CN101692575B - 一种大电网实时潮流计算数据的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大电网实时潮流计算数据的处理方法，这种方法以智能电网调度技术支持系统提供的电网在线运行数据为基础，通过数据映射、活岛数据提取、母线重新编号和数据检查等功能，形成一套建模完整、与实际电力系统工况一致，且可应用于实际潮流计算软件的潮流计算数据。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种大电网实时潮流计算数据的处理方法。
背景技术
随着跨区互联电网的形成和规模的不断扩大，我国电网的运行特性和调度控制越来越复杂；同时长过程多重相继故障(或开断)诱发的大面积停电事故以及电网出现的低频振荡事件在国际、国内均有发生，迫切需要建设智能电网调度技术支持系统，实现电网的计算分析由离线向在线的飞跃，切实提高我国驾驭超大规模互联电网的能力，以保障国家电网的安全、优质、经济运行。单从时效性而言，传统的离线典型数据稳定分析已经不能满足电网安全运行对计算分析提出的要求了。特别是在面临重大灾害时，电网的运行情况发生重大变化，迫切需要相应的算法能够根据分散的在线运行数据，自动建立相应的电力系统数学计算模型，对电网进行全面在线计算分析。
潮流计算是电力系统中应用最广泛、最基本、最重要的一种电气计算。实时潮流计算的任务是为各类稳定分析和控制计算提供初始运行数据，因此说，实时潮流计算是实现在线安全稳定分析的基础。
大电网实时潮流计算主要用于电网运行监视和实时控制，分析实时出现的运行方式，其步骤为：从实时数据库取状态估计后的实时运行方式，开始潮流计算，潮流计算完毕后结果回存到实时数据库并显示。
本申请中所涉及到的缩略语和关键术语定义如下：
智能电网调度技术支持系统 智能电网调度技术支持系统是一套面向调度生产业务的集成的、集约化系统，对电网运行的监视、分析、控制、计划编制、评估和调度管理等业务提供技术支持。其主要功能分为：实时监控与预警应用、安全校核应用、调度计划应用和调度管理应用。
实时监控与预警应用 实现对电力系统稳态运行状态的监视、控制、分析和评估，实现电力系统动态运行状态的监视、分析和预警，以及稳态、动态、继电保护和安全自动装置等实时信息的综合利用，为保证特高压大电网安全稳定经济运行提供更加全面和完善的监视、分析、控制手段和工具。实时监控与预警应用主要包括电网实时监视与告警、电网自动控制、电网稳态分析、电网动态预警及辅助决策、电网运行评估、调度业务培训模拟和辅助监测等七个方面的应用功能。实时监控与预警应用提供可视化的工具和手段，使调度员能直观了解和整体掌握电网实时运行信息，快速发现电网运行状态的变化，并及时做出决策。可视化应与分析功能相结合，动态展示分析结果。
调度计划应用 综合考虑电力系统的经济特性与电网安全，为调度计划的需求预测、计划编制、评估分析、电能采集、考核补偿、结算管理和申报发布等全过程提供全面技术支持。在保障电网安全的前提下，按照不同调度模式要求优化安排检修计划和发电计划，将电网运行的经济性与安全性协调统一，保障特大电网安全稳定和经济运行。调度计划应用主要包括预测分析，申报发布，检修计划，水库调度，发电计划，评估分析以及考核结算七方面的应用功能。调度计划应用提供多种自动决策工具和灵活调整手段，可视化展示调度计划全景信息，快速评估分析各因素对调度计划的定量影响，为调度计划和运行人员洞悉电网经济运行规律，提升大电网驾驭能力，充分发挥特大电网资源优化配置潜力提供技术支撑。
安全校核应用 主要是为检修计划、发电计划和电网运行操作提供校核手段，是对各种预想运行方式和实时运行方式下的电网安全分析。安全校核应用分为两个层面，分别是日前、日内计划的安全校核，以及安全校核标准服务。
调度管理应用 主要为调度机构日常调度生产管理作支撑，主要包括：调度专业管理、生产运行管理、内部综合管理、综合分析与评估四大部分，通过调度管理应用实现调度生产管理的专业化、规范化、流程化。调度管理应用还应具备各类电网运行和管理数据基于统一模型的综合处理功能，包括数据校验、加工、存储、组织、展示、分析等信息的综合分析与评估功能。同时调度管理应用也是调度中心对外提供各类生产运行信息和数据的服务窗口。
