CN104598671B - 一种基于在线数据的数字电网构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于在线数据的数字电网构建方法，包括基于在线数据的电网基础数据构建、电网图形构建和电网仿真计算数据构建，即通过对在线SCADA/EMS系统维护和产生的电网模型数据、图形数据和状态估计后电网数据进行转换处理，生成仿真分析用的数字电网的电网基础数据、图形和仿真计算数据。本发明提供的技术方案解决了与在线运行实际情况一致的电网仿真数据的构建问题，实现了基于在线数据的数字电网构建，从而为在线运行电网仿真分析提供了数据基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统仿真领域中的数字电网构建方法，具体讲涉及一种基于在线数据的数字电网构建方法。
背景技术
电力系统的发展使得其运行复杂程度提高，进一步导致了方式专业工作任务被推到了调度生产一线，基于在线数据的电网仿真分析需求越来越强烈。目前在线scada/EMS系统对整个电网进行了建模和参数维护，形成了较为完整的在线稳态数据，同时，离线分析专业出于电网分析计算需求，对整个电网维护了一套适用于计算分析用的电网计算数据，包括静态和动态参数，建模更为详细。利用scada/EMS系统维护和产生的电网在线数据和电网离线分析专业维护的离线数据，通过一定的转换和加工处理来产生反映电网在线实际运行情况的仿真计算用的电网数据，并在此基础上构建分析推演用的数字电网，是本方法的背景技术。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种基于在线数据的数字电网构建方法，该方法从在线数据获取、转换以及数字电网中的电网基础数据、电网图形和电网仿真计算数据构建方面介绍了具体的构建方法和数据转换处理，实现了基于在线数据的数字电网构建，从而为在线运行电网分析计算提供了数据基础。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种基于在线数据的数字电网构建方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
(1)获取在线数据；
(2)构建电网基础数据；
(3)构建电网图形；
(4)构建电网仿真计算数据。
进一步地，所述步骤(1)中，在线数据存储在调度自动化系统D5000中，其中：CIM/E文件对应的是电网基础数据，CIM/G文件对应的是电网图形数据，QS文件对应的是电网状态估计结果数据，通过数据接口从调度自动化系统D5000中获取构建仿真数字电网用的在线数据；
所述在线数据包括：
1)电网物理模型数据CIM/E和电网图形CIM/G文件：
通过调度自动化系统D5000的数据接口程序，从调度自动化系统D5000中获取当前或历史的电网物理模型，用于构建电网的基础数据和图形；
2)状态估计后的电网运行数据断面：
通过调度自动化系统D5000的数据接口程序，获取电网运行数据断面QS(E格式)文件，并整合离线计算数据，用于构建数字电网的运行方式数据和计算模型数据；其中QS文件包括电网设备的稳态运行数据、计算拓扑数据和设备归属数据。
进一步地，所述数据接口程序用于：
①文件交换：
对于文件格式的数据，包括调度自动化系统D5000中CIM/E格式的当前及历史电网模型、G格式图形文件和E格式的状态估计结果数据文件，采用远程拷贝或文本传输协议ftp并通过数据传输通道，从D5000平台送到需要构建仿真分析用数字电网的系统所在的机器上。
②数据转换：
从调度自动化系统D5000获取的数据和图形文件，通过转换处理得到仿真分析用数字电网所需的数据和图形；在G格式图形文件转换处理时，确定图形设备id和设备名称的对应关系信息，CIM/E中的ID和G格式的ID做映射处理。
