CN102780264A - 基于通信系统的模块化电网静态安全分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电网调度决策的分析方法的应用技术领域。该系统采用电网调度决策支持系统的硬件环境以及支撑平台软件和数据平台软件，其中硬件部分可分为计算机网络和数据采集、实时监测与控制、历史数据存储、静态安全分析、网络安全设备、调度员工作站、维护工作站等部分；系统的软件采用的是WINDOWS系统、仿真分析软件PSASP以及先进的支撑平台。由计算机和数据采集模块采集来的实时数据通过与通讯服务器通讯送至实时监测与控制模块进行各种处理与变换；相关数据和参数被存储到历史数据存储模块，最后，运行电网高级应用软件的机器作为终端工作站兼做客户机，通过人机对话窗口给运行方式人员、调度员提供一个可选方案，超前研究电网的潜在不稳定因素并消除系统的越限情况。

Description

基于通信系统的模块化电网静态安全分析系统

技术领域

本发明属于企业电网调度决策的计算分析方法的应用技术领域，涉及一种基于通信系统的模块化电网静态安全分析系统。应用通信系统的模块化电网及软件系统与安全性分析方法相结合。

背景技术

为了配合企业的生产项目，企业需要对用电负荷扩容，同时需要扩建电网的容量。此时，系统变得复杂了，发生故障的概率也增加了，某些扰动可能导致大面积停电和稳定性问题尖锐化。特别是发生稳定性破坏和不可控制的恶化连锁反应时，停电范围大、时间长，不止对企业本身，对社会的政治、经济、文化及人民的生活都将产生无法估计的严重后果。因此，企业电网迫切需要强有力的电力系统安全分析方法以帮助进行电力系统运行方式的分析，提高系统运行的安全水平，为事故处理提供相应的对策，防患于未然。将此分析方法和过程系统化和模块化，再应用到其他电网或系统中，可以得出一些对企业电网运行人员有意义的参考结论。

随着电网规模的不断扩大以及电力市场的不断放开，交易的规模将不断扩大，相应地对电网的静态安全分析的要求不断提高。关于静态安全分析的算法和相应成型的分析系统纷纷推出，主要都是进行简单的事故开断，利用直流法、分布系数法、补偿法等等精度较低的算法进行安全评估。为保证系统安全运行，要求系统能够承受一定的故障，常常用N-1原则来分析，但实际上，系统运行过程中，某些故障发生后会导致系统出现越限情况，甚至可能导致潮流无解。对于后者，由于无法找到故障后的静态潮流解，分析十分困难。而随着电网结构越来越复杂，运行人员越来越希望知道当发生预想事故以后系统的详细运行情况，而且希望能够提供合理的安全对策和减少因故障带来的用电损失的故障恢复方案。在计算机技术及软件技术日益完善、在电力系统静态安全分析理论十分成熟的背景下，研制开发针对电力系统静态安全分析实用化软件与分析结合的方法，并能使系统快速简单地恢复潮流解而对电网进行重要紧急控制措施具有重大的现实意义。

发明内容

本发明的目的是解决目前针对企业工程电网优化整合后的系统，没有专门的研究方法和实用化软件相结合的问题，提供一种基于通信系统的模块化电网静态安全分析方法及系统。

本发明一种基于通信系统的模块化电网静态安全系统，其特征在于：该系统利用原有的电网调度决策支持系统的硬件环境以及支撑平台软件和数据平台软件建立的模块化电网静态安全系统，其模块化电网静态安全系统中的硬件部分有计算机网络中的数据采集模块、数据采集模块连接RTU模块，RTU模块连接通信服务器，通信服务器连接在专用网段上，专用网段上连接前置机和网络交换机，前置机内有实时监测与控制模块、历史数据存储模块、静态安全分析模块，静态安全分析模块连接连接实时监测与控制模块和历史数据存储模块；前置机通过网络连接终端工作站，工作站包括网络安全设备、调度员工作站、维护工作站和服务器；网络交换机通过光纤连接各个变电站；模块化电网静态安全系统的软件采用的是WINDOWS系统、仿真分析软件PSASP以及先进的支撑平台；本系统由计算机网络和数据采集模块采集来的实时数据通过RTU模块，通信服务器送至专用网段上的前置机内的实时监测与控制模块进行各种处理与变换；由静态安全分析模块与存有相关数据和参数的历史数据存储模块进行处理分析；再送至终端工作站；运行电网高级应用软件的静态安全分析模块通过人机对话窗口给运行方式人员、调度员提供超前研究电网的潜在不稳定因素并消除系统的越限情况和可选方案，通过网络安全设备、调度员工作站和维护工作站对电网运行状态进行控制。

