CN102185310A - 一种基于暂态稳定计算的电网潮流断面可视化调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于暂态稳定计算的电网潮流断面可视化调节方法，基于暂态稳定程序对电网进行长时间仿真，仿真过程中用户通过改变电网运行拓扑或调整送受端发电和负荷等操作，将方式变化信息发送给暂态稳定仿真程序，仿真程序会快速响应电网运行方式的变化，并计算出电网的各种状态量，实时得到潮流断面输送功率，并判断断面功率是否达到调整目标，并且在调节过程中可以实时观察系统的稳定性，进行稳定性校验。在仿真过程中，提供多种展示方式对送端、受端电网关键点母线以及输电断面的功率值进行可视化展示，通过这种用户不断操作调整、暂稳仿真程序快速响应、界面形象、生动、直观的展示断面调节结果的方法，实现了边调节边看断面调整结果，边判断结果是否达到控制目标的可视化调节方法，实现了人和仿真程序的高度交互，提高了断面调节效率。

Description

一种基于暂态稳定计算的电网潮流断面可视化调节方法

技术领域

本发明涉及电网潮流断面调节，具体地说，提供了一种基于暂态稳定计算的电网潮流断面可视化调节方法。

背景技术

在电网结构一定的条件下，可以选定几条线路组成的输电断面，通过断面将电网结构分为送端电网和受端电网，如图1所示。

电网潮流断面功率调节是指通过调整电网运行参数，尤其是输电断面的送端、受端发电和负荷来控制输电断面传输功率达到指定的范围的方法。潮流断面功率控制已成为电网方式计算的目标之一。电力系统中已有基于断面功率偏差控制模型的潮流断面控制算法。文献[1]是通过统计区域联络线功率代数和，并与交换功率计划值比较得出功率偏差，据此偏差不断迭代修正区域中调频电厂的有功出力，从而调整联络线潮流断面到目标值。文献[2]基于潮流追踪算法^[3]将潮流断面功率偏差分配到具有可调容量的发电机上，其优点在于被控制对象如发电机或者负荷的控制量能一次确定，但控制结束后潮流计算结果表明潮流断面实际值与目标值存在较大的偏差。以上文献调节潮流断面的方法均是一种稳态的计算方法，其优势在于控制过程几乎完全可以实现自动化，无需人工干预。但存在如下不足：无法在潮流调节过程中观察系统的稳定性，进行稳定性校验；无法直观观察送受端电网动态过程中的电压、频率变化过程，方式制定人员无法从整体上把握电网的状态。

送端：电网中发电旋转备用容量较大，能够为负荷中心或者重载供电区域提供功率支援的子电网，该子电网各部分设备电气联系紧密，相互影响。

受端：电网中重载供电区域或者负荷中心，需要其他电网区域提供电力支援的子电网，该子电网各部分设备电气联系紧密，相互影响。

潮流断面：连接送端与受端的若干线路或者变压器支路组成的一个输电断面称之为潮流断面。

可视化调节：用户通过对关心的潮流信息进行直观监视，并通过一定的手段调节运行方式，借助监视信息确定调节是否合理，判断是否达到调节目标的整个过程。

发明内容

为了能够反应电网的动态变化过程，并且为用户可视化调节和监视潮流断面功率提供形象化的界面，本发明提供了一种基于暂态稳定计算的电网潮流断面可视化调节方法。

一种基于暂态稳定计算的电网潮流断面可视化调节方法，

前台设定调整或监视信息，将调整或监视信息填入消息中，并将消息传输到后台；

后台接收到的消息都加入到消息队列中，消息处理服务不间断的监视消息队列，并对队列中的消息依次进行解析，后台采用暂态稳定仿真程序对解析后的消息进行处理，并将处理后的反馈消息发送给前台；