进一步地，所述步骤(2)中，电网基础数据描述电网的基本组成，包括设备基本参数以及设备的连接关系，设备类型包括物理母线、发电机、负荷、变压器、并联电容电抗器、交流线、直流线、串联电容电抗器、开关和刀闸；其中物理母线基本参数包括电压等级、所属厂站和所属分区；发电机基本参数包括所连节点、额定容量和额定出力；负荷基本参数包括所连节点和负荷类型；变压器基本参数包括所连节点、绕组连接方式、阻抗、激磁电导、激磁电纳、短路损耗、短路电压百分比、空载损耗、空载电流百分比和抽头信息；并联电容电抗器基本参数包括所连节点、投入容量和额定电压；交流线基本参数包括所连节点、阻抗、电纳、长度和额定容量；直流线基本参数包括所连节点和运行方式信息；串联电容电抗器基本参数包括所连节点、投入容量和额定电压；开关刀闸基本参数包括所连节点；
将CIM/E文件通过解析处理，生成数字电网的电网基础数据；所述电网基础数据包括分区、厂站、电压等级、物理母线、发电机、负荷、变压器、并联电容电抗器、交流线、直流线、串联电容电抗器、开关和刀闸；CIM/E文件中描述设备的连接关系，在生成数字电网的电网基础数据时，同时生成设备的连接关系，即生成设备所连的节点信息，通过节点信息和拓扑分析，得到全网设备的连接关系。
进一步地，所述步骤(3)中，电网图形是以图形化方式对电网的拓扑结构、设备基本参数和设备运行情况进行显示的数据；对在线系统维护的CIM/G图形文件和模型数据文件CIM/E同时进行解析，得到图元(设备、热点、量测点、图表、曲线等)的样式、连接关系、图元关联的电网量测数据以及图形控制信息，相应生成数字电网仿真分析用的电网图形；转换时，先解析源图形信息，得到CIM/G中描述的图元格式信息，对CIM/G中图元格式和数字电网中规定的图元格式(另一种描述方式)进行一一映射处理，得到数字电网中规定的相应图元格式，所有图元映射处理完后，生成目标图元格式，最后将所有的目标图元写入图形文件中，生成了目标图形格式；
将源图形转换为目标图形的过程是：
1>先选取电网物理模型数据(CIM/E文件)；
2>选取将要转换的图形，
3>开始转换，解析源图形信息；所述源图形信息包括母线、交流线、负荷、刀闸、开关，两绕阻、三绕阻变压器、发电机和文字；解析源图形信息包括：
A、解析时首先打开源图形文件，通过读取模块将源图形中的图形信息获取到存储起来，以便转换的时候使用获取的这些信息；在G格式图形文件转换时，需要知晓图形设备ID和设备名称的对应关系信息，CIM/E文件中的ID和G格式的ID需要做映射处理；由于图形信息中没有名字这个字段，但是有keyid字段，将keyid转换为设备ID(devid)，根据devid在CIME文件中找到对应的名字信息；
B、对解析到得图形信息进行转换，新建一个目标图形，然后绘制相应图元(元件)；
C、根据获取到的图形信息的名字和类型，在新图形上设置元件的名称，以便关联数据库中的相应信息；
4>转换处理完成，保存成新的图形格式文件。
进一步地，所述步骤(4)中，电网仿真计算数据描述计算电网的基本组成，包括设备基础参数、设备连接关系、设备的运行参数、设备的动态模型和参数；
EMS状态估计结果数据，反映电网运行状态的稳态数据；离线数据(PSASP格式)主要包括典型方式数据以及离线准备的系统动态参数，主要由运方维护，代表系统一年中不同的负荷水平和开机方式，是在大量的资料和经验基础之上整理出来的，一定程度上代表着系统某一特定时段的实际运行状态。
对在线系统定时生成(周期一般为5分钟)的状态估计结果数据文件(E格式数据文件)和离线维护的电网计算数据进行解析，形成一套电网模型详细、参数完整，能够反映实时工况的整合数据。整合后的数据保持了离线电网数据的完整性，并且加入了在线运行信息，整合后潮流计算结果和在线状态估计结果基本一致，基于这套数据可进行电网的静态、暂态和动态等仿真分析计算。
构建电网仿真计算数据包括下述步骤：
<1>建立在线/离线元件名称映射表，通过在线/离线元件名称映射表实现在线/离线数据的共用；
<2>以离线数据为基础，用在线运行数据进行修正；
