CN103023016B

CN103023016B - 一种电网自动发电控制重演和仿真方法

Info

Publication number: CN103023016B
Application number: CN201210458913.9A
Authority: CN
Inventors: 卢建刚; 向德军; 何祥针; 林英明; 林玥廷; 徐晓亮
Original assignee: NR Electric Co Ltd; Electric Power Dispatch Control Center of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; Electric Power Dispatch Control Center of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2032-11-15
Also published as: CN103023016A

Abstract

本发明公开一种电网自动发电控制重演和仿真方法，包括如下内容：对电网发电模型的历史版本进行存储，在电网发电模型发生改变时存储新的电网发电模型文件；利用时序数据库对AGC运行过程中的AGC量测数据、AGC运行参数和AGC运行支撑数据进行全息秒级存储，利用商用数据库以表结构模式存储关联数据；实现AGC历史运行情况的全过程重演和仿真。此方法可真实再现电网状态演变过程中AGC控制过程，及时发现电网AGC存在的问题，帮助改进AGC控制策略；同时提供基于AGC历史控制断面情况的仿真功能，供调度人员针对历史上某个AGC控制过程断面进行模拟演练，进行AGC控制的模拟操作。

Description

一种电网自动发电控制重演和仿真方法

技术领域

本发明属于电网调度自动化系统中自动发电控制（AGC）领域，特别涉及一种基于全息存储技术提供对电网AGC历史控制过程的重演和仿真技术。

背景技术

随着电力系统的迅速发展，电力系统的结构和运行方式日趋扩大和复杂，在具有频率控制或交换功率控制任务的互联电力系统或区域电力系统（国家电网、大地区电网、省级电网或独立电网）中，保证电网频率质量、提高经济效益和管理水平也日益重要，相应承担该功能的自动发电控制（AGC）是电网调度系统中最重要的控制功能，它要求调度运行人员能够迅速、准确、全面地掌握电力系统的实际运行状态，预测和分析电力系统的运行趋势，及时调整电网中发电出力的调整，对电力系统运行中发生的各种问题做出正确的处理。因此，电网运行中AGC控制的正确性和合理性亟需评估，也需要一个可供调度人员模拟演练的AGC控制环境。而目前电的电网调度系统中，事故反演过程（PDR）只能重现电网SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统）功能的状态变化，不能重现AGC的控制过程，因而不能确切了解电网事故情况下AGC控制命令的正确性和合理性。为了全面反映电网状态的实际演变过程，需要研究基于AGC控制信息的电网全过程反演技术，真实再现电网状态演变过程中AGC控制命令的下发情况，对电网状态变化过程中AGC的控制效果进行科学的评价，及时发现电网AGC存在的问题，帮助改进AGC控制策略，同时提供AGC仿真环境，可供调度人员模拟演练，评价各种AGC控制操作的结果。

基于以上分析，本发明人对AGC的控制过程重演和仿真技术进行深入研究，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种电网自动发电控制重演和仿真方法，其可对电网发电模型的变动进行记录存储，对AGC运行过程数据进行全息秒级存储，从而提供AGC历史控制过程的重演功能，真实再现电网状态演变过程中AGC控制过程，对历史控制情况中AGC控制效果进行科学评价，对AGC控制的正确性和合理性进行评估，及时发现电网AGC存在的问题，帮助改进AGC控制策略；同时提供基于AGC历史控制断面情况的仿真功能，供调度人员针对历史上某个AGC控制过程断面进行模拟演练，进行AGC控制的模拟操作。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种电网自动发电控制重演和仿真方法，包括如下内容：

（1）对电网发电模型的历史版本进行存储，在电网发电模型发生改变时存储新的电网发电模型文件，包括：AGC控制区域内电厂、PLC和机组的模型参数，AGC控制区域对外联络线的模型参数；