所述前置机冗余配置两台。

所述实时监测与控制模块采用的是SCADA服务器，所述的前置机预处理的通道信息送到SCADA服务器里进行更进一步的处理，进行YC的工程变换、越限处理、统计处理，对YX进行对位处理、报警处理，SCADA服务器冗余配置两台。

所述历史数据存储模块采用的是商用数据库服务器；历史服务器负责把系统的所有YC、YX、通道、厂站、接点的参数存储到硬盘上，负责把所有的历史数据存储到硬盘上，历史服务器冗余配置两台。

运行电网高级应用软件的机器是前置机的静态安全分析软件模块，其静态安全分析软件模块通过接受前置机的历史数据存储模块中的数据来工作；同时，它又由网络拓扑、预想事故集选择、正确备自投选择、潮流计算、安全评估、安全对策、恢复方案以及结果输送到终端工作站。

本发明提供的基于通信系统的模块化电网静态安全分析系统，首先利用电科院软件PSASP计算潮流，再利用静态安全分析模块进行全网N-1计算，有解的方案不予考虑，故障后无解的联动切负荷方案分解成恢复潮流解和切负荷量优化2个子问题，并提出一种简单快速地恢复潮流解的联动切负荷方法。对于存在越限的情况，利用线性优化方法消除系统的越限情况。

本发明提供的基于通信系统的模块化电网整合优化后的安全性分析方法的模型和具体实施的流程图见下：

上述所说的安全性分析方法采用的是恢复潮流解的切负荷方法：负荷阻抗化方法，可以简单快速地恢复潮流解并确定切负荷量。对于不存在越限的情况，可将其恢复潮流解的切负荷量减小，存在越限的情况，则需进一步消除系统越限现象。在此我们将用灵敏度计算公式并给出线性优化模型：采用线性规划程序计算节点注入功率变化量，模型如下：

$\left\{\begin{array}{c}\min \underset{i=1}{\overset{\mathrm{nc}}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i\mathrm{\Δ}{P}_i\\ s.t.\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nc}}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{{\∂S}_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{\∂P_i}\mathrm{\Δ}{P}_i+\frac{{\∂S}_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{\∂Q_i}\mathrm{\Δ}{Q}_i)\≤S_{L\left(\mathrm{km}\right)}-S_{L\left(\mathrm{km}\right)}^{\max }\\ \underset{i=1}{\overset{\mathrm{nc}}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{{\∂S}_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{\∂P_i}\mathrm{\Δ}{P}_i+\frac{{\∂S}_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{\∂Q_i}\mathrm{\Δ}{Q}_i)\≤V_j^{\max }-V_j\\ \underset{i=1}{\overset{\mathrm{nc}}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{\∂S_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{{\∂P}_i}\mathrm{\Δ}{P}_i+\frac{\∂S_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{\∂Q_i}\mathrm{\Δ}{Q}_i)\≥V_j^{\min }-V_j\\ \mathrm{\Δ}{P}_i^{\min }\≤\mathrm{\Δ}{P}_i\≤\mathrm{\Δ}{P}_i^{\max }\\ \mathrm{\Δ}{Q}_i^{\min }\≤\mathrm{\Δ}{Q}_i\≤\mathrm{\Δ}{Q}_i^{\max }\\ \mathrm{km}\∈O_L;j\∈O_V;i=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},n_c\end{array}\right.$