<3>整合后的离线数据，基本保留在线数据原有的网络结构和元件名称。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
本发明提供的一种基于在线数据的数字电网构建方法，从在线数据获取、转换以及数字电网中的电网基础数据、电网图形和电网仿真计算数据构建方面介绍了具体的构建方法和数据转换处理，实现了基于在线数据且反映电网在线运行状况的的数字电网构建，从而为在线运行电网分析计算提供了数据基础，基于该数字电网可以进行各类电网仿真分析计算，实现对在线电网的特性分析。
附图说明
图1是本发明提供的在线数据获取和转换示意图；
图2是本发明提供的CIM/G文件转换流程图；
图3是本发明提供的在线离线数据整合流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
对本发明用到的技术术语作如下解释：
SCADA/EMS系统：SCADA是电力数据采集系统，处理电网的开关量、模拟量的采集与图形显示。EMS是能量管理系统，是在SCADA基础上建立电力系统模型后的系统，主要为电网调度管理人员提供电网各种实时的信息，并对电网进行调度决策管理和控制，保证电网安全运行，提高电网质量和改善电网运行的经济性。
D5000系统：智能电网调度技术支持系统，是一种调度自动化系统。
数字电网：为了电网仿真分析需要采用全数字仿真技术构建的数字化电网。
电网基础数据：电网基础数据描述了电网的基本组成，包括设备铭牌参数以及设备的连接关系。
电网图形：电网图形是以图形化方式对电网的拓扑结构、设备参数和设备运行情况进行显示的数据，一般通过图形浏览器或电网仿真程序对电网图形数据进行解析并进行图形化显示。
电网仿真计算数据：电网仿真计算数据描述了一个计算电网的基本组成，一般包括设备基础参数、设备连接关系、设备的运行参数以及其他设备计算用的模型参数。
本发明提供的基于在线数据的数字电网构建方法，包括基于在线数据的电网基础数据、电网图形和电网仿真计算数据构建方法。即通过对在线scada/EMS系统维护和产生的电网模型数据、图形数据和状态估计后电网数据进行转换处理，生的仿真分析用的数字电网的电网基础数据、图形和仿真计算数据。
具体地说，提供了一种从在线系统获取相应数据资源生成仿真分析用的数字电网数据的方法，提出了用于构建数字电网的电网基础数据、图形数据以及仿真计算数据的生成转换方法。
在构建数字电网之前，先获取在线数据，包括：
在线数据存储在D5000系统中，CIM/E文件对应的是电网基础数据，CIM/G对应的是电网图形数据，QS文件对应的是电网状态估计结果数据。通过数据接口从D5000系统获取构建仿真数字电网用的数据和图形。
从D5000系统获取的数据说明如下：
1)电网物理模型数据CIM/E和电网图形G文件。
从D5000平台获取当前或历史的电网物理模型，用于构建电网的基础数据和图形。
2)状态估计后的电网运行数据断面
通过调度自动化系统D5000的数据接口程序，获取电网运行数据断面QS(E格式)文件，并整合离线计算数据(PSASP离线计算工具的数据格式)，用于构建数字电网的运行方式数据和计算模型数据(包括动态模型、公用参数以及零序参数等)；其中QS文件包括电网设备的稳态运行数据、计算拓扑数据和设备归属数据。
数据接口程序实现说明如下：
①文件交换：
对于文件格式的数据，包括D5000的当前及历史电网模型(CIM/E格式)、图形文件(G格式)、状态估计结果数据文件(E格式)，通过数据传输通道，可直接通过远程拷贝、ftp或其他方式，从D5000平台送到需要构建仿真分析用数字电网的系统所在的机器上。
②数据转换：
根据仿真分析应用需要，通过数据转换程序，将从D5000平台获取的数据和图形文件，通过处理得到仿真分析用数字电网所需的数据和图形。在G格式图形文件转换处理时，需要知晓图形设备id和设备名称的对应关系信息，CIM/E中的ID和G格式的ID需要做映射处理。
数字电网构建过程说明如下：
(1)电网基础数据构建：
