CN105388783A - 一种电力系统运行及安全监控仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力系统运行及安全监控仿真系统，该系统可进行电力市场环境下电力系统安全运行仿真研究；可进行大型互联电网安全稳定监控技术的试验研究和软件测试，如超/特高压大电网的动态安全分析与评估、基于WAMS的电力系统动态调节与控制技术、电力市场条件下的动态安全分析与评估技术等新技术的试验研究和新开发软件的测试等等；可对电网各种典型运行方式进行分析和稳定评估，及早发现隐患，保障电网的安全稳定运行；可进行电网事故重演及原因排查，并结合动态安全评估及预警技术研究应对措施。

Description

一种电力系统运行及安全监控仿真系统

技术领域

本发明涉及电力系统仿真技术领域，更具体地，涉及一种电力系统运行及安全监控仿真系统。

背景技术

随着全国电网互联的发展和特高压电网的建设，电力系统中所包含的各种类型控制器(如高压直流输电、静止无功补偿器、可控串补、发电机励磁及调速控制等)使系统动态特性日趋复杂；电力系统的商业化运营和电力紧缺使得输电系统在高峰时处于极端运行方式，系统的稳定裕度下降。面对前所未有的庞大而复杂的电网，继续用传统的SCADA/EMS系统(调度自动化系统)进行电网的监视、控制和调度管理已不能满足现代电力系统的安全经济运行的需求。为此，国内外同行已经开始关注PMU/WAMS系统(广域测量系统)的应用，并开展电力系统在线动态安全评估、预警和决策支持系统等新的安全监控手段的研究。

这些新的安全监控手段在进入现场使用之前，其效果和性能应在实验室的仿真系统中先行验证测试，证明是有效的和可靠的之后，再应用到电力调度中心实际的安全监控系统中发挥作用，避免因算法或软件不成熟、不可靠而影响实际电网的运行。但目前国内外实验室所拥有的各种仿真手段和工具，例如，动态模拟、数-模混合式仿真、RTDS实时数字仿真等，都无法对这些新的安全监控手段进行全面的测试，特别是尚无法在反映实际电网运行特性的大规模仿真电网中进行测试。中国电力科学研究院自主研发的电力系统全数字实时仿真装置ADPSS实现了大规模电力系统机电-电磁暂态混合实时仿真，并可通过物理接口与外部实际的控制保护设备相连接，进行数字模拟混合闭环实时仿真计算。授权发明专利ZL03126461.1对仿真装置的组成及实现关键技术进行了描述。但该仿真装置只能实现对大规模交直流电力系统的部分运行仿真，即电网的运行仿真，不能实现对电力市场、调度自动化、广域测量等系统的仿真，因而也不能对电力系统在线动态安全评估、预警和决策支持系统等新的安全监控手段进行全面研究和测试。

发明内容

本发明提供一种电力系统运行及安全监控仿真系统，实现对大规模交直流电力系统的运行及安全监控的联合仿真。。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种电力系统运行及安全监控仿真系统，包括：

电力系统全数字实时仿真子系统，用于实时模拟大规模电力系统的运行，为其他子系统提供仿真数据；电力市场仿真子系统，用于电力市场交易的仿真与培训；PMU/WAMS(广域测量)子系统，对仿真电力系统进行实时动态监测和分析；SCADA/EMS(调度自动化)子系统，对仿真电力系统进行监控分析；故障信息管理子系统，用于故障信息的管理和综合应用；电力系统动态安全评估和预警子系统，用于对当前电力系统的安全评估与预警，以及对未来计划运行方式的安全校核；安全稳定控制系统性能测试子系统，用于对继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测试；电力系统故障诊断子系统，对仿真电力系统的故障进行在线诊断和智能安全报警，并给出故障情况下的调度控制决策建议；电力系统恢复控制子系统，对仿真电力系统的故障进行状态识别，给出电网恢复控制策略；

上述每个子系统都与高速数据网络(数据总线)连接，并通过高速数据网络进行数据的交互传输，也即每个子系统都从高速数据网络获取所需的数据，又将上述各个子系统的执行结果传送至高速数据网络；

