CN103077480B - 一种电力系统的安全校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力系统的安全校核方法，包括：步骤S1，根据需要确定未来的等值日期，在网调侧形成等值日期的断面潮流；步骤S2，根据断面潮流对等值日期的断面进行网络等值计算；步骤S3，将等值日期的断面的网络等值计算的结果导出生成等值文件，将等值文件传输至省调；步骤S4，省调侧获取等值文件后对等值文件进行解析，将解析后的数据存储到定义好的外网等值数据结构中，得到省调的外网等值模型，将省调模型与省调的外网等值模型进行拼接，生成带外网等值模型的潮流断面；步骤S5，对步骤S4中生成的带外网等值模型的潮流断面进行安全校核计算，相比使用历史或者当前的外网等值模型进行安全校核，大大提高得到的结果的准确性。

Description

一种电力系统的安全校核方法

技术领域

本发明涉及电力系统计算领域，具体涉及一种电力系统的安全校核方法。

背景技术

电力系统逐步向电力市场转化，相应地，电力系统中安全与经济的概念也在发生着深刻的变化，在电力市场的条件下，很可能要将主要精力放在经济上，而限制系统运行在最经济状态的，往往是安全因素。因此，在电力市场条件下，为了真正实现系统的经济运行，就必须对系统的安全性能进行比过去更为细致和全面的考察与评估。例如，在传统的发电计划中，系统运行方式和机组出力相对稳定，由于没有经济因素的刺激，调度人员往往不会对发电计划做大的调整，发电计划的结果一般都可以保证系统的安全性要求。而在电力市场运行模式中，追求经济上的最大效益是将成为最优先考虑的因素。这时，由于机组报价曲线的不规则性，将导致制定出来的发电计划有严重的安全性问题。因而，对从经济性原则出发制定出的交易计划，必须进行安全校核，以保证系统的运行状态不仅经济，而且安全。

安全校核及校正是调度管理领域的传统课题，其任务是整合SCADA/EMS等系统资源，如网络参数、网络拓扑结构数据、母线节点负荷，并结合发电报价曲线、系统负荷预测曲线、检修计划、安全稳定限额等数据，实现机组和负荷计划在EMS网络拓扑模型中的潮流分配；进而通过潮流计算分析计划是否存在基态越限，通过静态安全分析计算分析是否存在N-1越限，通过灵敏度结合优化潮流的方法消除支路及断面的越限情况。

电网本身是一个互联的系统，省调与外网之间一般有多条联络线。外网模型、运行方式的变化对内网潮流分析、N-1开断分析的结果都有较大影响。但由于调度管理是分层分区的，各个区域电网调度中心只能监视其辖区内的电网，对外部电网的模型、运行方式的变化无法及时知晓，这就需要上级调度为其提供合适的外网等值模型信息。在线联合等值系统的运行很好地解决了下级调度在线分析软件所用外网模型合理性的问题。但是，对于安全校核系统，由于其使用模型及方式数据是未来数据，如果使用当前的或是历史的外网等值模型进行拼接分析，将对安全校核的结果准确性带来较大影响。

文献一《发电侧电力市场中安全校核算法的研究与实现》（中国电机工程学报2001年第21卷第6期48页）中提出了对发电计划进行安全校核的方法，着重介绍了通过调整机组出力甚至是调整机组开停计划来消除越限的方法。文献二《能量管理系统中发电计划安全校核功能的设计》（电力系统自动化2006年第30卷第10期88页）基于调度生产的实际需求，对能量管理系统中发电计划安全校核的功能设计，关键技术、数据解析等进行了阐述。但其都没有涉及到安全校核算法中对于外网模型的处理方式、关键技术以及外网模型的合理性等。

文献三《广东省地区电网外网等值自动生成系统设计》（电力系统自动化2004年第28卷第20期77页）中对省地级调度之间如何进行在线联合等值，地调系统EMS在线软件如何合理使用省调为其生成的等值数据等进行了阐述。这种联合等值方式适合于在线应用软件或对历史的断面分析，但对于安全校核系统，其所需的等值信息是以后一段时间（一天或多天）某个时刻的，如果使用当前等值模型或历史等值模型，则很有可能导致模型拼接失败或匹配结果误差很大等情况发生。

专利一《一种潮流数据自动整合调整方法》（申请号：200810238987.5）提出了一种潮流数据自动整合调整方法。该方法利用内网的计划数据，全网的网络拓扑数据，参考潮流数据，进行数据整合，形成完整的潮流数据，从而为校核计算提供合理可行的未来潮流断面。但这种方法具有数据通讯量大、数据保密性差，计算速度慢等缺点，给其应用带来限制，尤其是在电力市场背景下。

发明内容

本发明涉及一种电力系统的安全校核方法，包括：

步骤S1，根据需要确定未来的等值日期，在网调侧EMS系统中利用实时断面数据、所述等值日期的发电计划数据和母线负荷预报数据、从当前时间到所述等值日期的检修计划数据，形成所述等值日期的断面潮流；

