CN102957206A - 面向智能电网的多粒度离线模型拼接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向智能电网的多粒度离线模型拼接方法。在该拼接方法中，对于边界厂站，基于设备粒度保留边界厂站内网节点和设备，切除边界厂站外网节点和设备；对于非边界厂站，根据其内、外网特征进行厂站粒度的保留或切除，这样可完善模型拼接机制，有效改善模型拼接的实际效果。本发明尤其适合于国调、网调、省调、地调等各级调度系统之间实现数据整合与共享。

Description

面向智能电网的多粒度离线模型拼接方法

技术领域

本发明涉及一种离线模型拼接方法，尤其涉及一种面向智能电网的需要、基于厂站拓扑和设备拓扑两重粒度的离线模型拼接方法，属于电力系统调度自动化技术领域。

背景技术

智能电网（Smart Grid）以物理电网为基础，将现代先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术与物理电网高度集成而形成的新型电网。它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。

建设智能化电力调度系统(简称智能调度)是建设统一坚强智能电网的关键内容，是保障智能电网运行和发展的重要手段。离线电网模型（简称离线模型）管理技术已经成为智能调度的关键技术。国内外厂家对离线模型管理的相关技术都进行了长期和深入的研究，并开发了相应模型管理系统。例如在申请号为200910083325.X的中国发明专利申请中，公开了一种面向互联电力系统的分层分解时空协调建模方法。该方法基于IEC61970标准、E格式规范、版本管理服务、模型合并/拆分、外网等值、SVG图形转换、E格式数据导入/导出等技术，在各级调度系统之间建立了规范的信息交换机制，在调度系统平台上建立了规范的公共信息处理机制，实现了互联电力系统的时空协调建模系统。

随着离线模型管理技术的日趋成熟，应用也日趋广泛，但其关键技术仍需不断地完善。例如目前的离线模型拼接技术基本上是基于设备拓扑粒度的模型拼接，其原理是导电设备均通过端点在连接点处相互连接，位于边界的导电设备（简称边界设备）的端点一端连接内网设备，另一端连接外网设备。离线模型中的有效设备存在于与边界相关的一个或多个拓扑连接岛上。基于上述判断，在拼接时对离线模型中的每个设备进行拓扑搜索，查找到多个拓扑岛，其中包含边界设备的岛为有效拓扑岛，其余的岛称之为无效拓扑岛。无效拓扑岛中包含的导电设备和厂站全部删除，在每个有效拓扑岛内根据边界设备定义的外网拓扑方向进行外网设备和厂站的切除。

在建模的理想状况下，上述的模型切除和拼接的方式是正确的。但实际建模的情况往往是：离线模型总在维护中，个别设备可能存在不正确的拓扑，使得一个有效拓扑岛分裂为一个有效拓扑岛和一个无效拓扑岛，于是在合并模型中展现的是一个扩大的错误。例如在图1所示的离线模型示例中，包含A、B、C三个厂站，图中虚线为厂站的分界线，点划线为管辖区内、外网的分界线。A厂站中的开关C1为边界设备，通向线路AB方向为内网模型，通向母线A1方向为外网模型，其中C厂站仅与B厂站通过线路AC相连，与其他厂站不存在连接关系。因此，在与邻网进行模型拼接时，厂站B、C为内网模型，厂站内的设备均应保留。现考虑如下情况的出现：开关B3的拓扑出现问题，其通向线路AC的端点的拓扑节点关联丢失。在这种情况下，采用上述基于设备拓扑粒度的模型拼接，C厂站将成为孤岛而被切除，因而使得离线模型中一个设备的错误扩大为厂站级的错误。

因此，目前基于单一设备拓扑粒度的离线模型拼接技术存在以下问题：1.对参与合并模型的拓扑要求过于严格，在个别设备的拓扑出错时会导致模型拼接结果错误的扩大化；2.对模型维护人员的技术水平要求较高，模型拼接出现错误时需要维护人员从提示的拓扑搜索信息中自行判断模型存在的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种面向智能电网的多粒度离线模型拼接方法。该方法采用厂站拓扑和设备拓扑两重粒度实现离线模型的拼接。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种面向智能电网的多粒度离线模型拼接方法，其特征在于：

