CN101873006B - 基于动态拓扑的低频减载实时监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态拓扑的低频减载实时监测方法，其特征在于，包括下列步骤：1)采用EMS系统的实时电网拓扑结构，进行实时电网拓扑分析，确定220kV物理母线所带负荷的区域；2)对每个监测的变电站，建立系统监测的低压负荷对象模型；3)以一条220kV物理母线为单位，实时计算8个轮次的实际控制负荷、投入率、实际投入套数和装置投入率。采用本发明的方法，解决了目前电网调度生产中尚不能实现基于动态拓扑，特别是当电网网络拓扑关系改变后对低频减载的实时监测。

Description

基于动态拓扑的低频减载实时监测方法

技术领域

本发明属电网调度领域，更准确地说本发明涉及在电网模型改变后如何通过动态拓扑关系实时监测和统计低频减载装置数据的方法。

背景技术

为了提高供电质量，保证重要用户供电的可靠性，当系统中出现有功功率缺额引起频率、电压下降时，根据频率、电压下降的程度，自动断开一部分用户，阻止频率、电压下降，以使频率、电压迅速恢复到正常值，这种装置叫自动低频、电压减负荷装置。它不仅可以局部的保证对重要用户的供电，而且可以避免频率、电压下降引起的系统瓦解事故，但全局性的低频减载功能目前还是空白。近年来，随着电网的不断扩大和电力市场的出现，电力系统的运行环境更加复杂，与此同时，对电网安全稳定运行的要求也越来越高。在这种需求下，要求调度员实时监控各轮次值，及时控制末端负荷值。但是，由于目前电网网络拓扑复杂，因此目前的EMS系统中尚不能对各轮值根据实际拓扑关系实时计算，特别是当电网网络拓扑关系改变后，只能手工改变公式重新计算，这样费时费力。基于动态拓扑的低频减载实时监测实现了对各地区、220kV变电站、500kV供区实际控制负荷以及低频减载各轮次值(49Hz，0.5″，48.75Hz，0.5″，48.5Hz，0.5″，48.25Hz，0.5″，48Hz，0.5″，47.5Hz，0.5″，49Hz，20″，48.5Hz，20″)的实时监测。

本发明是基于国电南瑞科技股份有限公司的“OPEN-3000”基础上开发出来的，OPEN-3000系统是目前国内在调度自动化领域运用最广的系统平台，国内的市场占有率达百分之六十以上，大量运用于网调，省调及市调。

发明内容

本发明的发明目的是：

1、电网设备拓扑结构越来越复杂，电网建设越来越快，导致拓扑的改变越来越频繁，需要将电网设备的拓扑结构转换为程序设计语言中的数据结构，进而可以方便有效的访问这些数据结构；

2、由于电网设备的拓扑基本成网状或者环状结构，需要将这些结构转换为树状结构，可以方便的利用数据结构中的遍历方法将所有有关的设备都搜索一边，在遍历算法中有广度优先算法和深度优先算法，究竟选择哪种算法更为迅速，有效。

3、获得动态拓扑数据后，需要参考到一些设备实际运行状态，特殊情况，以及需要将人为干预的因素考虑进去，那么要建立一个合理有效的计算公式进行统计，而且这些统计结构要可以实时，清晰的展示出来。

为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

一种基于动态拓扑的低频减载实时监测方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)采用EMS系统的实时电网拓扑结构，进行实时电网拓扑分析，确定220kV物理母线所带负荷的区域；

2)对每个监测的变电站，建立系统监测的低压负荷对象模型；

3)以一条220kV物理母线为单位，实时计算8个轮次的实际控制负荷、投入率、实际投入套数和装置投入率。

前述的基于动态拓扑的低频减载实时监测方法，其特征在于，在所述步骤1)中，利用广度优先算法动态搜索末端负荷所连单位母线，具体步骤为：

21)在EMS系统状态估计应用计算结束后，利用拓扑程序、状态估计维护好的逻辑节点bs及逻辑支路bch记录(一个bch有两个逻辑节点，分别是首端节点和末端节点)，进行从220Kv逻辑母线到低电压等级逻辑母线的搜索(广度优先搜索方法)；