步骤S2，根据所述断面潮流对所述等值日期的断面进行网络等值计算；

步骤S3，将所述等值日期的断面的网络等值计算的结果导出生成等值文件，将所述等值文件传输至省调；

步骤S4，所述省调侧获取所述等值文件后对所述等值文件进行解析，将解析后的数据存储到定义好的外网等值数据结构中，得到所述省调的外网等值模型，将省调模型与所述省调的外网等值模型进行拼接，生成带外网等值模型的潮流断面；

步骤S5，对所述步骤S4中生成的带所述外网等值模型的潮流断面进行安全校核计算。

本发明提供的第一优选实施例中：所述步骤S1中形成所述等值日期的断面潮流的方法为：

根据所述发电计划数据生成所述等值日期的所述断面的发电机有功出力；

根据所述母线负荷预报数据生成所述等值日期的所述断面的负荷有功和无功；

在当前电力系统开关刀闸状态的基础上，根据所述检修计划数据修改所述开关刀闸的状态，形成所述等值日期所述断面的所述开关刀闸的运行方式。

本发明提供的第二优选实施例中：所述步骤S1中，将发电机节点都设为PV节点进行所述等值日期所述断面的潮流计算，形成所述等值日期所述断面的基础潮流断面；

一天包含96个所述断面，所述步骤S2中：根据所述步骤S1得到的所述等值日期的所述96个断面的基础潮流断面，对所述96个断面的基础潮流断面分别进行网络等值计算，得到所述等值日期的96个等值数据；

所述PV节点的有功功率P和电压幅值V是给定的，所述发电机端电压采用计划数据或选择来自相似日的状态估计结果数据。

本发明提供的第三优选实施例中：所述步骤S2中采用扩展WARD等值方法对所述等值日期的断面进行网络等值计算。

本发明提供的第四优选实施例中：所述步骤S3中，对所述等值日期的断面的网络等值计算的结果按照扩展CIM标准或约定格式导出成所述等值文件，并利用上下级调度系统之间的数据通道将所述等值文件发送到所述省调；

所述上下级调度系统之间使用安全校核软件对所述等值文件进行导出和获取，所述安全校核软件根据用户设定对所述等值数据按照遵循IEC61970标准的XML文件格式或约定格式导出；

使用所述XML文件格式对等值模型的描述方法包括：通过边界线路模型建立边界线路与逻辑节点的对应关系；通过等值注入模型建立等值源与所述逻辑节点的对应关系；通过等值之路模型建立等值支路与所述逻辑节点的对应关系；由各种设备与所述逻辑节点的对应关系确定所述边界线路与所述等值注入、所述等值支路之间的拓扑关系，确定所述等值支路的设备参数，得到所述XML文件格式的所述等值文件。

本发明提供的第五优选实施例中：所述边界线路模型用交流线路来描述，所述边界线路模型的域r和x分别表示所述边界线路的电阻和电抗，扩展域bch表示所述边界线路的全充电电纳；所述边界线路模型包含有两个端子信息；所述端子信息包含了其对应的物理节点信息，所述物理节点信息中包含了所述逻辑节点信息，根据所述两个端子信息建立所述边界线路和所述逻辑节点的对应关系；

所述等值注入模型用等值源来描述，所述等值注入模型的扩展域pin、qin、voltage、snom分别表示所述等值注入的有功注入、无功注入、机端电压和等值调频特性系数；所述等值注入模型包含有一个端子信息，根据所述一个端子信息建立所述等值源和所述逻辑节点的对应关系；

所述等值支路模型用等值支路来描述，所述等值支路模型的域r和x分别表示所述等值支路的电阻和电抗；所述等值支路模型包含有两个端子信息，根据所述两个端子信息建立所述等值支路和所述逻辑节点的对应关系。

本发明提供的第六优选实施例中：所述等值支路设备参数为有名值，阻抗参数单位为欧姆，线路充电电纳单位为西门子；当所述等值支路两端节点所对应电压等级不一致时，所述等值支路的设备参数采用归算到所述等值支路高压侧的有名值。

本发明提供的第七优选实施例中：所述步骤S4中所述省调通过安全校核软件获取96点所述外网等值模型，按照所述断面的时间分别匹配连接到96个所述省调模型中；

所述步骤S4包括：

步骤S401，所述省调从与所述网调通讯的节点获取等值日期的96点所述等值文件；

步骤S402，对所述等值文件进行集中读取和解析，将解析好的数据存储到所述定义好的外网等值数据结构中；

步骤S403，针对一个所述断面，对所述省调模型的边界线路与所述网调发送的所述等值文件中包含的边界线路进行匹配检查；匹配检查成功，执行步骤S404；匹配检查不成功，则不进行所述外网等值模型拼接，并给出所述断面的所述边界线路匹配不成功的信息；

步骤S404，将所述省调模型中所述边界线路以外部分进行删除，按照所述边界线路对应关系，将所述网调下发的所述外网等值模型中所述边界线路之外的部分进行拼接到所述省调的所述边界线路外部，形成所述带外网等值模型的潮流断面；

步骤S405，根据所述省调内网断面信息、边界线路潮流计划值信息，自动匹配外网等值注入的有功值，形成用于安全校核的所述带外网等值模型的潮流断面。

本发明提供的第八优选实施例中：所述步骤S405中所述自动匹配外网等值注入数据后进行潮流计算自动匹配边界联络线的联络线潮流，所述自动匹配边界联络线的联络线潮流的过程包括：

