CN104967114A - 电网负荷实时数字建模方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于子图深度优先搜索算法的电网负荷实时数字快速建模方法，将电力系统视为一个电网拓扑结构的节点图，通过图论中的搜索思想快速地区分环网和辐射状支路上的节点，实现对电网的快速遍历，区分网架结构并相应进行等值负荷功率值的计算，使建模效率和模型准确度大大提高，在大规模电网的负荷建模中其优势尤为突出。同时，该发明公开的建模方法通过比较断面总的无功潮流和等值辐射支路上节点无功负荷总和以判断是否有低压侧无功补偿，考虑到无功补偿和负荷的特性差异，将无功补偿以电容模型模拟，消除了传统电网负荷实时建模中将其归并至负荷而对负荷特性造成的影响，提高了建模仿真精度。

Description

电网负荷实时数字建模方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统实时仿真建模技术领域，特别涉及一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，属于电力系统负荷建模的创新方法。

背景技术

随着电力系统规模不断扩大以及高压直流(HVDC)和新型灵活交流输电系统(FACTS)设备不断接入系统，采用实时数字仿真平台RTDS(Real TimeDigital Simulator)针对大规模电力系统进行实时仿真研究成为一种发展趋势。如何在RTDS平台中快速准确地搭建大规模电网的仿真系统具有至关重要的作用。

RTDS建模数据通常来源于电力系统仿真软件(比如：潮流及暂态稳定程序BPA)数据。受电磁暂态仿真计算和RTDS仿真资源的限制，一般需要对原始电网进行一定程度的等值简化。目前在RTDS平台中搭建大规模电网仿真系统通常采用的简化方法是对220kV电压等级以下的系统进行简化，忽略220kV主变模型，将负荷等值挂在220kV母线上，并将站点负荷与低压侧无功补偿分开建模，以消除两者归并对负荷特性造成的影响。此外，为减少RTDS占用资源，针对220kV电网只搭建环网部分，忽略潮流下送的辐射状站点，并将其等值为负荷挂在相连母线上。由此可见在负荷建模时，每一个220kV母线上的负荷功率值都要结合该站点的电网接线和BPA潮流结果进行分析计算。当电网规模较大时，负荷的建模将是整个建模过程中最耗时且最易计算出错的环节。因此有必要提出一种新的快速高效地负荷建模方法，该方法能够很大程度提高建模效率和建模准确率。

发明内容

本发明的第一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法。本发明通过应用深度优先搜索算法，将电力网络视为节点图进行遍历，根据建模要求在遍历过程中进行负荷的等值简化计算，将负荷建模过程程序化，有效地解决了计算的繁琐重复性，避免了出错并提高了建模效率。

本发明的另一个目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模系统。

本发明的第一个目的通过下述技术方案实现：

一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，包括下列步骤：

S1、读取电力系统仿真软件中的潮流数据文件，通过上述潮流数据文件分析网络结构并存储节点信息和支路信息；

S2、建立电网拓扑结构图，指定需要搭建负荷的节点K；

S3、检测是否存在与所述指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若不存在，则跳至下一步骤；若存在，采用深度优先搜索算法检测与该指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若该支路判断为环路或者潮流上送的辐射状支路，则忽略该支路，否则记下该支路，并进行等值，所述等值方法为将所述支路上所有节点的负荷功率值叠加到指定节点K上；

S4、将指定节点K上的有功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的有功负荷功率值相加作为指定节点K的有功等值负荷功率值，将指定节点K上无功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的无功负荷功率值相加作为指定节点K的无功等值负荷功率值；

S5、判断所有保留的辐射状支路上所有节点的无功负荷之和是否大于所有辐射状支路断面无功之和，若小于，则跳至下一步骤；若大于，则表明低压侧存在无功补偿，将两者差值作为无功补偿；

