CN101436779B - 一种基于并行计算的暂态、动态稳定辅助决策自动搜索方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于并行计算的暂态、动态稳定辅助决策自动搜索方法，该方法是基于电网潮流稳定数据，针对存在的暂态稳定和动态稳定问题，采用大规模并行计算处理技术，结合长期计算过程中的人的经验和特定的计算方法，实现可调整元件的自动识别和可行调整方法的自动搜索，以达到辅助电力系统离线暂态稳定分析和指导实际运行的目的。

Description

一种基于并行计算的暂态、动态稳定辅助决策自动搜索方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及一种基于并行计算的暂态、动态稳定辅助决策自动搜索方法。

背景技术

电力系统运行过程中，需要保持系统的安全稳定运行，在系统发生单一故障时，系统一般应保持稳定；在发生比较严重的故障，采取部分措施后应保持稳定。如果提前预知系统存在的暂态稳定和动态稳定问题，并进行一定的调整，就能够改变系统的运行状态，避免发生故障后发生暂态或动态失稳。因此提前给出辅助调整措施对系统实际运行有重要的意义。

现有的技术方案中，主要采用离线计算的方式，基于典型运行方式，人工进行方式的调整、计算分析，给出多个参考指标(断面的输电极限、发电机的出力安排、可能存在的问题和调整方案等)，指导实际系统的方式安排；这是常用的方法，需要不断进行典型方式和特殊方式的计算。

采用离线计算的方式的基本过程如下：

(1)采用离线数据，结合电网的实际情况，搭建典型的运行方式(典型运行方式、检修方式等)；

(2)针对调整好的运行方式，进行多种计算，例如潮流、稳定、短路电流等，其中包括针对预想事故进行稳定计算；

(3)针对运行方式中存在的稳定性问题，进行进一步的计算分析，给出可行的调整方法和安全稳定控制措施；

(4)针对重要的输电断面，计算最大的输电功率，即稳定极限；

(5)基于计划的运行方式和系统计算的一些指标和建议，安排实际系统的运行。

现有技术方案的缺点：

(1)采用的基础数据是典型的离线运行方式数据，和实际数据有一定的差别，不能完全反映实际情况，因此其计算结果用于指导实际运行可能会带来保守或冒进，带来系统的安全隐患。

(2)采用的是串行计算方法，计算速度比较慢。

发明内容

本发明基于电网数据，针对存在的暂态稳定和动态稳定问题，采用大规模并行计算处理技术，结合长期计算过程中的人的经验和特定的计算方法，实现可调整元件的自动识别和可行调整方法的自动搜索，以达到辅助电力系统离线暂态稳定分析和指导实际运行的目的。

因此本发明提出了一种基于并行计算的暂态、动态稳定辅助决策自动搜索方法，其特征在于该方法是基于离线稳定计算分析中人工分析的基本方法，通过主要识别系统发生暂态和动态发电机功角失稳后系统的振荡机组群和振荡中心，根据机组的摆动和分布情况确定可调机组，采用组合的方式，并结合并行计算技术来确定可行的调整方案。

该方法的基本步骤如下：

(1)针对失稳的故障，形成相同数量的计算任务，采用并行计算进行潮流、稳定计算，识别系统的振荡中心、振荡区域和振荡机组群，形成稳定计算结果文件；

(2)采用所有故障对应的振荡中心线路、断面定义数据，对整个网络进行拓扑分析，确定可调整的区域和元件；

(3)采用单个故障的振荡中心线路、断面定义数据，对整个网络进行拓扑分析，确定可调整的区域；

(4)针对单个故障对应的可调区域，对网络进行拓扑分析，确定可调整的元件；

(5)依据步骤(2)中的可调整区域和元件，对单个故障的可调整区域和元件进行修正；

(6)依据并行计算的结果确定单个故障的可行措施调整范围；

(7)确定可行的组合方案，采用并行计算确定可行的调整措施；

(8)针对所有的故障，都重复步骤(3)-(7)，获取所有故障的可行的调整方法；

(9)综合考虑所有故障对应的可行调整措施，确定适用于多个故障的可行的综合调整方法，并采用并行计算对所有故障进行验证。

其中，所述可调整的元件的确定方法包括以下步骤：

(1)根据稳定计算的结果，识别振荡中心、振荡区域及其主要的振荡模式；

(2)确定振荡机组群信息，包括振荡明显的机组群和不明显的振荡机组群；根据管理区域划分的信息、振荡中心、网络连接关系等信息确定可降低发电机出力的调整区域和可增加出力的区域。

