CN101685964B - 基于大规模并行处理的在线调度辅助决策方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种基于大规模并行处理的在线调度辅助决策方法和系统，可解决现有技术不能充分利用电力系统的运行信息而影响了调度辅助决策的准确度的问题。所述方法包括：根据所述评估结果确定失稳作业；根据对失稳作业的各动态元件的轨迹信息，计算电力系统状态量对各运行参数的轨迹灵敏度；根据得到的轨迹灵敏度信息对电网进行决策。所述装置包括管理节点和计算节点。本发明主要是提供一种在线调度辅助决策计算方法。这种方法以轨迹灵敏度为计算主体，以并行计算技术为计算手段，对危害电力系统的某一失稳隐患，计算系统的可调量与系统危险量的相互关系，在线得到针对此故障的预防控制方案。

Description

基于大规模并行处理的在线调度辅助决策方法和系统

技术领域

本发明涉及一种电网技术，尤其涉及一种基于大规模并行处理的在线调度辅助决策方法和系统。 

背景技术

电力工业是国家的经济命脉，电力系统的安全、稳定与国家建设与稳定休戚相关。与发达国家相比，近十年来，我国在电网结构和技术装备相对薄弱的情况下，通过加强电网安全管理，落实电网安全稳定的技术措施，没有发生大的停电事故。但是总体来说，我国电网属于弱联系系统，电网安全还没有实现长治久安的局面，电网运行安全形势依然严峻。为了保证电网的安全、稳定、经济运行，需要不断跟踪国内外新技术的发展，开发新的电力系统数字仿真技术应用于电网运行的管理，这对于加强电网应对各种风险的能力，实现人员素质、科研手段、调度水平等方面的全面提高具有重要意义。 

电力系统调度辅助决策长期以来依赖于对仿真曲线的定性分析、依赖于调度运行人员的经验和大量的离线试算。就控制结果而言，控制措施欠保守，且不适应电网结构和运行方式的迅速变化。因此，为了确保电网，尤其是大型跨区互联电网的安全稳定运行，迫切需要开发在线的调度辅助决策算法。 

调度辅助决策的主要任务是寻找一个满足稳定性的静态运行点，以提高系统对故障的承受能力。从控制时间的角度，调度辅助决策从属于预防控制范畴。在现有技术中，寻找稳定运行点是根据电力系统计算人员的经验进行的，如何开发满足系统运行和规划要求的辅助决策在线计算方法是一个亟待解决的课题。

调度辅助决策通常的解决办法是将上述动态调度问题转化成一个静态的考虑稳定约束的非线性优化问题，计算规模大、求解困难、实用化程度低。 

从电力系统的发展现状来看，在现有的实时监测系统和仿真计算中，存在着丰富的运行信息，可以全面地反映电力系统的运行场景。但长期以来，对此没有实现有效的利用，从而影响了调度辅助决策的准确度。 

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于大规模并行处理的在线调度辅助决策方法和系统，可解决现有技术不能充分利用电力系统的运行信息，从而影响了调度辅助决策的准确度的问题。 

本发明的实施例提供了一种基于大规模并行处理的在线调度辅助决策方法，包括如下步骤： 

收集并分析动态安全评估结果，并根据所述评估结果确定失稳作业； 

根据对失稳作业的各动态元件的轨迹信息，计算电力系统状态量对各运行参数的轨迹灵敏度； 

根据得到的轨迹灵敏度信息调整元件的调整限值以及设定的调整步长，形成调整方案，并将该调整方案以计算作业形式下发给各计算节点； 

计算节点对各调整方案进行计算分析，并将计算分析结果回传到管理节点； 

管理节点根据计算节点返回的计算分析结果对电网进行决策； 

所述计算节点对调整方案进行计算分析具体包括：根据调整步长，形成具体的调整措施及对应的计算数据文件；计算数据应用于基础运行方式上，进行潮流计算，得到调整后新的运行方式数据；进行暂态稳定校核。 

在所述管理节点根据计算节点返回的计算分析结果对电网进行决策之后，还执行步骤：管理节点负责汇总比较所有调整方案的计算结果，并在人机界面上显示该计算结果。 

本发明实施例还提供了一种基于大规模并行处理的在线调度辅助决策装 置，包括管理节点和计算节点； 

所述管理节点，用于收集并分析动态安全评估结果，并根据所述评估结果确定失稳作业；根据对失稳作业的各动态元件的轨迹信息，计算电力系统状态量对各运行参数的轨迹灵敏度；根据得到的轨迹灵敏度信息调整元件的调整限值以及设定的调整步长，形成调整方案，并将该调整方案以计算作业形式下发给各计算节点；接收计算节点返回的计算分析结果，并根据该计算分析结果对电网进行决策； 