S6、按照实时数字仿真平台中不同的负荷模型，将负荷参数转化为负荷模型需要录入的参数值，完成电网负荷的数字建模。

优选的，所述深度优先搜索算法将所述电网拓扑结构图视为节点图，从需要搭建负荷的所述指定节点K开始进行遍历，依次从与所述指定节点K相邻的同电压等级未被搜索过的节点出发进行深度优先遍历，若还有节点未被访问，则从其中一个节点出发重新进行深度优先遍历，直到通过某条路径和所述指定节点K相连的所有节点均被访问。

优选的，所述潮流数据文件包括潮流文件.dat、潮流结果文件.pfo、稳定文件.swi和用于查看网架结构的地理接线图文件.dxt。

优选的，所述电力系统仿真软件为潮流及暂态稳定仿真软件BPA。

优选的，所述节点信息包括节点电压，所述支路信息包括支路潮流值。

优选的，所述步骤S4中，通过以下公式求出指定节点K上的所述有功等值负荷功率值和所述无功等值负荷功率值：

$S_{\mathrm{\Σ},\mathrm{\Σ}}=P_{\mathrm{\Σ}}+j{Q}_{\mathrm{\Σ}}=(P_k+j{Q}_k)+(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i+j\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i)$

其中，S_Σ,Σ为指定节点K上等值负荷功率值，P_Σ、Q_Σ为指定节点K上有功等值负荷功率值和无功等值负荷功率值，P_k、Q_k分别为指定节点K上有功负荷功率值和无功负荷功率值，P_i、Q_i为节点i的有功负荷功率值和无功负荷功率值，j表示单位虚数，N表示辐射状支路上所有节点的总数。

优选的，所述步骤S5中低压侧的所述无功补偿采用电容模型模拟，其参数通过下式求得：

$C=-\frac{(Q^{\′}-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}Q)*{10}^6}{2\mathrm{\πf}{U}^2}$

其中，Q’为所述指定节点K与等值的辐射状支路断面上无功潮流值，Q_i为节点i的无功负荷功率值，N表示辐射状支路上所有节点的总数，C表示所述无功补偿电容值，单位为uF，f表示电网额定频率，U表示所述指定节点K的电压。

优选的，所述实时数字仿真平台中负荷模型包括ZIP综合负荷模型和恒阻抗静态RLC模型，当所述负荷模型为ZIP综合负荷模型时，该ZIP综合负荷模型中录入的所述负荷参数为所述步骤S4中计算出来的指定节点K上的等值负荷功率值S_Σ,Σ＝P_Σ+jQ_Σ；当所述负荷模型为恒阻抗静态RLC模型时，该恒阻抗静态RLC模型中录入的所述负荷参数分别为电阻-电感RL和电阻-电容RC，可由下式计算求得：

感性负荷RL： $R=\frac{U^2}{({P_{\mathrm{\Σ}}}^2+{P_{\mathrm{\Σ}}}^2)}*P_{\mathrm{\Σ}},L=\frac{U^2}{2\mathrm{\πf}({P_{\mathrm{\Σ}}}^2+{P_{\mathrm{\Σ}}}^2)}*Q_{\mathrm{\Σ}};$

容性负荷RC： $R=\frac{U^2}{({P_{\mathrm{\Σ}}}^2+{P_{\mathrm{\Σ}}}^2)}*P_{\mathrm{\Σ}},C=-\frac{U^2*{10}^6}{2\mathrm{\πf}({P_{\mathrm{\Σ}}}^2+{P_{\mathrm{\Σ}}}^2)}*Q_{\mathrm{\Σ}}.$

优选的，所述实时数字仿真平台为RTDS。

本发明的另一个目的通过下述技术方案实现：

一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模系统，包括下列模块：

数据读取模块，该模块用于读取电力系统仿真软件中的潮流数据文件，通过上述潮流数据文件分析网络结构并存储节点信息和支路信息；

节点指定模块，该模块用于建立电网拓扑结构图，指定需要搭建负荷的节点K；

遍历检测模块，该模块检测是否存在与所述指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若不存在，则跳至负荷计算模块；若存在，采用深度优先搜索算法检测与该指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若该支路判断为环路或者潮流上送的辐射状支路，则忽略该支路，否则记下该支路，并进行等值，所述等值方法为将所述支路上所有节点的负荷功率值叠加到指定节点K上；