步骤A，使用所述等值文件数据进行潮流计算，计算所述边界联络线的潮流值与计划值的偏差；

步骤B，如果所述边界联络线潮流与计划值偏差在给定范围之内，无需修正所述外网等值注入的有功值；否则，执行步骤C；

步骤C，计算所述边界联络线有功对外网等值注入节点有功的灵敏度；

步骤D，如果所述等值注入节点数目等于所述边界联络线数据，则按照公式

$\left\{\begin{array}{c}{S}_1^1\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_1+S_1^2\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_2+\·\·\·+S_1^n\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_n=\mathrm{\Δ}{\mathrm{PL}}_1\\ S_2^1\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_1+S_2^2\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_2+\·\·\·+S_2^n\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_n=\mathrm{\Δ}{\mathrm{PL}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ S_m^1\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_1+S_m^2\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_2+\·\·\·+S_m^n\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_n=\mathrm{\Δ}{\mathrm{PL}}_m\end{array}\right.$

求解所述外网等值注入的有功修正量，式中，

分别为不同的边界联络线的边界线路有功对外网等值注入有功的灵敏度，ΔPG₁、ΔPG₂......ΔPG_n分别为不同的边界联络线的不同等值注入的有功调节量，ΔPL₁、ΔPL₂......ΔPL_m分别为不同的边界联络线的线路潮流差值；

如果等值注入节点数目小于所述边界联络线数据，则按照公式A^TAX＝A^TB求解所述外网等值注入的所述有功修正量，其中，矩阵AT即为矩阵A的转置矩阵，所述矩阵A为m×n维矩阵，所述矩阵A的元素

j＝1,2…m，i＝1,2…n；所述矩阵X为n维行向量，所述矩阵X的元素x_i＝ΔPG_i，i＝1,2…n，B为m维列向量，其元素为b_i＝ΔPL_i，j＝1,2…m；

步骤E，按照所述步骤D得出的所述有功修正量，修正所述外网等值注入的有功值，进行潮流计算，得到与所述边界联络线计划匹配的所述联络线潮流。

本发明提供的一种电力系统的安全校核方法的有益效果包括：

1、本发明提供的一种电力系统的安全校核方法，设定需要进行安全校核的未来的等值日期后，根据网调侧EMS系统中利用实时断面数据、等值日期的发电计划数据和母线负荷预报数据、从当前时间到等值日期的检修计划数据，形成等值日期的断面潮流，得到省调的外网等值模型，将该省调外网等值模型下发至省调与省调模型进行拼接后进行带外网等值模型的潮流断面安全校核，相比使用历史或者当前的外网等值模型进行安全校核，大大提高得到的结果的准确性。

2、采用扩展WARD等值方法对等值日期的96个断面进行网络等值计算，对未来断面进行96点等值时，进行了外网发电机调频特性的等值，提高了等值计算有功响应的合理性；对连续且无开关刀闸状态变化的断面，不进行等值支路、等值调频特性的重复计算，提高了计算速度。

3、断面的网络等值计算的结果按照扩展CIM标准或约定格式导出成等值文件，为不同的软件厂商之间进行等值数据的交换提供了基础。

4、按照一定规则方法对外网等值模型进行拼接，拼接方法可以实现边界线路的对应关系自动切割、匹配。

5、利用边界线路有功对外网等值注入有功的灵敏度信息，自动调节外网等值注入有功值，使得边界线路潮流自动和计划值匹配。

附图说明

如图1所示为本发明提供的一种电力系统的安全校核方法的方法流程图；

如图2所示为本发明提供的形成网调侧等值日期的断面潮流的功能结构框图；

如图3所述为本发明提供的一个断面的实施例的拓扑结果示意图；

如图4所示为本发明提供的省调模型与网调下发的外网等值模型的切割与拼接示意图。

具体实施方式

本发明提供一种电力系统的安全校核方法，根据网调（网局调度中心，国家电网公司下属东北、华北、华中、华东、西北5大电网公司）和省调（省级调度中心，各省、自治区、直辖市电网公司）之间的未来的等值日期的断面潮流，得到省调的外网等值模型，将该省调外网等值模型与省调模型进行拼接后进行安全校核。

电网中的断面是指连接两地区之间的多条支路所形成的联络线族，断面潮流即为组成断面的各条支路的潮流之和，它清晰地反映了断面所连接的两地区之间的功率交换关系。需要进行安全校核的未来的日期即为等值日期，上级网调给下级省调提供合适的外网等值模型信息，省调利用该外网等值模型信息对整个电网模型进行安全校核。

其方法流程如图1所示，由图1可知，该方法包括：

步骤S1，根据需要确定未来的等值日期，在网调EMS(Energy Management System，能量管理系统)系统中利用实时断面数据、等值日期的发电计划数据和母线负荷预报数据、从当前时间到等值日期的检修计划数据，形成等值日期的断面潮流。

