1. Analyse de la situation
1.1 Principaux problèmes auxquels sont confrontées les lignes de réseau de distribution
Les réseaux de distribution moyenne tension traditionnels adoptent souvent une structure topologique en arbre rayonnant, dans laquelle le flux d'énergie circule de manière unidirectionnelle dans le réseau lors du fonctionnement normal. Avec la construction des réseaux intelligents, le réseau de distribution est formé en une structure topologique à branches multiples, lignes aériennes et câbles mixtes, structure en anneau, et structure topologique complexe moderne de réseau de distribution contenant des sources d'énergie distribuées. La structure topologique à branches multiples, hybride, en anneau, et les sources d'énergie multiples distribuées du réseau de distribution changent les caractéristiques de transmission des ondes de défaut, augmentent la difficulté de l'extraction des caractéristiques de défaut, et l'incertitude du flux d'énergie. La reconstruction dynamique de la structure topologique du réseau de défaut apporte de grands défis au suivi de l'état de défaut du réseau de distribution. Actuellement, les principaux problèmes auxquels sont confrontées les lignes de réseau de distribution sont les suivants:
- Développement en retard et déséquilibré
Au cours des dernières années, la construction des réseaux de distribution a reçu une attention généralisée et les investissements ont continué à augmenter. Cependant, en raison d'un manque d'investissement initial et d'une grande quantité de dettes historiques, le développement des réseaux de distribution, en particulier des réseaux de distribution moyenne tension, est toujours en retard par rapport aux réseaux de transport. Le problème de développement déséquilibré entre les zones urbaines et rurales, ainsi qu'entre les réseaux électriques de l'est et du centre-ouest, reste prédominant. Le réseau de distribution actuel présente des problèmes de développement en retard et déséquilibré, et sa fiabilité d'alimentation électrique est toujours en retard par rapport au niveau international avancé, rendant difficile la satisfaction des besoins pour servir le développement économique.
- Faible interconnexion et structure de réseau faible,
La structure de réseau de tension de 10 kV est toujours faible. Près de la moitié des lignes de 10 kV ne sont pas encore interconnectées, et la proportion d'interconnexion du réseau rural n'est que le tiers de celle du réseau urbain, indiquant une faible interconnexion.
- Manque de dispositifs terminaux et de plateformes de gestion, faible niveau d'automatisation
Le niveau d'automatisation de la distribution est relativement faible et se trouve encore à ses débuts. Le diagnostic de défaut, l'isolement et la récupération prennent beaucoup de temps, rendant difficile la réalisation de la reconstruction du réseau et de l'auto-guérison. Cela se traduit par une capacité de fourniture mutuelle médiocre, avec une sensation intuitive que la restauration de l'alimentation électrique prend beaucoup de temps.
- Isolation des données de base et méthodes technologiques obsolètes
La gestion du réseau de distribution implique différents départements tels que le développement, l'électricité agricole, l'exploitation et l'inspection, le marketing et la planification, avec des données de base dispersées dans différents systèmes. Les normes et modèles de données entre les systèmes ne sont pas cohérents, et en outre, il manque des mécanismes de partage de données. L'investissement et le niveau de construction bas du réseau de distribution ont conduit à un retard relatif dans le développement des systèmes de communication et d'information, et à un manque de canaux pour obtenir des informations. Cela se traduit par une gestion peu raffinée, où les données, les graphiques et les informations ne correspondent pas.
- La stratégie de protection a des lacunes et pose des risques de sécurité importants
Lorsqu'il y a un défaut de mise à la terre à haute résistance dans le réseau de distribution, il fonctionne avec "lésion". Par exemple, un défaut de mise à la terre monophasée peut facilement causer des chocs électriques aux personnes ou aux volailles, et des dommages aux humains et aux animaux; Le réseau de distribution a connu des défauts de feu de forêt, les défauts de mise à la terre à haute résistance sont difficiles à identifier, et la protection par relais ne se déclenche pas, posant des risques de sécurité.
Les problèmes techniques et les défis qui affectent le fonctionnement sûr et stable du réseau de distribution reposent sur des systèmes d'automatisation de distribution de haut niveau pour les résoudre. Le système de diagnostic de défaut du réseau de distribution est une composante importante du système d'automatisation de distribution, qui réalise l'avertissement des états anormaux des lignes de distribution, la localisation précise des défauts, l'identification du type de défaut, la protection sur site, etc., fournissant une base de données pour l'élimination rapide des défauts et la récupération automatique de l'automatisation de distribution.