负荷计算模块，该模块用于将指定节点K上的有功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的有功负荷功率值相加作为指定节点K的有功等值负荷功率值，将指定节点K上无功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的无功负荷功率值相加作为指定节点K的无功等值负荷功率值；

无功补偿模块，该模块用于判断所有保留的辐射状支路上所有节点的无功负荷之和是否大于所有辐射状支路断面无功之和，若小于，则跳至参数录入模块；若大于，则表明低压侧存在无功补偿，将两者差值作为无功补偿；

参数录入模块，该模块用于按照实时数字仿真平台中不同的负荷模型，将负荷参数转化为负荷模型需要录入的参数值，完成电网负荷的数字建模。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1)本发明公开的基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法将图论中的搜索思想应用到电网负荷建模中，通过深度优先搜索算法对电网进行遍历，区分网架结构并相应进行等值负荷功率值的计算，使建模效率和模型准确度大大提高，尤其在大规模电网的负荷建模中其优势尤为突出。

2)本发明公开的基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法通过比较断面总的无功潮流和等值辐射支路上节点无功负荷总和以判断是否有低压侧无功补偿，考虑到无功补偿和负荷的特性差异，将无功补偿以电容模型模拟，消除了传统电网负荷实时建模中将其归并至负荷对负荷特性造成的影响，提高了建模仿真精度。

附图说明

图1是本发明公开的一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法流程图；

图2是本实施例一中指定节点K的负荷等值建模示意图；

图3是本实施例一中搭建完成的ZIP负荷模型和无功补偿模型；

图4是本实施例二中基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

请参见图1，图1是本实施例一中基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法流程图。图1所示的基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法将图论中的搜索算法应用到电网负荷建模过程中，为负荷功率值的计算和模型的建立提供了一种高效便捷的方法。

如图1中所示，基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法具体包括下述步骤：

步骤S1、读取电力系统仿真软件中的潮流数据文件，其中潮流数据文件包括潮流文件.dat、潮流结果文件.pfo和稳定文件.swi，必要时可添加地理接线图文件.dxt以查看网架结构，通过上述潮流数据文件分析网络结构并存储节点信息和支路信息，包括节点电压和支路潮流值等。

电力系统是一个大规模、时变的复杂系统,而且在国民经济中有非常重要的作用，电力系统数字仿真已成为电力系统研究、规划和设计的重要手段。本实施例中使用的电力系统仿真软件为潮流及暂态稳定仿真软件BPA。

潮流及暂态稳定程序BPA是美国联邦政府能源部下属邦纳维尔电力局BPA(Bonneville Power Administration)计算方法开发组自二十世纪60年代初期开发的大型电力系统离线分析程序。该程序采用稀疏矩阵技巧的牛顿-拉夫逊法，并将梯形积分法运用于暂态稳定的计算，形成较为稳定的数值解。目前电力系统多数单位所用的BPA程序是中国电力科学研究院在美国BPA程序1983年9月版本的基础上，经过消化吸收，开发而成的中国版程序，且已在我国电力系统规划设计、调度运行和试验研究等各部门得到了广泛的应用，成为我国电力系统分析计算的重要工具之一。

中国版BPA2.0程序采用的基本的解法是:微分方程线性化后用梯形积分法求解，网络方程应用导纳矩阵三角分解后迭代求解。该程序分为潮流程序和稳定程序两部分。

1)BPA潮流程序

该程序主要用来计算电力系统潮流。该程序中的负荷模型包含恒定功率负荷、恒定电流负荷和恒定阻抗负荷模型。可以根据某节点上P和Q的扰动量,计算系统中各节点灵敏度、线路灵敏度和网损灵敏度值。程序的输出具有内容详细和格式灵活的特点,既可以有选择地列表输出原始数据、计算结果和潮流分析报告,也可以应用单线图格式潮流图形程序及地理接线图格式潮流图形程序输出。