在离线模型拼接过程中，对于边界厂站，基于设备粒度保留边界厂站内网节点和设备，切除边界厂站外网节点和设备；对于非边界厂站，根据其内、外网特征进行厂站粒度的保留或切除。

其中较优地，所述厂站粒度是指模型文件中的模型最小为若干个厂站的集合，不存在没有归属厂站的电压等级或设备。

其中较优地，所述设备粒度是指在对电网模型进行拓扑分析和潮流计算的过程中，设备间的连通性是基于设备粒度进行分析的。

其中较优地，边界设备至少在一个模型文件中精确建模，在另一个模型文件建模为等值负荷或等值机组。

其中较优地，厂站拓扑分析的处理流程是：根据边界定义确定边界厂站；根据边界外网方向的定义，搜索出一级外网厂站；开展厂站粒度的拓扑分析，以边界厂站为起点，以一级外网厂站为边界，遍历所有厂站，得到内网厂站；排除内网厂站、边界厂站，其他厂站均设定为外网厂站。

本发明采用基于厂站拓扑和设备拓扑两重粒度的模型检测、拼接、入库的策略，完善了模型拼接机制，有效改善了模型拼接的实际效果。本发明尤其适合于国调、网调、省调、地调等各级调度系统之间实现数据整合与共享。

附图说明

图1为一个离线模型的示例图；

图2为电网公共信息模型维护的流程示意图；

图3为离线模型的生成过程示意图；

图4为模型校验与分析的流程示意图；

图5为模型拼接的整体流程示意图；

图6为厂站拓扑的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

我国的电网调度系统采用分级监控的模式，各级调度系统之间缺乏规范的信息共享机制。各级调度系统对其调度管辖范围内的电网模型精确建模，外部电网则采用非精确建模或简单等值处理。分布式一体化建模指各级调度系统只需要维护调度范围的电网模型（内网），调度系统之间通过信息交换、模型拼接、动态等值等技术，实现各级调度系统在空间时态上协调统一建模。

根据国家电网基础信息和模型管理规范，电网模型是基础信息的特殊子集，所有的电网模型均来自基础信息。基础信息是各类电网监视、控制、计算分析类应用所使用的数据和结构的统称，包含了生成各类电网模型所需要的全部信息。根据应用需求的不同，从基础信息中提取相关的信息数据可形成相应的电网模型。常用的电网模型应包括以下几类：电网物理模型、电网逻辑模型、电网暂态计算模型、电网经济模型、电网设备管理模型、保护整定计算模型和调度员仿真计算模型等。图2是电网公共信息模型维护的流程示意图。电网模型从基础信息数据库抽取后，就进入了离线模型管理流程。

离线模型管理的整个流程以图、模文件交换为基础，通过模型拆分/合并，实现不同调度区域的模型一体化管理，即“源端维护，全网共享”，形成全网的CIM文件、相关的图形文件、点表文件等，在测试库验证无误后，形成最新离线模型。最新离线模型版本归档后，首先要同步到模型在线运行系统，同时要发布给相关的应用。因此离线模型管理可分为功能相对独立的三大部分：全网模型的生成、模型的版本管理、模型同步。

全网模型的生成过程如图3所示，主要包括模型联动和模型拼接环节。模型联动环节包括本地模型的生成、发布，外地模型的接受。本地模型通过图库一体化方式维护好之后，需要手动或自动生成本地模型和变化图形文件，同时实时接受上、下级调度发布的新模型、图形。

模型拼接环节通过定义模型边界，进行模型切分与合并，形成全网拼接模型；还要通过全网状态估计，验证拼接结果的完整性和正确性。具体说明如下：

首先，参与模型拼接的模型文件均需通过模型校验和分析。模型校验和分析的目的是：对保证参与模型的质量，即信息的正确性和一致性，为后续模型拼接提供正确的数据源；对模型的变化有前期的了解，为用户判断新模型是否参与提供依据。

