CN104091014A - 一种基于时间序列的电网潮流仿真控制方法 - Google Patents

一种基于时间序列的电网潮流仿真控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，包括以下步骤：进行潮流计算；记录潮流存储信息；进行潮流控制；装载潮流断面信息；对潮流断面信息进行分析并显示。本发明提供的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，能够解决传统的电网潮流分析软件缺乏对连续时间序列潮流控制及设备连续时间信息的可视化展示的缺点，实现了连续潮流数据的可控制、可观察、可分析。

Description

一种基于时间序列的电网潮流仿真控制方法
技术领域
本发明电力系统仿真技术领域，具体涉及一种基于时间序列的电网潮流仿真控制方法。
背景技术
在对含有分布式电源(Distributed Energy Resources，DER)的主动式配电网(ActiveDistribution Networks，ADN)进行仿真模拟时，由于DER的出力具有不稳定性及间歇性的特点，在对电网进行仿真分析时需要对一些特定连续时间内的潮流进行动态分析，挖掘含有多种DER的AND网络运行的特点及规律。但由于传统电力系统仿真计算的连续及实时性的特点，其仿真输出的潮流断面信息并不带时标，在对电网仿真分析时往往只能观察到某一实时断面的潮流信息，很难对一系列连续时间潮流数据进行可控且可视化观察，难以满足AND网络特性分析的需要，需要研究一种新的仿真潮流控制分析方法。
电力系统数据标记语言——E语言规范(以下简称“E语言”)是在IEC61970–301电力系统公用数据模型CIM(Common Information Model)的面向对象抽象基础上，将电力系统传统的面向关系的数据描述方式与面向对象的CIM相结合，既保留了面向关系方法的高效率，继承了其长期的研究成果，又吸收了面向对象方法的优点(如类的继承性等)，具有简洁、高效和适用于电力系统的特点。利用其特点，仿真系统可以方便的输出并记录带时标的潮流断面数据，可以很好的解决连续时间序列的电网潮流断面数据的记录问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，能够解决传统的电网潮流分析软件缺乏对连续时间序列潮流控制及设备连续时间信息的可视化展示的缺点，实现了连续潮流数据的可控制、可观察、可分析。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：进行潮流计算；
步骤2：记录潮流存储信息；
步骤3：进行潮流控制；
步骤4：装载潮流断面信息；
步骤5：对潮流断面信息进行分析并显示。
所述步骤1中，读入配电网CIM模型，装载分布式电源的运行特性、负荷特性和区域特性，主动式配电网潮流仿真控制系统按照连续时间顺序依次对分布式电源进行潮流计算。
所述分布式电源包括发电设备和储能装置，所述发电设备包括风力发电设备、光伏发电设备、火力发电设备和水力发电设备，所述储能装置包括蓄电池储能装置、蓄冰储能装置和飞轮储能装置等。
(1)所述风力发电设备的运行特性包括风机的发电出力特性和风机与电网电能交换特性；
风机的发电出力特性具体为考虑风机所处地理环境，结合数值气象预报数据考虑实时风速和风向的变化时风机的发电出力特性；
风机与电网电能交换特性具体为考虑风机启动、运行和停机状态改变期间风机与电网电能交换特性；
(2)光伏发电设备的运行特性具体为考虑光伏发电设备的安装地理环境、季节、天气及时间因数对光照强度的影响情况下光伏设备的发电出力特性；
(3)火力发电设备的运行特性具体为不受天气、季节及时间影响的配电网络中的自备柴油发电机、燃气发电机组的发电出力特性；
(4)水力发电设备的运行特性具体为受降雨和区域水流影响，无大坝支撑的小型水电机组的发电出力特性；
(5)储能装置的运行特性具体为在用电低谷期间进行储能，用电高峰期间释放能量具有消峰填谷功能的可控储能系统的运行特性。
负荷特性包括柔性负荷特性和用电负荷特性；区域特性包括地理信息、气象信息和仿真时间。
所述步骤2中，主动式配电网潮流仿真控制系统将每个潮流断面按E语言规范的要求依次进行存储，形成时间序列的潮流断面流文件。
所述步骤3中，利用主动式配电网潮流仿真控制系统选择需要分析观察的潮流数据，按分析控制策略依次提取相应的潮流断面数据。
所述分析控制策略包括时间控制、ADN设备定制、控制暂停、控制回退和控制重演。
所述ADN设备包括分布式电源、柔性负荷、用电负荷和配电网输电设备。
所述步骤4包括以下步骤：
步骤4-1：实时下装步骤3中分析控制策略所控制的当前潮流断面以至实时数据库中，为人机界面分析显示模块提供实时潮流断面数据，并实时更新潮流断面数据；