计算节点，用于对各调整方案进行计算分析，并将计算分析结果回传到管理节点，所述对调整方案进行计算分析具体包括：根据调整步长，形成具体的调整措施及对应的计算数据文件；计算数据应用于基础运行方式上，进行潮流计算，得到调整后新的运行方式数据；进行暂态稳定校核。 

所述管理节点包括： 

确定单元，用于收集并分析动态安全评估结果，并根据所述评估结果确定失稳作业； 

计算单元，用于根据对失稳作业的各动态元件的轨迹信息，计算电力系统状态量对各运行参数的轨迹灵敏度； 

下发单元，用于根据得到的轨迹灵敏度信息调整元件的调整限值以及设定的调整步长，形成调整方案，并将该调整方案以计算作业形式下发给各计算节点； 

接收单元，用于接收计算节点返回的计算分析结果； 

决策单元，用于根据所述接收单元接收的计算分析结果对电网进行决策。 

所述计算节点包括： 

接收单元，用于接收管理节点下发的调整方案； 

调整单元，用于根据调整步长，形成具体的调整措施及对应的计算数据文件； 

获得单元，用于计算数据应用于基础运行方式上，进行潮流计算，获得调整后新的运行方式数据； 

校核单元，用于进行暂态稳定校核； 

回传单元，用于将计算分析结果回传到管理节点。 

所述管理节点还包括显示单元：用于负责汇总比较所有调整方案的计算结果，并在人机界面上显示该计算结果。 

本发明主要是提供一种在线调度辅助决策计算方法。这种方法以轨迹灵敏度为计算主体，以并行计算技术为计算手段，对危害电力系统的某一失稳隐患，计算系统的可调量与系统危险量的相互关系，在线得到针对此故障的预防控制方案。 

附图说明

图1示出了本发明实施例一的基于大规模并行处理的在线调度辅助决策方法； 

图2示出了本发明实施例二的基于大规模并行处理的在线调度辅助决策系统。 

具体实施方式

为了便于本领域一般技术人员理解和实现本发明，现结合附图描绘本发明的实施例。 

实施例一 

本实施例提供了一种基于大规模并行处理的在线调度辅助决策方法，其基本思想是，通过计算电力系统状态和运行参数之间的轨迹灵敏度，研究二者之间的相互关系，以此作为调度辅助决策的依据，实现针对当前故障预警的在线调度辅助决策。同时还兼顾决策的经济性，通过划分相应的调整档位，以枚举并行的计算方式，给出确保针对当前故障，系统稳定运行的最小控制代价。如图1所示，下面参照图1详细描述各个步骤： 

步骤11-12、承接动态安全评估阶段工作，收集并分析动态安全评估结果， 挑选出其中的危害电力系统稳定运行的失稳作业。此部分功能通过常用的电力系统仿真计算软件完成，计算数据及结果(包括潮流数据、稳定计算数据和结果数据)作为调度辅助决策计算的输入。对于判断为稳定的作业，执行步骤16：直接输出其计算结果，然后执行步骤21：并结束。 

步骤13、对失稳作业，根据上述评估阶段得到的各动态元件的轨迹信息，计算电力系统状态量对各运行参数的轨迹灵敏度。 

轨迹灵敏度是通过研究系统的动态响应对某些参数或初始条件甚至系统模型的灵敏度来定量分析这些因素对动态品质的影响。轨迹灵敏度是随时间动态变化的，是动态灵敏度。它是基于微分方程模型的，其状态量和代数量都是时间的函数。相对于传统的基于代数方程模型的，在某一时间断面展开的静态灵敏度，轨迹灵敏度考察的是一个动态的过程，能反映任意时刻的扰动对系统动态特性的影响程度。轨迹灵敏度可以被看作是反映状态量和运行参数之间相关的一种量化指标，用它可以表明各个调整量对系统稳定性影响的大小。轨迹灵敏度的因变量可以是状态量，也可以是系数矩阵的特征值。特征值的轨迹灵敏度就是求参数的变化对特征值灵敏度轨迹的影响，并用该轨迹灵敏度预测未来特征值轨迹，判断系统稳定的趋势。轨迹灵敏度的自变量可以是网络参数，网络函数和初始状态。与静态灵敏度不同的是，轨迹灵敏度的自变量还可以是初始条件。就是在不同的初始条件下，系统的动态响应(因变量)是不同的。求取对初始条件的轨迹灵敏度，有助于预测在初始条件变化而参数不变的情况下，状态量的变化。在线动态安全评估需要可靠和快速的分析技术，典型的动态安全分析要求对变化着的运行方式快速评定大量预想事故，对给定的故障实施紧急控制，防止失稳。由传统的时域仿真得到的运动轨迹本身缺乏对稳定性的定量度量，故传统的时域仿真根本无法实现上述要求。而轨迹灵敏度适合于精细的刻画动力系统的状态变量对参数的依赖性，因此轨迹灵敏度是对时域仿真的有益补充。二者相结合，既能发挥时域仿真数学模型精确，数值稳定性好的优势，又能给出定量的稳定性控制的指导性原则。