（2）利用时序数据库对AGC运行过程中的AGC量测数据、AGC运行参数和AGC运行支撑数据进行全息秒级存储，利用商用数据库以表结构模式存储关联数据；

（3）按照以下步骤实现AGC历史运行情况的全过程重演：重演环境建立；重演数据准备；重演过程推进；

（4）调度员在设置的历史运行断面基础上进行演练和模拟，按照以下步骤实现AGC的仿真：AGC初始仿真环境建立；调度员模拟AGC调度；仿真结果模拟。

上述步骤（2）中，利用时序数据库存储的AGC量测数据包括机组状态量测数据、机组状态量测数据、联络线量测数据和区域量测数据；所述AGC运行参数包括AGC区域控制参数、电厂控制参数、PLC控制参数、机组控制参数和区域交换功率参数；所述AGC运行支撑数据包括电厂发电计划、交换功率计划和超短期负荷预测数据。

上述步骤（2）中，利用商用数据库存储的关联数据包括调度员下发控制命令信息、AGC告警信息和AGC控制过程中的操作信息。

上述步骤（3）中，重演环境建立的具体内容是：提供AGC重演工具，供用户选定AGC重演参数，在开始重放时获得匹配起始时间的AGC电网发电模型，得到电厂、PLC及机组层次关系模型参数，得到区域联络线互联模型及参数。

上述步骤（3）中，重演数据准备的具体内容是：在播放过程中，AGC重演进程随时间推移获取当时的电网数据，重演数据进程调用时序数据库高速查询接口，获取存储的AGC历史测点数据，存入AGC模型库中；同时重演数据进程连接商用数据库，获取存储的AGC历史运行信息，包括下发的历史控制命令、历史告警信息和历史操作信息，存入AGC模型库中。

上述步骤（3）中，重演过程推进的具体内容是：在重演过程中，随时间推移对AGC控制画面的运行数据进行实时更新，重演数据进程根据机组历史量测数据和AGC运行参数进行当时AGC控制情况的重现，实时重现当时的AGC运行数据信息，同时实时重现当时的AGC告警信息、控制命令下发信息和操作信息。

上述步骤（4）中，AGC初始仿真环境建立的具体内容是：提供AGC仿真工具，供用户选定AGC仿真参数，在仿真前获得匹配起始时间的AGC电网发电模型，获取存储的AGC历史测点数据作为仿真的基础数据存入AGC模型库中，包括机组、联络线和区域的量测数据，机组、联络线和区域的量测数据，机组、PLC、电厂的控制参数历史值，联络线和区域的控制参数历史值，电厂发电计划历史值，联络线交换功率计划历史值，短期负荷预测的历史预测值。

上述步骤（4）中，调度员模拟AGC调度的具体内容是：在仿真开始后，调度员观察AGC控制区域的情况，根据区域控制偏差和CPS指标的计算信息，对电厂和机组进行控制，进行以下模拟操作：修改电厂或机组的控制模式，修改PLC的基本负荷，修改电厂或机组的调节限值，修改AGC控制模式。

上述步骤（4）中，仿真结果模拟的具体内容是：在仿真过程中，仿真数据进程随时间推移重演当时AGC控制情况，改变控制模式的机组出力会根据调节速率进行模拟变化，AGC控制区域的量测也会模拟调整，区域控制偏差和CPS指标也会模拟计算更新；同时，这些仿真的结果更新到AGC控制画面上，实时刷新画面的实时数据，并模拟发送AGC告警信息、显示控制命令下发信息和操作信息。

采用上述方案后，本发明的有益效果是：本发明基于全息数据存储进行电网AGC全过程的重演，真实再现了电网状态演变过程中AGC控制命令的下发情况，对电网状态变化过程中AGC的控制效果进行科学评价，可以及时发现电网AGC存在的问题，帮助改进AGC控制策略，同时提供AGC控制仿真环境，可供调度人员模拟演练，有助于调度运行人员迅速、准确、全面地掌握电力系统的实际运行状态，预测和分析电力系统的运行趋势，及时调整电网中发电出力的调整，对电力系统运行中发生的各种问题做出正确的处理。