前台依次将接收到的反馈消息进行解析，并根据反馈消息刷新画面，对最新信息进行可视化展示。

优选的，所述调整信息的内容包括调整元件范围、调节量和调节量目标值；所述监视信息的内容包括展现方式以及绑定监视信息。

较优选的，所述调整元件范围的指定方式包括画面上指定调整元件，指定特定分区内的元件和指定特定类型的多个元件；

所述调节量包括直接与方式调节相关的数据以及与物理设备直接对应的直观量；

所述调节量目标值是指调节操作时对调节量给定的目标值；

所述展示方式包括三维曲面，颜色以及二维曲线，可以单独展示也可以结合展示；

所述绑定监视信息为监视信息与展示方式绑定，监视信息变化时，展现方式的对应属性也发生变化。

较优选的，所述调整元件调节量目标值在批量调整时的处理方式为：

计算指定的批量元件的调节值总和；

计算每个元件在总和中所占的比例；

批量调节到目标值；

计算目标值与原总和值的差，记作变化值；

变化值与每个元件在原总和中所占比例的乘积即为每个元件的变化值；

将每个元件的初始值与每个元件的变化值求和得到每个元件的目标值。

较优选的，所述直接与方式调节相关的数据包括发电机出力、负荷量和并联电容电抗器数值，所述与设备直接对应相关的直观量包括功率、组和档位。

较优选的，所述三维曲面展示方式数学模型为g(x，y)＝z，其中x和y为电网中拟观测点坐标，z为拟观测点的电压值并同时反映三维曲面的起伏变化；

所述颜色展示方式采用RGB颜色模型对电网状态信息进行展示，确定拟观测信息的变化范围与颜色标尺的比例范围；

所述二维曲线展示方式数学模型为f(x)＝y，其中x代表观测时间点，y代表拟观测信息值，采用抽样方法在一定的时间点采集拟观测点信息，并生成观测值随时间推移的变化曲线。

优选的，所述消息处理服务在对消息进行解析时，若解析出的消息是调节消息，则后台暂态稳定仿真程序基于调节信息进行仿真计算；若解析出的消息是监视信息，则后台暂态稳定仿真计算程序根据监视信息获取当前状态值，并将这些状态值按照约定格式生成消息。

本发明基于暂态稳定程序对电网进行长时间仿真，仿真过程中用户通过改变电网运行方式或调整送受端发电和负荷等操作，将方式变化信息发送给暂态稳定仿真程序，仿真程序会快速响应电网运行方式的变化，并计算出电网的各种状态量，实时得到潮流断面输送功率，并判断断面功率是否达到调整目标，并且在调节过程中可以实时观察系统的稳定性，进行稳定性校验。在仿真过程中，提供多种展示方式对送端、受端电网关键点母线以及输电断面的功率值进行可视化展示，通过这种用户不断操作调整、暂稳仿真程序快速响应、界面形象、生动、直观的展示断面调节结果的方法，实现了边调节边看断面调整结果，边判断结果是否达到控制目标的可视化调节方法，实现了人和仿真程序的高度交互，提高了断面调节效率。

附图说明

图1是输电断面示意图

图2是本发明前台和后台交互流程

图3是本发明硬件及网络结构图

图4是为本发明算例图

图5是潮流断面功率变化曲线

具体实施方式

1、基于暂态稳定计算，利用多种展示方式对送端、受端关键母线点电压以及输电断面的功率值进行可视化展示。

电网状态信息展示方式

三维曲面展示电网状态信息

三维曲面数学模型g(x，y)＝z；电网状态信息通常包括电压、功率等信息，将这些信息利用三维曲面形象的展示，即x和y代表电网中拟观测点的坐标，z代表拟观测点的电压值；同时z值反应三维曲面的起伏变化，通过观察曲面的起伏变化判断观测点的信息值变化；

颜色展示电网状态信息

采用RGB颜色模型对电压、功率等电网状态信息进行展示，确定拟观测信息的变化范围与颜色标尺的比例等式，拟观测信息的最大值、最小值与标准值分别用max、min，standard表示，其中max对应color(255，0，0)(红色)，min对应color(0，255，255)(紫色)，standard对应color(0，255，0)(绿色)；按照惯例，红色代表功率值已经达到远高于正常值的警戒范围，绿色代表正常值，紫色代表功率值已经达到远低于正常值的范围。采集拟观测信息的当前值，并计算当前值与max，min，standard之间的比例关系，确定拟观测信息的颜色值，从而达到通过颜色直观的判断观测信息的变化是否属于正常范围；