其中，状态量指反映电力系统运行稳定程度的性能指标，如常用的功角、母线电压和系统频率等。运行参数指电力系统运行过程中可以被调整或控制的变量，如机组的发电出力、投切的无功补偿以及负荷等。 

基于时域仿真的轨迹灵敏度分析算法，能够实现对这些信息的充分利用，通过有效的数据挖掘，获知电网运行的稳定机理，给出电网安全稳定控制的方向，从而实现电网运行调度的自动化。 

步骤14、对失稳作业，根据得到的轨迹灵敏度信息、调整元件的调整限值以及设定的调整步长，形成多个调整方案。调度辅助决策针对不同的调整方案进行调整，在调度辅助决策过程中，因为每种调整方案之间的计算相对独立，如果采用串行迭代方法确定最佳的调整方案，计算时间长。为了更好地满足在线应用的需要，本发明提出了利用并行计算平台技术的调整方式快速确定方法。将在管理节点上形成的多种调整方案以计算作业形式下发给各计算节点，具体的调整措施由各计算节点并行计算得到。 

步骤15、计算节点接收上述计算作业信息，对各调整方案进行计算分析，具体步骤如下： 

(1)、根据调整步长，形成具体的调整措施及对应的计算数据文件； 

(2)、计算数据应用于当前运行方式上，进行潮流计算，得到调整后新的运行方式数据； 

(3)、进行暂态稳定校核。 

步骤17-20上述计算完毕后，计算结果回传到管理节点，以便管理节点根据该计算分析结果对电网进行决策。如，管理节点负责汇总比较所有调整方案的计算结果。最终根据辅助决策的计算结果(即实施控制措施后，电力系统是否恢复稳定)，在人机界面上显示输出针对当前故障的保证系统稳定的最经济(调整量和调整元件最小)的辅助决策调整方案或告警信息，供运行调度人员使用。 

本实施例实现的调度辅助决策功能，能够改变以往以人工经验为主要手段 的电网运行调度模式，提高电网安全控制的及时性和确定性，提升电网调度的智能化水平，为电网运行方式量化分析及预防控制预案的制定提供重要的技术支撑，提高电网对各类风险的应对能力。 

本发明提出的方法将安全稳定量化分析和计算机集群技术相结合，可以在两次故障仿真时间内完成计算，大大缩短了决策计算时间，很好解决了跨区电网预防控制计算量大的问题。 

设某电网系统，在当前的运行方式下，若某联络线发生三相短路故障，故障后t1秒故障线路跳闸，系统在t2秒功角失稳。选择失稳时刻的发电机最大相对功角作为观察的状态量，选择故障线路涉及区域内的发电机有功出力作为调整对象。建立以发电机为主的系统灵敏度模型，求解轨迹灵敏度(最大相对功角/发电机有功出力)，并对求得的轨迹灵敏度进行排序。以故障线路开断损失的传输功率作为功率调整的上限，将此量划分为若干调整档位。根据求得的各发电机灵敏度，并行计算各发电机在相应档位的有功出力，计算结果回送到调度服务器。调度服务器综合比较各节点上传来的计算结果，选取使潮流收敛、暂稳校核稳定且控制代价最优的调整方案，显示输出对应的详细的发电机调节方式给电网运行调度人员。 

实施例二 

如图2所示，本实施例提供了一种基于大规模并行处理的在线调度辅助决策装置，包括管理节点和计算节点。 

所述管理节点，用于收集并分析动态安全评估结果，并根据所述评估结果确定失稳作业；根据对失稳作业的各动态元件的轨迹信息，控制电力系统状态量对各运行参数的轨迹灵敏度计算；根据得到的轨迹灵敏度信息调整元件的调整限值以及设定的调整步长，形成调整方案，并将该调整方案以计算作业形式下发给各计算节点；接收计算节点返回的计算分析结果，并根据该计算分析结果对电网进行决策。 

计算节点，用于对各调整方案进行计算分析，并将计算分析结果回传到管 理节点。具体而言，所述计算节点用于接收管理节点下发的调整方案；根据调整步长，形成具体的调整措施及对应的计算数据文件；计算数据应用于当前运行方式上，进行潮流计算，获得调整后新的运行方式数据；进行暂态稳定校核；然后计算分析结果回传到管理节点。 