上述每个子系统还与管理网络连接，用于系统监控和管理数据的通信；

所述电力系统全数字实时仿真子系统、电力市场仿真子系统、PMU/WAMS子系统、SCADA/EMS子系统和故障信息管理子系统共同构建电力系统运行仿真系统；

所述电力系统动态安全评估和预警子系统、安全稳定控制系统性能测试子系统、电力系统故障诊断子系统和电力系统恢复控制子系统共同构建电力系统安全监控仿真系统。

进一步地，该系统可进行电力市场环境下电力系统安全运行仿真研究；可进行大型互联电网安全稳定监控技术的试验研究和软件测试，如超/特高压大电网的动态安全分析与评估、基于WAMS的电力系统动态调节与控制技术、电力市场条件下的动态安全分析与评估技术等新技术的试验研究和新开发软件的测试等等；可对电网各种典型运行方式进行分析和稳定评估，及早发现隐患，保障电网的安全稳定运行；可进行电网事故重演及原因排查，并结合动态安全评估及预警技术研究应对措施；可对继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测试；可进行大型互联电网事故预演和调度员模拟培训，开展联合反事故演习，提高应对突发事故的处理能力。

进一步地，该系统的数据来源可以是从调度中心获得的某一特定断面的在线数据，也可以是离线运行方式数据，可根据研究问题的实际需要选择并可在各套数据之间迅速切换。

进一步地，所述电力系统全数字实时仿真子系统执行如下任务：

实时模拟大规模电力系统的运行；

将电力系统全数字实时仿真子系统产生的包括线路有功功率、无功功率、电流、母线注入功率和母线电压等遥测量，以及开关和刀闸的状态、继电保护动作状态和事故总信号状态等遥信量这些描述电力系统运行状态的信息送到SCADA/EMS子系统中；同时接收SCADA/EMS子系统的调度命令，所述调度命令包括对开关等设备的遥控命令和对调压变压器抽头的遥调命令等；

将电力系统全数字实时仿真子系统产生的包括线路有功功率、无功功率、母线电压、发电机功角和母线电压相角等描述电力系统运行状态的信息，送到PMU/WAMS子系统；同时接收PMU/WAMS子系统对电网的控制措施，所述电网控制措施包括发电机出力调节、切负荷等辅助决策措施；

将开关和刀闸的状态、继电保护动作状态和包括故障点以及故障点两侧母线的故障电气量信息的故障录波数据送到故障信息管理子系统，此过程中还需要对仿真系统故障信息电气量进行序分量-相分量转换，有效值-瞬时值转换；

将电力系统全数字实时仿真子系统所产生的包括线路有功功率和母线电压等信息的描述电力系统运行状态的信息，送到安全稳定控制系统性能测试子系统，并接收安全稳定控制系统性能测试子系统所测试的继电保护装置、PSS(电力系统稳定器)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备的响应；

所述电力系统全数字实时仿真子系统可通过开关计划、故障设置、发电负荷调节、变压器抽头调节和继保动作等操作，进而模拟事故情况下的运行、动作、自动调控和演变过程，从而实现事故重演、事故预演的功能。

进一步地，所述电力市场仿真系统执行如下任务：

进行电力市场交易的仿真；

将发电计划送给电力系统动态安全评估和预警子系统；

接收电力系统动态安全评估和预警子系统反馈的安全校核结果；

如果上述安全校核的结果是不通过，那么所述电力市场仿真子系统需要对发电计划进行调整，并再次将发电计划送给电力系统动态安全评估和预警子系统，接收电力系统动态安全评估和预警子系统反馈的安全校核结果，循环往复，直至安全校核通过为止；

所述电力市场仿真系统还可进行电力市场交易的培训。

进一步地，所述PMU/WAMS子系统执行如下任务：

接收电力系统实时仿真子系统发送的描述电力系统运行状态的量，包括线路有功功率、无功功率、母线电压、发电机功角和母线电压相角等信息；

对仿真电力系统进行实时动态监测和分析，包括系统功角监视、电压相角监视、线路功率实时监视、低频振荡诊断分析和辅助决策等；

将包括发电出力、负荷、母线电压等的系统运行信息和包括振荡机组分群信息、机组对主导振荡模式的参与因子等的低频振荡预警结果信息送给电力系统动态安全评估和预警子系统，并接收电力系统动态安全评估和预警子系统反馈的小干扰稳定评估结果，进行后续分析处理；