二维曲线展示电网状态信息

采用二维曲线数学模型f(x)＝y，其中x代表观测时间点，y代表拟观测信息值，采用抽样方法在一定的时间点采集拟观测点的信息，并生成观测值随着时间推移的变化曲线，从而达到通过曲线的高低起伏变化判断观测信息的变化是否正常。

2、前台人机界面和后台暂稳仿真计算交互

前台人机界面与后台暂稳仿真计算交互通过约定的消息进行，分为调整消息和监视消息，交互流程如图2所示。

基于调整消息的交互，首先需进行如下设定步骤：

设定调整元件范围，单个或批量；

设定调整元件方式有三种方式，画面上指定调整元件，指定特定分区内的元件和指定特定类型的多个元件；其中画面上指定调整元件包括指定潮流断面、送端和受端电网，这种方式需要程序自动在送受端电网内查找所有的设备；指定特定分区的元件方式根据分区名得到分区内的所有设备；指定特定类型的多个元件方式，根据类型选择多个该类型的设备。

批量元件调整按照如下处理方法：1)计算指定的批量元件的调节值(发电值或负荷值)总和；2)计算每个元件在总和中所占的比例；3)批量调节到目标值；4)计算目标值与原总和值的差，记作变化值；5)变化值与每个元件在原总和中所占比例的乘积即为每个元件的变化值；6)将每个元件的初始值与每个元件的变化值求和得到每个元件的目标值。至此，批量元件调节发电负荷等电气量过程结束。

设定调整内容；

包括发电机出力、负荷量、并联电容电抗器等直接与方式调节相关的数据，调节信息应为与物理设备直接对应的直观量，如功率、组、档位等。

前台通过进行上述设定步骤后，将设定信息填入调整消息中，并将调整消息传输到后台。

基于监视消息的交互，首先需进行如下设定步骤

设定展示方式；

选择前述电网状态信息展示方式中的一种或几种，三维曲面，颜色以及二维曲线，可以单独展示，也可以结合展示。

绑定监视信息；

监视信息与展示方式绑定，赋予展示方式某些属性以监视信息值，监视信息值的变化表现为展示方式某些属性的变化。

前台通过进行上述步骤后，将监视信息填入监视消息中，并将监视消息传输到后台。

后台接收到的消息都加入到消息队列中，消息处理服务不间断的监视消息队列，并对队列中的消息依次进行处理，若解析出的消息是调节消息，后台仿真计算基于调节信息进行仿真计算；若解析出的消息是监视信息，后台仿真计算程序根据监视信息获取当前状态的值，并将这些状态值按照约定的格式生成消息，发送给前台。

前台接收到的消息都加入到消息队列中，消息处理服务对消息队列进行监视，并依次对队列中的消息依次进行处理，解析出的消息即前台向后台请求的监视消息，前台根据监视消息刷新，对最新的信息进行展示。

下面是对调整方法流程的具体描述，采用具有多核CPU的计算机组成的机群和在此基础上的机电暂态并行计算仿真程序，采用千兆以太网实现前台和后台通信，如图3所示。

直线的左侧为送端，右侧为受端，通过三维曲面图展示受端电网状态信息，三维曲面的起伏和颜色根据功率值确定，通过二维曲线图展示潮流断面功率变化曲线，如图5所示。

调整方法流程

第一定义断面，如图4中与直线相交的所有线路组成一个输电断面，包含线路AC34  AC25  AC26  AC28  AC41  AC29；输电断面将电网结构分为子网1和子网2两个分区，其中，子网1分区内有bus7 bus3 bus1 bus2四台发电机，子网2内有bus4 bus5 bus6 bus8四台发电机。

第二设定监视信息，可以将关注的发电机功角、母线电压相角、母线电压、发电机变量、感应电动机变量、SVC变量、直流线变量、TCSC变量、负荷变量设定为监视信息，并通过监视信息了解潮流数据信息；