1.2 Solutions pour l'alerte des dangers potentiels dans les lignes de réseau de distribution
La localisation des défauts dans les réseaux de distribution, en tant que fonction clé pour assurer une alimentation électrique fiable et de haute qualité, est un point focal de la recherche sur la technologie d'automatisation des réseaux de distribution. Selon les statistiques des départements concernés du réseau électrique, 80% ou plus des pannes dans le réseau sont causées par des défauts dans le réseau de distribution. Pour améliorer le niveau d'automatisation du réseau de distribution et construire un réseau de distribution intelligent, il est encore nécessaire de mener des recherches et des applications sur l'optimisation continue de l'état normal du réseau de distribution et la localisation rapide des points de défaut. La clé pour résoudre l'optimisation continue de l'état normal du réseau de distribution et la localisation rapide des états de défaut est de réaliser la surveillance automatique du réseau de distribution, de réaliser une localisation précise des défauts et une alerte précoce des défauts anormaux du réseau de distribution. C'est une partie importante de la construction de réseaux de distribution intelligents dans les réseaux intelligents, en accord avec les besoins des stratégies nationales majeures, et a une grande importance pour promouvoir l'ajustement stratégique de la structure industrielle du réseau électrique, résoudre les goulets d'étranglement majeurs du développement de l'Internet des objets électrique, et améliorer la qualité de l'alimentation électrique.
Le système de diagnostic de défaut du réseau de distribution est une partie importante du système d'automatisation de distribution. Le système de diagnostic de défaut du réseau de distribution basé sur l'intelligence artificielle et le calcul périphérique dispose des fonctions d'alerte précoce de l'état anormal, de localisation précise des défauts, etc., qui peuvent efficacement renforcer la stabilité du réseau de distribution, accélérer l'isolement des défauts, raccourcir le temps de récupération des défauts, et améliorer la continuité de l'alimentation électrique. En même temps, le système peut réaliser la navigation web, les notifications SMS mobiles, et guider l'inspection des défauts et la résolution des problèmes.
2. Conception globale de la solution
2.1Principe de localisation des ondes de propagation pour les lignes de réseau de distribution
La localisation des défauts des lignes de réseau de distribution est basée sur la technologie de localisation par ondes de propagation. Le principe de base est illustré à la figure 2.1. La méthode de localisation par ondes de propagation double extrémité est utilisée pour calculer l'emplacement précis du point de défaut en fonction de la différence de temps entre les ondes de propagation passant par les points de surveillance adjacents pour les défauts et les dangers cachés dans la ligne de distribution; L'algorithme de la station principale peut former une topologie de réseau basée sur les informations de ligne d'installation de chaque point de surveillance, formant une méthode de mesure de distance de défaut de réseau de propagation d'ondes. Les résultats de localisation de chaque point de surveillance sont vérifiés et ajustés mutuellement, assurant efficacement et avec précision l'exactitude des résultats de mesure de distance de défaut. En même temps, le système peut également réaliser une alerte de danger caché pour les lignes de distribution, avec une précision de localisation de défaut jusqu'à 150m, fournissant un soutien solide pour les travaux de maintenance et améliorant la capacité de récupération automatique de l'alimentation électrique des lignes de distribution.
Parmi eux, L1 et L2 sont les distances du point de défaut aux points de surveillance 1 et 2, L est la distance entre deux points de surveillance, T1 et T2 sont les moments où les points de surveillance 1 et 2 détectent l'onde de propagation, et v est la vitesse de l'onde de propagation.
Figure 2.1 Schéma de la localisation à double extrémité des ondes de propagation
2.2 Description du produit de la proposition de conception
Le schéma de conception pour l'alerte aux dangers cachés et la localisation des pannes sur les lignes de distribution comprend des disjoncteurs montés sur poteau - type mesure de distance de panne, un dispositif de mesure de distance par ondes de propagation externe pour le réseau de distribution, un terminal de mesure de distance par ondes de propagation pour transformateur de distribution, et un dispositif de surveillance en ligne de panne réparti pour les lignes de distribution. La configuration d'installation du dispositif est illustrée à la Figure 2.2.
Figure 2.2 Schéma de configuration du produit pour la solution proposée
- Dispositif de localisation de panne sur la ligne de distribution
La méthode d'application externe du module de mesure de distance par ondes de propagation dans le réseau de distribution est utilisée pour la rénovation des stocks des lignes de distribution existantes. Il est installé entre le disjoncteur de ligne d'origine et le FTU, et connecté via des câbles à prise d'aviation pour une installation sous tension. L'équipement utilise le même signal que le module, et tous les signaux d'entrée sont isolés. Le module de localisation par ondes de propagation et le contrôleur FTU collectent indépendamment les quantités de signal correspondantes, les isolent et les traitent, sans se perturber mutuellement.