将越限等报警信息送给电力系统故障诊断子系统和电力系统恢复控制子系统。

进一步地，所述SCADA/EMS子系统执行如下任务：

接收电力系统实时仿真子系统发送的描述电力系统运行状态的遥测量和遥信量；

对仿真电力系统进行监控分析和调度，包括功率监视、电压监视、状态估计、调度员潮流、开关操作和调压变压器抽头调节等；

将正常的调度命令，包括对开关等设备的遥控命令和对调压变压器抽头的遥调命令等，发送到电力系统全数字实时仿真子系统；

将包括发电出力、负荷、母线电压等的系统运行信息送给电力系统动态安全评估和预警子系统，并展示电力系统动态安全评估和预警子系统反馈的评估结果；

将开关变位与报警信息送给电力系统故障诊断子系统和电力系统恢复控制子系统；接收电力系统故障诊断子系统和电力系统恢复控制子系统发送的故障诊断结果和电网恢复控制策略结果并展示；

所述SCADA/EMS子系统(40)还可进行调度员模拟培训和联合反事故演习。

进一步地，所述故障信息管理子系统执行如下任务：

接收电力系统全数字实时仿真子系统发送的开关和刀闸的状态、继电保护动作状态和故障录波数据；

对故障信息进行管理和综合应用；

将继电保护动作状态、故障录波数据等故障信息发送给电力系统故障诊断子系统和电力系统恢复控制子系统。

进一步地，所述电力系统动态安全评估和预警子系统执行如下任务：

从PMU/WAMS子系统和SCADA/EMS子系统取得包括发电出力、负荷、母线电压等的当前电力系统运行信息和包括振荡机组分群信息、机组对主导振荡模式的参与因子等的低频振荡预警结果信息；

进行在线/离线数据整合；

基于整合后的数据对当前电力系统进行全面的稳定性评估、分析和预警，包括N-1静态安全分析、暂态稳定评估、电压稳定评估、小干扰稳定评估、稳定极限和辅助决策等；

将评估结果送到PMU/WAMS子系统和SCADA/EMS子系统。

进一步地，所述电力系统动态安全评估和预警子系统还可执行如下任务：

从电力市场仿真子系统取得发电计划；

基于发电计划和母线负荷预测数据进行潮流整合，给出符合计划预测的潮流；

对该计划运行方式进行安全校核，包括N-1静态安全分析扫描和暂态稳定、电压稳定、小干扰稳定和稳定极限分析计算等；

将安全校核结果送到电力市场仿真子系统，如果安全校核结果为不通过，需接收电力市场仿真子系统调整后的发电计划，并重新进行潮流整合和安全校核，并将安全校核结果再次发送到电力市场仿真子系统，循环往复，直至安全校核结果为通过为止。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明可进行电力市场环境下电力系统安全运行仿真研究；可进行大型互联电网安全稳定监控技术的试验研究和软件测试，如超/特高压大电网的动态安全分析与评估、基于WAMS的电力系统动态调节与控制技术、电力市场条件下的动态安全分析与评估技术等新技术的试验研究和新开发软件的测试等等；可对电网各种典型运行方式进行分析和稳定评估，及早发现隐患，保障电网的安全稳定运行；可进行电网事故重演及原因排查，并结合动态安全评估及预警技术研究应对措施；可对继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测试；可进行发电计划校核的试验研究和测试；可进行大型互联电网事故预演和调度员模拟培训，开展联合反事故演习，提高应对突发事故的处理能力。

附图说明

图1是本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统的示意图；

图2是本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统的信息传输示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

图1是根据本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统的示意图，表示了仿真系统中各个部分之间的连接关系。