第三设定调节信息，根据指定特定类型的元件方式将子网1分区内所有发电机bus7、bus3、bus1和bus2作为一组统一进行调节。

第四处理批量元件调节，元件调整值类型0为功率无功值，1为功率有功值，如表1所示调整功率有功值；表1中第3列调整值列填入元件所有拟调整的当前值；第4列所占比例为拟调整当前值占所有拟调整元件当前值总和的比例，该比例值是计算得出的，首先求的调整值的和sum＝value(bus1)+value(bus2)+value(bus3)+value(bus7)＝3+5+4+8＝20；所占比例ratio(bus1)＝value(bus1)/sum＝3/20＝0.15

，其余作相同处理得出ratio(bus2)＝0.25，ratio(bus3)＝0.2，ratio(bus7)＝0.4，

调节后的目标值即dirsum＝30见表1，根据dirsum和ratio计算得出每个元件调整后的值，dirvalue(bus1)＝dirsum*ratio(bus1)＝30*0.15＝4.5，其余元件作类似处理，得出dirvalue(bus2)＝7.5，dirvalue(bus2)＝6，dirvalue(bus2)＝12。

表1批量调整元件值统计表

第五前台后台交互，通过消息队列进行，每个消息包含调整值类型、元件名称和元件值，若规定发电机类型为1，则元件生成的消息即inf(bus1)＝(1，bus1，4.5)，inf(bus2)＝(1，bus2，7.5)，inf(bus3)＝(1，bus3，6)，inf(bus7)＝(1，bus7，12)。

第六结果展示，通过RGB图和三维曲面展示经过前述步骤调整电网后的送端和受端电网状态，通过图5二维曲线展示经过前述步骤调整电网后的潮流断面功率变化曲线。

Claims (7)

1.一种基于暂态稳定计算的电网潮流断面可视化调节方法，其特征在于：

前台设定调整或监视信息，将调整或监视信息填入消息中，并将消息传输到后台；

后台接收到的消息都加入到消息队列中，消息处理服务不间断的监视消息队列，并对队列中的消息依次进行解析，后台采用暂态稳定仿真程序对解析后的消息进行处理，并将处理后的反馈消息发送给前台；

前台依次将接收到的反馈消息进行解析，并根据反馈消息刷新画面，对最新信息进行可视化展示。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述调整信息的内容包括调整元件范围、调节量和调节量目标值；

所述监视信息的内容包括展现方式以及绑定监视信息。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

所述调整元件范围的指定方式包括画面上指定调整元件，指定特定分区内的元件和指定特定类型的多个元件；

所述调节量包括直接与方式调节相关的数据以及与物理设备直接对应的直观量；

所述调节量目标值是指调节操作时对调节量给定的目标值；

所述展示方式包括三维曲面，颜色以及二维曲线，可以单独展示也可以结合展示；

所述绑定监视信息为监视信息与展示方式绑定，监视信息变化时，展现方式的对应属性也发生变化。

4.如权利要求2-3任一所述的方法，其特征在于：所述调整元件调节量目标值在批量调整时的处理方式为：

计算指定的批量元件的调节值总和；

计算每个元件在总和中所占的比例；

批量调节到目标值；

计算目标值与原总和值的差，记作变化值；

变化值与每个元件在原总和中所占比例的乘积即为每个元件的变化值；

将每个元件的初始值与每个元件的变化值求和得到每个元件的目标值。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述直接与方式调节相关的数据包括发电机出力、负荷量和并联电容电抗器数值，所述与设备直接对应相关的直观量包括功率、组和档位。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于：

所述三维曲面展示方式数学模型为g(x，y)＝z，其中x和y为电网中拟观测点坐标，z为拟观测点的电压值并同时反映三维曲面的起伏变化；

所述颜色展示方式采用RGB颜色模型对电网状态信息进行展示，确定拟观测信息的变化范围与颜色标尺的比例范围；

所述二维曲线展示方式数学模型为f(x)＝y，其中x代表观测时间点，y代表拟观测信息值，采用抽样方法在一定的时间点采集拟观测点信息，并生成观测值随时间推移的变化曲线。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述消息处理服务在对消息进行解析时，若解析出的消息是调节消息，则后台暂态稳定仿真程序基于调节信息进行仿真计算；若解析出的消息是监视信息，则后台暂态稳定仿真计算程序根据监视信息获取当前状态值，并将这些状态值按照约定格式生成消息。

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