步骤4-2：将以ADN设备为对象的指定时间段的信息数据下装至人机界面分析显示模块的指定位置。
所述步骤5中，通过人机界面分析显示模块对潮流断面信息进行分析，并将分析结果进行可视化显示，显示的方式包括潮流图、能效地图、曲线图、饼图和棒图等。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)解决带时标的潮流断面数据流的存储问题，实现连续时间序列潮流数据的时序化、文件化的大容量存储；
2)实现连续时间序列潮流断面数据的灵活控制管理，满足分析人员对连续潮流数据的灵活调用的需求；
3)解决传统的电网潮流分析软件缺乏对连续时间序列潮流控制及设备连续时间信息的可视化展示的缺点，实现了连续潮流数据的可控制、可观察、可分析。
附图说明
图1是基于时间序列的电网潮流仿真控制数据流示意图；
图2是基于E语言规范的潮流断面数据结构图；
图3是本发明实施例1中连续潮流数据输出流程图；
图4是本发明实施例1中连续潮流数据控制流程图；
图5是本发明实施例1中连续潮流的人机显示流程图；
图6是本发明实施例2中交互式动态潮流运行逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，本发明提供一种基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：进行潮流计算；
步骤2：记录潮流存储信息；
步骤3：进行潮流控制；
步骤4：装载潮流断面信息；
步骤5：对潮流断面信息进行分析并显示。
所述步骤1中，读入配电网CIM模型(模型类别定义参加表1)，装载分布式电源的运行特性、负荷特性和区域特性，主动式配电网潮流仿真控制系统按照连续时间顺序依次对分布式电源进行潮流计算。
所述分布式电源包括发电设备和储能装置，所述发电设备包括风力发电设备、光伏发电设备、火力发电设备和水力发电设备，所述储能装置包括蓄电池储能装置、蓄冰储能装置和飞轮储能装置。
(1)所述风力发电设备的运行特性包括风机的发电出力特性和风机与电网电能交换特性；
风机的发电出力特性具体为考虑风机所处地理环境，结合数值气象预报数据考虑实时风速和风向的变化时风机的发电出力特性；
风机与电网电能交换特性具体为考虑风机启动、运行和停机状态改变期间风机与电网电能交换特性；
(2)光伏发电设备的运行特性具体为考虑光伏发电设备的安装地理环境、季节、天气及时间因数对光照强度的影响情况下光伏设备的发电出力特性；
(3)火力发电设备的运行特性具体为不受天气、季节及时间影响的配电网络中的自备柴油发电机、燃气发电机组的发电出力特性；
(4)水力发电设备的运行特性具体为受降雨和区域水流影响，无大坝支撑的小型水电机组的发电出力特性；
(5)储能装置的运行特性具体为在用电低谷期间进行储能，用电高峰期间释放能量具有消峰填谷功能的可控储能系统的运行特性。
负荷特性包括柔性负荷特性和用电负荷特性；区域特性包括地理信息、气象信息和仿真时间。
所述步骤2中，主动式配电网潮流仿真控制系统将每个潮流断面按E语言规范(存储格式参见图2)的要求依次进行存储，形成时间序列的潮流断面流文件。
所述步骤3中，利用主动式配电网潮流仿真控制系统选择需要分析观察的潮流数据，按分析控制策略依次提取相应的潮流断面数据。
所述分析控制策略包括时间控制、ADN设备定制、控制暂停、控制回退和控制重演。
所述ADN设备包括分布式电源、柔性负荷、用电负荷和配电网输电设备。
所述步骤4包括以下步骤：
步骤4-1：实时下装步骤3中分析控制策略所控制的当前潮流断面以至实时数据库中，为人机界面分析显示模块提供实时潮流断面数据，并实时更新潮流断面数据；
步骤4-2：将以ADN设备为对象的指定时间段的信息数据下装至人机界面分析显示模块的指定位置。
所述步骤5中，通过人机界面分析显示模块对潮流断面信息进行分析，并将分析结果进行可视化显示，显示的方式包括潮流图、能效地图、曲线图、饼图和棒图。
主动式配电网潮流仿真控制系统是为实现含大量分布式电源的配电网络的模拟仿真、特性分析的仿真分析控制系统，该系统充分考虑主动配电网中的各种DER、柔性负荷与ADN所处环境、气候、时间等因数的关联特性，利用仿真计算模块对指定时间区间的电网进行连续时间仿真计算，同时输出并记录带时标的连续潮流断面数据流文件；通过潮流控制模块提取所需分析时段的连续潮流数据并与实时数据库、人机界面分析显示模块协同配合共同实现连续时间序列潮流信息的可视化展示，满足AND网络分析的需要。
表1
E文件标识 程序Enum标识 说明 备注
Scenario seinfo_st 场景 环境类
PRGINFO prginfo_st 程序执行信息 控制类
Solar_P solar_p_st 光伏模型 模型类
Solar_Data solar_st 光伏数据 数据类
WT_P wt_p_st 风机模型 模型类