式中，c_i为切负荷节点权系数，反映负荷的重要程度；O_L为过负荷支路集合；O_V为电压越限节点集合；n_c为参与切负荷的节点总数。

本发明的工作原理：

本发明所设计的电网静态安全分析系统及方法的工作原理为：由计算机网络和数据采集模块采集来的实时数据通过光纤接口与通讯服务器通讯送至实时监测与控制模块进行各种处理与变换；所有的相关数据和参数都被存储到历史数据存储模块，最后，运行电网高级应用软件的机器作为故障信息输出模块，再利用上述模型判断系统的切负荷量，再从存储模块中调用处理数据供给运行方式人员、调度员决策手段，调度员通过人机对话窗口可以超前研究电网的潜在不稳定因素，并切除部分负荷保障系统的安全稳定运行。

本发明的优点和有益效果：

本发明采用电网的静态安全分析数据库管理系统的设计：1、实时数据库数据基于共享内存；2、支持权限管理；3、支持冗余配置；4、支持多种数据结构和数据类型；5、提供方便灵活的数据库建立手段，提供数据库模式定义工具；6、提供图、库、模一次性输入数据的手段，保证三者数据的同步性和一致性；7、支持实时数据库与商用关系型数据库的连接，提供基于SQL的人机界面和编程接口，支持数据库全局的访问；8、支持数据库的并发访问，保证数据的安全性、一致性和完整性；9、提供数据库输入校验功能，保证数据库的准确性、规范性以及相互关系的合法性；10、发现错误时，提供错误信息；11、具有数据库和数据修改记事功能；12、提供灵活的数据库编辑、浏览和其它常规工具；13、提供标准的数据字典，以保证命名、编码的唯一性；14、友好的人机维护界面；15、提供研究态数据库，用于检验生成后的数据库在投运前的安全性、相关性和一致性，和用于程序、数据的测试；16、提供方便手段，满足未来应用对数据库的扩充需求；17、备用机投入运行后，自动恢复数据，保持主备机一致；18、服务器和工作站的操作系统统一采用WINDOWS操作系统通用、完整，具有实时应用环境，支持中文字符的编辑、显示和打印，提供拼音、区位、五笔等多种汉字输入方式，支持TCP/PI通讯协议。19、可用保证优化整合后的系统安全稳定可靠运行。

附图说明

图1为本发明“企业电网整合优化后的安全性分析方法”的系统配置图。

图2为本发明“企业电网整合优化后的安全性分析方法”的软件实现流程图。

图3为本发明“企业电网整合优化后的安全性分析方法”的算法程序流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于通信系统的模块化电网静态安全分析系统，该系统采用企业电网内部调度决策支持系统的硬件环境以及支撑平台和数据平台，其中该系统包括计算机网络和数据采集模块、实时监测与控制模块、历史数据存储模块、静态安全分析模块、网络安全设备以及终端工作站，终端工作站包括调度员工作站和维护工作站等几个部分，且以上各个系统的选型时均选用符合模块化设计、遵循国际标准的产品(包括产品的各种接口)；系统的软件采用的是当前最为流行的WINDOWS系统、中国电力科学研究院仿真分析计算软件PSASP以及先进的支撑平台及应用软件。

其中，由计算机网络和数据采集模块采集来的实时数据通过与通讯服务器通讯送至实时监测与控制模块进行各种处理与变换；所有的相关数据和参数都被存储到历史数据存储模块，最后，运行电网高级应用软件的机器作为终端工作站兼做客户机，通过人机对话窗口给运行方式人员、调度员提供一个可选方案，超前研究电网的潜在不稳定因素并消除系统的越限情况。

上述所说的计算机网络和数据采集模块(也称作数据接口模块)主要采用的是RTU服务器，其中运行数据接收发送程序的机器叫做前置机，前置机直接同通讯服务器通讯，把由通讯服务器汇集起来的通道信息接收，并进行必要的处理，前置机一般冗余配置两台。本系统前置机做RTU服务器，接受来自于电网的实时监测数据和来自于子站的故障信息系统的数据，并将这些数据转发至服务器，前置机与实时监测数据模块间为100M以太网连接。