步骤S2，根据该断面潮流对等值日期的断面进行网络等值计算。

步骤S3，将等值日期的断面的网络等值计算的结果导出成等值文件，将该等值文件传输至省调。

步骤S4，省调侧获取等值文件后对该等值文件进行解析，将解析后的数据存储到定义好的外网等值数据结构中，得到省调的外网等值模型，将省调模型与省调的外网等值模型进行拼接，生成带外网等值模型的潮流断面。

步骤S5，对步骤S4中生成的带外网模型的潮流断面进行安全校核计算。

步骤S1中形成网调侧等值日期的断面潮流的功能结构框图如图2所示，由图2可知，形成网调侧等值日期的断面潮流的方法为：

根据需要确定等值日期，获取实时断面数据、等值日期的发电计划数据和母线负荷预报数据、从当前时间到等值日期之间的检修计划数据。根据发电计划数据生成等值日期的断面的发电机有功出力；根据母线负荷预报数据生成等值日期的断面的负荷有功和无功；在当前电力系统开关刀闸状态的基础上，根据检修计划修改开关刀闸的状态，形成等值日期的断面的开关刀闸的运行方式。

将发电机节点都设为PV节点，PV节点的有功功率P和电压幅值V是给定的，发电机端电压采用计划数据或选择来自相似日的状态估计结果数据，进行等值日期断面潮流计算，形成等值日期断面的基础潮流断面。

等值日期的每天都有96个断面，步骤S2中根据步骤S1得到的等值日期的96个断面的基础潮流断面，对该96个断面分别进行网络等值计算，得到等值日期的96个等值数据。

步骤S2中采用扩展WARD等值方法对等值日期的96个断面分别进行网络等值计算。

WARD等值方法为：

将电网的节点分为三类：以子集I表示内部系统节点集合，子集B为边界节点集合，子集E为外部系统节点集合，则对于电力系统节点电压与注入电流有如下方程：

$\left[\begin{array}{ccc}{Y}_{\mathrm{EE}}& Y_{\mathrm{EB}}& 0\\ Y_{\mathrm{BE}}& Y_{\mathrm{BB}}& Y_{\mathrm{BI}}\\ 0& Y_{\mathrm{BI}}& Y_{\mathrm{II}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_E\\ {\stackrel{\·}{U}}_B\\ {\stackrel{\·}{U}}_I\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_E\\ {\stackrel{\·}{I}}_B\\ {\stackrel{\·}{I}}_I\end{array}\right]---\left(1\right)$

式(1)中，Y表示导纳矩阵，

表示节点电压列向量，

表示节点电流列向量。消去式(1)中的

可得：

$\left[\begin{array}{cc}{Y}_{\mathrm{BB}}-Y_{\mathrm{BE}}{Y_{\mathrm{EE}}}^{-1}{Y}_{\mathrm{EB}}& Y_{\mathrm{BI}}\\ Y_{\mathrm{IB}}& Y_{\mathrm{II}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{U}}_B\\ {\stackrel{\·}{U}}_I\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_B-Y_{\mathrm{BE}}{Y_{\mathrm{EE}}}^{-1}{\stackrel{\·}{I}}_E\\ {\stackrel{\·}{I}}_I\end{array}\right]---\left(2\right)$

式(2)中，Y_BB-Y_BEY_EE ^-1Y_EB即为仅含边界节点的外部等值导纳阵，将相应的导纳转换为阻抗信息，即可得边界等值阻抗信息。

等值注入的计算，可以在求得外部等值阻抗信息后，利用原有边界节点的电压和相角信息，直接进行求取。假定边界节点为i，则节点i的等值有功注入P_i ^EQ、等值无功注入Q_i ^EQ的计算公式如下：

$P_i^{\mathrm{EQ}}=\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}[{\left(U_i^0\right)}^2(g_{\mathrm{ij}}+g_{i0})-U_i^0{U}_j^0(g_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}^0+b_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}^0)]---\left(3\right)$

$Q_i^{\mathrm{EQ}}=\underset{j\∈i}{\mathrm{\Σ}}[U_i^0{U}_j^0(b_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}^0-g_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}^0)-{\left(U_i^0\right)}^2(b_{\mathrm{ij}}+b_{i0})]---\left(4\right)$

式(3)、(4)中，

分别为基本运行方式下的内部与边界节点i电压模值与相角；g_ij+jb_ij为与边界节点i相连的联络线或等值支路导纳；

表示边界节点i和相邻节点j之间电压相角差，g_i0+jb_i0为支路i侧的对地支路导纳，j∈i表示节点j与i相邻接。

在未来的等值日期断面进行网络等值的方法为：

为了减小WARD等值的计算误差，在进行以上WARD等值方法的基础上，按照以下步骤形成扩展WARD等值的模型：

步骤S201，通过潮流计算确定全电网各节点的复电压。

步骤S202，在不计外部系统中的对地支路的情况下，用高斯消去法消去所有外部节点，进而求出边界节点间的所有等值支路，根据边界匹配原则计算边界等值注入；

步骤S203，从原外网导纳阵（包括外网并联支路）开始，将所有外部PV节点接地，利用高斯消去法消去所有外部节点，然后将各边界节点的对角元和非对角元相加，取其负虚部，即得到各扩展支路的电纳值