(3)针对可调区域，确定可以调整的发电机组及其优先级；

(4)针对可调整的发电机进行组合，采用潮流稳定程序进行校验，确定可行的调整措施。

其中，所述并行计算包括以下部分：

(1)失稳故障的稳定计算：针对失稳的故障形成相同数量的计算任务，调用潮流稳定程序进行计算；

(2)单个故障辅助调整措施调整范围的确定：对于每个故障的所有可调整的发电机，形成的多组初始组合方案，进行潮流稳定计算，根据计算结果的稳定性确定可能的发电机组合功率范围；

(3)单个故障辅助调整措施的确定：针对每个故障对应的组合功率范围，形成所有故障对应的可行的组合方案，进行潮流稳定计算，根据计算结果确定单个故障的可行的辅助调整措施；

(4)多个故障辅助调整措施的确定：基于单个故障的可行的调整方案以及所有故障的可调整区域、元件、功率等数据，确定符合所有故障的综合调整措施。

本发明的有益效果是：

1.在系统发生故障条件下能够保证系统稳定运行是电网运行过程最为关注的问题，在正常运行条件下，能够提前预知电网存在的问题并且能够提前给出电网的调整方向，对保证电网正常运行的安全性、可靠性具有重要的意义。

2.本方法基于实际电网的实时数据，开展了自动进行搜索辅助调整策略的方法的研究和尝试，将人工长期研究积累的工程经验、必要的计算方法和实际电网系统的特点相结合，提出了自动进行调整策略搜索的方法。该方法同时利用并行计算技术，设计了并行计算的流程，明显提高了计算的速度。搜索方法和并行计算方法的相结合，使能够应用于实际电网中，满足实际电网快速性的要求。

3.本方法改变了传统的依靠离线人工计算的模式，实现了在线实时的计算和应用，是对传统方式的进一步提升，为实际电网运行提供了重要的指导的作用，有助于提高实际电网运行的安全性。

附图说明

图1是本发明的辅助调整控制策略自动搜索方法的设计流程图；

图2是基于大规模并行处理的辅助决策的调度流程图。

具体实施方式

本发明的技术方案主要包括两个部分，即辅助调整控制策略自动搜索方法和并行计算方法。

1、辅助调整控制策略自动搜索方法

基于离线稳定计算分析中人工分析的基本方法包括：主要识别系统发生暂态和动态发电机功角失稳后系统的振荡机组群和振荡中心，根据机组的摆动和分布情况确定可调机组，采用组合的方式确定可行的调整方案。

(1)识别振荡中心

一般系统存在多个振荡机组群，对应多个振荡模式，当系统故障发生后，会激发这些振荡模式，其中的一个或几个成为主要的振荡模式，对整个系统稳定性具有重要的影响。振荡机组群的振荡中心位置是识别振荡两侧机组的重要分界线，是进一步考虑采取措施的重要基础。

对于高压输电电网，振荡中心通常表现为系统暂态过程的振荡电压最低，根据振荡中心的特点、结合具体电网的特点，采用拓扑分析的方法可以识别系统的振荡机组群和振荡中心的位置。同时可以从稳定计算分析中获取计算过程中的发电机、母线的功角、电压等数据。

(2)确定可降低和可增加发电机出力的区域

振荡中心确定后，可以确定振荡机组群信息，通常分为振荡明显的机组群和不明显的振荡机组群。由于振荡明显的机组群可能为一个比较大的区域范围，可能会包括多个管辖区域，而针对特定的故障的调整机组受到管辖区域的限制，因此程序需要根据管理区域划分的信息和振荡中心信息对系统进行分割，确定可降低发电机出力的调整区域。对于可增加发电机出力的区域，根据与振荡明显网络的连接关系确定增加出力的区域的优先级。

