CN102184331A - 大型电力系统实时仿真系统中模型的拼接及整合的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属电力系统仿真与计算分析领域，具体涉及一种大型电力系统实时仿真系统中模型的拼接及整合的方法。该方法完全保留内网的在线计算数据，外网用离线数据补充，将时间和空间上不一致的离线模型与在线数据整合，在秒或分钟级内能够提供一套建模完整、与实际电力系统工况一致的整合数据。该方法首先对在线数据进行拼接并检查，对其进行潮流验证以判断在线数据是否可用，接着在智能建立在线/离线数据映射表的基础上，用相应的离线数据补充在线数据中外网等值部分，最后在进行边界连接、边界潮流的调整后，进行全网的拓扑分析及潮流计算，从而得到可用于大型实时仿真系统计算的模型。

Description

大型电力系统实时仿真系统中模型的拼接及整合的方法

技术领域

本发明属电力系统仿真与计算分析领域，具体涉及一种大型电力系统实时仿真系统中模型的拼接及整合的方法。

背景技术

随着我国跨大区电网互联系统的建立，保证大电网安全稳定运行，建立电网安全防御体系，开展电力系统在线动态安全评估和预警迫在眉睫，这对优化电网结构、提高输电能力和供电质量、缓解电力供应整体紧张局面也具有重要的意义。而拥有详细的计算模型以及能反映电网实时运行工况的数据源则是电力系统在线动态安全评估和预警系统能够充分发挥其作用的前提。只有这样，实时仿真系统才能得出合理、可信的在线分析结果。然而，传统的大型电力系统模型在不同的应用要求下建立方式并不一致。

离线模型用于运行方式部门对电力系统规划、历史故障的潮流及暂态稳定分析，其建立较详细，参数不仅包括稳态参数，还包括较详细的零序参数及发电机和负荷的详细模型，但由于模型建立在离线的基础上，所以无实时的开关、刀闸模型。基于以上特点，离线模型的建模一般超前实际的电力系统，非实时运行的电力系统模型。相比之下，在线模型用于调度自动化部门对电力系统实时状况的分析，主要应用于SCADA及PAS的高级应用，其建立一般仅包含辖区内高压主网，参与实时状态估计及在线潮流计算的数据也不包含详细的低压部分模型，对于网省级别，220kV及以下部分电网通常采用动态等值的方式处理。此外，在线模型的参数无暂态参数，仅包含稳态参数，但因在线数据来源于实时采集的SCADA，支持拓扑功能，原始数据中有开关及刀闸模型信息。综合分析离线、在线这两套模型，我们可知离线模型满足稳定分析的要求，但由于其无法体现电网的实时性，在稳定性分析及安全分析方面会引起较大误差，结果偏于保守。而在线模型及数据只能满足稳态分析的要求，无法应用于涉及到微分方程求解的稳定性分析中。

除此之外，由于电网在地理位置的空间上互联为一体，并按照其本身的物理规律变化，而由于管理体制等原因，对电网的分析和控制决策却是分区的，是分别、独立进行的，这就导致了在某一区域电网下，很难采集到管辖电网以外的实时数据。因此，在全网的范围内如何建立在线动态安全评估和预警系统的电网模型，如何拼接及整合整个分区管理的电网模型及数据至关重要。

国内外同类技术中主要包括多级电网模型集成，其缺陷是不满足稳定分析(涉及微分方程)的要求；也有采用等值方法的在线/离线电网模型重建，但是由于采用等值方式，应用效果和范围受到限制，并且未被广泛验证和使用。

1)多级电网模型集成

电力系统调度一般采用分级电网监控方式。下级调度中心只建立监控范围内的电网模型，外部电网采用等值处理。分级监控的调度方式，使得上级调度中心无法获得整个辖区内详细的电网模型。多级电网模型集成通过分析上下级调度中心之间的关口网络，对分散的各级电网模型有效的集成，形成本辖区内详细的电网模型。但是，由于较难获取本辖区外的最新电网模型和实时数据，以及无法提供电气设备的详细模型和参数，因此，不能计及外网的动态特性，无法满足电网在线安全分析的精度要求。

2)在线/离线电网模型重建

电网模型重建利用电力系统调度中心本辖区内的在线计算数据和离线数据，将外网的离线数据进行动态等值与在线计算数据进行拼接，得到一个既能反映内部网的实时状态又在一定程度上考虑了外网对内网影响的网络模型。其中，外网等值方式大致分为两种：(1)直接等值法，将所有外部网络等值为一个规模较小的等值网络，等值方法有Ward等值及其变种和REI等值两种；(2)保留少量外网厂站的详细模型作为缓冲网，而将外网其它部分都作等值的缓冲网等值模型；但是，这些方法都是对外部电网模型采用动态等值的处理，由于系统稳定模式变化的复杂性，等值网络难以实现对原始网络动态特征的完整保全，因此，动态等值法在在线领域一直没有得到很好的解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为大型实时仿真系统建立一套完整的离线、在线模型及数据匹配的计算模型。具体说就是发明一种将时间及空间上不一致的离线模型及数据与在线数据整合，并在秒或分钟级内提供一套建模完整、与实际电力系统工况一致的整合数据的方法。