2)BPA稳定程序

该程序含有9种传统励磁模型和11种1981年IEEE提出的新励磁模型，可模拟多种类型的直流型励磁机、交流型励磁机及静态型励磁机，可以进行多端直流的模拟。程序可以在屏幕上输出最大摇摆角，还可以给出对应的两台发电机名。

步骤S2、建立电网拓扑结构图，指定需要搭建负荷的节点K。

如图2所示，本实施例假设指定需要搭建负荷的节点为金马220kV站点，并采用深度优先搜索算法搜索与该节点相连的尚未遍历的同电压等级的支路。

步骤S3、检测是否存在与该指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若不存在，则跳至下一步骤S4；若存在，采用深度优先搜索算法搜索与该指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，保留与指定节点K相连的潮流下送的辐射状支路，其中潮流下送的辐射状支路即为断面有功潮流为正的辐射状支路，

本步骤S3中，通过深度优先搜索算法将电网拓扑结构图进行遍历，其中深度优先搜索算法的算法思想是将电网拓扑结构图视为节点图，从指定需要搭建负荷的节点K开始进行遍历，依次从与节点K相邻的同电压等级未被搜索过的节点出发进行深度优先遍历，直到通过某条路径和K相连的所有节点均被访问，此时，若还有节点未被访问，则从其中一个节点出发重新进行深度优先遍历，以完成电网拓扑结构图中所有节点和边的访问。

通常电力系统实时数字建模中，为在满足实时仿真资源限制的条件下最大可能保留电网的特性，通常对与指定节点K相连的潮流下送的辐射状支路进行等值，等值方法为将辐射状支路上所有节点的负荷功率值叠加到指定节点上。应用深度优先搜索算法在遍历过程检测相应支路是否应该被等值，若判断为环路或者潮流上送的辐射状支路，则忽略该支路，否则记下该支路，并进行等值。具体过程如下：

首先，检测指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路中是否存在环路，若存在，则忽略该支路并退出未遍历支路检测，若不存在，则继续判断与指定节点K相连的辐射状支路的断面有功潮流的正负，若与指定节点K相连的辐射状支路的断面有功潮流为负，则该辐射状支路为潮流上送的辐射状支路，忽略该支路并退出未遍历支路检测，若与指定节点K相连的辐射状支路的断面有功潮流为正，保留该支路并进行等值。

在本实施例中，结合具体数据，在搜索过程中标记潮流往下的辐射状支路，即上龙(SHANGL21)和宜祥(YIXIA22)。

步骤S4、将指定节点K上的有功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的有功负荷功率值相加作为指定节点K的有功等值负荷功率值，将指定节点K上无功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的无功负荷功率值相加作为指定节点K的无功等值负荷功率值。

在该步骤中，通过以下公式求出指定节点K上的等值负荷功率值：

$S_{\mathrm{\Σ},\mathrm{\Σ}}=P_{\mathrm{\Σ}}+j{Q}_{\mathrm{\Σ}}=(P_k+j{Q}_k)+(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i+j\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i)$

公式中，S_Σ,Σ为指定节点K上等值负荷功率值；P_Σ，Q_Σ为指定节点K上有功等值负荷功率值和无功等值负荷功率值；P_k，Q_k分别为指定节点K上有功负荷功率值和无功负荷功率值；P_i，Q_i为节点i的有功负荷功率值和无功负荷功率值；j表示单位虚数；N表示辐射状支路上所有节点的总数。