(3)确定可调机组

针对可调区域，需要确定可以调整的发电机组，确定可切除的发电机考虑如下因素：

发电机组连接的电压等级以及与故障电压等级的配合关系；

高压网络中的发电机和低压网络中的发电机是否采取措施的原则；

需要根据发电机连接的电压等级、故障电压等级、发电机高压母线电压变化、各地区网络的功率平衡等因素确定可调发电机的优先级。

确定可增加出力的发电机方法类似，考虑的因素包括：

是否具有可增加出力的能力；

根据连接的电压等级、高压母线电压变化情况、所在子网络的有功交换等因素确定优先顺序。

(4)确定可行的发电机调整措施

针对可调整的发电机进行组合，采用PSD_BPA潮流稳定程序进行校验，确定可行的调整措施。

2、辅助调整控制策略并行计算部分

并行计算部分主要任务是完成辅助调整控制策略中的大量的计算。分为四个阶段：失稳故障的稳定计算、单个故障辅助调整措施的调整范围的确定、单个故障辅助调整措施的计算和多个故障辅助调整措施的确定。

(1)失稳故障的稳定计算

针对失稳的故障，形成多个计算任务，计算任务数等于失稳的故障数，稳定计算完成后得到稳定计算结果形成的振荡中心和区域数据。

(2)单个故障辅助调整措施调整范围的确定

针对所有单个故障进行计算。对于每个故障的所有可调整的发电机，第一组可调整的发电机开始，组合成为多组容量位于第一台发电机容量到所有发电机容量的多组组合，后面发电机不作为所有组合的第一台发电机。形成的多组组合方案采用并行计算方式计算，根据计算结果的稳定性确定可能的发电机组合功率范围。

(3)单个故障辅助调整措施的计算

针对每个故障对应的组合功率范围，基于所有可调整的发电机，形成所有故障对应的可行的组合方案。组合过程中按照排序中的分组和排序的序号以组为单位进行组合，并考虑实际电网中地区网络的功率平衡。该部分形成的组合可能比较多，采用并行计算的方式对所有的组合进行稳定计算，针对可行的措施进行排序。

(4)多个故障辅助调整措施的确定

基于单个故障的可行的调整方案以及所有故障的可调整区域、元件、功率等数据，确定主要的故障作为基本的调整措施，分别对所有的故障措施进行组合，并进行并行计算，针对稳定的可行方案进行排序。