WT_Data wt_st 风机数据 数据类
Battery_P battery_p_st 电池模型 模型类
Battery_Data battery_st 电池数据 数据类
Line_P ln_p_st 线路模型 模型类
Line_Data acline_st 线路数据 数据类
Transr_P transformer_p_st 变压器模型 模型类
Trans_Data transformer_st 变压器数据 数据类
Capa_P cp_p_st 电容器模型 模型类
Capa_Data cp_s_st 电容器数据 数据类
Load_P load_p_st 负荷模型 模型类
Load_Data load_st 负荷数据 数据类
Bus_P bus_p_st 母线模型 模型类
Bus_Data bus_st 母线数据 数据类
Switch_P swich_p_st 开关模型 模型类
Switch_Data swich_st 开关数据 数据类
Station substation_st 站 环境类
Zone zone_st 区域 环境类
本发明充分考虑了对单纯仿真结果分析及在特定断面伴随外界扰动情况下的实时仿真分析两种情况的协调控制策略，能解决电网潮流仿真运行过程中潮流数据的时序控制难题，同时解决了相对传统电网潮流数据分析软件交互界面缺乏的问题。针对以上两种情况设计如下两种实施例：
实施例1：连续潮流控制分析方法
该方法适用于不加外部扰动的连续时间序列电网潮流数据的分析，其包括如下步骤：
第一步：建立含DER的AND网络模型，采用潮流计算软件按时序输出潮流断面数据。带时序的潮流数据的输出工作流程参见图3，其包括如下几个部分。
(1)数据输入：数据的输入包括AND模型、DER模型、负荷模型、AND所处地点的环境模型及时间模型。根据AND网络的特点DER模型与负荷模型的输出特性随与AND网络所处环境及仿真的时间变化而改变。
(2)潮流计算：潮流以初始断面数据为基础，根据仿真时间的变换获取当前环境特征、负荷特征及DER特征情况，实现当前电网潮流分布计算。
(3)数据存储：数据的存储分实时数据存储及历史数据存储两部分。I/O程序将潮流技术的程序写入实时数据库作为下一时段潮流计算的初始断面，同时I/O程序将含时标的基于E语言规范的断面数据存入历史数据包中。
(4)连续时间断面数据输出机制：连续时间断面计算的控制主要通过时间模型策略来实现，每次潮流计算前，该模块将上次潮流时间基础上按指定的时间步长进行自加，结合DER模型、负荷模型的变换再次进行潮流计算，输出新的断面数据，以此得以循环。
第二步：针对步骤1输出的含时标的断面历史数据，设计潮流控制软件，进行关键数据的抽取，为可视化人机分析提供关键数据，实现时间序列电网潮流断面的可控性。其工作流程参见图4，包括如下功能。
(1)控制策略的制定：根据AND网络分析的需要，分析人员可以灵活定制分析所需的时长、指定详细分析对象、潮流播放步长等策略，系统可根据定制的策略实现关键数据的抽取。
(2)控制功能的设定：控制功能具有时序数据的常规控制功能，可以实现动态潮流的暂停、播放、回退、重演及拖拽等功能
(3)关键数据的输出：根据(1)与(2)的控制策略，读取断面历史数据，抽取并输出所指定的关键数据。输出数据的数据包括实时断面及设备历史数据两种类型。实时断面主要为控制器指定的当前断面数据，设备历史数据主要包括控制策略中所指定的设备在指定时间段范围内的带时标的连续历史数据。
第三步：基于时间序列电网潮流断面的可视化显示及分析参见图5，人机程序读取第二步中输出的关键数据，可以对AND电网各种信息进行灵活可视化展示。
(1)通过刷新实时数据实现潮流断面的动态显示、能效地图等展示方式动态变化；
(2)通过设备历史数据实现历史曲线分析、设备动态运行展示等功能。
实施例2：交互式实时仿真分析
该方法适用于基于特定潮流断面并增加了外部扰动(故障、异常、天气突变等)情况下的仿真分析，其控制方法流程参见图6。该方法的特点是用户可以指定历史断面中的某一特定潮流断面作为初始断面，在外加扰动的情况下对特殊状况下的电网运行情况进行仿真分析，其步骤如下：
第一步：利用潮流控制模块定制仿真初始断面、仿真时长、仿真步长等策略信息。
第二步：利用潮流控制模块从历史断面数据中获取指定断面数据，并将该断面时间作为仿真的初始潮流写入实时数据库中。
第三步：从连续时间断面历史数据中抽取DER、负荷、时间及环境等特征信息，作为原始参数传入仿真计算模块。
第四步：人机程序从实时数据库中读取数据，根据潮流控制模块的策略对潮流信息进行动态可视化展示。
第五步：操作人员通过人机界面分析显示模块对当前仿真电网进行故障设置、异常设置、遥控操作等多种扰动策略的定制。