潮流计算 根据电力系统接线方式、参数和运行条件计算电力系统稳态运行状态下的电气量。通常给定的运行条件有电源和负荷节点的功率、枢纽点电压、平衡节点的电压和相位角。待求的运行状态量包括各节点电压及其相位角和各支路(元件)通过的电流(功率)、网络的功率损耗等。潮流计算是研究电力系统稳态运行情况的一种基本电气计算，潮流计算的结果是电力系统稳定计算和故障分析的基础。潮流计算分为离线计算和在线计算两种方式。离线计算主要用于系统规划设计和系统运行方式安排；在线计算主要用于运行中电力系统的监视和实时控制。离线潮流计算的数据来自电网生产运行提供的历史数据或用户自定义数据，计算目的是根据计算结果规划电网建设、发现电网中的薄弱环节，指导发电厂开机方式，制定有功、无功调整方案。在线潮流计算的数据来自智能电网调度技术支持系统系统提供的在线数据，计算目的是随时判断电力系统当前的运行状态并对预想事故进行安全分析。
电气岛 电网中连通的电气设备所组成的集合。
活岛 如果电气岛中存在发电机或等值电源等设备，称该电气岛为活岛。
母线节点类型 潮流计算中的节点因给定量的不同，大致分为以下几类：
平衡节点 节点电压幅值和相角给定，节点注入有功功率P和无功功率Q需经潮流计算确定。在潮流计算中，该类节点必不可少，一般只设一个。
PQ节点 节点注入有功功率P和无功功率Q给定，节点电压幅值和相角需经潮流计算确定。
PV节点 节点注入有功功率P和节点电压幅值给定，节点无功功率和电压相角需经潮流计算确定。
PV-PQ 初始为PV点且控制该点无功Qmin≤Q≤Qmax，越限后变为PQ点。
PQ-PV 初始为PQ点且控制该点电压Vmin≤V≤Vmax，越限后变为PV点。
有名值 是电力系统各物理量及参数的带量纲的数值。
标幺值 是各物理量及参数的相对值，是不带量纲的数值。标幺值是相对某一基准值而言的，同一有名值，当基准值选取不一样时，其标幺值也不一样。标幺值与有名值的关系如下：标么值＝有名值/基准值。
发明内容
本发明的目的是：建立智能电网调度技术支持系统平台数据和潮流计算软件之间的映射关系，按照实时潮流计算的主题，进行潮流计算数据抽取、转换和组织，形成面向特定潮流计算软件的潮流数据，实现实时化潮流计算。
本发明提供了一种大电网实时潮流计算数据的处理方法，这种方法以智能电网调度技术支持系统提供的电网在线运行数据为基础，通过数据映射、活岛数据提取、母线重新编号和数据检查等功能，形成一套建模完整、与实际电力系统工况一致，且可应用于实际潮流计算软件的潮流计算数据。
本发明充分利用现有数据资源，通过研究智能电网调度技术支持系统的数据构成，建立智能电网调度技术支持系统实时数据库和潮流计算软件数据格式之间的映射关系。通过活岛数据抽取、母线重新编号和数据检查等功能，按照潮流计算的主题进行数据重组，形成能为潮流计算软件所用的应用数据。
本发明的技术方案是一种大电网实时潮流计算数据的处理方法，该方法以智能电网调度技术支持系统提供的电网在线运行数据为基础，通过包括数据映射、活岛数据提取、母线重新编号和数据检查的功能模块，建立智能电网调度技术支持系统实时数据库和潮流计算软件数据格式之间的映射关系，形成一套建模完整、与实际电力系统工况一致，按照潮流计算的主题进行数据重组，形成能为潮流计算软件所用的应用数据。
其中，具体包括以下步骤：
步骤一 建立智能电网调度技术支持系统实时数据库和潮流计算数据格式之间的映射关系，确定潮流计算所需的母线信息、联络线信息、发电机信息和负荷信息，和实时数据库中具体表、字段的对应关系；
步骤二 从实时数据库中读取数据，抽取活岛数据，潮流计算的目的是根据发电机有/无功出力和负荷的有/无功需求，在给定平衡节点电压、相位以及枢纽点电压的前提下，求取节点的电压幅值和相位、线路传输功率和电网损耗等，因此，只有即有电源又有负荷的活岛数据才有计算意义，把活岛数据从实时数据库中抽取出来，而不是死活岛数据一起处理，就数据规模而言，有助于提高实时潮流计算速度；
步骤三 母线重新编号，潮流计算软件中的母线编号连续，在智能电网调度技术支持系统系统中，母线以给定的字符型名称加以识别；在潮流计算程序中，母线记录间编号连续，实时数据库中的拓扑节点表征了电网中各元件之间的连接关系，编号不连续，为了满足潮流计算程序的要求，对读入的拓扑节点顺序编号，并且各母线在潮流计算中的节点编号就是其读入的顺序，即1、2、3，只有建立了上述母线-拓扑节点-节点编号之间的映射关系，才能生成后续各单端(发电机、负荷)、双端(交流线、直流线、两绕组变压器等)和多端(三绕组变压器)元件的潮流计算用数据；