结合具体数值代入求解，得：

$\begin{array}{c}{S}_{\mathrm{\Σ},\mathrm{\Σ}}=P_{\mathrm{\Σ}}+j{Q}_{\mathrm{\Σ}}=(P_k+j{Q}_k)+(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i+j\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_i)\\ =(87.6+84.4)+j(87.6+84.4)+j(27.2+27.4)+(53.3+55.2)+j(0.5+2.3)+(50.1+50.1)+j(-8.9-8.9)\\ =390+j116\end{array}$

步骤S5、判断所有保留的辐射状支路上所有节点的无功负荷之和是否大于所有辐射状支路断面无功之和，若小于，则跳至下一步骤；若大于，则表明低压侧存在无功补偿，将两者差值作为无功补偿；

通常电力系统低电压侧会有低压无功补偿，若满足下式则表明存在低压侧无功补偿： $Q^{,}<\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_i$

低压侧的无功补偿采用电容模型模拟，其参数通过下式求得：

$C=-\frac{(Q^{\&prime;}-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}Q)*{10}^6}{2\mathrm{\&pi;f}{U}^2}$

公式中，Q’指定节点K与等值的辐射状支路断面上无功潮流值，Q_i为节点i的无功负荷功率值，N表示辐射状支路上所有节点的总数，C表示无功补偿电容值，单位为uF，f表示电网额定频率；U表示指定节点K的电压。

结合具体数值代入求解，得：

$Q^{,}=39.6<\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_i=116$

所以低压侧有无功补偿，采用电容模型模拟，其参数通过下式求得：

$C=-\frac{(Q^{\&prime;}-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}Q)*{10}^6}{2\mathrm{\&pi;f}{U}^2}=-\frac{(39.6-116)*{10}^6}{2\mathrm{\&pi;}*50*{230}^2}\mathrm{uF}=4.646301\mathrm{uF}$

步骤S6、按照实时数字仿真平台中不同的负荷模型，将负荷参数转化为负荷模型需要录入的参数值，完成电网负荷的数字建模。

在该步骤中，实时仿真平台中负荷模型通常采用ZIP综合负荷模型和恒阻抗静态RLC模型。

其中，ZIP综合负荷模型中录入的负荷参数值为步骤S4中计算出来的指定节点K上的等值负荷功率值S_Σ,Σ＝P_Σ+jQ_Σ。

其中，恒阻抗静态RLC模型中录入的负荷参数值针对感性负荷和容性负荷分别为电阻-电感RL和电阻-电容RC，可由下式计算求得：

感性负荷RL： $R=\frac{U^2}{({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*P_{\mathrm{\&Sigma;}},L=\frac{U^2}{2\mathrm{\&pi;f}({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*Q_{\mathrm{\&Sigma;}};$

容性负荷RC： $R=\frac{U^2}{({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*P_{\mathrm{\&Sigma;}},C=-\frac{U^2*{10}^6}{2\mathrm{\&pi;f}({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*Q_{\mathrm{\&Sigma;}}.$

继续参照本实施例中的实际数值，本负荷模型采用的是ZIP综合负荷模型，如图3所示，图3中为电容模型模拟的低压无功补偿以及指定节点上的等值ZIP负荷模型。

其中，所述实时数字仿真平台为RTDS。RTDS全称为实时数字仿真仪(RealTime Digital Simulator)，由加拿大曼尼托巴RTDS公司开发制造，是一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置。

RTDS是“实时的”模似装置。实时是指电力系统的运算法则能被计算得足够快，因而能连续地产生输出，这些输出结果真实地代表了在实际网络中的情形。实时仿真使用户能测试物理设备和更有效更快地完成实时仿真的许多研究。