22)假定需要搜索一个10kV负荷的电源点，其负荷为r_i，则先找到此负荷对应的逻辑节点号(bs的下标，假定为bs[0])，在逻辑支路bch中遍历有端节点为bs[0]的支路，保存其对端节点号为搜索的第二层记录，并标志其搜索过标志为true；

23)对第二层的bs记录继续搜索与其相连的支路的对端节点(搜索过标志应为false)存储到第三层记录中，并置其搜索过标志为true，直至找到一个逻辑节点对应的电压类型为220kV为止；

24)搜索结束后，查询此220kV逻辑节点对应的物理母线，即为此10kV负荷对应的电源点母线。

前述的基于动态拓扑的低频减载实时监测方法，其特征在于，在所述步骤2)中，对象模型信息包括：负荷与所连接的低压10kV或35kV母线的关联关系，即35kV和10kV低压线路必须建模到变电站的具体某一段母线，确保220kV母线到35kV和10kV低压线路模型的完整性；

负荷所关联的开关、刀闸设备信息；

负荷所关联的低频减载装置的关联信息；

低频减载装置的属性，包括：轮次、计划投入套数α，网供负荷β，要求值γ；

低频减载的遥信点信息，包括装置实际运行状态a_i(0或1)、投入/退出状态b_i(0或1)，动作状态c_i(0或1)，所述实际运行状态直接取值该线路开关位置状态和装置实际投入状态的逻辑“与”，在没有装置投入信号关联时(即SCADA系统没有接入装置投入信号情况)，默认把“装置实际投入状态”为“投入”。

附图说明

图1为本发明的电力系统设备树状模型图；

图2为本发明的电力设备广度搜索逻辑图。

具体实施方式

在本发明中，披露了采用层次库的概念，对于电力设备进行建模。由于电网设备管理的特点，如图1，我们就不能采样目前比较常用的关系数据库模型为设备建模，为了遍于下步对于电力设备的遍历和计算，需要将电力设备的信息转换为以下的具有层次库特征的数据结构：

Struct bs_opposite_stru//与一条逻辑母线通过支路相连的逻辑母线结构

{  Int bs_no；//逻辑母线号

   Vector<int>opposite_bs_no；//与其相连的逻辑母线号数组

}

struct search_bs_stru

{ //Int lay_no；//层号，搜索的第几层

  Int bs_no；//逻辑母线号

  Int father_bs_no；//父记录逻辑母线号

  Int source_bs_no；//220Kv电源逻辑母线号

  //Vector<int>son_bs_no；//子记录数组

}；

struct searched_bs_flag_stru//是否搜索过标志

{  Int bs_no；//逻辑母线号

   Bool searched_flag；//搜索过标志

}；

在本发明中，披露了利用广度优先算法遍历所有电力设备，确定供电范围。广度优先算法，即BFS(Breadth First Search)，是一种相当常用的图算法，其特点是：每次搜索指定点，并将其所有未访问过的邻近节点加入搜索队列，循环搜索过程直到队列为空。应用在本发明中搜索逻辑如图2所示，即在EMS系统状态估计应用计算结束后，利用拓扑程序、状态估计维护好的逻辑节点bs及逻辑支路bch记录(一个bch有两个逻辑节点，分别是首端节点和末端节点)，进行从220Kv逻辑母线到低电压等级逻辑母线的搜索。假定需要搜索一个10kV负荷的电源点，其负荷为r_i，则先找到此负荷对应的逻辑节点号(bs的下标，假定为bs[0])，在逻辑支路bch中遍历有端节点为bs[0]的支路，保存其对端节点号为搜索的第二层记录，并标志其搜索过标志为true；对第二层的bs记录继续搜索与其相连的支路的对端节点(搜索过标志应为false)，存储到第三层记录中，并置其搜索过标志为true......知道找到一个逻辑节点对应的电压类型为220kV为止。搜索结束后，查询此220kV逻辑节点对应的物理母线，即为此10kV负荷对应的电源点母线。