将CIM/E数据文件通过解析处理，生成数字电网的电网基础数据，包括设备基本参数和网络拓扑连接关系。电网基础数据描述电网的基本组成，包括设备基本参数以及设备的连接关系，设备类型包括物理母线、发电机、负荷、变压器、并联电容电抗器、交流线、直流线、串联电容电抗器、开关和刀闸；其中物理母线基本参数包括电压等级、所属厂站和所属分区；发电机基本参数包括所连节点、额定容量和额定出力；负荷基本参数包括所连节点和负荷类型；变压器基本参数包括所连节点、绕组连接方式、阻抗、激磁电导、激磁电纳、短路损耗、短路电压百分比、空载损耗、空载电流百分比和抽头信息；并联电容电抗器基本参数包括所连节点、投入容量和额定电压；交流线基本参数包括所连节点、阻抗、电纳、长度和额定容量；直流线基本参数包括所连节点和运行方式信息；串联电容电抗器基本参数包括所连节点、投入容量和额定电压；开关刀闸基本参数包括所连节点；
将CIM/E文件通过解析处理，生成数字电网的电网基础数据；所述电网基础数据包括分区、厂站、电压等级、物理母线、发电机、负荷、变压器、并联电容电抗器、交流线、直流线、串联电容电抗器、开关和刀闸；CIM/E文件中描述设备的连接关系，在生成数字电网的电网基础数据时，同时生成设备的连接关系，即生成设备所连的节点信息，通过节点信息和拓扑分析，得到全网设备的连接关系。
(2)电网图形构建：
电网图形是以图形化方式对电网的拓扑结构、设备基本参数和设备运行情况进行显示的数据；对在线系统维护的CIM/G图形文件和模型数据文件CIM/E同时进行解析，得到图元(设备、热点、量测点、图表、曲线等)的样式、连接关系、图元关联的电网量测数据以及图形控制信息，相应生成数字电网仿真分析用的电网图形；转换时，先解析源图形信息，得到CIM/G中描述的图元格式信息，对CIM/G中图元格式和数字电网中规定的图元格式(另一种描述方式)进行一一映射处理，得到数字电网中规定的相应图元格式，所有图元映射处理完后，生成目标图元格式，最后将所有的目标图元写入图形文件中，生成了目标图形格式；
将源图形转换为目标图形的过程是：
1>先选取电网物理模型数据(CIM/E文件)；
2>选取将要转换的图形，
3>开始转换，解析源图形信息；所述源图形信息包括母线、交流线、负荷、刀闸、开关，两绕阻、三绕阻变压器、发电机和文字；解析源图形信息包括：
A、解析时首先打开源图形文件，通过读取模块将源图形中的图形信息获取到存储起来，以便转换的时候使用获取的这些信息；在G格式图形文件转换时，需要知晓图形设备ID和设备名称的对应关系信息，CIM/E文件中的ID和G格式的ID需要做映射处理；由于图形信息中没有名字这个字段，但是有keyid字段，将keyid转换为设备ID(devid)，根据devid在CIME文件中找到对应的名字信息；
B、对解析到得图形信息进行转换，新建一个目标图形，然后绘制相应图元(元件)；
C、根据获取到的图形信息的名字和类型，在新图形上设置元件的名称，以便关联数据库中的相应信息；
4>转换处理完成，保存成新的图形格式文件。
图形转换流程如附图2所示。
(3)电网仿真计算数据构建：
EMS状态估计结果数据，反映了电网运行状态的稳态数据；离线数据主要包括典型方式数据以及离线准备的系统动态参数，主要由运方维护，代表系统一年中不同的负荷水平和开机方式，是在大量的资料和经验基础之上整理出来的，一定程度上代表着系统某一特定时段的实际运行状态。
对在线系统定时生成(周期一般为5分钟)的状态估计结果数据文件(E格式数据文件)和离线维护的电网计算数据进行解析，形成一套电网模型详细、参数完整，能够反映实时工况的整合数据。整合后的数据保持了离线电网数据的完整性，并且加入了在线运行信息，整合后潮流计算结果和在线状态估计结果基本一致，基于这套数据可进行电网的静态、暂态和动态等仿真分析计算。
构建电网仿真计算数据包括下述步骤：
<1>建立在线/离线元件名称映射表，通过在线/离线元件名称映射表实现在线/离线数据的共用；