如图1所示，根据本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统主要包括电力系统全数字实时仿真子系统10、电力市场仿真子系统20、PMU/WAMS子系统30、SCADA/EMS子系统40、故障信息管理子系统50、电力系统动态安全评估和预警子系统60、安全稳定控制系统性能测试子系统70、电力系统故障诊断子系统80和电力系统恢复控制子系统90。电力系统实时仿真子系统10，用于实时模拟大规模电力系统的运行，为其他子系统提供仿真数据；电力市场仿真子系统20，用于电力市场交易的仿真与培训；PMU/WAMS子系统30，对仿真电力系统进行实时动态监测和分析；SCADA/EMS子系统40，对仿真电力系统进行监控分析；故障信息管理子系统50，用于故障信息的管理和综合应用；电力系统动态安全评估和预警子系统60，用于对当前电力系统的安全评估与预警，以及对未来计划运行方式的安全校核；安全稳定控制系统性能测试子系统70，用于对继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测试；电力系统故障诊断子系统80，对仿真电力系统的故障进行在线诊断和智能安全报警，并给出故障情况下的调度控制决策；电力系统恢复控制子系统90，对仿真电力系统的故障进行状态识别，对停电区域的供电路径进行搜索推理，给出电网恢复控制策略。以上各子系统均与高速数据网(数据总线)交互数据，既从中获取所需的数据，又将本系统的执行结果传送至数据总线。各子系统还均与管理网络相连，用于系统监控和管理数据的通信。子系统10～50共同构建电力系统运行仿真系统，子系统60～90共同构建电力系统安全监控仿真系统。

图2是根据本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统的信息传输示意图，示出了该电力系统运行及安全监控仿真系统的信息传递及工作流程。

如图2所示，电力系统全数字实时仿真子系统10实时模拟大规模电力系统的运行，并将其所产生的描述电力系统运行状态的量，如遥测量(线路有功功率、无功功率、电流、母线注入功率、母线电压等)、遥信量(开关和刀闸的状态、继电保护动作状态、事故总信号的状态等)等信息，送到SCADA/EMS子系统40中，由SCADA/EMS子系统40对仿真电力系统进行监控分析，包括功率监视、电压监视、状态估计和调度员潮流等；同时，SCADA/EMS子系统将正常的调度命令发送到仿真子系统，模拟正常调度自动化系统对电力系统的遥控和遥调行为，这些调度命令包括对开关等设备的遥控命令和对调压变压器抽头的遥调行为等。

电力系统全数字实时仿真子系统10将其所产生的描述电力系统运行状态的量，如线路有功功率、无功功率、母线电压、发电机功角和母线电压相角等信息，送到PMU/WAMS子系统30，由PMU/WAMS子系统30对仿真电力系统进行实时动态监测和分析，包括系统功角监视、电压相角监视、线路功率实时监视、低频振荡诊断分析和辅助决策等；同时，PMU/WAMS子系统将电网控制措施，如发电机出力调节、切负荷等辅助决策措施，发送给仿真子系统。

电力系统全数字实时仿真子系统10将开关和刀闸的状态、继电保护动作状态和故障录波数据(包含故障点以及故障点两侧母线的故障电气量信息)送给故障信息管理子系统50，由其对故障信息进行管理和综合应用。由于仿真系统电气量均以正负零序电量表示，但故障信息管理系统一般以ABC三相电气量表示，故仿真系统故障信息电气量需要进行序分量-相分量转换，转换公式如下：

V_abc＝TV₁₂₀(1)

I_abc＝TI₁₂₀

上式中 $\begin{array}{cc}T=\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ a^2& a& 1\\ a& a^2& 1\end{array}\right]& a=e^{j120}\end{array}$

与此同时，由于仿真系统输出的电气量为有效值，而故障信息管理系统所需要的故障录波数据采用瞬时值记录故障点电气量信息，因而还需要进行有效值-瞬时值转换，转换公式如下：

上式中u为瞬时值，U为有效值，t为当前时刻，f为系统基波频率，一般为50Hz，为该电气量所在仿真时刻的相角。上述公式以电压为例表示，对于电流量亦是如此。在整数倍仿真步长所在时刻，U和直接采用仿真系统输出值，在仿真步长中间时刻，U和还需要采用插值方式计算出相应的数值。

电力系统全数字实时仿真子系统10将其所产生的描述电力系统运行状态的量，如线路有功功率和母线电压等信息，送到安全稳定控制系统性能测试子系统70，由其对继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测试；安全稳定控制系统性能测试子系统70将继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备的响应，如开关跳闸信号、PSS输出等信息，反馈回电力系统全数字实时仿真子系统10。