- Terminal de localisation de panne sur la ligne de distribution
Le terminal de localisation de panne sur les lignes de distribution utilise principalement le principe de la localisation à double extrémité par ondes de propagation comme méthode de localisation de panne. L'équipement est installé sur le côté secondaire du transformateur de distribution de la ligne de distribution, et extrait le signal d'ondes de propagation transmis du côté primaire de 10kV vers le côté basse tension lorsqu'une panne de ligne de 10kV se produit sur la ligne de 400V du côté basse tension du transformateur de distribution. Il résout de manière globale le problème de zone aveugle de la surveillance par ondes de propagation au bout des branches de ligne.
- Dispositif de surveillance de panne réparti pour les lignes de distribution
L'équipement est installé directement sur les fils de la ligne de distribution, en utilisant une alimentation par induction couplée & énergie solaire & batterie. Le fonctionnement normal de l'équipement nécessite que la charge de la ligne atteigne 5A. Il est principalement utilisé comme solution de secours finale et est appliqué dans des situations où il y a peu de disjoncteurs ou trop de branches nécessitant l'installation de points de surveillance.
- Disjoncteur de poteau - type mesure de distance de panne
Le type de mesure de distance de panne installe un module de mesure de distance par ondes de propagation dans le FTU, ajoutant ainsi une fonction de localisation de panne précise à la fonction traditionnelle d'isolement de panne du disjoncteur. Le module utilise le signal secondaire du disjoncteur et peut recueillir des informations triphasées de fréquence industrielle, le courant d'ondes de propagation, la tension d'ondes de propagation, le signal 3U0, le signal 3I0, etc. Il peut être ajusté de manière flexible en fonction du type de transformateur du disjoncteur, qu'il soit électromagnétique ou électronique. Le module de mesure de distance par ondes de propagation peut être adapté à divers FTUs, y compris les types boîtier, capot et fusion profonde. Le module de mesure de distance par ondes de propagation a été appliqué conjointement sur le terrain avec plusieurs fabricants de disjoncteurs.
2.3 Schéma global de conception du système de localisation de panne des lignes de réseau de distribution
Le système de diagnostic de panne du réseau de distribution se compose de trois parties : la couche d'exécution de surveillance d'état, la couche d'analyse de données et la couche d'évaluation du système. L'architecture globale est présentée à la Figure 2.3. parmi lesquelles
- Couche de surveillance d'état
La couche de surveillance d'état comprend des dispositifs de collecte d'informations (tels que des capteurs de courant, des capteurs de tension, des capteurs de vibration, des capteurs de température, des systèmes d'acquisition d'images, des capteurs environnementaux, des capteurs d'état de commutation, des communications filaires et sans fil, etc.), des dispositifs de sortie d'état (tels que des disjoncteurs, des interrupteurs de charge, des indicateurs d'alarme, etc.), pour réaliser une collecte et une communication multi-sources en temps réel, en ligne et de haute précision ;
- Couche d'analyse de données
La couche d'analyse de données, y compris l'analyse d'alarme d'événements d'avertissement ou de panne, repose sur le calcul périphérique et le calcul intelligent pour réaliser une surveillance en temps réel et une localisation fiable et précise de l'état local et large du système ;
- Couche d'évaluation du système
La couche d'évaluation du système comprend une unité de reconnaissance structurale, une unité de reconfiguration de réseau, une unité d'inspection intelligente de pannes, une unité de reconnaissance de type de panne, une unité de prédiction d'état anormal, une unité d'évaluation de vulnérabilité et une unité de construction de bibliothèque de cas d'expérience. Basé sur une analyse globale, il réalise un avertissement d'état anormal et une détection automatique de pannes cachées du système de commande et de protection.
Figure 2.3 Schéma de l'architecture du système de diagnostic de panne du réseau de distribution
Caractéristiques techniques de la solution du système :
- Méthode d'identification des types de pannes et d'extraction des caractéristiques de pannes dans les réseaux de distribution
Sur la base des informations de commutation, des informations 3U0, des informations électriques de fréquence industrielle, des fichiers d'enregistrement de courant et de tension de panne de fréquence industrielle, des fichiers d'enregistrement de courant de panne de haute fréquence, des informations de matériel d'ondes de propagation et d'autres informations de la ligne de distribution, des méthodes d'intelligence artificielle sont utilisées pour extraire les caractéristiques de pannes du réseau de distribution, fournissant une base de calcul efficace pour l'avertissement d'état anormal du réseau de distribution et la localisation précise de la panne ; Étudier les caractéristiques de forme d'onde de la pollution, des obstacles d'arbres, de la glace, des objets flottants, des ruptures de câble, des pannes de mise à la terre à haute résistance, ou des états anormaux des isolateurs du réseau de distribution, former une bibliothèque d'empreintes digitales de caractéristiques de forme d'onde anormale, extraire les facteurs de caractéristiques de panne, et utiliser la similitude des facteurs de caractéristiques pour identifier les états anormaux des lignes de distribution.