同时，为有效的计算低频减载数据，需要输入一些基本的设备参数，如：

1.负荷与所连接的低压10kV或35kV母线的关联关系。即35kV和10kV低压线路必须建模到变电站的具体某一段母线，确保220kV母线到35kV和10kV低压线路模型的完整性；

2.负荷所关联的开关、刀闸设备信息。系统将根据所关联的开关、刀闸的实时状态确定该负荷是否要参与总负荷的计算，否则，在停电或者故障状态下，原本不能参与计算的数据因子参加了计算，将严重干扰计算结果，引起整个计算模式的瓦解。这些开关、刀闸的信息通过SCADA系统获得，更为及时，及时不能实时采集，也可通过人为设定干预，提供计算的准确性；

3.负荷所关联的低频减载装置的关联信息，包括：

1)轮次：必须人为设定该低频减载装置是参与哪轮计算

2)计划投入套数α：该值为了计算设备投入率而事先输入的，一般该计划投入套数在输入后改动几率较少，除非运行方式发生了改变。

3)网供负荷β：该值为了计算负荷投入率而实时计算出的，一般来说，在地区级的SCADA系统中都需要计算出网供负荷，是由各关口量相加得出。

4)要求值γ：该值为一定时期内省调下发给地调的参考值实际控制负荷除以网供负荷再除以γ％的结果要控制在90％至120％之间，最好在110％至120％之间，且抖动越平缓越好。

5)装置实际运行状态a_i(0或1)：通过遥信状态送到SCADA系统，表示该低频减载装置是否正常运行，可以实际判断装置状态，减少公式计算误差，如果实时状态采集不到，运行进行人工干预设置。

6)负荷投入/退出状态b_i(0或1)：通过遥信状态送到SCADA系统，表示该负荷是否正常运行，可以实际负荷状态，减少公式计算误差，如果实时状态采集不到，运行进行人工干预设置。

7)人工动作状态c_i(0或1)：特地设的人工干预设置选项，在实时状态错误，或者紧急情况下，通过该数值强行计算或者根据实际情况计算，其中0为强行计算，1为根据实际情况计算。

各参数计算依据：

每条负荷实际负荷＝每条负荷所带负荷逻辑根据动作状态c_i乘上每条负荷装置实际运行状态a_i，投入/退出状态b_i的逻辑与。即

p_i＝r_i              c_i＝0      (1a)

p_i＝r_i*(a_i*b_i)    c_i＝1        (1b)

式中，r_i——单条负荷所带负荷数

      a_i——单条负荷装置实际运行状态(0/1)

      b_i——单条负荷投入/退出状态(0/1)

      c_i——单条负荷人工动作状态(0/1)

实际控制负荷＝同一轮次下，同一母线供电的当前所有参与实际动作的线路实际负荷总加，即

P＝∑p_i                  (2)

式中，p_i——由公式1所得单条负荷实际负荷

负荷投入率＝10000*(实际控制负荷/网供负荷)/要求值％，即

T＝10000*(P/β)/γ％     (3)

式中，P——由公式(2)所得实际控制负荷

     β——网供负荷

     γ——要求值

实际投入套数＝同一轮次下，同一母线供电的当前所有参与的运行线路数量累加(每条负荷装置实际运行状态a_i，投入/退出状态b_i，动作状态c_i的逻辑与)。即

X＝∑(a_i*b_i*c_i)                (4)

式中，a_i——单条负荷装置实际运行状态(0/1)

      b_i——单条负荷投入/退出状态(0/1)

      c_i——单条负荷强制动作状态(0/1)

装置投入率＝实际投入套数/计划投入套数*100。即

O＝X/α*100              (5)