在未来的等值日期断面进行网络等值中计算等值调频特性的方法为：

当扰动引起内网发生有功功率缺额时，外网发电机应该承担对内网有功功率缺额进行补偿的作用。在进行外网等值时，需要考虑在等值发电机之间应当如何分担本该由外网发电机承担的这部分补偿功率。

假定系统出现有功功率缺额ΔP时，缺额功率ΔP会按一个我们预先指定的分配系数矢量α＝[α₁,α₂,…,α_m]^T（m为系统中逻辑节点的个数）在全系统中所有机组、负荷间进行分配。分配系数α的选取包括：按参与调节的机组的容量比选取、按机组、负荷的功频特性系数选取、按每台发电机平均选取、按人为指定系数选取等。根据有功增量解耦线性模型，出现功率缺额ΔP时的系统方程可以描述为：

$\left[\begin{array}{ccc}{B}_{\mathrm{EE}}^{\′}& B_{\mathrm{EB}}^{\′}& 0\\ B_{\mathrm{BE}}^{\′}& B_{\mathrm{BB}}^{\′}& B_{\mathrm{BI}}^{\′}\\ 0& B_{\mathrm{IB}}^{\′}& B_{\mathrm{II}}^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_E\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_B\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_I\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_E\\ {\mathrm{\α}}_B\\ {\mathrm{\α}}_I\end{array}\right]\·\mathrm{\ΔP}---\left(5\right)$

上式（5）经网络化简消去外网节点，得到等值方程如下：

$\left[\begin{array}{cc}{B}_{\mathrm{BB}}^{\′\mathrm{EQ}}& B_{\mathrm{BI}}^{\′}\\ B_{\mathrm{IB}}^{\′}& B_{\mathrm{II}}^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_B\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_I\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_B^{\mathrm{EQ}}\·\mathrm{\ΔP}\\ {\mathrm{\α}}_I\·\mathrm{\ΔP}\end{array}\right]---\left(6\right)$

式中， $B_{\mathrm{BB}}^{\′\mathrm{EQ}}=B_{\mathrm{BB}}^{\′}-B_{\mathrm{BE}}^{\′}{B}_{\mathrm{EE}}^{\′-1}{B}_{\mathrm{EB}}^{\′},$ ${\mathrm{\α}}_B^{\mathrm{EQ}}\·\mathrm{\ΔP}={\mathrm{\α}}_B\·\mathrm{\ΔP}-B_{\mathrm{BE}}^{\′}{B}_{\mathrm{EE}}^{\′-1}{\mathrm{\α}}_E\·\mathrm{\ΔP}.$

因为ΔP是标量，所以等值机组的等值分配系数可由下式计算：

${\mathrm{\α}}_B^{\mathrm{EQ}}={\mathrm{\α}}_B-B_{\mathrm{BE}}^{\′}{B}_{\mathrm{EE}}^{\′-1}{\mathrm{\α}}_E---\left(7\right)$

当外部系统被化简后，外网机组的缺额功率的分配系数按(7)式的关系等值地转移到边界等值机组上。这样，就可以对内网出现功率缺额的扰动给出较为正确的有功功率支援。与等值阻抗的计算方法类似，我们采用扩展矩阵 $\left[\begin{array}{c}{B}_{\mathrm{EE}}^{\′}\\ B_{\mathrm{BE}}^{\′}\end{array}\right]$ 为 $\left[\begin{array}{cc}{B}_{\mathrm{EE}}^{\′}& {\mathrm{\α}}_E\\ B_{\mathrm{BE}}^{\′}& {\mathrm{\α}}_B\end{array}\right]$ 然后对B′_EE进行Gauss消去方法进行计算。

在未来的等值日期断面进行网络等值中减少冗余计算的方法为：

在对96个断面进行外网等值的过程中，如果连续两个断面之间无开关刀闸状态的变化，则对后一个断面无需重新进行等值支路、发电机等值调频特性的求解（等值支路、发电机等值调频特性与前一个断面一样，不发生任何变化），只需根据发电计划、负荷预测数据，重新求解系统各节点电压幅值与相角，进而按照式（3）、（4）重新求解等值注入即可。

步骤S3中，对等值日期的断面的网络等值计算的结果按照扩展CIM标准或约定格式导出成等值文件，并利用上下级调度系统之间的数据通道将等值文件发送到省调，其中，上下级调度系统之间使用安全校核软件进行导出和获取，该安全校核软件可以根据用户设定对96个等值数据按照遵循IEC61970标准的XML文件格式或约定格式导出。如果采用遵循IEC61970标准的XML文件，可以方便不同软件厂家之间进行等值数据交换；如果采用约定格式文件，为上下级调度之间为同一厂家的软件提供了快速的导入导出选择，也减小了网络通讯的数据量。

使用XML文件对等值模型的描述方法包括：通过边界线路模型建立边界线路与TopologicalNode（逻辑节点）的对应关系；通过等值注入模型建立EquivalentSource（等值源）与TopologicalNode的对应关系；通过等值之路模型建立EquivalentBranch（等值支路）与TopologicalNode的对应关系；由各种设备与TopologicalNode的对应关系确定边界线路与等值注入、等值支路之间拓扑关系，确定等值支路的设备参数，得到XML文件格式的等值文件。

