CN103872681A - 一种基于主配网一体化的在线实时合环方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于主配网一体化的在线实时合环方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：网络建模；S02：主配网量测读取，获得合环潮流计算的初始断面数据；S03：环路搜索与相位校验；S04：合环潮流计算；S05：合环风险评估。分别在EMS系统和DMS系统中在线获取模型和实时数据，将计算结果通过信息交换总线进行交互，使得运行在DMS系统和能量管理系统的PAS服务器上的合环潮流计算单元或程序同时获得主网和配网的模型和数据进行交替迭代计算，大大提高了计算的精度，方便合环潮流计算单元或程序的运行和维护。

Description

一种基于主配网一体化的在线实时合环方法

技术领域

本发明涉及一种基于主配网一体化的在线实时合环方法。

背景技术

目前的合环操作往往根据运行人员的经验进行判断，但是上级高压供电系统结构和状态的改变，本级运行不容易完全掌握，这就使得目前的合环操作缺少有力的理论和分析，很容易出现判断偏差，造成跳闸。这无疑将增加停电次数，降低系统供电可靠性和经济性。

在线实时合环系统如果单独在EMS系统（电能管理系统：除了具有数据采集和监视控制（SCADA）基本功能外，还具有能对电网的安全和经济运行进行分析、计算、管理和控制的高级应用软件包PAS，PAS包括网络拓扑分析、状态估计、调度员潮流、负荷预测、自动发电控制和经济调度、安全控制和培训仿真系统等）中建模计算，就无法获得DMS系统（配电管理系统）中的模型和数据，导致计算存在较大的误差。如果单独在DMS系统中建模计算，又得不到EMS系统中的模型和数据，同样导致较大的计算误差。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于主配网一体化的在线实时合环方法，分别在EMS系统和DMS系统中在线获取模型和实时数据，将计算结果通过信息交换总线进行交互，使得运行在DMS系统和能量管理系统（EMS系统）的PAS服务器上的合环潮流计算单元或程序同时获得主网和配网的模型和数据进行交替迭代计算，大大提高了计算的精度，同时方便合环潮流计算单元或程序的运行和维护。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于主配网一体化的在线实时合环方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01：网络建模：配电自动化系统从EMS系统导入主网模型，从PMS系统或者GIS系统导入10kV配网模型，将主网、配网模型拼接，构建一体化的主配网物理模型，自动拓扑搜索将物理模型转换为计算模型；

S02：主配网量测读取，获得合环潮流计算的初始断面数据；

S03：环路搜索与相位校验：根据PAS应用实时数据库中的合环参数和电网运行方式，主网自动拓扑搜索获得合环环路的拓扑信息，并对环路内的拓扑连接关系和变压器支路接线方式的相位进行校验，直到拓扑搜索到最短合环路径；

S04：合环潮流计算：主网EMS系统计算合环端口的阻抗并传送至配网合环潮流计算单元，配网拓扑自动搜索后进行合环前初始潮流计算至迭代收敛，得到联络开关两侧的电压矢量差，计算出联络开关的合环稳态电流和合环冲击电流值，同时，计算合环冲击潮流在其它支路设备上的分布，即计算出其它支路开关在合环瞬间的电流值；

具体为：稳态潮流计算单元将合环冲击电流的影响等效为合环支路两端的逻辑母线的有功和无功的注入量的变化，即将合环支路断开，在合环支路的首末端对注入量分别增加和减少合环冲击电流的数值，计算出合环冲击电流对整个系统的其它支路设备的影响，直到收敛为止；

S05：合环风险评估：合环潮流计算结束后，判定系统是否有合环时冲击电流超过开关保护动作情况，如果有，则系统给出此次合环不合理的警告，否则可以进行合环操作。

在进行合环操作时，可能产生较大的环流，这将直接影响到电网的安全稳定运行。在强大的EMS系统和DMS系统基础之上，在配电自动化系统读取配网的模型和量测数据进行合环前和合环后潮流计算分析，合环潮流计算所需的主网侧端口等值阻抗和10kV站内母线电压相角由EMS系统计算，配电自动化系统合环潮流计算单元或程序向EMS系统接口发出计算请求，EMS系统收到计算请求则调用潮流计算程序并将计算结果发送给配电自动化系统合环潮流计算单元或程序，实现基于主配网模型一体化计算，大大提高了计算的精度，同时方便合环潮流计算单元或程序的运行和维护。

优选当整个系统没有合环时冲击电流超过开关保护动作情况时，系统对合环时电流和开关保护动作电流的比值做排序，给出系统合环时将会出现的危险点。有助于运行人员对地区电力网络进行恰当的调整，将为调度运行方式提供理论参考，并可辅助进行决策，从而保证用户利益，减少停电损失。

本发明的有益效果是：分别在EMS系统和DMS系统中在线获取模型和实时数据，将计算结果通过信息交换总线进行交互，使得运行在DMS系统和能量管理系统的PAS服务器上的合环潮流计算单元或程序同时获得主网和配网的模型和数据进行交替迭代计算，大大提高了计算的精度，方便合环潮流计算单元或程序的运行和维护。