参见图4，模型校验与分析由四个步骤组成：模型校验、边界维护、内外网厂站分析、模型增量分析。模型校验主要包括：各文件的语法正确性；网络拓扑、参数等正确性；图形文件与模型文件的一致性等。模型校验的内容可以根据需要自行配置。边界维护是模型合并中的重要环节，智能边界维护简化了模型边界维护的流程。内外网厂站分析是基于人工或智能搜索到的边界定义，设置厂站的边界特性。这里的边界特性是指在模型文件中包含导电设备的厂站均具备边界特性。存在边界设备的厂站称之为边界厂站；边界厂站以内的厂站称之为内网厂站；其他厂站通称外网厂站。模型增量分析的结果以CIM模型增量文件的方式提供，使得用户在模型拼接前就对模型变化有所预期。

模型拼接的整体流程参见图5，依次包含：模型拼接配置（模型文件选择、模型边界手工修订）、模型校验与分析（参见图4）、模型拆分、模型合并、增量模型入库、模型深层校验。任何一个操作步骤结束，会对操作结果进行评估，并提示下一步可采用的步骤。模型拼接成功后形成一个完整模型版本需要的信息：参与合并模型文件、全网模型文件、图形文件、点表文件、合并配置文件等，结果信息提交多维模型版本管理。

整体而言，模型拼接主要包含模型拆分、模型合并两大步骤。模型拆分是指按照某种规则，如指定电压等级、一组厂站或一组特定设备（线路、变压器、开关等），对模型裁减以形成一个小的电网模型。模型合并是指进行边界设备的处理，对各拆分模型进行有效合成，并导出一个完整的全网模型。在模型拼接过程中，对于各调度源端汇集来的模型文件，按照调度管辖权的划分取其辖区内（内网）的模型，然后进行模型边界的融合处理，最终形成一个完整的大电网模型。

为了提高离线模型拼接的准确性和便利性，本发明提出了模型拼接建模的两大原则：

1.原子性原则：模型文件中的模型最小也是若干个厂站的集合，不能只存在包含电压等级和设备而没有它们所属的厂站。

2.边界建模原则：参与合并模型的边界设备，数目相同，边界建模正确且基本一致。

例如边界设备为变压器时，要求变压器的线圈个数及其各个线圈的基准电压(Base Voltage)一致；边界设备为线路时，线路两端的厂站存在一一对应关系；边界设备为开关或刀闸类等其他类双端设备时，至少存在一个相邻设备在两个模型文件中一一对应。

边界设备必须至少在一个模型文件中精确建模，另一个模型文件可建模为等值负荷或等值机组。

边界维护是模型合并中的重要环节。网级调度与省市级调度之间的调度边界通常在厂站与厂站之间的联络线上，而省市级调度与地区级调度之间的调度边界通常是在厂站内部划分。针对边界维护繁琐、工作量大的问题，本发明在分析网、省、地各级调度模型边界特点的基础上采用了模型空间维度的边界自检测技术。该边界自检测技术考虑了三类边界维护方式：1.指定边界电压等级，自动检测变压器边界；2.指定边界厂站，半自动检测线路边界；3.任意类型边界自定义的功能。三类边界维护方式相互配合以满足各类离线模型拼接的边界维护需求。

本发明的显著特点在于利用厂站拓扑和设备拓扑两重粒度进行离线模型的拼接。所谓厂站粒度是指：按照模型合并的建模原则，模型文件的最小粒度是厂站，也就是模型文件中的模型是若干个厂站的集合，不存在没有归属厂站的电压等级或设备。基于该原则，在模型拼接中，对于非边界厂站的模型可以以厂站粒度来分析。所谓设备粒度是指：在对电网模型进行拓扑分析和潮流计算的过程中，设备间的连通性是基于设备粒度进行分析的。