具体的，边界线路模型用ACLineSegment（交流线路）来描述，其域r和x分别表示边界线路的电阻和电抗，扩展域bch表示边界线路的全充电电纳。它包含有两个Terminal（端子）信息。在CIM标准中，Terminal信息包含了其对应的ConnectivityNode（物理节点）信息，ConnectivityNode信息中包含了TopologicalNode信息，建立起边界线路和TopologicalNode的对应关系。

等值注入模型用EquivalentSource来描述，扩展域pin、qin、voltage、snom来分别表示等值注入的有功注入、无功注入、机端电压、等值调频特性系数。它包含有一个Terminal信息，与交流线路模型类似，可以建立起EquivalentSource和TopologicalNode的对应关系。

等值支路模型用EquivalentBranch来描述，其域r和x分别表示等值支路的电阻和电抗。与ACLineSegment一样，它包含有两个Terminal信息，与交流线路模型类似可以建立起EquivalentBranch和TopologicalNode的对应关系。

等值支路设备参数为有名值，阻抗参数单位为欧姆，线路充电电纳单位为西门子；当等值支路两端节点所对应电压等级不一致时，其设备参数采用归算到其高压侧的有名值。

如图3所示为等值系统一个断面的实施例的拓扑结果示意图，其中，边界线路有7条，等值节点有5个，等值支路有6条。设边界线路数目为m，边界等值注入数目为n，则有：n≤m，即等值注入小于等于边界线路数目；在等值注入之间有等值支路，但不一定每两个等值注入之间都有等值支路，因而

步骤S4中省调通过安全校核软件获取96点外网等值模型，按照断面的时间分别匹配连接到96个省调模型中，具体的，省调安全校核软件对外网等值模型进行拼接的方法过程包括：

步骤S401，省调从与网调通讯的节点获取等值日期的96点等值文件。

步骤S402，对等值文件进行集中读取和解析，将解析好的数据存储到定义好的外网等值数据结构中。

步骤S403，针对一个断面，对省调模型的边界线路与网调发送的等值文件中包含的边界线路进行匹配检查；匹配检查成功，执行步骤S404；匹配检查不成功，则不进行外网模型拼接，只采用省调模型断面进行安全校核计算，并给出此断面边界线路匹配不成功的信息。

步骤S404，将省调模型中边界线路以外部分进行删除，按照边界线路对应关系，将网调下发外网等值模型中边界线路之外的部分进行拼接到省调的边界线路外部，形成带外网等值模型的及运行方式的计算模型。

如图4所示本发明提供的省调模型与网调下发的外网等值模型的切割与拼接示意图。

步骤S405，根据省调内网断面信息、边界线路潮流计划值信息，自动匹配外网等值注入的有功值，形成用于安全校核的带外网等值模型的潮流断面。

在省调安全校核时，其计划值数据不仅包含本系统发电机的发电计划，还包括边界联络线的关口计划。在进行外网等值模型拼接之后，边界联络线的潮流可能受外网模型的影响发生改变，这就需要在模型拼接之后，利用外网等值发电机有功的修正，对边界联络线有功潮流进行自动匹配。

假定边界联络线有m条，外网等值注入有n个，有：n≤m。假定对某个断面不进行边界线路潮流匹配的线路潮流值为PL_i（i＝1,2,…m），外网等值注入的有功分别为PG_i，（i＝1,2,…n），边界线路的有功计划值为Plan_i（i＝1,2,…m）。根据边界线路计划值与计算值的偏差ΔPL_i=Plan_i-PL_i（i＝1,2,…m），及边界线路有功对外网等值注入的灵敏度（设为，表示支路l有功对节点i注入有功的灵敏度），调节等值注入的有功值（调节量设为ΔPG_i，i＝1,2,…n），使得边界线路的潮流值与计划值匹配。

由支路有功对注入有功的灵敏度的概念，可以得出各边界线路有功变化量与各发电机调节量之间具有如下关系：

$\left\{\begin{array}{c}{S}_1^1\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_1+S_1^2\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_2+\·\·\·+S_1^n\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_n=\mathrm{\Δ}{\mathrm{PL}}_1\\ S_2^1\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_1+S_2^2\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_2+\·\·\·+S_2^n\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_n=\mathrm{\Δ}{\mathrm{PL}}_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ S_m^1\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_1+S_m^2\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_2+\·\·\·+S_m^n\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_n=\mathrm{\Δ}{\mathrm{PL}}_m\end{array}\right.---\left(8\right)$

在式(8)中，边界线路潮流差值ΔPL_i、边界线路有功对外网等值注入有功的灵敏度

可以方便求得，为已知量，未知数为等值注入的有功调节量ΔPG_i。当n＝m时，方程个数与未知数个数相等，只需求解此线性方程组即可求得ΔPG_i；当n＜m时，方程数个数大于未知量个数，则需要用最小二乘的方法计算ΔPG_i。