依据本发明的一种大型电力系统实时仿真系统中模型的拼接及整合的方法，包括以下步骤：

1)在线数据的检查及在线模型的拼接，包括主区/子区电网等值设备映射、子区边界确定和边界处理、子区之间的边界处理、统一电压和功率基准值、等值设备与等值电网的处理，从而得到统一的、详细的电网模型和实时数据；

2)建立在线/离线数据映射表，根据在线/离线设备名称、连接关系、编号、元件参数以及人工定制的信息动态地形成各类设备映射表，支持多对多映射，支持不同类型设备之间的映射；

3)根据步骤1)和2)刷新动态参数至在线数据中，根据映射关系进行数据及模型的智能映射，并利用离线模型补充在线模型及数据，最终形成可用于计算的、详细完整的在线模型；

4)根据步骤3)的结果进行边界潮流匹配及边界连接；若边界联络线采用在线计算数据的信息，那么无需进行边界潮流的连接及匹配；若边界联络线采用离线数据的信息，则需对网络进行边界潮流匹配及边界连接。

其中，所述步骤1)的在线数据表示来源于数据采集与监控系统SCADA的实时采集数据，在线模型指包含辖区内高压主网，参与实时状态估计及在线潮流计算的模型。

其中，其特征在于，所述步骤1)的在线数据的检查包括将在线数据分为拓扑结构的检查、在线数据的负荷情况检查、变压器的运行方式的检查以及元件的物理参数与运行参数的一致性检查。

其中，其特征在于，所述步骤1)的在线模型的拼接包括主区/子区电网等值设备映射、子区边界确定和边界处理、子区之间的边界处理、统一电压和功率基准值、等值设备与等值电网的处理。

其中，其特征在于，所述步骤2)的离线数据指包括稳态参数、零序参数及发电机和负荷详细模型的数据。

其中，其特征在于，所述步骤2)的映射表的建立是以厂站为基本映射单位，以厂站和设备的标准命名为核心技术的动态映射，并根据联络设备和设备的等值属性实现等值设备和等值网络的复杂映射。

其中，其特征在于，所述步骤3)的动态参数指离线数据内网部分的模型和参数。

其中，其特征在于，所述步骤3)的刷新指完全保留在线计算的数据，外网用动态的离线数据补充。

其中，所述步骤4)的潮流匹配指对内网及外网潮流进行调整以满足整合后模型完全保留在线数据的特征。

其中，所述映射表包括发电机、厂用电映射表、变压器映射表、交流线路映射表、串/并联电抗映射表、负荷映射表、负荷与线路映射表、负荷与变压器映射表、串/并联电容映射表以及直流线路映射表。

这种方法完全保留内网的在线计算数据，外网用离线数据补充。关键环节有四。一是由于内网在线计算数据与外网离线数据在内外网联络线处的潮流不可能完全匹配，所以在在线进行模型及数据整合时需要利用边界潮流匹配算法来调整外网离线数据，最后将调整后的外网离线数据与内网在线计算数据拼接在一起，进行全网的潮流计算。二是由于内网完全保留了在线计算数据，整合后数据的内网部分并没有电气设备的详细建模和参数，在线数据整合需要根据一定的映射关系将离线数据内网部分的模型和参数刷新到内网的在线计算数据中。其中，离线数据中参与刷新的模型和参数包括：发电机、负荷以及直流线的详细模型和参数，线路、变压器的零序参数等。三是由于网省级别在线计算模型在220kV及以下电网部分采用等值处理，所以对于此部分模型应采用与在线数据同一时间断面的国调整合后的离线数据来补充，而拓扑结构则采用运行方式部门提供的离线拓扑。四是对目前来说内网联络设备一般是负荷及发电机，而外网设备是线路(220kV以下的设备)，因此需建立联络线→线路的映射关系。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是动态设备名称映射原理图；

图2是数据整合及模型拼接流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明的具体方法如下：

1)数据检查

离线和在线数据中的厂站、交直流线路、变压器支路、并联支路可能会不一致。在离线数据和在线数据整合前，必须保证在线数据和整合后数据对应部分的网架结构、网架参数完全一致。所以，整合前应对离线和在线数据进行检查，当上述元件数据不一致时应按照保留在线数据，调整离线数据的原则来调整，调整工作需手动完成。

