摘 要

箱式变电站是一整套配电设备，由电力变压器、高压开关设备、低压开关设备、功率因数补偿设备和电能表组成。箱式变电站的最终成品是由各个已经制造好的部件组装起来的，因此节省了最终交付现场安装时间，也在一定程度上节约了资金投入，减少了维护成本并节省了空间，在我国城市化建设大力发展的今天是值得大力推广的。在自动化技术不断成熟发展的今天，对箱式变电站进行智能化改造也是亟待解决的问题。在智能化设备不断发展的今天，利用多传感器采集变电站内的实时数据形成系统化集成是一个优选的方案。以往的变电站保护装置动作依据往往来自于单一信息源、采用单一信息处理模式，这就增加了保护装置误动作或拒动作的风险。在信息技术蓬勃发展的今天，利用多源信息融合判断变电站的实时状态可以极大提高变电站的安全工作可靠性。

基于此，本文的主要研究内容如下：

（1）了解新一代箱式变电站的结构，研究现有箱式变电站种类，研究需要监测的状态监测量

（2）给出分布式结构的箱式变电站监控系统设计方案，得到以监控层、通讯层和间隔层为分层方式的监控系统

（3）了解数据融合基本概念，熟悉数据融合基本方法

（4）设计适用于箱式变电站的数据融合方案，即利用扩展卡尔曼滤波方法处理原始数据，再将处理过的数据以估计融合中凸组合融合方式进行融合

（5）将数据融合方案在MATLAB软件中仿真模拟，最终的数据结果和图形化显示表明设计方案具有较好的融合效果

关键词：箱式变电站，监测，多源信息融合，方案设计

Abstract

Box-type substation is a complete set of power distribution device that is composed of high-voltage switchgear, power transformer, low-voltage switchgear, power factor compensation device, and electric energy metering device. Because the box-type substation is prefabricated in the factory, it greatly saves construction time and capital, reduces maintenance costs, and saves floor space. Today, with the vigorous development of urbanization in China, it is a type of substation worth promoting. Today, the automation technology is growing maturation, the intelligent transformation of box-type substations is also an urgent problem to be solved. With the continuous development of intelligent devices, it is a better solution to use of multi-sensors to collect real-time data in substations to form the system integration. In the past, the operation basis of the substation protection device often came from a single information source and adopted a single information processing mode, which increased the risk of the protection device malfunctioning or refusing to operate. Now days, the information technology is growing maturation, the use of multi-source information fusion determines the real-time status of substation and makes the substation safer.

Based on this, the main research contents are as follows：

(1) Understand the structure of the new generation of box-type substations, study the types of existing box-type substations, and study the condition monitoring quantities that need to be monitored

(2) The design scheme of the distributed structure of the box-type substation monitoring system is given, and the monitoring system with the monitoring layer, communication layer and bay layer as the layered method is obtained

(3) Understand the basic concepts of data fusion and be familiar with the basic methods of data fusion

(4) Design a data fusion scheme suitable for box-type substations, that is, use the extended Kalman filter method to process the original data, and then fuse the processed data in an estimated fusion convex fusion method

(5) The data fusion scheme is simulated in MATLAB software, and the final data results and graphical display report that the design scheme has a good fusion effect

Keywords: box-type substation; monitoring; multi-source information fusion; scheme design

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题背景及研究目的 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1多源信息融合研究研究现状 2

1.2.2箱式变电站监测研究现状 3

1.3主要研究内容 4

第二章 箱式变电站监测系统设计方案 5

2.1箱式变电站分类及特点 5

2.2箱式变电站监测系统设计 7

2.2.1系统监测状态量 7

2.2.2箱式变电站监测系统方案 7

2.3本章小结 9

第三章 多源信息融合方案设计 11

3.1多源信息融合的层次与结构 11

3.2多源信息融合的主要技术和方法 12

3.3多源信息融合方案 13

3.3.1扩展卡尔曼滤波 13

3.3.2估计融合 16

3.4本章小结 18

第四章 多源信息融合仿真 19

4.1多源信息融合仿真过程 19

4.2多源信息融合仿真结果分析 19

4.3本章小结 23

第五章 结论与展望 25

5.1结论 25

5.2展望 25

参考文献 27

致谢 29

第一章 绪论

1.1选题背景及研究目的

在科技技术不断革新的新时代，架空线路改为经由地下敷设已经成为配电网络重新设计的重点，大量改为地下敷设的电缆不可避免地会淘汰过去常用的杆塔上的常规变压器，因此箱式变电站在这一情况下得到了极大发展^[1]。箱式变电站也称为预装式变电站，是一种高压开关设备、低压配电装置和配电变压器，根据一定的布线方案，将变压器降压和低压开关的功能有机地组合在适用于室内和室外的精密开关装置中。

图1.1 箱式变电站外观图

箱式变电站中的变压器容量通常较低，并且电压水平也比较低，人员操作相对来说比较简单，有易安装、易维护、占地面积小、方便移动、经济高效、成本低以及较好地实现与周围环境浑然一体等优点。同时，箱式变电站作为将受电和配电结合在一起的新型成套设备，可以将其靠近负荷安装，为负荷完成配电功能。箱式变电站的建设模式引导了现代变电站的发展方向，是电网控制的重要一环^[2]。运行操作人员可以通过本地控制和远方调度两种方式对箱式变电站进行控制，得到实时数据，根据历史数据分析计算电能质量参数，以此判断是否存在故障。

在计算机技术和自动化技术不断发展的今天，智能电网的建设也越加完善。智能电网的建设结合了计算机网络的信息化，数字化，控制技术以及电力的“发、输、配、用”几个环节。 随着用电者的对优质电力的需求将不断增长，电力的可靠性和安全性的需求也将增加，复杂的供电系统也将朝着智能化发展。箱式变电站在逐渐取代旧式变电站的过程中，箱式变电站的智能化改造也是必不可少的。