上述所说的实时监测与控制模块(也称作数据管理模块)采用的是SCADA服务器，前置机预处理的通道信息送到SCADA服务器里进行更进一步的处理，进行YC的工程变换、越限处理、统计处理等，对YX进行对位处理、报警处理等，SCADA服务器一般冗余配置两台。

上述所说的历史数据存储模块的数据库服务器安装的是商用数据库服务器即历史服务器。历史服务器负责把系统的所有YC、YX、通道、厂站、接点的参数存储到硬盘上，负责把所有的历史数据存储到硬盘上，历史服务器一般冗余配置两台。

上述所说的静态安全分析软件模块基于PSASP软件，包含psasp软件的静态安全分析模块，同时还有网络拓扑、预想事故集选择、正确备自投选择、潮流计算、安全评估、安全对策、恢复方案以及结果显示等功能模块。

实施例：

采用电网的静态安全分析系统的配置图(见图1)。按照功能可将该系统的整体硬件结构分为计算机网络和数据采集模块、实时监测与控制模块、历史数据存储模块、静态安全分析模块网络安全设备以及终端工作站等几个部分。其中，核心算法模块的软件实现流程图(见图2)充分说明了静态安全分析模块的工作原理和过程，对于静态安全分析模块处理后的数据进行建模和计算分析的算法程序流程图(见图3)。

由计算机网络和数据采集模块采集来的实时数据采用RTU服务器接收并由前置机做必要的预处理，再通过光纤接口与通讯服务器通讯送至实时监测与控制模块进行各种处理与变换，进行YC的工程变换、越限处理和统计处理等，对YX进行对位处理、报警处理等；所有的相关数据和参数都被存储到历史数据存储模块，历史服务器负责把系统的所有YC、YX、通道、厂站、接点的参数存储起来，负责把所有的历史数据存储到硬盘上；最后，运行电网高级应用软件的机器作为故障信息输出模块，再利用上述模型判断系统的切负荷量，可从存储模块中调用处理数据供给运行方式人员、调度员决策手段，超前找到并研究电网的潜在不稳定因素，并相应的切除负荷以满足系统安全性要求。

上述所说的系统整体硬件配置图(见图1)包括有前置机两台、SCADA服务器两台、历史服务器冗余配置两台、运行电网高级应用软件的PAS服务器三台。其中，两台前置机互为备用作为各种信息来源的核心部件，且与SCADA服务器通过专用网段相连接；还与历史服务器以及PAS服务器也相连，同时也与连接至各个变电站网络交换机相连接。

上述所说的静态安全分析模块软件实现流程图(见图2)包含有静态安全分析模块本身，同时它又由网络拓扑、预想事故集选择、正确备自投选择、潮流计算、安全评估、安全对策、恢复方案以及结果显示等功能模块组成。

上述所说的切负荷算法程序流程图(见图3)包含有PSASP的潮流分析模块，同时是以图1中的硬件为载体，最终作用于具体的切负荷装置上。

Claims (5)

1.一种基于通信系统的模块化电网静态安全系统，其特征在于：该系统利用原有的电网调度决策支持系统的硬件环境以及支撑平台软件和数据平台软件建立的模块化电网静态安全系统，其模块化电网静态安全系统中的硬件部分有计算机网络中的数据采集模块、数据采集模块连接RTU模块，RTU模块连接通信服务器，通信服务器连接在专用网段上，专用网段上连接前置机和网络交换机，前置机内有实时监测与控制模块、历史数据存储模块、静态安全分析模块，静态安全分析模块连接连接实时监测与控制模块和历史数据存储模块；前置机通过网络连接终端工作站，工作站包括网络安全设备、调度员工作站、维护工作站和服务器；网络交换机通过光纤连接各个变电站；模块化电网静态安全系统的软件采用的是WINDOWS系统、仿真分析软件PSASP以及先进的支撑平台；本系统由计算机网络和数据采集模块采集来的实时数据通过RTU模块，通信服务器送至专用网段上的前置机内的实时监测与控制模块进行各种处理与变换；由静态安全分析模块与存有相关数据和参数的历史数据存储模块进行处理分析；再送至终端工作站；运行电网高级应用软件的静态安全分析模块通过人机对话窗口给运行方式人员、调度员提供超前研究电网的潜在不稳定因素并消除系统的越限情况和可选方案，通过网络安全设备、调度员工作站和维护工作站对电网运行状态进行控制。