- Méthode de localisation de panne à grande échelle basée sur le réseau de distribution
Reconstruire la topologie du réseau à partir de lignes mixtes aériennes et souterraines, de lignes à multiples branches, et de lignes de réseau de distribution à structures topologiques variables, et utiliser des méthodes de localisation de réseau à grande échelle pour réaliser des mesures de distance à grande échelle et des méthodes d'optimisation globale pour les réseaux de distribution.
- Surveillance en ligne et avertissement des dangers cachés
Les dangers causés par une distance d'isolation insuffisante, tels que les obstacles d'arbres, les dommages causés par les oiseaux, les objets flottants, la contamination des isolateurs et la glace, généreront tous des signaux d'ondes de propagation faibles avant la flashover. Le signal d'ondes de propagation est transmis le long du fil vers les deux extrémités, surveillant et analysant les signaux d'ondes de propagation faibles sur la ligne de collecte pour réaliser une localisation à double extrémité et un avertissement des dangers cachés sur la ligne de collecte.
3.Proposition de communication de données et de conception du système
Le dispositif de surveillance de panne réparti, le dispositif de localisation de panne et le terminal de localisation de panne pour les lignes de distribution utilisent tous des cartes APN désignées par la compagnie d'électricité et des méthodes de communication sans fil 4G ou 5G.
Il est recommandé de mettre en place un système de diagnostic des pannes du réseau de distribution au sein du bureau municipal. Le système peut être déployé de manière autonome sur des serveurs ou des plateformes cloud principales de réseau de distribution, et peut être connecté à la plateforme de gestion immobilière via des protocoles de communication tels que MQTT et HTTP pour la collecte de données, permettant ainsi un diagnostic des pannes du réseau de distribution à l'échelle de la ville. Le système peut être intégré au système d'automatisation du réseau de distribution.
4. Le principe de sélection des points d'installation
Les produits de localisation par ondes de voyage dans le réseau de distribution sont relativement peu coûteux par rapport aux lignes de transport. Le niveau de tension des lignes de distribution est faible, et l'amplitude des signaux d'ondes de voyage en cas de panne est également faible. De plus, chaque fois qu'un point de discontinuité de l'impédance (comme le contact T de la ligne, le point de connexion entre le câble et la ligne aérienne) est franchi, le signal d'onde de voyage subit une réfraction et une réflexion, et son amplitude diminue. Afin de garantir que le signal d'onde de voyage de la panne puisse être détecté par le dispositif de surveillance lorsqu'il est transmis à celui-ci, le dispositif de surveillance suit généralement le principe d'une distance d'installation de 3 à 5 km pour le choix et l'installation des points. Les exigences spécifiques sont les suivantes :
- Lorsque des interrupteurs automatiques sont installés sur l'alimentation et à la jonction T de la ligne, les terminaux de mesure de distance par ondes de voyage FTU sont privilégiés. Généralement, un ensemble de dispositifs de localisation par ondes de voyage est installé près du disjoncteur au début et à la fin de la ligne, et l'installation au milieu de la ligne dépend de la longueur de la ligne et de l'état des lignes secondaires. S'il n'y a pas de lignes secondaires au milieu, un ensemble peut être installé tous les 5 kilomètres environ. Si plusieurs branches existent, un ensemble doit être installé avec un intervalle maximum de 3 branches (les petites branches de moins de 200 mètres peuvent être ignorées). Lorsqu'il y a plusieurs lignes secondaires au milieu, la distance entre les dispositifs de surveillance ne doit pas dépasser 3 kilomètres.
- Sélectionnez les transformateurs de distribution et installez des terminaux de mesure de distance par ondes de voyage à environ 1 kilomètre au début et à la fin des lignes secondaires, avec un maximum de 2 lignes secondaires intermédiaires recommandées.
- Lorsqu'il y a plusieurs transformateurs de distribution à choisir près du même point d'installation, il convient de privilégier la sélection du transformateur de plus grande capacité pour installer le terminal de mesure de distance par ondes de voyage.
5. Schéma de conception détaillé pour l'alerte de danger caché et la localisation de pannes des lignes de distribution
Voici 5 lignes de distribution comme lignes pilotes : comme indiqué dans les Figures 5.1-5.5.
Figure 5.1 Route Pilote 1
Figure 5.2 Route Pilote 2
Figure 5.3 Route Pilote 3
Figure 5.4 Route Pilote 4
Figure 5.5 Route Pilote 5
Connexion