附图说明

图1是本发明中AGC重演仿真系统的结构图；

图2是本发明中AGC数据存储的流程图；

图3是本发明中AGC历史重演的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种电网自动发电控制重演和仿真方法，应用于调度自动化系统中，在实现对自动发电控制（AGC）的电网发电模型存储和运行过程数据的秒级全息存储的基础上，实现了AGC历史运行情况的全过程重演，实现了对AGC在历史运行断面基础上的模拟仿真。AGC重演与仿真是在独立的重演仿真环境中进行的，与其它节点正常实时运行的AGC互不影响。图1所示为本发明中AGC重演仿真的系统结构图。

以下将对本发明的技术方案进行详细说明。

（一）历史电网发电模型存储

对电网发电模型的历史版本进行存储，在电网发电模型发生改变时存储新的电网发电模型文件，包括如下内容：（1）AGC控制区域内电厂、电厂控制器（PLC）和机组的模型参数；（2）AGC控制区域对外联络线的模型参数；

（二）电网AGC控制过程数据全息存储

对AGC运行过程中的各类数据按秒级进行全息存储，用于AGC反演的历史数据来源，也可作为AGC仿真的基本断面数据来源。

AGC控制过程中需要秒级存储的数据分为以下三类：（1）AGC量测数据；（2）AGC运行参数；（3）AGC运行支撑数据。

在重演和仿真过程中对于这些数据的由于访问便利性和访问速度的要求很高，而原来常用的商用关系型数据库是难以满足这种高速存储读取和数据压缩的要求，因此本发明采用了时序数据库进行AGC运行数据的秒级全息存储。

时序数据库，又称实时数据库（Real-time Database），是一种高压缩率、高存储读取率的数据库，更是一个实时/历史数据的平台，在此基础上的各种分析应用工具以及各种接口，可以方便地实现对于电网数据的分析展示以及应用的扩展。它具有以下特点：处理数据类型单一；数据存储和访问接口简单；可实现海量数据高速存储和查询；可进行数据压缩，显著减少存储空间。

时序数据库的数据存储结构简单，因而对数据处理的性能很高，数据提交吞吐量可达每秒百万事件以上，并且访问接口简单，进行二次开发比较容易，便于进行各种应用系统的开发。

利用时序数据库，可以实现海量数据的连续快速存储，并利用其高速数据读取功能，实现对任意时段的电网AGC控制过程的重演，包含真实数据、模型、图形、告警等场景的完整重演。

借助于时序数据库的高速存储特性，对AGC控制过程中以下AGC控制对象的相关量测按秒级进行全息存储，存储周期为1秒：（1）机组模拟量测：包括采集的实时有功、无功量测等；（2）机组状态量测：包括电网中机组是否远方可控、开停机状态等状态量测；（3）联络线量测：包括电网AGC控制联络线的有功、无功量测功率等；（4）区域量测：包括AGC所运行区域的频率、上级电网下发ACE值等。

实现AGC运行过程中对AGC运行参数进行秒级全息存储，按秒级记录下AGC历史运行中调度员对AGC运行相关的参数修改或设置的变化情况。

借助于时序数据库的高速存储特性，对以下AGC运行的重要参数进行秒级存储，存储周期为1秒：（1）AGC区域控制参数：包括AGC投入情况、AGC运行模式、AGC运行周期、AGC控制周期、备用计算周期、ACE计算参数、CPS指标计算参数等；（2）电厂控制参数：包括电厂控制模式、量测无效延时周期、暂停转挂起时间、振动区、控制上下限值、备用计算参数等；（3）电厂控制器（PLC）控制参数：包括PLC控制模式、基本负荷、控制上下限值、备用计算参数等；（4）机组控制参数：包括控制模式、控制上下限值、调节速率、备用计算参数等；（5）区域交换功率参数：包括控制偏差、计划取值等参数。