针对每次并行计算任务，主要进行数据的调整和计算。基本计算过程如下：

(1)根据管理主进程给的任务号和当前所处的计算阶段号，从输入控制文件中提取计算任务的相关数据。

(2)根据控制文件中的数据调整潮流和稳定数据，生成新的潮流、稳定数据文件；

(3)调用潮流程序进行潮流计算，然后调用稳定程序进行稳定计算；

(4)返回稳定计算结果。

3、基于并行计算的辅助调整控制策略自动搜索方法的设计流程

该方法的完整流程包括数据的输入、稳定计算结果分析、可调区域和机组的确定以及可行措施的确定等部分，如图1所示。

该方法的基本步骤如下：

(1)针对失稳的故障，形成相同数量的计算任务，采用并行计算进行潮流、稳定计算，识别系统的振荡中心、振荡区域和振荡机组群，形成稳定计算结果文件；

(2)采用所有故障对应的振荡中心线路、断面定义数据，对整个网络进行拓扑分析，确定可调整的区域和元件；

(3)采用单个故障的振荡中心线路、断面定义数据，对整个网络进行拓扑分析，确定可调整的区域；

(4)针对单个故障对应的可调区域，对网络进行拓扑分析，确定可调整的元件；

(5)考虑(2)中的可调整区域和元件，对单个故障的可调整区域和元件进行修正；

(6)基于并行计算确定单个故障的可行措施调整范围；

(7)确定可行的组合方案，采用并行计算确定可行的调整措施；

(8)针对所有的故障，都重复步骤(3)-(7)，获取所有故障的可行的调整方法；

(9)综合考虑所有故障对应的可行调整措施，确定适用于多个故障的可行的综合调整方法，并采用并行计算对所有故障进行验证。

本发明的技术方案在华北电网公司的在线稳定分析与预警系统中得到应用，其中的实现流程如下：

(1)每隔一定时间间隔(目前为15分钟)，获取一次电网的实时数据，整合成为指定格式的可用的数据；

(2)针对实时数据和指定的故障集，进行稳定计算，挑选出存在问题的故障；

(3)平台调度服务器向辅助决策管理节点程序发送控制信号；

(4)管理节点程序接收到信号后，对上一阶段计算结果进行分析，程序准备计算任务，形成新的控制文件，向调度服务器程序发送消息，告知其数据准备完成；

(5)调度服务器接收到信号后，将相关的文件广播到各个计算节点；

(6)计算节点的服务器接收文件后，读取计算任务，并逐个分配给计算任务线程；

(7)计算线程接收到任务号后，根据任务号读取控制数据；

(8)根据控制信息，对潮流数据和稳定数据进行调整，形成新的潮流稳定数据，进行潮流和稳定计算，形成计算结果文件；

(9)所有线程计算完毕后，将计算结果汇总成为一个文件，回传给调度服务器；

(10)调度服务器收集齐结果文件，返回给管理节点。

(11)管理节点的调度辅助决策程序对计算结果进行分析，如果是最后一个阶段，程序结束；否则，返回(4)进行下一阶段计算。

(12)读取计算结果，存入数据库，并将计算结果显示给调度员，指导电网的实际运行工作。

该步骤中(4)～(11)的流程图如图2所示。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (3)

1.一种基于并行计算的暂态、动态稳定辅助决策自动搜索方法，其特征在于该方法是基于离线稳定计算分析中人工分析的基本方法，通过主要识别系统发生暂态和动态发电机功角失稳后系统的振荡机组群和振荡中心，根据机组的摆动和分布情况确定可调机组，采用组合的方式，并结合并行计算技术来确定可行的调整方案，该方法的基本步骤如下：

(1)针对失稳的故障，形成相同数量的计算任务，采用并行计算进行潮流、稳定计算，识别系统的振荡中心、振荡区域和振荡机组群，形成稳定计算结果文件；

(2)采用所有故障对应的振荡中心线路、断面定义数据，对整个网络进行拓扑分析，确定可调整的区域和元件；

(3)采用单个故障的振荡中心线路、断面定义数据，对整个网络进行拓扑分析，确定可调整的区域；

(4)针对单个故障对应的可调区域，对网络进行拓扑分析，确定可调整的元件；

(5)依据步骤(2)中的可调整区域和元件，对单个故障的可调整区域和元件进行修正；

(6)依据并行计算的结果确定单个故障的可行措施调整范围；

(7)确定可行的组合方案，采用并行计算确定可行的调整措施；

(8)针对所有的故障，都重复步骤(3)-(7)，获取所有故障的可行的调整方法；

(9)综合考虑所有故障对应的可行调整措施，确定适用于多个故障的可行的综合调整方法，并采用并行计算对所有故障进行验证。

2.如权利要求1所述的自动搜索方法，其特征在于所述可调整的元件的确定方法包括以下步骤：

(1)根据稳定计算的结果，识别振荡中心、振荡区域及其主要的振荡模式；

(2)确定振荡机组群信息，包括振荡明显的机组群和不明显的振荡机组群；根据管理区域划分的信息、振荡中心、网络连接关系信息确定可降低发电机出力的调整区域和可增加出力的区域；

(3)针对可调区域，确定可以调整的发电机组及其优先级；

(4)针对可调整的发电机进行组合，采用潮流稳定程序进行校验，确定可行的调整措施。

3.如权利要求2所述的自动搜索方法，其特征在于所述并行计算包括以下部分：

(1)失稳故障的稳定计算：针对失稳的故障形成相同数量的计算任务，调用潮流稳定程序进行计算；

(2)单个故障辅助调整措施调整范围的确定：对于每个故障的所有可调整的发电机，形成的多组初始组合方案，进行潮流稳定计算，根据计算结果的稳定性确定可能的发电机组合功率范围；

(3)单个故障辅助调整措施的确定：针对每个故障对应的组合功率范围，形成所有故障对应的可行的组合方案，进行潮流稳定计算，根据计算结果确定单个故障的可行的辅助调整措施；

(4)多个故障辅助调整措施的确定：基于单个故障的可行的调整方案以及所有故障的可调整区域、元件、功率数据，确定符合所有故障的综合调整措施。

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