电力系统动态安全评估和预警子系统60，从PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40取得当前电力系统运行信息(如发电出力、负荷、母线电压等)，进行在线/离线数据整合，基于整合后的数据对当前电力系统进行全面的稳定性评估、分析和预警，包括N-1静态安全分析、暂态稳定评估、电压稳定评估、小干扰稳定评估、稳定极限计算和辅助决策等，并将评估结果返回到SCADA/EMS子系统40进行结果展示，与此同时，当PMU/WAMS子系统30检测到有低频振荡发生时，将低频振荡预警结果(如主导振荡模式频率、衰减阻尼比等信息)发给电力系统动态安全评估和预警子系统60，并由其实时启动小干扰稳定评估，评估结束后电力系统动态安全评估和预警子系统60将评估结果(如振荡机组分群信息、机组对主导振荡模式的参与因子等)返回到PMU/WAMS子系统30进行后续分析处理；电力系统动态安全评估和预警子系统60也可从电力市场仿真子系统20取得发电计划，基于发电计划和母线负荷预测数据进行潮流整合，给出符合计划预测的潮流，并对该计划运行方式进行安全校核，包括N-1静态安全分析扫描和暂态稳定、电压稳定、小干扰稳定和稳定极限分析计算等，并将安全校核结果反馈回电力市场仿真子系统20，如果安全校核未通过，电力市场仿真子系统20需要对发电计划进行调整，并再次将发电计划送给电力系统动态安全评估和预警子系统60进行校核，循环往复，直至安全校核通过为止。

电力系统故障诊断子系统80，从PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40获得开关变位与报警信息(如开关和刀闸的状态、越限信息等)，从故障信息管理子系统50获得故障信息(如继电保护动作状态、故障录波数据等)，对仿真电力系统的故障进行在线诊断和智能安全报警，并给出故障情况下的调度控制决策建议，将结果返回到SCADA/EMS子系统40进行结果展示。

电力系统恢复控制子系统90，从PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40获得开关变位和报警信息(如开关和刀闸的状态、越限信息等)，从故障信息管理子系统50系统获得故障信息(如继电保护动作状态、故障录波数据等)，对仿真电力系统的故障进行状态识别，对停电区域的供电路径进行搜索推理，给出电网恢复控制策略，并将结果返回到SCADA/EMS子系统40进行结果展示。

下面详细描述根据本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统进行电力市场环境下电力系统安全运行仿真研究的工作流程。

电力系统全数字实时仿真子系统10取得离线运行方式数据，即根据电力市场仿真子系统20的发电计划所形成的计划运行方式，进行暂态仿真计算，分析各种故障情况下系统稳定性，从而实现电力市场环境下电力系统安全运行仿真研究。

下面详细描述根据本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统进行大型互联电网安全稳定监控技术的试验研究和软件测试的工作流程。

电力系统全数字实时仿真子系统10根据需要取得在线断面数据或离线运行方式数据，进行暂态仿真计算，在暂态仿真计算过程中将其所产生的描述电力系统运行状态的量发送给PMU/WAMS子系统30、SCADA/EMS子系统40和故障信息管理子系统50，并接收调度自动化系统即SCADA/EMS子系统40对电力系统的遥控和遥调行为以及PMU/WAMS子系统30对电网的控制措施，从而可对这三个子系统进行试验研究和测试。与此同时，PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40将当前电力系统运行信息和低频振荡预警结果发送给电力系统动态安全评估和预警子系统60，从而可对电力系统动态安全评估和预警子系统60进行试验研究和测试；PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40将开关变位与报警信息发送给电力系统故障诊断子系统80和电力系统恢复控制子系统90，故障信息管理子系统50将故障信息发送给电力系统故障诊断子系统80和电力系统恢复控制子系统90，从而可对电力系统故障诊断子系统80和电力系统恢复控制子系统90这两个子系统进行试验研究和测试。

上述工作流程可同时对30、40、50、60、80和90子系统进行试验研究和测试，当只测试其中部分子系统时，工作流程可以相应简化。

当电力系统全数字实时仿真子系统10所取得的离线运行方式数据为根据电力市场仿真子系统20的发电计划所形成的计划运行方式时，上述工作流程可对电力市场条件下的动态安全分析与评估技术进行试验研究和测试。