实现AGC运行过程中对AGC运行支撑数据进行秒级全息存储，主要包括（存储周期为1秒）：（1）电厂发电计划：包括一天96点的日前发电计划、实时修改发电计划的存储；（2）交换功率计划：包括区域间交换功率日前计划值和实时修改值的存储；（3）超短期负荷预测数据：包括对系统负荷总加的超短期预测值的存储。

结合图2所示，在调度系统AGC电网发电模型中，需要存储的数据如有功、无功等，都从属于相应的设备，具有特定的电网意义，而在时序数据库中不存在复杂的关系模型，时序数据库中的数据存储采用的是简单的“时间--数据值”的存储结构，包含：

因此数据存储时的数据意义需要由数据库的点名标签管理来实现。

在时序数据库中，一个测点的标签必须是全局唯一的，由于AGC电网发电模型是具有层次关系的电网模型，其中的测点在存储时就需要有一个统一测点命名原则，以确保点名唯一性，同时又能从名称上反映一定的测点从属信息，比如可以使用为“控制区域_电厂名_PLC_机组名_测点名”的命名原则。

当AGC发电模型发生变动时，时序数据的提交应能及时响应其变化。比如增加了厂站设备或者设备改名时，能够自动更新提交测点的点名标签，增加新的量测记录，并且会记录下测点标签的变化以备重演所用。

在数据存储安全性方面，使用了数据库服务器主备冗余机制和数据库故障自恢复功能。

电网AGC运行过程数据的存储是为了后续的重演和仿真，可以通过时序数据库的相应数据访问接口快速高效地获取重演所需数据，采用的查询接口包括：数据库连接；数据单点时序查询；数据多点断面查询；数据任意时间段查询；数据任意步长查询；数据点配置信息查询。这些查询既可以针对某一厂站或某一测点进行查询，也可以对电网全网数据进行整体查询。

另外，对于复杂的关联数据，尤其是带有名称等字符串数据，采用商用数据库存储，存储为表结构模式。因此，利用商用数据库实现了AGC运行过程中对AGC运行信息的存储，主要包括：（1）调度员下发控制命令信息（时间/电厂/PLC/控制模式/出力/目标/速率）；（2）AGC告警信息（时间/内容）；（3）AGC控制过程中的操作信息（时间/内容/操作节点/操作员）。其中，存储周期根据具体信息出现时间而定。

（三）电网AGC历史控制过程重演

AGC反演是在独立的重演环境中进行的，与其它节点正常实时运行的AGC互不影响。AGC历史运行情况的全过程重演按三个步骤实现AGC历史运行情况的重放：a）重演环境建立；b）重演数据准备；c）重演过程推进。

其中，步骤a）的具体内容是：提供AGC重演工具，可供用户选定AGC反演起始时间、结束时间、播放速度等重演参数，在开始重放时首先获得匹配起始时间的AGC电网发电模型，得到电厂、PLC及机组层次关系模型参数，得到区域联络线互联模型及参数。