2.根据权利要求1所说的基于通信系统的模块化电网静态安全分析方法，其特征在于：所述前置机冗余配置两台。

3.根据权利要求1或2所说的基于通信系统的模块化电网静态安全分析系统，其特征在于：所述实时监测与控制模块采用的是SCADA服务器，所述的前置机预处理的通道信息送到SCADA服务器里进行更进一步的处理，进行YC的工程变换、越限处理、统计处理，对YX进行对位处理、报警处理，SCADA服务器冗余配置两台。

4.根据权利要求1或2所说的基于通信系统的模块化电网静态安全分析系统，其特征在于：所述历史数据存储模块采用的是商用数据库服务器；历史服务器负责把系统的所有YC、YX、通道、厂站、接点的参数存储到硬盘上，负责把所有的历史数据存储到硬盘上，历史服务器冗余配置两台。

5.根据权利要求1或2所说的基于通信系统的模块化电网静态安全分析系统，其特征在于：本系统运行电网高级应用软件静态安全分析方法，将其实时监测与控制数据与历史数据存储模块中的数据来分析处理；同时，它又由网络拓扑、预想事故集选择、正确备自投选择、潮流计算、安全评估、安全对策、恢复方案以及结果传输到终端工作站；

上述所说的安全性分析方法采用的是恢复潮流解的切负荷方法：负荷阻抗化方法，可以简单快速地恢复潮流解并确定切负荷量。对于不存在越限的情况，可将其恢复潮流解的切负荷量减小，存在越限的情况，则需进一步消除系统越限现象。在此我们将用灵敏度计算公式并给出线性优化模型：采用线性规划程序计算节点注入功率变化量，模型如下：

$\left\{\begin{array}{c}\min \underset{i=1}{\overset{\mathrm{nc}}{\mathrm{\Σ}}}{c}_i\mathrm{\Δ}{P}_i\\ s.t.\underset{i=1}{\overset{\mathrm{nc}}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{{\∂S}_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{\∂P_i}\mathrm{\Δ}{P}_i+\frac{{\∂S}_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{\∂Q_i}\mathrm{\Δ}{Q}_i)\≤S_{L\left(\mathrm{km}\right)}-S_{L\left(\mathrm{km}\right)}^{\max }\\ \underset{i=1}{\overset{\mathrm{nc}}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{{\∂S}_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{\∂P_i}\mathrm{\Δ}{P}_i+\frac{{\∂S}_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{\∂Q_i}\mathrm{\Δ}{Q}_i)\≤V_j^{\max }-V_j\\ \underset{i=1}{\overset{\mathrm{nc}}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{\∂S_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{{\∂P}_i}\mathrm{\Δ}{P}_i+\frac{\∂S_{L\left(\mathrm{km}\right)}}{\∂Q_i}\mathrm{\Δ}{Q}_i)\≥V_j^{\min }-V_j\\ \mathrm{\Δ}{P}_i^{\min }\≤\mathrm{\Δ}{P}_i\≤\mathrm{\Δ}{P}_i^{\max }\\ \mathrm{\Δ}{Q}_i^{\min }\≤\mathrm{\Δ}{Q}_i\≤\mathrm{\Δ}{Q}_i^{\max }\\ \mathrm{km}\∈O_L;j\∈O_V;i=\mathrm{1,2},\mathrm{\Λ},n_c\end{array}\right.$

式中，c_i为切负荷节点权系数，反映负荷的重要程度；O_L为过负荷支路集合；O_V为电压越限节点集合；n_c为参与切负荷的节点总数。

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