下面详细描述根据本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统对电网各种典型运行方式进行分析和稳定评估的工作流程。

电力系统全数字实时仿真子系统10取得电网各种典型运行方式数据，对每一套数据进行暂态仿真计算，在暂态仿真计算过程中将其所产生的描述电力系统运行状态的量发送给PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40，PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40将当前电力系统运行信息和低频振荡预警结果发送给电力系统动态安全评估和预警子系统60，从而可对电力系统进行安全稳定性评估和分析。

下面详细描述根据本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统进行电网事故重演的工作流程。

电力系统全数字实时仿真子系统10导入实际故障发生时刻的在线数据，基于在线潮流进行暂态仿真计算，并通过开关计划、故障设置、发电负荷调节、变压器抽头调节和继保动作等模拟事故情况下的运行、动作、自动调控和演变过程，将其所产生的描述电力系统运行状态的量发送给PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40，PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40将当前电力系统运行信息和低频振荡预警结果发送给电力系统动态安全评估和预警子系统60，从而可对电力系统进行事故分析，给出应对措施，并可在采取措施后直观地观察到该措施起作用后的效果。

下面详细描述根据本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统进行电网事故预演的工作流程。

电力系统全数字实时仿真子系统10根据需要取得在线断面数据或离线运行方式数据，进行暂态仿真计算，并通过开关计划、故障设置、发电负荷调节、变压器抽头调节和继保动作等模拟预想事故情况下的运行、动作、自动调控和演变过程，将其所产生的描述电力系统运行状态的量发送给PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40，PMU/WAMS子系统30和SCADA/EMS子系统40将当前电力系统运行信息和低频振荡预警结果发送给电力系统动态安全评估和预警子系统60，从而可对电力系统进行预想事故分析，给出应对措施，并可在采取措施后直观地观察到该措施起作用后的效果。

下面详细描述根据本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统进行继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测试的工作流程。

电力系统全数字实时仿真子系统10根据需要取得在线断面数据或离线运行方式数据，进行暂态仿真计算，在暂态仿真计算过程中将其所产生的描述电力系统运行状态的量发送给安全稳定控制系统性能测试子系统70，并接收继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备的响应，如开关跳闸信号、PSS输出等信息，从而可对继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测试。

下面详细描述根据本发明的电力系统运行及安全监控仿真系统进行发电计划校核的试验研究和测试的工作流程。

电力市场仿真子系统20进行电力市场交易的仿真，将发电计划送给电力系统动态安全评估和预警子系统60，电力系统动态安全评估和预警子系统60基于发电计划和母线负荷预测数据进行潮流整合，给出符合计划预测的潮流，并对该计划运行方式进行安全校核，包括N-1静态安全分析扫描和暂态稳定、电压稳定、小干扰稳定和稳定极限分析计算等，并将安全校核结果反馈回电力市场仿真子系统20，如果安全校核未通过，电力市场仿真子系统20需要对发电计划进行调整，并再次将发电计划送给电力系统动态安全评估和预警子系统60进行校核，循环往复，直至安全校核通过为止。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电力系统运行及安全监控仿真系统，其特征在于，包括：

电力系统全数字实时仿真子系统(10)，用于实时模拟大规模电力系统的运行，为其他子系统提供仿真数据；电力市场仿真子系统(20)，用于电力市场交易的仿真与培训；PMU/WAMS(广域测量)子系统(30)，对仿真电力系统进行实时动态监测和分析；SCADA/EMS(调度自动化)子系统(40)，对仿真电力系统进行监控分析；故障信息管理子系统(50)，用于故障信息的管理和综合应用；电力系统动态安全评估和预警子系统(60)，用于对当前电力系统的安全评估与预警，以及对未来计划运行方式的安全校核；安全稳定控制系统性能测试子系统(70)，用于对继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测试；电力系统故障诊断子系统(80)，对仿真电力系统的故障进行在线诊断和智能安全报警，并给出故障情况下的调度控制决策建议；电力系统恢复控制子系统(90)，对仿真电力系统的故障进行状态识别，给出电网恢复控制策略；