重演工具中可以设置反演的起始时间，对重演过程进行启动、暂停、终止控制，并对重演的速度和重演模式进行设置，具体提供以下功能：

1）重演起始时间设置

可以设置重演的起始时间和终止时间，精确到秒。

2）提供控键对重演进行控制：

■开始按钮开始重演

■暂停按钮（||）：暂停重演（停在当前时间点）

■停止按钮（■）：停止本次重演

■快进按钮点一次，前进“单步步长”所指示的秒数

■快退按钮点一次，后退“单步步长”所指示的秒数

■拖动条：可以任意拖动，前进或后退拖动条所显示比例的时间值

滑动控制条的起始位置和结束位置分别对应了用户设置的重演开始时间和结束时间，拖动滑动条时其分辨的精度为1秒级；

3）重演模式设置

可以按照单步模式或连续模式进行反演。

■单步模式：

重演“单步步长”指示的秒数后暂停，等待按下“开始”按钮后再继续走一个“单步步长”；

■连续模式：重演过程连续进行，直至人工干预。

在单步模式下重演的控制单位为“单步步长”，一个步长的时间单位为“秒”。

4）重演速度调整

可以选择重演的速度，速度正值越大，则重演就越快，反之负值越大则速度越慢（但最大和最小值有上下限限制）。譬如：如果用户设定单步步长为10秒，同时选择速度值为5，则一个单步步长实际所用时间为10/5=2秒；对于连续方式同样如此。

其中，步骤b）的具体内容是：在播放过程中，AGC重演进程随时间流逝获取当时的电网数据，重演数据进程调用时序数据库高速查询接口，获取存储的AGC历史测点数据，存入AGC模型库中，包括：

●机组、联络线和区域的量测数据

●机组、PLC、电厂的控制参数历史值

●联络线和区域的控制参数历史值

●电厂发电计划历史值

●联络线交换功率计划历史值

●短期负荷预测的历史预测值

同时重演数据进程连接商用数据库，获取存储的AGC历史运行信息，存入AGC模型库中，包括：

●下发的历史控制命令

●历史告警信息

●历史操作信息

其中，步骤c）的具体内容是：在重演过程中，随着时间推进，实时刷新AGC控制画面的运行数据。重演数据进程会根据机组历史量测数据和AGC运行参数等进行当时AGC控制情况的重现，实时重现当时的区域AGC运行信息、ACE历史计算值、CPS指标信息、各电厂的监视信息、机组运行信息、PLC运行信息、联络线运行信息等AGC运行数据信息，同时会实时重现当时的AGC告警信息、控制命令下发信息、操作信息等。

AGC重演的画面与正常AGC运行画面保持一致，通过水印与在线AGC功能画面进行区分，在重演中可以对以下画面进行浏览：

●电厂运行信息

●机组运行信息

●联络线运行信息

●控制命令信息

●AGC运行信息

●备用监视信息

（四）电网AGC历史控制过程仿真

AGC仿真是在独立的仿真环境中进行的，与其它节点正常实时运行的AGC互不影响。

调度员可以在设置的历史运行断面基础上进行演练和模拟，按三个步骤实现AGC仿真的过程：a）AGC初始仿真环境建立；b）调度员模拟AGC调度；c）仿真结果模拟。AGC仿真的流程与重演类似，不同之处在于仿真中会接收调度员的模拟操作命令。

其中，步骤a）的具体内容是：提供AGC仿真工具，可供用户选定AGC仿真的起始时间、结束时间等仿真参数，在仿真前首先获得匹配起始时间的AGC电网发电模型，得到电厂、PLC及机组层次关系模型参数，得到区域联络线互联模型及参数，获取存储的AGC历史测点数据作为仿真的基础数据存入AGC模型库中，包括：

●机组、联络线和区域的量测数据

●机组、PLC、电厂的控制参数历史值

●联络线和区域的控制参数历史值

●电厂发电计划历史值

●联络线交换功率计划历史值

●短期负荷预测的历史预测值

其中，步骤b）的具体内容是：在仿真开始后，调度员可以观察AGC控制区域的情况，根据区域控制偏差和CPS指标的计算信息，对电厂和机组进行控制，可以进行以下模拟操作：

●修改电厂/机组的控制模式（AUTO/BASE/SCHE等）

●修改电厂控制器的基本负荷

●修改电厂/机组的调节限值

●修改AGC控制模式

其中，步骤c）的具体内容是：在仿真过程中，随着时间的流逝，仿真数据进程会根据机组历史量测数据、AGC运行参数和调度员操作等进行当时AGC控制情况的重现，包括当时的区域AGC运行信息、区域控制偏差计算值、CPS指标信息、各电厂和机组的监视信息、联络线运行信息等，改变控制模式的机组出力会根据调节速率进行模拟变化，AGC控制区域的频率等量测也会模拟调整，区域控制偏差和CPS指标也会模拟计算更新，达到逼真的效果。