假定A为m×n维矩阵，其元素

（j＝1,2…m；i＝1,2…n）；X为n维行向量，其元素x_i＝ΔPG_i（i＝1,2…n），B为m维列向量，其元素为b_i＝ΔPL_i（j＝1,2…m）。则式(8)可改写为AX＝B，即：

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{11}{x}_1+a_{12}{x}_2+\·\·\·+a_{1n}{x}_n=b_1\\ a_{21}{x}_1+a_{22}{x}_2+\·\·\·+a_{2n}{x}_n=b_2\\ \·\\ \·\\ \·\\ a_{m1}{x}_1+a_{m2}{x}_2+\·\·\·+a_{\mathrm{mn}}{x}_n=b_m\end{array}\right.---\left(9\right)$

设最小二乘目标函数为：

g(x₁,x₂,…,x_n)＝(a₁₁x₁+a₁₂x₂+…+a_1nx_n-b₁)²

+(a₂₁x₁+a₂₂x₂+…+a_2nx_n-b₂)²                                    (10)

+…

+(a_m1x₁+a_m2x₂+…+a_mnx_n-b_m)²

由 $\∂g/\∂x_1=0,\∂g/\∂x_2=0,...\∂g/\∂x_n=0$ 可得：

A^TAX＝A^TB                                                      (11)

其中，A^T即为矩阵A的转置矩阵。

由以上过程，可得边界线路有功潮流自动匹配的计算步骤为：

步骤A，使用等值文件数据进行潮流计算，计算边界联络线的潮流值与计划值的偏差。

步骤B，如果边界联络线潮流与计划值偏差在给定范围之内，无需修正外网等值注入的有功值；否则，执行步骤C。

步骤C，计算边界联络线有功对外网等值注入节点有功的灵敏度。

步骤D，如果等值注入节点数目等于边界联络线数据，则按照公式(8)求解外网等值注入的有功修正量；如果等值注入节点数目小于边界联络线数据，则按照公式(11)求解外网等值注入的有功修正量。

步骤E，按照步骤D得出的有功修正量，修正外网等值注入的有功值，重新进行潮流计算，得到与边界联络线计划匹配的联络线潮流。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种电力系统的安全校核方法，其特征在于，所述安全校核方法包括：

步骤S1，根据需要确定未来的等值日期，在网调侧EMS能量管理系统中利用实时断面数据、所述等值日期的发电计划数据和母线负荷预报数据、从当前时间到所述等值日期的检修计划数据，形成所述等值日期的断面潮流；

步骤S2，根据所述断面潮流对所述等值日期的断面进行网络等值计算；

步骤S3，将所述等值日期的断面的网络等值计算的结果导出生成等值文件，将所述等值文件传输至省调；

步骤S4，所述省调侧获取所述等值文件后对所述等值文件进行解析，将解析后的数据存储到定义好的外网等值数据结构中，得到所述省调的外网等值模型，将省调模型与所述省调的外网等值模型进行拼接，生成带外网等值模型的潮流断面；

步骤S5，对所述步骤S4中生成的带所述外网等值模型的潮流断面进行安全校核计算。

2.如权利要求1所述的安全校核方法，其特征在于，所述步骤S1中形成所述等值日期的断面潮流的方法为：

根据所述发电计划数据生成所述等值日期的所述断面的发电机有功出力；

根据所述母线负荷预报数据生成所述等值日期的所述断面的负荷有功和无功；

在当前电力系统开关刀闸状态的基础上，根据所述检修计划数据修改所述开关刀闸的状态，形成所述等值日期所述断面的所述开关刀闸的运行方式。

3.如权利要求2所述的安全校核方法，其特征在于，所述步骤S1中，将发电机节点都设为PV节点进行所述等值日期所述断面的潮流计算，形成所述等值日期所述断面的基础潮流断面；

一天包含96个所述断面，所述步骤S2中：根据所述步骤S1得到的所述等值日期的所述96个断面的基础潮流断面，对所述96个断面的基础潮流断面分别进行网络等值计算，得到所述等值日期的96个等值数据；

所述PV节点的有功功率P和电压幅值V是给定的，所述发电机端电压采用计划数据或选择来自相似日的状态估计结果数据。

4.如权利要求1所述的安全校核方法，其特征在于，所述步骤S2中采用扩展WARD等值方法对所述等值日期的断面进行网络等值计算。

5.如权利要求1所述的安全校核方法，其特征在于，所述步骤S3中，对所述等值日期的断面的网络等值计算的结果按照扩展CIM标准或约定格式导出成所述等值文件，并利用上下级调度系统之间的数据通道将所述等值文件发送到所述省调；

所述上下级调度系统之间使用安全校核软件对所述等值文件进行导出和获取，所述安全校核软件根据用户设定对所述等值数据按照遵循IEC61970标准的XML文件格式或约定格式导出；

使用所述XML文件格式对等值模型的描述方法包括：通过边界线路模型建立边界线路与逻辑节点的对应关系；通过等值注入模型建立等值源与所述逻辑节点的对应关系；通过等值之路模型建立等值支路与所述逻辑节点的对应关系；由各种设备与所述逻辑节点的对应关系确定所述边界线路与所述等值注入、所述等值支路之间的拓扑关系，确定所述等值支路的设备参数，得到所述XML文件格式的所述等值文件。