附图说明

图1是本发明一种基于主配网一体化的在线实时合环方法的流程图；

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种基于主配网一体化的在线实时合环方法，包括如下步骤：

S01：网络建模：配电自动化系统从EMS系统导入主网模型，从PMS系统（生产管理系统）或者GIS系统导入10kV配网模型，将主网、配网模型拼接，构建一体化的主配网物理模型，自动拓扑搜索将物理模型转换为计算模型。

模型分为物理模型和计算模型，物理模型分为面向用户的关系模型和面向分析的层次模型，计算模型是形成电路结构特点的模型。网络建模实现了关系模型向层次模型的映射。在物理建模过程中，实现多区域主网模型数据与配网模型数据的拼接。其中物理建模可以准确、完整、高效的描述配电网模型中的所有电气元件及其连接关系和参数。

网络建模包括模型的导入和模型的拼接，其中：

模型的导入：模型的建立是建立源设备与内部设备的映射关系，建立内部设备间的层次形映射关系。基于IEC61970CIM标准模型按照电力系统资源的层次结构组成设备模型形成若干个类。一个设备类型定义一个类，一个设备即为一个独立的类对象，每个设备形成一个二维关系表，关系表存放在关系数据库中。

模型的拼接：模型在从PMS系统或者GIS系统导入到配电自动化系统时，就将主、配网模型拼接起来，形成完整的拓扑连接关系。所有设备表和参数表，计算结果表都存放在商用数据库中，商用数据库的具体介绍可参见http://wenku.baidu.com/link?url=GZt4t543m2cxe15FLPYpFOhfV-7B5X3DuvI3 57_tSUY0VWElDt_xjJRe5KhIKSkHmz5U-5cTEaHOL7OI_xt1b1GcuJYmMopi4z17Kkn7 6Vi，在此不再赘述。服务端使用某些表时，将存放在数据服务器上的商用库中的设备信息下装到各个应用服务器上，并建立实时数据库。

拓扑分析类是配网分析应用软件的公共模块，既可作为一个独立的应用，也可为其他应用提供初步分析结果做进一步分析。其主要功能在于通过分析配电网各个电气元件的连接关系和运行方式确定实时网络结构。网络拓扑实现物理模型向计算模型的转换：将零阻抗支路如母线、开关、刀闸、负荷等设备在同电压节点合并为一个节点，将非零阻抗支路如变压器、线路等设备处理为支路，最终形成只有节点和支路的抽象数学计算模型。当系统检测到开关状态发生变化时就会自动触发模型转换功能。EMS系统中网络拓扑部分的开发是利用SS40的层次库模型，DMS系统中网络拓扑部分的开发是形成动态库调用。网络拓扑形成原始模型信息，建立源设备与内部设备映射，静态设备连接关系，动态设备连接关系。

配电自动化系统模型范围覆盖主网以及配网，包括10kV配网图模数据及EMS系统上级电网图模数据。10kV配网图模数据从PMS系统或者GIS系统获取，主网模型从EMS获取，在配电自动化系统完成主、配网模型的拼接以及模型动态变化管理功能，构建完整的配网分析应用模型。

S02：主配网量测读取：EMS系统和DMS系统状态估计、潮流计算等高级应用，为合环潮流计算系统提供了良好的基础条件。合环潮流计算系统的初始断面数据（断面数据是电力网络在某一个时刻点所有的设备量测数据和开关状态数据）可以来源于实时状态估计模块，也可以来源于潮流计算模块，还可以来源于历史数据断面。

历史数据断面可以从CASE管理系统中获取，也可以通过信息交换总线从生产管理系统（PMS系统）获取中压配电网（包括10kV、20kV）的相关设备参数、配网负荷历史数据和历史曲线。同时从生产管理系统（PMS）或电网GIS平台获取中压配电网（包括10kV、20kV）的馈线电气单线图、网络拓扑等。也可以通过信息交换总线从上一级调度(一般指地区调度)自动化系统获取高压配电网（包括35kV、110kV）的网络拓扑、相关设备参数、实时数据和历史数据，利用E语言取得主配网数据存放到配网实时数据库中。由合环程序（前面所有功能模块即所有跟合环操作、计算等相关的程序集合统称为合环程序，包括拓扑分析和合环潮流计算）根据需要从实时数据库中读取模型数据建立配网模型，读取设备连接关系形成拓扑搜索，读取实时数据参与潮流计算。由于合环潮流需要合环开关两侧系统侧端口阻抗，如果将主网模型数据和图形数据导入到配网计算，工作量大，数据维护不方便，因此采用在主网EMS中布置程序（即主网端口等值阻抗计算接口程序），在主网中计算然后将计算结果传送给配网合环潮流程序进行合环潮流计算。既保证计算的准确性，又利于程序维护，使用方便。

S03：环路搜索与相位校验：

为了提高系统整体的安全性，需要根据PAS应用实时数据库中的合环参数和电网运行方式，主网自动拓扑搜索获得合环环路的拓扑信息，并对环路内的拓扑连接关系和变压器支路接线方式的相位进行校验，直到拓扑搜索到最短合环路径。