同时，这些仿真的结果会更新到AGC控制画面上，实时刷新画面的实时数据。并会模拟发送AGC告警信息、显示控制命令下发信息和操作信息等。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims

1.一种电网自动发电控制重演和仿真方法，其特征在于包括如下内容：

所述步骤（3）中，重演环境建立的具体内容是：提供AGC重演工具，供用户选定AGC重演参数，在开始重放时获得匹配起始时间的AGC电网发电模型，得到电厂、PLC及机组层次关系模型参数，得到区域联络线互联模型及参数；

所述步骤（3）中，重演数据准备的具体内容是：在播放过程中，AGC重演进程随时间推移获取当时的电网数据，重演数据进程调用时序数据库高速查询接口，获取存储的AGC历史测点数据，存入AGC模型库中；同时重演数据进程连接商用数据库，获取存储的AGC历史运行信息，包括下发的历史控制命令、历史告警信息和历史操作信息，存入AGC模型库中；

所述步骤（3）中，重演过程推进的具体内容是：在重演过程中，随时间推移对AGC控制画面的运行数据进行实时更新，重演数据进程根据机组历史量测数据和AGC运行参数进行当时AGC控制情况的重现，实时重现当时的AGC运行数据信息，同时实时重现当时的AGC告警信息、控制命令下发信息和操作信息；

（4）调度员在设置的历史运行断面基础上进行演练和模拟，按照以下步骤实现AGC的仿真：AGC初始仿真环境建立；调度员模拟AGC调度；仿真结果模拟；

所述步骤（4）中，AGC初始仿真环境建立的具体内容是：提供AGC仿真工具，供用户选定AGC仿真参数，在仿真前获得匹配起始时间的AGC电网发电模型，获取存储的AGC历史测点数据作为仿真的基础数据存入AGC模型库中，包括机组、联络线和区域的量测数据，机组、PLC和电厂的控制参数历史值，联络线和区域的控制参数历史值，电厂发电计划历史值，联络线交换功率计划历史值，短期负荷预测的历史预测值；

所述步骤（4）中，调度员模拟AGC调度的具体内容是：在仿真开始后，调度员观察AGC控制区域的情况，根据区域控制偏差和CPS指标的计算信息，对电厂和机组进行控制，进行以下模拟操作：修改电厂或机组的控制模式，修改PLC的基本负荷，修改电厂或机组的调节限值，修改AGC控制模式；

所述步骤（4）中，仿真结果模拟的具体内容是：在仿真过程中，仿真数据进程随时间推移重演当时AGC控制情况，改变控制模式的机组出力会根据调节速率进行模拟变化，AGC控制区域的量测也会模拟调整，区域控制偏差和CPS指标也会模拟计算更新；同时，这些仿真的结果更新到AGC控制画面上，实时刷新画面的实时数据，并模拟发送AGC告警信息、显示控制命令下发信息和操作信息。

2.如权利要求1所述的一种电网自动发电控制重演和仿真方法，其特征在于：所述步骤（2）中，利用时序数据库存储的AGC量测数据包括机组状态量测数据、联络线量测数据和区域量测数据；所述AGC运行参数包括AGC区域控制参数、电厂控制参数、PLC控制参数、机组控制参数和区域交换功率参数；所述AGC运行支撑数据包括电厂发电计划、交换功率计划和超短期负荷预测数据。

3.如权利要求1所述的一种电网自动发电控制重演和仿真方法，其特征在于：所述步骤（2）中，利用商用数据库存储的关联数据包括调度员下发控制命令信息、AGC告警信息和AGC控制过程中的操作信息。