<2>以离线数据为基础，用在线运行数据进行修正；
<3>整合后的离线数据，基本保留在线数据原有的网络结构和元件名称。在线离线数据整合流程图如图3所示。
实施例
以基于东北电网在线数据的数字电网构建为例，
第一步：在线数据获取。
从东北电网D5000系统获取了一个2013年6月份的CIM/E数据文件(东北_20130620_112503.CIME)，获取了相应的G格式文件(一个图形目录，包含很多图形文件，如东北网调_500kV_潮流图.ln.pic.g)，获取了2013年6月份的一个状态估计后QS文件(东北_20130626_0010.QS)。
第二步：构建电网基础数据
先建立一个空白的数字电网数据工程(例如d:\project\dongbei\dongbei.pro)，然后选取在线数据模型文件(东北_20130620_112503.CIME)，读取该CIME文件，转换生成数字电网需要的基础数据，包括分区、厂站、电压等级、物理母线、发电机、负荷、变压器、并联电容电抗器、交流线、直流线、串联电容电抗器、开关和刀闸等设备信息以及设备的连接关系，将这些设备信息和连接关系信息写入数字电网工程对应的数据库中，得到了数字电网需要的基础数据。
第三步：构建电网图形
方法一：选定在线数据模型文件(东北_20130620_112503.CIME)，选择需要转换的在线图形(g格式，东北网调_500kV_潮流图.ln.pic.g)，进行图形转换处理，生成新的数字电网的图形文件(东北网调_500kV_潮流图.g)，将转换生成的图形文件(东北网调_500kV_潮流图.g)拷贝到数字电网数据工程图形目录下(d:\project\dongbei\graph\),即形成了数字电网的图形文件。
方法二：打开数字电网数据工程(d:\project\dongbei\dongbei.pro),基于第一步转换得到的电网基础数据，借助于数字电网仿真环境提供的图形绘制工具，进行图形的绘制工作。
(4)构建电网仿真计算数据。
选定状态估计后QS文件(东北_20130626_0010.QS)，选择离线数据目录(PSASP格式，d:\offlinedata\DB)，选择数字电网对应的数据工程，点击数据转换，通过数据整合处理生成一套电网模型详细、参数完整，能够反映在线运行工况的仿真计算数据，将这套仿真计算数据取个名字存入数字电网数据工程(d:\project\dongbei\dongbei.pro)中，作为仿真分析用的计算数据。
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 (2)
1.一种基于在线数据的数字电网构建方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)获取在线数据；
(2)构建电网基础数据；
(3)构建电网图形；
(4)构建电网仿真计算数据；
所述步骤(1)中，在线数据存储在调度自动化系统D5000中，其中：CIM/E文件对应的是电网基础数据，CIM/G文件对应的是电网图形数据，QS文件对应的是电网状态估计结果数据，通过数据接口从调度自动化系统D5000中获取构建仿真数字电网用的在线数据；对于文件格式的数据，包括调度自动化系统D5000中CIM/E格式的当前及历史电网模型、G格式图形文件和E格式的状态估计结果数据文件，
所述在线数据包括：
1)电网物理模型数据CIM/E和电网图形CIM/G文件：
通过调度自动化系统D5000的数据接口程序，从调度自动化系统D5000中获取当前或历史的电网物理模型，用于构建电网的基础数据和图形；
2)状态估计后的电网运行数据断面：
通过调度自动化系统D5000的数据接口程序，获取电网运行数据断面QS的E格式文件，并整合离线计算数据，用于构建数字电网的运行方式数据和计算模型数据；其中QS文件包括电网设备的稳态运行数据、计算拓扑数据和设备归属数据；