步骤四 多岛潮流平衡节点自动生成。在多岛潮流计算中，需要对每个计算活岛确定一个平衡节点；
步骤五 标幺值转换，实时数据库中给出的部分数据是有名值，潮流计算全部采用标幺值，需进行从有名值到标幺值的转换；
步骤六 形成潮流计算输入文件，从实时数据库读取的潮流计算用数据，经过母线重新编号和标幺换算后，按照潮流计算程序输入格式的要求，写入对应的输入文件；
步骤七 数据可靠性检查，数据的正确性对于潮流计算是至关重要的，数据可靠性检查按照给定的上下限值，对步骤五生成的全网元件输入数据进行检查，便于及时发现其中的异常数据。
其中，所述步骤一中的联络线包括交流线、直流线、变压器、串/并联电容和电抗器信息。
其中，所述步骤四中从有名值到标幺值的转换包括下述各主要元件的标幺值转换关系：
1)交流线
正序电阻R1、正序电抗X1和线路正序充电电纳B1的标幺值分别为R、X和B，换算过程如下：
Zbase＝V0base×V0base/SB
R＝R1/Zbase
X＝X1/Zbase
B＝B1×Zbase×1.0e-6
其中V0Base为交流线I侧母线基准电压；SB为系统基准容量；
2)变压器
正序电阻R1、正序电抗X1和激磁导纳Bm、Gm的标幺值分别为R、X和Bm′、Gm′，换算过程如下：
Zbase＝V0base×V0base/SB
R＝R1/Zbase
X＝X1/Zbase
Bm′＝Bm×Zbase×1.0e-6
Gm′＝Gm×Zbase×1.0e-6
其中V0Base为I侧母线基准电压；SB为系统基准容量；
3)发电机
有功出力PG、无功出力QG、发电机母线V0、发电机功率上下限PGmax、QGmax、PGmin和QGmin的标幺值分别为PG′、QG′、V0′、PGmax′、QGmax′、PGmin′和QGmin′，换算过程如下：
PG′＝PG/SB
QG′＝QG/SB
V0′＝V0/V0Base
PGmax′＝Pmax/SB
PGmin′＝Pmin/SB
QGmax′＝Qmax/SB
QGmin′＝Qmin/SB
其中V0Base为母线基准电压；SB为系统基准容量；
4)负荷
有功负荷PL、无功负荷力QL、负荷母线V0、负荷功率上下限Pmax、Qmax、Pmin和Qmin的标幺值分别为PL′、QL′、V0′、PLmax′、QLmax′、PLmin′和QLmin′，换算过程如下：
PL′＝PL/SB
QL′＝QL/SB
V0′＝V0/V0Base
PLmax′＝PLmax/SB
PLmin′＝PLmin/SB
QLmax′＝QLmax/SB
QLmin′＝QLmin/SB
其中V0Base为母线基准电压；SB为系统基准容量。
其中，所述步骤六中数据检查的内容包括：
表1数据可靠性检查列表
对于上述表1所列检查项目，如果结果肯定，则表示数据正常；否则，表示数据越限，数据检查功能并不修改数据，如果出现数据越限或潮流不平衡的情况，则给出相应的报警信息，供使用者参考，数据可靠性检查完毕后，即可对步骤五生成的输入数据进行潮流计算。
本发明技术方案的优点是：本发明实现的实时潮流计算功能，能实时监控电网运行状态，为大电网在线动态安全评估、预警与决策提供基础运行数据。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的实时潮流计算数据处理方法的流程图。
具体实施方式
实时数据以D-5000实时数据库格式给出，以PSASP潮流计算软件进行实时潮流计算。D-5000实时数据库(D-5000实时数据库结构规范.国家电网公司，2008，pp1-41.)中除了潮流计算所需数据外，还包含调度计划、安全校核、调度管理等方面的数据。此处只需根据PSASP软件要求，从中提取实时潮流计算相关数据。
首先，确定PSASP数据输入格式和D-5000实时数据库的映射关系。现以母线和交流线为例加以说明。
表2PSASP母线数据文件结构
| 数据项 | 类型及长度 | 说明 |
| Bus-Name | C(20) | 母线名称 |
| Vbase | F(10，4) | 基准电压 |
| Area | N(4) | 区域编号 |
| Vmax | F(10，4) | 电压上限 |