综上所述，本发明提出了一种基于子图深度优先搜索算法的快速建模方法，将电力系统视为一个节点图，通过图论中的搜索思想快速地区分环网和辐射状支路上的节点，并判断辐射状支路的断面有功潮流是否为正，若为正则表明潮流由指定节点流向辐射状支路，即辐射状支路整体表现负荷特性未连有发电机。通常为节省实时仿真器的仿真资源，将该支路上所有节点的负荷叠加至指定节点进行等值。本发明通过深度优先搜索算法对电网进行遍历，区分网架结构并相应进行等值负荷功率值的计算，使建模效率及模型准确度大大提高。同时通过比较断面总的无功潮流和等值辐射支路上节点无功负荷总和以判断是否有低压侧无功补偿。考虑到无功补偿和负荷的特性差异，将无功补偿以电容模型模拟，消除了传统建模中将其归并至负荷对负荷特性造成的影响，提高了仿真精度。

实施例二

请参见图4，图4是本实施例二中基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模系统的结构示意图。

如图4所示，基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模系统包括下列模块：

1、数据读取模块，

该模块用于读取电力系统仿真软件中的潮流数据文件，通过上述潮流数据文件分析网络结构并存储节点信息和支路信息。

本实施例中电力系统仿真软件为潮流及暂态稳定程序BPA。同时上述，潮流数据文件包括潮流文件.dat、潮流结果文件.pfo、稳定文件.swi和用于查看网架结构的地理接线图.dxt。

分析网络结构的节点信息包括节点电压，所述支路信息包括支路潮流值。

2、节点指定模块，

该模块用于建立电网拓扑结构图，指定需要搭建负荷的节点K。

3、遍历检测模块，

该模块检测是否存在与所述指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若不存在，则跳至负荷计算模块；若存在，采用深度优先搜索算法检测与该指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若该支路判断为环路或者潮流上送的辐射状支路，则忽略该支路，否则记下该支路，并进行等值，所述等值方法为将所述支路上所有节点的负荷功率值叠加到指定节点K上。

其中，深度优先搜索算法的算法思想为：将所述电网拓扑结构图视为节点图，从需要搭建负荷的所述指定节点K开始进行遍历，依次从与所述指定节点K相邻的同电压等级未被搜索过的节点出发进行深度优先遍历，若还有节点未被访问，则从其中一个节点出发重新进行深度优先遍历，直到通过某条路径和所述指定节点K相连的所有节点均被访问。

4、负荷计算模块，

该模块用于将指定节点K上的有功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的有功负荷功率值相加作为指定节点K的有功等值负荷功率值，将指定节点K上无功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的无功负荷功率值相加作为指定节点K的无功等值负荷功率值。

其中，通过以下公式求出指定节点K上的所述有功等值负荷功率值和所述无功等值负荷功率值：

$S_{\mathrm{\&Sigma;},\mathrm{\&Sigma;}}=P_{\mathrm{\&Sigma;}}+j{Q}_{\mathrm{\&Sigma;}}=(P_k+j{Q}_k)+(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i+j\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_i)$

其中，S_Σ,Σ为指定节点K上等值负荷功率值，P_Σ、Q_Σ为指定节点K上有功等值负荷功率值和无功等值负荷功率值，P_k、Q_k分别为指定节点K上有功负荷功率值和无功负荷功率值，P_i、Q_i为节点i的有功负荷功率值和无功负荷功率值，j表示单位虚数，N表示辐射状支路上所有节点的总数。

5、无功补偿模块，

该模块用于判断所有保留的辐射状支路上所有节点的无功负荷之和是否大于所有辐射状支路断面无功之和，若小于，则跳至参数录入模块；若大于，则表明低压侧存在无功补偿，将两者差值作为无功补偿。

其中，低压侧的所述无功补偿采用电容模型模拟，其参数通过下式求得：

$C=-\frac{(Q^{\&prime;}-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}Q)*{10}^6}{2\mathrm{\&pi;f}{U}^2}$

其中，Q’为所述指定节点K与等值的辐射状支路断面上无功潮流值，Q_i为节点i的无功负荷功率值，N表示辐射状支路上所有节点的总数，C表示所述无功补偿电容值，单位为uF，f表示电网额定频率，U表示所述指定节点K的电压。

