布局顺序；对供电臂的类型进行定义，包括铁路供电系统的自闭供电臂和贯通供电臂；定义所述供电臂的运行模式，包括“备自投-重合”、“单备自投”、“单重合”和“重合-备自投模式”；定义本供电臂与其它供电臂的相互关系，包括主/备关系，相邻关系；

[0011] （2）绘制供电臂图形，并建立供电臂模型

[0012] 首先，绘制铁路供电系统一次接线图，并建立所述铁路供电系统整体模型；

[0013] 其次，生成供电臂两端配电站和所述供电范围内的箱式变电所主接线并建立所述配电站和所述箱式变电所的模型；

[0014] 最后，在完成所述配电站和箱式变电所接线图绘制的基础上，自动绘制供电臂图，并建立供电臂模型；

[0015] （3）基于供电臂模型，实现铁路供电系统的故障自愈。

[0016] 在步骤（3）中，基于供电臂模型实现铁路供电系统的故障自愈包括以下流程：

[0017] 第一步：铁路供电调度系统的故障分析处理子系统在所述调度系统启动时加载供电臂信息，并在运行过程中实时监测供电臂故障发生情况；

[0018] 第二步：定位故障到具体的供电臂，并收集供电臂运行状态变化序列，当故障分析处理子系统监测到故障发生信息时，根据所述供电模型，把故障影响范围定位到一个供电臂，所述铁线供电调度系统把该供电臂的各采集量的变化过程记录下来，形成故障数据，供故障检测使用；

[0019] 第三步：通过分析故障数据，确认是否发生故障，如果有故障发生则进入第四步，否则返回第一步继续监测供电臂故障发生信息；

[0020] 第四步：确认故障类型及是否为瞬时故障；

[0021] 第五步：根据不同的故障类型以及是否为瞬时故障生成对应的故障隔离方案；

[0022] 第六步：根据所述故障隔离方案进行故障隔离和恢复供电操作。

[0023] 本发明具有以下技术效果:

[0024] (a)可以更直观地监视供电臂的运行状态。在没有基于IEC61970国家标准的供电臂模型时，被测量点与设备、供电臂之间的关联关系没有明确的定义，要知道供电臂的运行状态，只能通过人工汇总相关测量点的状态得到；在有了供电臂模型对象后，实现了供电臂模型的铁路供电系统监控软件可自动分析汇总其相关测量点状态，形成供电臂的运行状态并输出给用户。

[0025] (b)减小供电系统故障处理的复杂性，加大故障处理的准确性。在有了供电臂模型，当铁路供电系统某个点发生故障时，可以很方便地把故障分析的范围缩小到一个供电臂对象上，并减小了信息收集的范围，故障处理的复杂性；供电臂模型对象对供电臂的运行模式、供电方向等属性进行了实例化（即明确了当发生故障时相关保护设备的保护启动逻辑和故障传播方向），系统可以更迅速地收集故障定位分析所需的有效信息，加大故障处理的准确性。

附图说明

[0026] 图1为铁路供电系统图；

[0027] 图2为铁路供电臂（FeedingSection）扩展模型；

[0028] 图3为铁路供电臂的类图。对铁路供电臂的基本属性进行描述；

[0029] 图4为基于铁路供电臂扩展模型的故障信息处理流程图；

[0030] 图5为本申请基于模型化的铁路牵引供电臂监控方法流程图。

具体实施方式

[0031] 下面结合说明书附图，对本发明的技术方案做进一步详细说明。

[0032] 包含一个自闭供电臂和一个贯通供电臂的简单铁路供电系统图如图1，配电所A、E分别引入1或2路外部电源，给沿线的箱式变电站供电。配电所A、E的对应出线开关之间构成自闭贯通两个供电臂。

[0033] 本申请公开了一种基于模型化的铁路牵引供电臂监控方法，此方法的流程如图5所说，包括建模、实例化模型（自动绘图和建模）及供电臂监视及故障处理等步骤。具体包括以下步骤：

[0034] 1、建立基于IEC61970国际标准的公共信息模型（CIM）标准的供电臂模型：

[0035] 就铁路供电系统而言，供电臂为一个配电所在正常供电情况下，自闭与贯通电力区段的供电范围；供电臂与供电臂之间存在线性排列关系，供电臂对象包含相邻供电臂的链接，可以实现其信息共享和协作。

[0036] 供电臂模型中（CFeedingSection）相关类关系如图1，描述了铁路供电系统中设备、厂站及供电臂的关系。图中电力资源类、设备类、端点类、设备容器类和厂站类为IEC61970国际标准公共信息模型（CIM）的内容，供电臂类为扩展类，属于一种电力容器类，继承于电力资源类（PowerSystemResource），铁路设备类（Equipment_rems）继承于设备类。

[0037] 定义基于IEC61970国际标准的公共信息模型CIM的供电臂模型包括以下内容：遵循IEC61970国际标准，对供电臂的供电范围、连接关系及运行模式等进行定义；描述供电臂模型所包含的铁路供电臂两端的出线开关、铁路供电臂的分段开关、站间的连接导线之间的连接关系；建立所述供电臂与两端的配电站及其供电范围内的箱式变电所的关联关系，并描述所述配电站和所述箱式变电所的布局顺序；对供电臂的类型进行定义，包括牵引系统的上行臂和下行臂，电力系统的自闭供电臂和电力系统的贯通供电臂；定义所述供电臂的运行模式，包括“备自投-重合”、“单备自投”、“单重合”和“重合-备自投模式”；定义本供电臂与其它供电臂的相互关系，包括主/备关系，相邻关系；