6.如权利要求5所述的安全校核方法，其特征在于，

所述边界线路模型用交流线路来描述，所述边界线路模型的域r和x分别表示所述边界线路的电阻和电抗，扩展域bch表示所述边界线路的全充电电纳；所述边界线路模型包含有两个端子信息；所述端子信息包含了其对应的物理节点信息，所述物理节点信息中包含了所述逻辑节点信息，根据所述两个端子信息建立所述边界线路和所述逻辑节点的对应关系；

所述等值注入模型用等值源来描述，所述等值注入模型的扩展域pin、qin、voltage、snom分别表示所述等值注入的有功注入、无功注入、机端电压和等值调频特性系数；所述等值注入模型包含有一个端子信息，根据所述一个端子信息建立所述等值源和所述逻辑节点的对应关系；

所述等值支路模型用等值支路来描述，所述等值支路模型的域r和x分别表示所述等值支路的电阻和电抗；所述等值支路模型包含有两个端子信息，根据所述两个端子信息建立所述等值支路和所述逻辑节点的对应关系。

7.如权利要求5所述的安全校核方法，其特征在于，所述等值支路设备参数为有名值，阻抗参数单位为欧姆，线路充电电纳单位为西门子；当所述等值支路两端节点所对应电压等级不一致时，所述等值支路的设备参数采用归算到所述等值支路高压侧的有名值。

8.如权利要求1所述的安全校核方法，其特征在于，所述步骤S4中所述省调通过安全校核软件获取96点所述外网等值模型，按照所述断面的时间分别匹配连接到96个所述省调模型中；

所述步骤S4包括：

步骤S401，所述省调从与所述网调通讯的节点获取等值日期的96点所述等值文件；

步骤S402，对所述等值文件进行集中读取和解析，将解析好的数据存储到所述定义好的外网等值数据结构中；

步骤S403，针对一个所述断面，对所述省调模型的边界线路与所述网调发送的所述等值文件中包含的边界线路进行匹配检查；匹配检查成功，执行步骤S404；匹配检查不成功，则不进行所述外网等值模型拼接，并给出所述断面的所述边界线路匹配不成功的信息；

步骤S404，将所述省调模型中所述边界线路以外部分进行删除，按照所述边界线路对应关系，将所述网调下发的所述外网等值模型中所述边界线路之外的部分进行拼接到所述省调的所述边界线路外部，形成所述带外网等值模型的潮流断面；

步骤S405，根据所述省调内网断面信息、边界线路潮流计划值信息，自动匹配外网等值注入的有功值，形成用于安全校核的所述带外网等值模型的潮流断面。

9.如权利要求8所述的安全校核方法，其特征在于，所述步骤S405中所述自动匹配外网等值注入数据后进行潮流计算自动匹配边界联络线的联络线潮流，所述自动匹配边界联络线的联络线潮流的过程包括：

步骤A，使用所述等值文件数据进行潮流计算，计算所述边界联络线的潮流值与计划值的偏差；

步骤B，如果所述边界联络线潮流与计划值偏差在给定范围之内，无需修正所述外网等值注入的有功值；否则，执行步骤C；

步骤C，计算所述边界联络线有功对外网等值注入节点有功的灵敏度；

步骤D，如果所述等值注入节点数目等于所述边界联络线数据，则按照公式

$\left\{\begin{array}{c}{S}_1^1\mathrm{\Δ}{\mathrm{PG}}_1+S_1^2{\mathrm{\ΔPG}}_2+...+S_1^n{\mathrm{\ΔPG}}_n={\mathrm{\ΔPL}}_1\\ S_2^1{\mathrm{\ΔPG}}_1+S_2^2{\mathrm{\ΔPG}}_2+...+S_2^n{\mathrm{\ΔPG}}_n={\mathrm{\ΔPL}}_2\\ .\\ .\\ .\\ S_m^1{\mathrm{\ΔPG}}_1+S_m^2{\mathrm{\ΔPG}}_2+...S_m^n{\mathrm{\ΔPG}}_n={\mathrm{\ΔPL}}_m\end{array}\right.$

求解所述外网等值注入的有功修正量，式中，

分别为不同的边界联络线的边界线路有功对外网等值注入有功的灵敏度，ΔPG₁、ΔPG₂......ΔPG_n分别为不同的边界联络线的不同等值注入的有功调节量，ΔPL₁、ΔPL₂......ΔPL_m分别为不同的边界联络线的线路潮流差值；

如果等值注入节点数目小于所述边界联络线数据，则按照公式A^TAX＝A^TB求解所述外网等值注入的所述有功修正量，其中，矩阵A^T即为矩阵A的转置矩阵，所述矩阵A为m×n维矩阵，所述矩阵A的元素

j＝1,2…m，i＝1,2…n；所述矩阵X为n维行向量，所述矩阵X的元素x_i＝ΔPG_i，i＝1,2…n，B为m维列向量，其元素为b_i＝ΔPL_i，i＝1,2…m；

步骤E，按照所述步骤D得出的所述有功修正量，修正所述外网等值注入的有功值，进行潮流计算，得到与所述边界联络线计划匹配的所述联络线潮流。

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