(1)检查拓扑结构

离线和在线数据中的厂站、交直流线路、变压器支路、并联支路可能会不一致。不一致时应按照在线数据调整离线数据。

(2)检查在线数据的负荷情况

在线数据中存在以下异常情况，需要进行调整，调整工作需手动完成。

①某些变压器，500kV侧挂有负荷，220kV侧无负荷。而实际电网500kV侧是没有负荷的，这时应将负荷移至220kV侧，作为220kV的实际低压网络的等值负荷。

②三绕组变压器中性点挂有负荷，且功率值较大，而中压侧不挂负荷或中压侧挂轻负荷。实际电网中，三绕组变压器中性点是虚拟的，不可能有负荷。当功率值较小时，直接去除该变压器中心点负荷。当功率值较大而该变压器中压侧又没有负荷时，有可能是220kV侧的等值负荷错挂在了中性点处，则应将该中心点负荷移到220kV侧。

(3)检查变压器的运行方式

这里的变压器包括500kV变电站的降压变和直接接入500kV的电厂的升压变。当厂站内有多台变压器时，其运行台数、运行方式在离线和在线数据中，可能会不一致，需进行调整，以两台变压器为例，调整成下表所示模型。调整工作需手动完成。

(4)检查参数

经过如上检查后，在线数据和离线数据对应部分的网架结构基本上能一一对应了。还需检查各元件的物理参数或运行参数是否一致，检查内容包括网架结构参数如交直流线路参数、变压器参数、并联支路参数等，以及实际发电机(不包括等值机)的出力和机端电压。

该项数据检查工作可通过建立映射表，编程实现。

经过如上检查和调整后，在线数据和离线数据的对应部分就应该完全一致了。

2)建立在线/离线的映射表

建立设备名称映射表是在线计算数据与离线数据能够相互联系、相互影响的重要途径。在本发明以在线计算数据为基础的模型拼接及数据整合中，在线计算数据通过设备映射表可以获得电气设备的详细模型及动态参数。

首先建立设备名称及其属性的自动映射，实现不同调度中心在线计算数据的自动使用和拼接。其基本原理为：根据在线/离线设备名称、连接关系、编号、元件参数以及人工定制等信息动态地形成各类设备映射表，支持多对多映射，支持不同类型设备之间的映射。

对于跨区大电网来说，由于数据涉及范围广，数据量大，对应关系复杂，采用传统人工维护的方法难以解决电网设备动态映射的问题。根据电网的实际情况和规律，采用以下原则和方法实现电网设备的动态智能映射。

(1)以厂站为基本映射单位的动态设备映射。在电网计算数据中，厂站位于电网层次结构中的中间层，其数量相对有限，不同数据之间的厂站映射相对易于维护。同时形成厂站映射后，厂内/外的电网设备映射的形成也大为简化。

(2)采用以厂站和设备的标准命名为核心的技术实现动态映射。

(3)根据联络设备(线路或变压器)和设备的等值属性实现等值设备和等值网络的复杂映射。由于离线数据与在线计算数据建模不一致，一些情况下，在线计算数据只有厂站出线的等值量测；另一些情况下，实际系统存在提前投运的厂站，在线计算数据具有详细的厂站建模，而离线数据相对比较简单。在这类在线/离线数据不一致的情况下，需要建立复杂的映射关系，保证等值设备、等值电网的在线量测能够在整合潮流中得到准确、完整的体现。

基于以上分析，本发明的映射表形成主要流程如下：

(1)结合智能匹配和人工指定的方法生成厂站映射表；

(2)形成发电机、厂用电映射表；

(3)形成变压器映射表；

(4)形成交流线路(T接线路)、串/并联电抗映射表；

(5)形成负荷、负荷与线路、负荷与变压器映射表；

(6)形成串/并联电容、直流线路等其他电气设备映射表；

下表式在线离线映射表的形式。其中CC2000表示在线部分，PSASP表示离线部分。

3)刷新动态参数至在线数据中

由于内网只完全保留了在线计算的数据，整合后数据的内网部分并没有电气设备的详细建模和参数，因此需要将离线数据内网部分的模型和参数，根据上节所述的映射关系刷新至在线数据中，由于系统稳定模式变化的复杂性，系统离线数据存在动态变化的可能，所以在计算过程中，对每次的在线数据均需进行参数的刷新，这样的形成的计算模型能够完整体现网络的动态特征。

4)边界潮流匹配及边界连接

对内外网边界联络线的处理可分为以下两种方式。若边界联络线采用在线计算数据的信息，那么无需进行边界潮流的连接及匹配。若边界联络线采用离线数据的信息，则需对网络进行边界潮流匹配及边界连接。