所述管理节点包括：确定单元，用于收集并分析动态安全评估结果，并根据所述评估结果确定失稳作业；计算单元，用于根据对失稳作业的各动态元件的轨迹信息，控制电力系统状态量对各运行参数的轨迹灵敏度计算；下发单元，用于根据得到的轨迹灵敏度信息调整元件的调整限值以及设定的调整步长，形成调整方案，并将该调整方案以计算作业形式下发给各计算节点；接收单元，用于接收计算节点返回的计算分析结果；决策单元，用于根据所述接收单元接收的计算分析结果对电网进行决策；显示单元，用于负责汇总比较所有调整方案的计算结果，并在人机界面上显示该计算结果。 

所述计算节点包括：接收单元，用于接收管理节点下发的调整方案；调整单元，用于根据调整步长，形成具体的调整措施及对应的计算数据文件；获得单元，用于计算数据应用于当前运行方式上，进行潮流计算，获得调整后新的运行方式数据；校核单元，用于进行暂态稳定校核；回传单元，用于将计算分析结果回传到管理节点。 

基于大规模并行处理技术的在线调度辅助决策方法能够改变电网运行中以人工经验调度为主要手段的电网运行方式安排模式，提高电网预防控制策略的及时性和确定性，提升各级电网运行决策的科学性。 

本发明主要是提供一种在线调度辅助决策计算方法。这种方法以轨迹灵敏度为计算主体，以并行计算技术为计算手段，对危害电力系统的某一失稳隐患，计算系统的可调量与系统危险量的相互关系，在线得到针对此故障的预防控制方案。 

虽然通过实施例描绘了本发明，但本领域普通技术人员知道，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，就可使本发明有许多变形和变化，本发明的范围 由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种基于大规模并行处理的在线控制电网方法，其特征在于，包括如下步骤：

收集并分析动态安全评估结果，并根据所述评估结果确定失稳作业；

根据对失稳作业的各动态元件的轨迹信息，计算电力系统状态量对各运行参数的轨迹灵敏度；

根据得到的轨迹灵敏度信息调整元件的调整限值以及设定的调整步长，形成调整方案，并将该调整方案以计算作业形式下发给各计算节点；

计算节点对各调整方案进行计算分析，并将计算分析结果回传到管理节点；所述计算节点对调整方案进行计算分析具体包括：根据调整步长，形成具体的调整措施及对应的计算数据文件；计算数据应用于基础运行方式上，进行潮流计算，得到调整后新的运行方式数据；进行暂态稳定校核；

管理节点根据计算节点返回的计算分析结果对电网进行控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述管理节点根据计算节点返回的计算分析结果对电网进行控制之后，还执行步骤：管理节点负责汇总比较所有调整方案的计算结果，并在人机界面上显示该计算结果。

3.一种基于大规模并行处理的在线控制电网系统，其特征在于，包括管理节点和计算节点；

所述管理节点，用于收集并分析动态安全评估结果，并根据所述评估结果确定失稳作业；根据对失稳作业的各动态元件的轨迹信息，计算电力系统状态量对各运行参数的轨迹灵敏度；根据得到的轨迹灵敏度信息调整元件的调整限值以及设定的调整步长，形成调整方案，并将该调整方案以计算作业形式下发给各计算节点；接收计算节点返回的计算分析结果，并根据该计算分析结果对电网进行控制；

计算节点，用于对各调整方案进行计算分析，并将计算分析结果回传到管理节点，所述对调整方案进行计算分析具体包括：根据调整步长，形成具体的调整措施及对应的计算数据文件；计算数据应用于基础运行方式上，进行潮流计算，得到调整后新的运行方式数据；进行暂态稳定校核。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述管理节点包括：

确定单元，用于收集并分析动态安全评估结果，并根据所述评估结果确定失稳作业；

计算单元，用于根据对失稳作业的各动态元件的轨迹信息，计算电力系统状态量对各运行参数的轨迹灵敏度；

下发单元，用于根据得到的轨迹灵敏度信息调整元件的调整限值以及设定的调整步长，形成调整方案，并将该调整方案以计算作业形式下发给各计算节点；

接收单元，用于接收计算节点返回的计算分析结果；

控制单元，用于根据所述接收单元接收的计算分析结果对电网进行控制。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述计算节点包括：

接收单元，用于接收管理节点下发的调整方案；

调整单元，用于根据调整步长，形成具体的调整措施及对应的计算数据文件；

获得单元，用于计算数据应用于基础运行方式上，进行潮流计算，获得调整后新的运行方式数据；

校核单元，用于进行暂态稳定校核；

回传单元，用于将计算分析结果回传到管理节点。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述管理节点还包括显示单元：用于负责汇总比较所有调整方案的计算结果，并在人机界面上显示该计算结果。

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