所述步骤(2)中，电网基础数据描述电网的基本组成，包括设备基本参数以及设备的连接关系，设备类型包括物理母线、发电机、负荷、变压器、并联电容电抗器、交流线、直流线、串联电容电抗器、开关和刀闸；其中物理母线基本参数包括电压等级、所属厂站和所属分区；发电机基本参数包括所连节点、额定容量和额定出力；负荷基本参数包括所连节点和负荷类型；变压器基本参数包括所连节点、绕组连接方式、阻抗、激磁电导、激磁电纳、短路损耗、短路电压百分比、空载损耗、空载电流百分比和抽头信息；并联电容电抗器基本参数包括所连节点、投入容量和额定电压；交流线基本参数包括所连节点、阻抗、电纳、长度和额定容量；直流线基本参数包括所连节点和运行方式信息；串联电容电抗器基本参数包括所连节点、投入容量和额定电压；开关刀闸基本参数包括所连节点；
将CIM/E文件通过解析处理，生成数字电网的电网基础数据；所述电网基础数据包括分区、厂站、电压等级、物理母线、发电机、负荷、变压器、并联电容电抗器、交流线、直流线、串联电容电抗器、开关和刀闸；CIM/E文件中描述设备的连接关系，在生成数字电网的电网基础数据时，同时生成设备的连接关系，即生成设备所连的节点信息，通过节点信息和拓扑分析，得到全网设备的连接关系；
所述步骤(3)中，电网图形是以图形化方式对电网的拓扑结构、设备基本参数和设备运行情况进行显示的数据；对在线系统维护的CIM/G图形文件和模型数据文件CIM/E同时进行解析，得到图元的样式、连接关系、图元关联的电网量测数据以及图形控制信息，相应生成数字电网仿真分析用的电网图形；转换时，先解析源图形信息，得到CIM/G中描述的图元格式信息，对CIM/G中图元格式和数字电网中规定的图元格式进行一一映射处理，得到数字电网中规定的相应图元格式，所有图元映射处理完后，生成目标图元格式，最后将所有的目标图元写入图形文件中，生成了目标图形格式；
将源图形转换为目标图形的过程是：
1>先选取电网物理模型数据；
2>选取将要转换的图形，
3>开始转换，解析源图形信息；所述源图形信息包括母线、交流线、负荷、刀闸、开关，两绕阻、三绕阻变压器、发电机和文字；解析源图形信息包括：
A、解析时首先打开源图形文件，通过读取模块将源图形中的图形信息获取到存储起来，以便转换的时候使用获取的这些信息；在G格式图形文件转换时，需要知晓图形设备ID和设备名称的对应关系信息，CIM/E文件中的ID和G格式的ID需要做映射处理；将图形信息中KeyID转换为设备ID，即devid，根据devid在CIM/E文件中找到对应的名字信息；
B、对解析到的图形信息进行转换，新建一个目标图形，然后绘制相应图元；
C、根据获取到的图形信息的名字和类型，在新图形上设置元件的名称，以便关联数据库中的相应信息；
4>转换处理完成，保存成新的图形格式文件；
所述步骤(4)中，电网仿真计算数据描述计算电网的基本组成，包括设备基础参数、设备连接关系、设备的运行参数、设备的动态模型和参数；
E格式的状态估计结果数据，反映电网运行状态的稳态数据；离线数据包括典型方式数据以及离线准备的系统动态参数，由运方维护，代表系统一年中不同的负荷水平和开机方式；
构建电网仿真计算数据包括下述步骤：
<1>建立在线/离线元件名称映射表，通过在线/离线元件名称映射表实现在线/离线数据的共用；
<2>以离线数据为基础，用在线运行数据进行修正；
<3>整合后的离线数据，基本保留在线数据原有的网络结构和元件名称。
2.如权利要求1所述的数字电网构建方法，其特征在于，所述数据接口程序用于：
①文件交换：
采用远程拷贝或文本传输协议ftp并通过数据传输通道，从D5000平台送到需要构建仿真分析用数字电网的系统所在的机器上；
②数据转换：
从调度自动化系统D5000获取的数据和图形文件，通过转换处理得到仿真分析用数字电网所需的数据和图形；在G格式图形文件转换处理时，确定图形设备id和设备名称的对应关系信息，CIM/E中的ID和G格式的ID做映射处理。
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