图1动态设备名称映射原因图解释如下：

1)在线数据的拼接。纯在线数据拼接主要包括主区/子区电网等值设备映射、子区边界确定和边界处理、子区之间的边界处理、统一电压和功率基准值、等值设备与等值电网的处理，从而得到统一的、详细的电网模型和实时数据。

2)以在线数据为基础，根据映射关系进行数据及模型的智能映射，并利用离线模型补充在线模型及数据，最终形成可用于计算的、详细完整的在线模型。

图2数据整合及模型拼接流程图具体解释为：

1)读入省级在线数据即读入在线E格式数据，并进行纯在线数据的拼接。纯在线数据拼接主要包括主区/子区电网等值设备映射、子区边界确定和边界处理、子区之间的边界处理、统一电压和功率基准值、等值设备与等值电网的处理，从而得到统一的、详细的电网模型和实时数据。

2)利用潮流计算对在线数据进行初校验。如果潮流计算不收敛，则说明该时间断面的在线计算数据是不可用的，当中可能存在大量的坏数据，或者在线计算数据本身就是不完整的。程序会转至出口，等待下一周期的在线计算数据。

3)建立设备映射表。建立设备映射表是清除离线数据省内部分以及在线计算数据获得相应电气设备动态参数的基础。

4)根据映射表拷贝动态参数至在线数据中。

5)在线/离线数据边界连接及边界潮流调整。若边界联络线采用在线计算数据的信息，那么无需进行边界潮流的连接及匹配。若边界联络线采用离线数据的信息，则需对网络进行边界潮流匹配及边界连接。

6)边界潮流匹配。为进行全网的潮流计算，需调整外网离线数据，最后把与内网的外网离线数据与内网在线计算数据连接在一起。

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 (10)

1.一种大型电力系统实时仿真系统中模型的拼接及整合的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在线数据的检查及在线模型的拼接，包括主区/子区电网等值设备映射、子区边界确定和边界处理、子区之间的边界处理、统一电压和功率基准值、等值设备与等值电网的处理，从而得到统一的、详细的电网模型和实时数据；

2)建立在线/离线数据映射表，根据在线/离线设备名称、连接关系、编号、元件参数以及人工定制的信息动态地形成各类设备映射表，支持多对多映射，支持不同类型设备之间的映射；

3)根据步骤1)和2)刷新动态参数至在线数据中，根据映射关系进行数据及模型的智能映射，并利用离线模型补充在线模型及数据，最终形成可用于计算的、详细完整的在线模型；

4)根据步骤3)的结果进行边界潮流匹配及边界连接；若边界联络线采用在线计算数据的信息，那么无需进行边界潮流的连接及匹配；若边界联络线采用离线数据的信息，则需对网络进行边界潮流匹配及边界连接。

2.如权利要求1所述的模型实现方法，其特征在于，所述步骤1)的在线数据表示来源于数据采集与监控系统SCADA的实时采集数据，在线模型指包含辖区内高压主网，参与实时状态估计及在线潮流计算的模型。

3.如权利要求2所述的模型实现方法，其特征在于，所述步骤1)的在线数据的检查包括将在线数据分为拓扑结构的检查、在线数据的负荷情况检查、变压器的运行方式的检查以及元件的物理参数与运行参数的一致性检查。

4.如权利要求3所述的模型实现方法，其特征在于，所述步骤1)的在线模型的拼接包括主区/子区电网等值设备映射、子区边界确定和边界处理、子区之间的边界处理、统一电压和功率基准值、等值设备与等值电网的处理。

5.如权利要求4所述的模型实现方法，其特征在于，所述步骤2)的离线数据指包括稳态参数、零序参数及发电机和负荷详细模型的数据。

6.如权利要求5所述的模型实现方法，其特征在于，所述步骤2)的映射表的建立是以厂站为基本映射单位，以厂站和设备的标准命名为核心技术的动态映射，并根据联络设备和设备的等值属性实现等值设备和等值网络的复杂映射。

7.如权利要求6所述的模型实现方法，其特征在于，所述步骤3)的动态参数指离线数据内网部分的模型和参数。

8.如权利要求7所述的模型实现方法，其特征在于，所述步骤3)的刷新指完全保留在线计算的数据，外网用动态的离线数据补充。

9.如权利要求8所述的模型实现方法，其特征在于，所述步骤4)的潮流匹配指对内网及外网潮流进行调整以满足整合后模型完全保留在线数据的特征。

10.如权利要求6-9任一所述的模型实现方法，其特征在于，所述映射表包括发电机、厂用电映射表、变压器映射表、交流线路映射表、串/并联电抗映射表、负荷映射表、负荷与线路映射表、负荷与变压器映射表、串/并联电容映射表以及直流线路映射表。

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