| Vmin | F(10，4) | 电压下限 |
表3 PSASP母线数据和D-5000实时数据库映射关系
| PSASP | D-5000 |
| Bus-Name | TopoNode.name |
| Vbase | VoltageLevel.nomvol |
| Area | 非潮流计算必须数据，置0 |
| Vmax | VoltageLevel.hvol |
| Vmin | VoltageLevel.lvol |
TopoNode.Name中的数据，通过TopoNode.island＝Island.id，建立母线名和死活岛性质(Island.off)的映射。只将标志为活岛的TopoNode.Name及其电压信息写入LF.L1。写入LF.L1的TopoNode.Name，在PSASP程序内部的母线编号就是其写入的顺序号。
表4 PSASP交流线数据文件结构
| 数据项 | 类型及长度 | 说明 |
| Mark | N(2) | 线路投运状态 |
| I_Name | N(6) | I侧母线在LF.L1中行号 |
| J_name | N(6) | J侧母线在LF.L1中行号 |
| No. | N(6) | 线路编号 |
| R | F(13，6) | 正序电阻 |
| X | F(13，6) | 正序电抗 |
| B/2 | F(13，6) | 接地导纳 |
表5 PSASP交流线数据和D-5000实时数据库映射关系
| PSASP | D-5000 |
| Mark | ACLineSegment.run_state |
| I_Name | LF.L1中的母线编号 |
| J_Name | LF.L1中的母线编号 |
| No. | 从1开始编号 |
| R | ACLineSegment.r_pu |
| X | ACLineSegment.x_pu |
| B/2 | ACLineSegment.bch_pu |
ACLineSegment给定的是首/末端拓扑节点号，需根据生成LF.L1时建立的母线名称-拓扑节点-PSASP母线编号之间的映射关系，确定首/末端母线编号。
假设全国电网分为东北、华北、华中三个区域电网解列运行，各活岛平衡节点(机)设置如下：
表6 PSASP活岛发电机平衡节点设置
| 区域电网 | 平衡节点 |
| 东北 | 辽绥中GX |
| 华北 | 鲁邹县厂X号 |
| 华中 | 鄂三峡#X |
| 南方电网等值边界点 | 粤180 |
在PSASP的发电机数据文件LF.L5(或内存变量)中，相应的母线类型字段置为0。
PSASP潮流计算所用的其他数据文件生成方法同上，此处不再赘述。
下面再介绍下PSASP潮流计算程序内存接口交换方式。PSASP潮流计算程序规定了标准的函数接口，直接访问PSASP潮流计算程序的内存空间读取或写入数据。以母线为例，PSASP潮流计算程序读取外部程序写入的计算数据接口函数如下定义：
int RDBUS(BUS*m_BUS，int &num)；
其中，输入变量m_BUS为结构体指针，结构体总数为num。
BUS结构体包含的变量及备注见下表所示：
| 数据项 | 类型及长度 | 字段含义 | 备注 |
| Bus_Name | C(20) | 母线名称 | |
| Vbase | F(10，4) | 基准电压 | |
| Area | N(4) | 所属区域号 | |
| Vmax | F(10，4) | 电压上限 | |
| Vmin | F(10，4) | 电压下限 |
数据接口程序通过调用RDBUS函数即将母线数据传送给PSASP潮流计算程序。其它数据也通过相同方法传送，这里就不累述。
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)
1.一种大电网实时潮流计算数据的处理方法，该方法以智能电网调度技术支持系统提供的电网在线运行数据为基础，通过包括数据映射、活岛数据提取、母线重新编号和数据检查的功能模块，建立智能电网调度技术支持系统实时数据库和潮流计算软件数据格式之间的映射关系，形成一套建模完整、与实际电力系统工况一致，按照潮流计算的目的进行数据重组，形成能为潮流计算软件所用的应用数据；
所述智能电网调度技术支持系统是一套面向调度生产业务的集成的、集约化系统，对电网运行的监视、分析、控制、计划编制、评估和调度管理业务提供技术支持，其功能包括：实时监控与预警应用、安全校核应用、调度计划应用和调度管理应用；