上述每个子系统都与高速数据网络(数据总线)连接，并通过高速数据网络进行数据的交互传输，也即每个子系统都从高速数据网络获取所需的数据，又将上述各个子系统的执行结果传送至高速数据网络；

上述每个子系统还与管理网络连接，用于系统监控和管理数据的通信；

所述电力系统全数字实时仿真子系统(10)、电力市场仿真子系统(20)、PMU/WAMS子系统(30)、SCADA/EMS子系统(40)和故障信息管理子系统(50)共同构建电力系统运行仿真系统；

所述电力系统动态安全评估和预警子系统(60)、安全稳定控制系统性能测试子系统(70)、电力系统故障诊断子系统(80)和电力系统恢复控制子系统(90)共同构建电力系统安全监控仿真系统。

2.根据权利要求1所述的电力系统运行及安全监控仿真系统，其特征在于，该系统可进行电力市场环境下电力系统安全运行仿真研究；可进行大型互联电网安全稳定监控技术的试验研究和软件测试，如超/特高压大电网的动态安全分析与评估、基于WAMS的电力系统动态调节与控制技术、电力市场条件下的动态安全分析与评估技术等新技术的试验研究和新开发软件的测试等等；可对电网各种典型运行方式进行分析和稳定评估，及早发现隐患，保障电网的安全稳定运行；可进行电网事故重演及原因排查，并结合动态安全评估及预警技术研究应对措施；可对继电保护装置、电力系统稳定器(PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测试；可进行大型互联电网事故预演和调度员模拟培训，开展联合反事故演习，提高应对突发事故的处理能力。

3.根据权利要求1所述的电力系统运行及安全监控仿真系统，其特征在于，该系统的数据来源可以是从调度中心获得的某一特定断面的在线数据，也可以是离线运行方式数据，可根据研究问题的实际需要选择并可在各套数据之间迅速切换。

4.根据权利要求1所述的电力系统运行及安全监控仿真系统，其特征在于，所述电力系统全数字实时仿真子系统(10)执行如下任务：

实时模拟大规模电力系统的运行；

将电力系统全数字实时仿真子系统(10)产生的包括线路有功功率、无功功率、电流、母线注入功率和母线电压等遥测量，以及开关和刀闸的状态、继电保护动作状态和事故总信号状态等遥信量这些描述电力系统运行状态的信息送到SCADA/EMS子系统(40)中；同时接收SCADA/EMS子系统(40)的调度命令，所述调度命令包括对开关等设备的遥控命令和对调压变压器抽头的遥调命令等；

将电力系统全数字实时仿真子系统(10)产生的包括线路有功功率、无功功率、母线电压、发电机功角和母线电压相角等描述电力系统运行状态的信息，送到PMU/WAMS子系统(30)；同时接收PMU/WAMS子系统(30)对电网的控制措施，所述电网控制措施包括发电机出力调节、切负荷等辅助决策措施；

将开关和刀闸的状态、继电保护动作状态和包括故障点以及故障点两侧母线的故障电气量信息的故障录波数据送到故障信息管理子系统(50)，此过程中还需要对仿真系统故障信息电气量进行序分量-相分量转换，有效值-瞬时值转换；

将电力系统全数字实时仿真子系统(10)所产生的包括线路有功功率和母线电压等信息的描述电力系统运行状态的信息，送到安全稳定控制系统性能测试子系统(70)，并接收安全稳定控制系统性能测试子系统(70)所测试的继电保护装置、PSS(电力系统稳定器)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备的响应；

所述电力系统全数字实时仿真子系统(10)可通过开关计划、故障设置、发电负荷调节、变压器抽头调节和继保动作等操作，进而模拟事故情况下的运行、动作、自动调控和演变过程，从而实现事故重演、事故预演的功能。

5.根据权利要求1所述的电力系统运行及安全监控仿真系统，其特征在于，所述电力市场仿真系统(20)执行如下任务：

进行电力市场交易的仿真；

将发电计划送给电力系统动态安全评估和预警子系统(60)；

接收电力系统动态安全评估和预警子系统(60)反馈的安全校核结果；

如果上述安全校核的结果是不通过，那么所述电力市场仿真子系统(20)需要对发电计划进行调整，并再次将发电计划送给电力系统动态安全评估和预警子系统(60)，接收电力系统动态安全评估和预警子系统(60)反馈的安全校核结果，循环往复，直至安全校核通过为止；