下面首先对厂站拓扑的概念及工作原理进行说明。

图6所示为厂站拓扑的示意图。厂站拓扑指的是厂站间通过线路建立的连通关系，厂站间只要存在一条线路就是连通的。如图6所示，对一个模型文件来说，包含的厂站可以做以下分类：内网厂站、外网厂站、边界厂站。包含边界设备的厂站为边界厂站，边界以内的非边界厂站为内网厂站，边界以外的非边界厂站为外网厂站。

厂站拓扑分析基于人工或智能搜索到的边界定义进行，其处理流程是：根据边界定义确定边界厂站；根据边界外网方向的定义，搜索出一级外网厂站；开展厂站粒度的拓扑分析，以边界厂站为起点，以一级外网厂站为边界，遍历所有厂站，得到内网厂站；排除内网厂站、边界厂站，其他厂站均设定为外网厂站。鉴于上述厂站拓扑的分析结果，合并模型的生成过程主要考虑边界厂站的处理，而内网厂站模型的质量由模型源端保证。

在本发明所提供的多粒度离线模型拼接技术中，针对设备拓扑粒度＋厂站拓扑粒度的离线模型拼接示例，采用的具体策略是：对于边界厂站，沿用已有的设备拓扑分析算法，基于设备粒度保留边界厂站内网节点和设备，切除边界厂站外网节点和设备；对于非边界厂站，根据其内、外网特征进行厂站粒度的保留或切除。采用该拼接策略，对于上述图1中拓扑出错的用例，由于边界厂站建模正确，错误出现在内网厂站中，合并后模型在B厂站、C厂站的建模将保持和源端一致，错误得到有效的控制。

对于内网、外网厂站基于厂站粒度、边界厂站基于设备粒度的模型拓扑分析方式，贯穿于模型校验、分析、模型拼接的整个过程，可以同时满足区域模型拼接、分厂站拼接的两种实际需求。

上述设备拓扑粒度＋厂站拓扑粒度的离线模型拼接新策略，解决了现有技术中离线模型拼接存在的一些问题，包括：

1.降低了离线模型拼接对设备拓扑的依赖：对于明确的内网厂站和外网厂站，无需关注其内部设备的拓扑连接，仅仅通过线路考察两个厂站是否相连。

2.完善了拼接过程的错误定位机制：当一个边界厂站少定义几对边界设备时，仅仅影响该边界厂站的设备切除情况，并可通过检测边界厂站的设备切除情况得到提示；少定义一个边界厂站，可以在对厂站粒度的拓扑分析中得到提示；

3.基于内网模型生成模型增量信息，可以提高模型合并过程中用户的可预知性、可控性、可选择性。

以上是对本发明所提供的面向智能电网的多粒度离线模型拼接方法的详细说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (5)

1.一种面向智能电网的多粒度离线模型拼接方法，其特征在于：

在离线模型拼接过程中，对于边界厂站，基于设备粒度保留边界厂站内网节点和设备，切除边界厂站外网节点和设备；对于非边界厂站，根据其内、外网特征进行厂站粒度的保留或切除。

2.如权利要求1所述的多粒度离线模型拼接方法，其特征在于：

所述厂站粒度是指模型文件中的模型最小为若干个厂站的集合，不存在没有归属厂站的电压等级或设备。

3.如权利要求1所述的多粒度离线模型拼接方法，其特征在于：

所述设备粒度是指在对电网模型进行拓扑分析和潮流计算的过程中，设备间的连通性是基于设备粒度进行分析的。

4.如权利要求1所述的多粒度离线模型拼接方法，其特征在于：

边界设备至少在一个模型文件中精确建模，在另一个模型文件建模为等值负荷或等值机组。

5.如权利要求1所述的多粒度离线模型拼接方法，其特征在于：

厂站拓扑分析的处理流程是：根据边界定义确定边界厂站；根据边界外网方向的定义，搜索出一级外网厂站；开展厂站粒度的拓扑分析，以边界厂站为起点，以一级外网厂站为边界，遍历所有厂站，得到内网厂站；排除内网厂站、边界厂站，其他厂站均设定为外网厂站。

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