所述处理方法具体包括以下步骤：
步骤一：建立智能电网调度技术支持系统实时数据库和潮流计算数据格式之间的映射关系，确定潮流计算所需的母线信息、电网的联络线信息、发电机信息和负荷信息，和实时数据库中具体表、字段的对应关系；
步骤二：从实时数据库中读取数据，抽取活岛数据，潮流计算的目的是根据发电机有/无功出力和负荷的有/无功需求，在给定平衡节点电压、相位以及枢纽点电压的前提下，求取节点的电压幅值和相位、线路传输功率和电网损耗，因此，只有既有电源又有负荷的活岛数据才有计算意义，把活岛数据从实时数据库中抽取出来，而不是死岛和活岛数据一起处理，就数据规模而言，有助于提高实时潮流计算速度；
步骤三：母线重新编号，潮流计算软件中的母线编号连续，在智能电网调度技术支持系统系统中，母线以给定的字符型名称加以识别；在潮流计算程序中，母线记录间编号连续，实时数据库中的拓扑节点表征了电网中各元件之间的连接关系，编号不连续，为了满足潮流计算程序的要求，对读入的拓扑节点顺序编号，并且各母线在潮流计算中的节点编号就是其读入的顺序，即1、2、3…，只有建立了上述母线-拓扑节点-节点编号之间的映射关系，才能生成后续各单端、双端和多端元件的潮流计算用数据；
步骤四：多岛潮流平衡节点自动生成，在多岛潮流计算中，需要对每个计算活岛确定一个平衡节点；
步骤五：标幺值转换，实时数据库中给出的部分数据是有名值，潮流计算全部采用标幺值，需进行从有名值到标幺值的转换；
步骤六：形成潮流计算输入文件，从实时数据库读取的潮流计算用数据，经过母线重新编号和标幺换算后，按照潮流计算程序输入格式的要求，写入对应的输入文件；
步骤七：数据可靠性检查，数据的正确性对于潮流计算是至关重要的，数据可靠性检查按照给定的上下限值，对步骤五生成的潮流计算的输入数据进行检查，便于及时发现其中的异常数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中的联络线包括交流线、直流线、变压器、串/并联电容和电抗器信息。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤五中从有名值到标幺值的转换包括下述各主要元件的标幺值转换关系：
1)交流线
正序电阻R1、正序电抗X1和线路正序充电电纳B1的标幺值分别为R、X和B，换算过程如下：
Zbase＝V0base×V0base/SB
R＝R1/Zbase
X＝X1/Zbase
B＝B1×Zbase×1.0e-6
其中V0Base为交流线I侧母线基准电压；SB为系统基准容量；
2)变压器
正序电阻R1、正序电抗X1和激磁导纳Bm、Gm的标幺值分别为R、X和Bm′、Gm′，换算过程如下：
Zbase＝V0base×V0base/SB
R＝R1/Zbase
X＝X1/Zbase
Bm′＝Bm×Zbase×1.0e-6
Gm′＝Gm×Zbase×1.0e-6
其中V0Base为I侧母线基准电压；SB为系统基准容量；
3)发电机
有功出力PG、无功出力QG、发电机母线V0、发电机功率上下限PGmax、QGmax、PGmin和QGmin的标幺值分别为PG′、QG′、V0′、PGmax′、QGmax′、PGmin′和QGmin′，换算过程如下：
PG′＝PG/SB
QG′＝QG/SB
V0′＝V0/V0Base
PGmax′＝PGmax/SB
PGmin′＝PGmin/SB
QGmax′＝QGmax/SB
QGmin′＝QGmin/SB
其中V0Base为母线基准电压；SB为系统基准容量；
4)负荷
有功负荷PL、无功负荷QL、负荷母线V0、负荷功率上下限PLmax、QLmax、PLmin和QLmin的标幺值分别为PL′、QL′、V0′、PLmax′、QLmax′、PLmin′和QLmin′，换算过程如下：
PL′＝PL/SB
QL′＝QL/SB
V0′＝V0/V0Base
PLmax′＝PLmax/SB
PLmin′＝PLmin/SB
QLmax′＝QLmax/SB
QLmin′＝QLmin/SB
其中V0Base为母线基准电压；SB为系统基准容量。
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