第六步：仿真计算模块接受到外部扰动策略后根据实际设备的物理特性响应动作、潮流计算，并将计算结果作为下一次潮流的初始数据写入实时数据库，同时生成新的连续时间序列的动态潮流数据并存储，以此循环。
第七步：利用实施例1中的方法对新生成的连续时间序列潮流进行分析。
通过上述实施步骤，可以对基于时间顺序的电网潮流数据进行灵活控制，满足电网运行特性的分析。
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，所属领域的普通技术人员参照上述实施例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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：进行潮流计算；
步骤2：记录潮流存储信息；
步骤3：进行潮流控制；
步骤4：装载潮流断面信息；
步骤5：对潮流断面信息进行分析并显示。
2.根据权利要求1所述的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：所述步骤1中，读入配电网CIM模型，装载分布式电源的运行特性、负荷特性和区域特性，主动式配电网潮流仿真控制系统按照连续时间顺序依次对分布式电源进行潮流计算。
3.根据权利要求2所述的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：所述分布式电源包括发电设备和储能装置，所述发电设备包括风力发电设备、光伏发电设备、火力发电设备和水力发电设备，所述储能装置包括蓄电池储能装置、蓄冰储能装置和飞轮储能装置。
4.根据权利要求3所述的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：
(1)所述风力发电设备的运行特性包括风机的发电出力特性和风机与电网电能交换特性；
风机的发电出力特性具体为考虑风机所处地理环境，结合数值气象预报数据考虑实时风速和风向的变化时风机的发电出力特性；
风机与电网电能交换特性具体为考虑风机启动、运行和停机状态改变期间风机与电网电能交换特性；
(2)光伏发电设备的运行特性具体为考虑光伏发电设备的安装地理环境、季节、天气及时间因数对光照强度的影响情况下光伏设备的发电出力特性；
(3)火力发电设备的运行特性具体为不受天气、季节及时间影响的配电网络中的自备柴油发电机、燃气发电机组的发电出力特性；
(4)水力发电设备的运行特性具体为受降雨和区域水流影响，无大坝支撑的小型水电机组的发电出力特性；
(5)储能装置的运行特性具体为在用电低谷期间进行储能，用电高峰期间释放能量具有消峰填谷功能的可控储能系统的运行特性。
5.根据权利要求3所述的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：负荷特性包括柔性负荷特性和用电负荷特性；区域特性包括地理信息、气象信息和仿真时间。
6.根据权利要求1所述的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：所述步骤2中，主动式配电网潮流仿真控制系统将每个潮流断面按E语言规范的要求依次进行存储，形成时间序列的潮流断面流文件。
7.根据权利要求1所述的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：所述步骤3中，利用主动式配电网潮流仿真控制系统选择需要分析观察的潮流数据，按分析控制策略依次提取相应的潮流断面数据。
8.根据权利要求6所述的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：所述分析控制策略包括时间控制、ADN设备定制、控制暂停、控制回退和控制重演。
9.根据权利要求7所述的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：所述ADN设备包括分布式电源、柔性负荷、用电负荷和配电网输电设备。
10.根据权利要求1所述的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：所述步骤4包括以下步骤：
步骤4-1：实时下装步骤3中分析控制策略所控制的当前潮流断面以至实时数据库中，为人机界面分析显示模块提供实时潮流断面数据，并实时更新潮流断面数据；
步骤4-2：将以ADN设备为对象的指定时间段的信息数据下装至人机界面分析显示模块的指定位置。
11.根据权利要求1所述的基于时间序列的电网潮流仿真控制方法，其特征在于：所述步骤5中，通过人机界面分析显示模块对潮流断面信息进行分析，并将分析结果进行可视化显示，显示的方式包括潮流图、能效地图、曲线图、饼图和棒图。
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