6、参数录入模块，

该模块用于按照实时数字仿真平台中不同的负荷模型，将负荷参数转化为负荷模型需要录入的参数值，完成电网负荷的数字建模。

其中，本实施例中实时数字仿真平台为RTDS，同时实时数字仿真平台中负荷模型包括ZIP综合负荷模型和恒阻抗静态RLC模型，当所述负荷模型为ZIP综合负荷模型时，该ZIP综合负荷模型中录入的所述负荷参数为所述步骤S4中计算出来的指定节点K上的等值负荷功率值S_Σ,Σ＝P_Σ+jQ_Σ；当所述负荷模型为恒阻抗静态RLC模型时，该恒阻抗静态RLC模型中录入的所述负荷参数分别为电阻-电感RL和电阻-电容RC，可由下式计算求得：

感性负荷RL： $R=\frac{U^2}{({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*P_{\mathrm{\&Sigma;}},L=\frac{U^2}{2\mathrm{\&pi;f}({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*Q_{\mathrm{\&Sigma;}};$

容性负荷RC： $R=\frac{U^2}{({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*P_{\mathrm{\&Sigma;}},C=-\frac{U^2*{10}^6}{2\mathrm{\&pi;f}({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*Q_{\mathrm{\&Sigma;}}.$

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个模块或单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各装置和单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，其特征在于，包括下列步骤：

S1、读取电力系统仿真软件中的潮流数据文件，通过上述潮流数据文件分析网络结构并存储节点信息和支路信息；

S2、建立电网拓扑结构图，指定需要搭建负荷的节点K；

S3、检测是否存在与所述指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若不存在，则跳至下一步骤；若存在，采用深度优先搜索算法检测与该指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若该支路判断为环路或者潮流上送的辐射状支路，则忽略该支路，否则记下该支路，并进行等值，所述等值方法为将所述支路上所有节点的负荷功率值叠加到指定节点K上；

S4、将指定节点K上的有功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的有功负荷功率值相加作为指定节点K的有功等值负荷功率值，将指定节点K上无功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的无功负荷功率值相加作为指定节点K的无功等值负荷功率值；

S5、判断所有保留的辐射状支路上所有节点的无功负荷之和是否大于所有辐射状支路断面无功之和，若小于，则跳至下一步骤；若大于，则表明低压侧存在无功补偿，将两者差值作为无功补偿；

S6、按照实时数字仿真平台中不同的负荷模型，将负荷参数转化为负荷模型需要录入的参数值，完成电网负荷的数字建模。

2.根据权利要求1所述的一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，其特征在于：

所述深度优先搜索算法将所述电网拓扑结构图视为节点图，从需要搭建负荷的所述指定节点K开始进行遍历，依次从与所述指定节点K相邻的同电压等级未被搜索过的节点出发进行深度优先遍历，若还有节点未被访问，则从其中一个节点出发重新进行深度优先遍历，直到通过某条路径和所述指定节点K相连的所有节点均被访问。

3.根据权利要求1所述的一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，其特征在于：

所述潮流数据文件包括潮流文件.dat、潮流结果文件.pfo、稳定文件.swi和用于查看网架结构的地理接线图文件.dxt。

4.根据权利要求1所述的一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，其特征在于：

所述电力系统仿真软件为潮流及暂态稳定仿真软件BPA。

5.根据权利要求1所述的一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，其特征在于：

所述节点信息包括节点电压，所述支路信息包括支路潮流值。

6.根据权利要求1至5任一所述的一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，其特征在于：

所述步骤S4中，通过以下公式求出指定节点K上的所述有功等值负荷功率值和所述无功等值负荷功率值：

$S_{\mathrm{\&Sigma;},\mathrm{\&Sigma;}}=P_{\mathrm{\&Sigma;}}+j{Q}_{\mathrm{\&Sigma;}}=(P_k+j{Q}_k)+(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_i+j\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_i)$