优选先进行拓扑连接关系校验：

a)连接关系检查包括：无节点号、节点号错误、节点空挂。

b)参数检查包括缺少参数、参数错误、参数偏离正常值等。

c)检验结果分为严重（错误）和非严重（告警），存在错误时不能复制给状态估计。无论是否严重，都要找一下原因。

可以按照厂站、校验类型、是否严重进行排序，校验无误后进行下一步的校验，否则返回步骤S01。

合环拓扑搜索：

按照联络开关进行全网拓扑搜索，在搜索过程中从实时数据库中读取线路参数和配网变压器及其配网负荷的功率值。如果搜索到环网，则环网存在，如果搜索不到则提示环网不存在。

变压器绕组接线方式相位校验：

相序、相位一致是同一个电源的两路出线或环网之间的合环的必要条件。不经相序、相位检验进行合环操作，会给系统带来严重的冲击。所以，所有10kV开关的开环点，都必须经过“相序、相位”的检查，即保证开环点两侧电源的各相正确对应，并且参与合环变压器的连接组别保持一致。对于环内变压器绕组的接线方式，合环潮流计算模块会进行校验，如果存在环内的相位差，则系统会给出不合理提示。

S04：合环潮流计算：主网EMS系统计算合环端口的阻抗并传送至配网合环潮流计算单元，配网拓扑自动搜索后进行合环前初始潮流计算至迭代收敛，得到联络开关两侧的电压矢量差，计算出联络开关的合环稳态电流和合环冲击电流值，同时，计算合环冲击潮流在其它支路设备上的分布，即计算出其它支路（其它支路即与合环路径有电气连接的支路）开关在合环瞬间的电流值，具体的计算步骤可参见现有技术。

稳态潮流计算单元将合环冲击电流的影响等效为合环支路两端的逻辑母线的有功和无功的注入量的变化，即将合环支路断开，在合环支路的首末端对注入量分别增加和减少合环冲击电流的数值，计算出合环冲击电流对整个系统的其它支路设备的影响，直到迭代收敛为止。

合环操作将引起原供电电源区域的潮流变化，为了保证电网运行的安全性，有必要进行合环潮流计算，以检验相关支路的潮流其有功、无功、电流的数值以及母线电压是否越限。合环潮流计算单元或程序给出开关合闸时的最大合环冲击电流、合环稳态电流并分析安全校验的结果。

S05：合环风险评估：合环潮流计算结束后，判定系统是否有合环时冲击电流超过开关保护动作情况，如果有，则系统给出此次合环不合理的警告，否则可以进行合环操作。当整个系统没有合环时冲击电流超过开关保护动作情况时，系统对合环时电流和开关保护动作电流的比值做排序，给出系统合环时将会出现的危险点。有助于运行人员对地区电力网络进行恰当的调整，将为调度运行方式提供理论参考，并可辅助进行决策，从而保证用户利益，减少停电损失。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于主配网一体化的在线实时合环方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01：网络建模：配电自动化系统从EMS系统导入主网模型，从PMS系统或者GIS系统导入10kV配网模型，将主网、配网模型拼接，构建一体化的主配网物理模型，自动拓扑搜索将物理模型转换为计算模型；

S02：主配网量测读取，获得合环潮流计算的初始断面数据；

S03：环路搜索与相位校验：根据PAS应用实时数据库中的合环参数和电网运行方式，主网自动拓扑搜索获得合环环路的拓扑信息，并对环路内的拓扑连接关系和变压器支路接线方式的相位进行校验，直到拓扑搜索到最短合环路径；

S04：合环潮流计算：主网EMS系统计算合环端口的阻抗并传送至配网合环潮流计算单元，配网拓扑自动搜索后进行合环前初始潮流计算至迭代收敛，得到联络开关两侧的电压矢量差，计算出联络开关的合环稳态电流和合环冲击电流值，同时，计算合环冲击潮流在其它支路设备上的分布，即计算出其它支路开关在合环瞬间的电流值；

S05：合环风险评估：合环潮流计算结束后，判定系统是否有合环时冲击电流超过开关保护动作情况，如果有，则系统给出此次合环不合理的警告，否则可以进行合环操作。

2.根据权利要求1所述的一种基于主配网一体化技术的在线实时合环方法，其特征在于，在步骤S05中，当系统没有合环时冲击电流超过开关保护动作情况时，系统对合环时电流和开关保护动作电流的比值做排序，给出系统合环时将会出现的危险点。

3.根据权利要求1所述的一种基于主配网一体化技术的在线实时合环方法，其特征在于，在步骤S02中，合环潮流计算的初始断面数据来源于实时状态估计单元或潮流计算单元或历史数据断面。

4.根据权利要求3所述的一种基于主配网一体化技术的在线实时合环方法，其特征在于，在步骤S02之后还包括拓扑连接关系校验，当校验无误后进行步骤S03，否则返回步骤S01。