式中，X——由公式(4)所得实际投入套数

      α——计划投入套数

由以上公式，并且基于电网的动态拓扑，实时计算出低频减载数据，通过界面实时展示。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于动态拓扑的低频减载实时监测方法，包括下列步骤：

1）采用EMS系统的实时电网拓扑结构，进行实时电网拓扑分析，确定220kV物理母线所带负荷的区域；

2）对每个监测的变电站，建立系统监测的低压负荷对象模型；

3）输入步骤2）所述低压负荷对象模型的属性的基本参数，包括轮次、计划投入套数α、网供负荷β和要求值γ，以一条220kV物理母线为单位，实时计算8个轮次的实际控制负荷、负荷投入率、实际投入套数和装置投入率,

其特征在于:

所述步骤3）中轮次为设定所述低压负荷对象模型是参与哪轮计算；

所述步骤3）中网供负荷β，在地区级的SCADA系统中需要计算出网供负荷β，是由各关口量相加得出；

所述步骤3）中要求值γ为在一定时期内省调下发给地调的参考值，实际控制负荷除以网供负荷β再除以γ%的结果要控制在90%至120%之间。

2.根据权利要求1所述的基于动态拓扑的低频减载实时监测方法，其特征在于，在所述步骤1）中，利用广度优先算法，并且根据电网设备特有的性质，发明出动态搜索末端负荷所连单位母线的算法，具体步骤为：

21)在EMS系统状态估计应用计算结束后，利用拓扑程序和状态估计维护好的逻辑节点bs及逻辑支路bch记录，进行从220kV逻辑母线到低电压等级逻辑母线的搜索；

22)当需要搜索一个10kV负荷的电源点母线，其负荷为r_i，则先找到此负荷对应的逻辑节点号，即bs的下标，设定为bs[0]，在逻辑支路bch中遍历有端节点为bs[0]的支路，保存其对端节点号为搜索的第二层的bs记录，并标志其搜索过标志为true；

23)对第二层的bs记录继续搜索与其相连支路的对端节点，存储为搜索的第三层bs记录，并置其搜索过标志为true，直至找到一个逻辑节点对应的电压类型为220kV为止；

24)搜索结束后，查询此220kV逻辑节点对应的物理母线，即为此10kV负荷对应的电源点母线。

3.根据权利要求1所述的基于动态拓扑的低频减载实时监测方法，其特征在于，在所述步骤3）中，具体计算公式为:

每条负荷实际负荷=单条负荷所带负荷数根据单条负荷人工动作状态c_i乘上单条负荷装置实际运行状态a_i，单条负荷投入/退出状态b_i的逻辑与,即

p_i=r_i c_i=0       (1a)

p_i=r_i*（a_i*b_i）c_i=1      (1b)

式中，r_i——单条负荷所带负荷数

a_i——单条负荷装置实际运行状态（0/1）

b_i——单条负荷投入/退出状态（0/1）

c_i——单条负荷人工动作状态（0/1）

实际控制负荷＝同一轮次下，同一母线供电的当前所有参与实际动作的线路实际负荷总加,即

P=∑p_i                 (2)

式中，p_i——由公式（1a）和（1b）所得每条负荷实际负荷

负荷投入率=10000*(实际控制负荷/网供负荷β)/要求值％,即

Τ=10000*(P/β)/γ%       (3)

式中，T——负荷投入率

P——由公式(2)所得实际控制负荷

β——网供负荷

γ——要求值

实际投入套数＝同一轮次下，同一母线供电的当前所有参与的运行线路数量累加,即

Χ=∑（a_i*b_i*c_i）          （4）

式中，a_i——单条负荷装置实际运行状态（0/1）

b_i——单条负荷投入/退出状态（0/1）

c_i——单条负荷人工动作状态（0/1）

装置投入率=实际投入套数/计划投入套数α*100,即

Ο=X/α*100            （5）

式中，Χ——由公式(4)所得实际投入套数

α——计划投入套数。

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