其中，S_Σ,Σ为指定节点K上等值负荷功率值，P_Σ、Q_Σ为指定节点K上有功等值负荷功率值和无功等值负荷功率值，P_k、Q_k分别为指定节点K上有功负荷功率值和无功负荷功率值，P_i、Q_i为节点i的有功负荷功率值和无功负荷功率值，j表示单位虚数，N表示辐射状支路上所有节点的总数。

7.根据权利要求1至5任一所述的一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，其特征在于：

所述步骤S5中低压侧的所述无功补偿采用电容模型模拟，其参数通过下式求得：

$C=-\frac{(Q^{\&prime;}-\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}Q)*{10}^6}{2\mathrm{\&pi;f}{U}^2}$

其中，Q’为所述指定节点K与等值的辐射状支路断面上无功潮流值，Q_i为节点i的无功负荷功率值，N表示辐射状支路上所有节点的总数，C表示所述无功补偿电容值，单位为uF，f表示电网额定频率，U表示所述指定节点K的电压。

8.根据权利要求1至5任一所述的一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，其特征在于：

所述实时数字仿真平台中负荷模型包括ZIP综合负荷模型和恒阻抗静态RLC模型，当所述负荷模型为ZIP综合负荷模型时，该ZIP综合负荷模型中录入的所述负荷参数为所述步骤S4中计算出来的指定节点K上的等值负荷功率值S_Σ,Σ＝P_Σ+jQ_Σ；当所述负荷模型为恒阻抗静态RLC模型时，该恒阻抗静态RLC模型中录入的所述负荷参数分别为电阻-电感RL和电阻-电容RC，可由下式计算求得：

感性负荷RL： $R=\frac{U^2}{({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*P_{\mathrm{\&Sigma;}},L=\frac{U^2}{2\mathrm{\&pi;f}({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*Q_{\mathrm{\&Sigma;}};$

容性负荷RC： $R=\frac{U^2}{({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*P_{\mathrm{\&Sigma;}},C=-\frac{U^2*{10}^6}{2\mathrm{\&pi;f}({P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2+{P_{\mathrm{\&Sigma;}}}^2)}*Q_{\mathrm{\&Sigma;}}.$

9.根据权利要求1至5任一所述的一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模方法，其特征在于：

所述实时数字仿真平台为RTDS。

10.一种基于深度优先搜索算法的电网负荷实时数字建模系统，其特征在于，包括下列模块：

数据读取模块，该模块用于读取电力系统仿真软件中的潮流数据文件，通过上述潮流数据文件分析网络结构并存储节点信息和支路信息；

节点指定模块，该模块用于建立电网拓扑结构图，指定需要搭建负荷的节点K；

遍历检测模块，该模块检测是否存在与所述指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若不存在，则跳至负荷计算模块；若存在，采用深度优先搜索算法检测与该指定节点K相连的尚未遍历的同电压等级的支路，若该支路判断为环路或者潮流上送的辐射状支路，则忽略该支路，否则记下该支路，并进行等值，所述等值方法为将所述支路上所有节点的负荷功率值叠加到指定节点K上；

负荷计算模块，该模块用于将指定节点K上的有功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的有功负荷功率值相加作为指定节点K的有功等值负荷功率值，将指定节点K上无功负荷功率值与所有保留的辐射状支路上节点的无功负荷功率值相加作为指定节点K的无功等值负荷功率值；

无功补偿模块，该模块用于判断所有保留的辐射状支路上所有节点的无功负荷之和是否大于所有辐射状支路断面无功之和，若小于，则跳至参数录入模块；若大于，则表明低压侧存在无功补偿，将两者差值作为无功补偿；

参数录入模块，该模块用于按照实时数字仿真平台中不同的负荷模型，将负荷参数转化为负荷模型需要录入的参数值，完成电网负荷的数字建模。