[0038] 供电臂的类结构如图2，其特征如下：

[0039] (a)本供电臂模型遵循IEC61970国际标准，继承于电力资源类模型（PowerSystemResource），供电臂模型对供电臂的供电范围、连接关系及运行模式等进行定义。

[0040] (b)本供电臂模型是一种电力容器模型，其包含了铁路供电臂两端的出线开关、铁路供电臂的分段开关，站间的连接导线，并描述了这些开关、连接导线的连接关系；

[0041] (c)本供电臂模型建立了铁路供电臂与两端的配电站及其供电范围内的箱式变电所的关联关系，并描述了这些站所的布局顺序；

[0042] (d)本供电臂模型对铁路供电臂的类型进行定义，包括铁路供电系统的自闭/贯通供电臂;

[0043] (e)本供电臂模型定义了铁路供电臂的运行模式及备自投切换时间，主要包括“备自投-重合”、“单备自投”、“单重合”和“重合-备自投模式”;

[0044] (f)本供电臂模型定义了本供电臂与其他供电臂的相互关系，包括主/备关系，相邻关系。

[0045] 铁路设备类（Equipment_rems）在IEC61970国际标准设备类（Equipment）的基础上增加公里标属性定义（Kilometer），以描述设备在铁路沿线的准确位置。

[0046] C++实现如下：

[0047]

[0048] 2、绘制供电臂图形，并建立供电臂模型：

[0049] 供电臂图形绘制和模型建立是铁路供电调度系统自动成图和建模的一个环节，铁路供电调度系统自动成图和建模是根据现实情况对铁路供电系统进行实例化的过程。铁路配电所和箱式变电站的模型和接线方式非常典型，站所沿铁路线行进方向顺序分布，利于自动成图和建模。本专利采用先整体后局部的建模成图流程，自动构建电力模型：

[0050] 首先，绘制铁路供电调度系统一级图，并建立铁路供电系统整体模型。一级图是铁路供电系统所管辖范围的配电所和箱式变电站的示意图，图上的每个配电所和箱式变电站图元与铁路供电系统中的配电所和箱式变电站一一对应，所述配电所和箱式变电站按照既定铁路走向呈线性顺序排列。本步骤建立铁路供电系统整体模型，并根据所述配电所和箱式变电站排列顺序绘制系统一级图。

[0051] 其次，生成各铁路变配电所和箱式变电站主接线并建立所述配电站和箱式变电站的模型。在铁路供电调度系统设计过程中，根据铁路供电系统配电所和箱式变电站模型的典型性（配电所之间，箱式变电站之间的主要差别在于电源进线和出线的数量及间隔模板的差异），开发自动绘图建模功能，并从大量铁路供电系统配电所和箱式变电站中提取出的典型接线方式，形成提对应的间隔模板库。使用所述自动绘图建模功能，设置电源进线和出线数量，选择对应的间隔模板，可以完成所述配电站和箱式变电站的主接线图绘制和建模工作。

[0052] 最后，在完成所述配电站和箱式变电站的接线图绘制的基础上，自动绘制供电臂图，并建立供电臂模型。供电臂图显示供电臂的供电范围的主要设备状态，所涉及厂站（配电所和箱式变电站）的连接顺序及电力系统的高压开关等重要设备。厂站之间通过线路连接，通过上述第一步中记录的厂站对象顺序，及线路两端端点连接属性，找到供电臂所属设备对象，进行供电臂图自动绘制，同时把这些设备对象与供电臂容器对象进行关联，并通过导向输入框完善供电臂对象的属性配置。

[0053] 3、基于供电臂模型的系统故障处理：

[0054] 在铁路供电臂上发生的故障，其影响范围为该供电臂，当故障发生后，可以根据收集到的故障信息把故障定位到供电臂上，从而缩小了故障处理的范围，减少故障分析所需的数据收集量。其流程如图4：第一步：初始化。基于供电臂模型的故障分析处理软件程序在初始化时加载供电臂模型，并实时监测铁路供电系统的运行状态。

[0055] 第二步：定位故障到供电臂，并收集供电臂运行状态变化序列。当基于供电臂模型的故障分析处理软件程序监测到铁路供电系统中发生的异常时，根据电力模型，把异常发生的位置定位到一个供电臂。在间隔层一般会在供电臂上装设重合闸或备自动功能装置，在异常发生后，重合闸或备自投保护会启动，系统把供电臂的各采集量的变化过程记录下来，形成完整的故障数据，供故障检测使用。

[0056] 第三步：故障有效性判断。通过分析故障数据，确认是否发生故障，如果有故障发生则进入故障检测流程，否则等待故障信息。

[0057] 第四步：故障检测。铁路供电故障主要包括相间短路和单相接地。分析故障数据，确认故障类型及是否为瞬时故障。

[0058] 第五步：形成故障隔离方案。如果上一步判断故障为永久性故障，则形成故障隔离恢复方案，并触发方案执行过程。

[0059] 第六步：方案执行。根据方案进行故障隔离和恢复供电操作。此步可有调度员手动执行或自动执行。

[0060] 本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。