所述电力市场仿真系统(20)还可进行电力市场交易的培训。

6.根据权利要求1所述的电力系统运行及安全监控仿真系统，其特征在于，所述PMU/WAMS子系统(30)执行如下任务：

接收电力系统实时仿真子系统(10)发送的描述电力系统运行状态的量，包括线路有功功率、无功功率、母线电压、发电机功角和母线电压相角等信息；

对仿真电力系统进行实时动态监测和分析，包括系统功角监视、电压相角监视、线路功率实时监视、低频振荡诊断分析和辅助决策等；

将包括发电出力、负荷、母线电压等的系统运行信息和包括振荡机组分群信息、机组对主导振荡模式的参与因子等的低频振荡预警结果信息送给电力系统动态安全评估和预警子系统(60)，并接收电力系统动态安全评估和预警子系统(60)反馈的小干扰稳定评估结果，进行后续分析处理；

将越限等报警信息送给电力系统故障诊断子系统(80)和电力系统恢复控制子系统(90)。

7.根据权利要求1所述的电力系统运行及安全监控仿真系统，其特征在于，所述SCADA/EMS子系统(40)执行如下任务：

接收电力系统实时仿真子系统(10)发送的描述电力系统运行状态的遥测量和遥信量；

对仿真电力系统进行监控分析和调度，包括功率监视、电压监视、状态估计、调度员潮流、开关操作和调压变压器抽头调节等；

将正常的调度命令，包括对开关等设备的遥控命令和对调压变压器抽头的遥调命令等，发送到电力系统全数字实时仿真子系统(10)；

将包括发电出力、负荷、母线电压等的系统运行信息送给电力系统动态安全评估和预警子系统(60)，并展示电力系统动态安全评估和预警子系统(60)反馈的评估结果；

将开关变位与报警信息送给电力系统故障诊断子系统(80)和电力系统恢复控制子系统(90)；接收电力系统故障诊断子系统(80)和电力系统恢复控制子系统(90)发送的故障诊断结果和电网恢复控制策略结果并展示；

所述SCADA/EMS子系统(40)还可进行调度员模拟培训和联合反事故演习。

8.根据权利要求1所述的电力系统运行及安全监控仿真系统，其特征在于，所述故障信息管理子系统50执行如下任务：

接收电力系统全数字实时仿真子系统(10)发送的开关和刀闸的状态、继电保护动作状态和故障录波数据；

对故障信息进行管理和综合应用；

将继电保护动作状态、故障录波数据等故障信息发送给电力系统故障诊断子系统(80)和电力系统恢复控制子系统(90)。

9.根据权利要求1所述的电力系统运行及安全监控仿真系统，其特征在于，所述电力系统动态安全评估和预警子系统(60)执行如下任务：

从PMU/WAMS子系统(30)和SCADA/EMS子系统(40)取得包括发电出力、负荷、母线电压等的当前电力系统运行信息和包括振荡机组分群信息、机组对主导振荡模式的参与因子等的低频振荡预警结果信息；

进行在线/离线数据整合；

基于整合后的数据对当前电力系统进行全面的稳定性评估、分析和预警，包括N-1静态安全分析、暂态稳定评估、电压稳定评估、小干扰稳定评估、稳定极限和辅助决策等；

将评估结果送到PMU/WAMS子系统(30)和SCADA/EMS子系统(40)。

10.根据权利要求1所述的电力系统运行及安全监控仿真系统，其特征在于，所述电力系统动态安全评估和预警子系统(60)还可执行如下任务：

从电力市场仿真子系统(20)取得发电计划；

基于发电计划和母线负荷预测数据进行潮流整合，给出符合计划预测的潮流；

对该计划运行方式进行安全校核，包括N-1静态安全分析扫描和暂态稳定、电压稳定、小干扰稳定和稳定极限分析计算等；

将安全校核结果送到电力市场仿真子系统(20)，如果安全校核结果为不通过，需接收电力市场仿真子系统(20)调整后的发电计划，并重新进行潮流整合和安全校核，并将安全校核结果再次发送到电力市场仿真子系统(20)，循环往复，直至安全校核结果为通过为止。