CN106058856A - 一种快速分析电网静态安全的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种快速分析电网静态安全的方法，包括如下步骤：1）建立初始网络拓扑模型；2）建立计算任务列表；3）建立预想故障修正模型；4）建立分布式计算网络，并分配任务；5）合并和处理计算结果。本发明采用了并行计算的方式进行快速电网静态安全分析，并对结果进行分析排序。本发明可以快速、且可通过自定义预想事故集合进行不局限于N‑1的N‑M计算。本发明以每个预想事故对应的模型修正和潮流计算作为一个单独的计算单元，进行集群计算，提高了静态安全分析问题计算的速度，并对结果集实现了事故设备到越限设备集合的映射，与越限设备与事故设备的映射两种查看方案。本发明还可以处理单线预想事故、变压器预想事故和组合预想事故。

Description

一种快速分析电网静态安全的方法
技术领域
本发明是一种快速分析电网静态安全的方法，属于快速分析电网静态安全的方法的创新技术。
背景技术
当今电力系统的规模不断扩大，区域性的电力系统整合日益增多，系统运行越来越复杂，新情况新问题也不断涌现，主要体现在以下几个方面：1）出于经济性考虑，现在电力系统一般运行于稳定极限附近，这就要求系统运行人员对出现的问题做出及时快速的反应；2）各种技术的改进和新技术的出现，加之地区能源资源不平衡，促使系统广泛互联以追求运行的经济性。特别是电力系统实现商业化运营后，大范围的功率输送越来越多，这使得运行控制的范围越来越大，系统成员种类日趋繁杂，系统控制难度也越来越大；3）随着EMS高级应用软件的不断完善和计算机计算速度的不断提升，各种分析结果源源不断地产生，现有系统大多采用数字或文本列表的方式展示信息，当数据量激增时，系统运行人员无法快速获得系统运行状态的重要信息。
电网运行时，除了要监测前文所述的几类基本数据以外，还要对电网进行多种分析计算，包括稳态分析、暂态分析、静态安全分析(故障分析)等，这些分析主要研究稳态运行或受到扰动情况下电网的性能，以及发现电网易出现故障的薄弱环节，从而使调度人员了解电网整体及局部的性能，并根据分析结果选择确定经济上合理、技术上可行、安全可靠的运行方式。静态安全分析是电力系统分析的重要组成部分。一般情况下，静态安全分析主要是指应用N−1 原则，逐个无故障断开线路、变压器等元件，检查是否因此造成其他元件过负荷和电网低电压，用以检验电网结构强度和运行方式是否满足安全运行要求，从而对会引起线路过负荷、电压越限和发电机功率越限等对电网安全运行构成威胁的故障进行警示，对整个电网的安全水平进行评估，找出系统的薄弱环节。在EMS 系统中，对于N−1 分析结果传统的显示方法是使用表格式列表，其中显示故障元件名称、元件值、限值、越限百分比，此外还包括每个故障所引起的越限元件（母线、传输元件等）的越限详细信息。
传统的静态安全分析方法，主要是通过多次进行潮流计算，即考虑N个元件发生预想故障停运后，计算电网的静态潮流情况，与各元件的热稳定极限比较，得出评估结果。由于计算量巨大，为了节约计算时间，一般采用简化的直流潮流方法进行计算。
现有技术中，为了在可接受的时间内得到静态稳定分析结果，唯有通过减少计算量的方式来进行。目前主要采取的方案是，利用调度员已有的经验，缩小分析范围，即只选择N个元件中的若干个重要线路来进行评价。其缺陷在于：无法保证被忽略的情形中不会产生较为严重的安全问题；并且，随着网络的不断变化，重要线路的集合也在不断变化，利用现有经验无法保证总能选择最严重的情形进行分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速分析电网静态安全的方法。本发明采用了并行计算的方式进行快速电网静态安全分析，并对结果进行分析排序。其优势在于快速，且可以通过自定义预想事故集合进行不局限于N-1的N-M计算。
本发明采用的技术方案是：本发明的快速分析电网静态安全的方法，包括有如下步骤：
1）建立初始网络拓扑模型；
2）建立计算任务列表；
3）建立预想故障修正模型；
4）建立分布式计算网络，并分配任务；
5）合并和处理计算结果。
步骤1）中，建立初始网络拓扑模型是利用现有系统中的网络模型，通过拓扑分析，得到计算直流潮流的网络模型，其核心为B矩阵和P向量。
上述现有系统是EMS系统。
步骤2）中，建立计算任务列表，对N-1评估方式来说，即包含N个任务，每个任务均为一次直流潮流计算；对于N-M来说，根据需要由用户自行定义断线组合。
步骤3）中，建立预想故障修正模型，对于每个预想故障，无论是N-1还是N-M，生成修正后的网络模型矩阵B’，利用该矩阵计算预想故障下的潮流计算结果。
步骤4）中，建立分布式计算网络，并分配任务，是将预想事故集中的每一项实为一个独立的计算任务，将所有任务在大数据平台发布给每一个计算节点，运行完毕计算节点将计算结果返回主节点，并释放所有资源。
步骤5）中，合并和处理计算结果，是从集群获取所有结果，并合并结果集。
本发明的快速分析电网静态安全的方法，结果集采取两种方式合并：直接合并，即预想事故与越限线路集合的映射关系；聚合合并，即越限线路与预想事故集合的映射关系。
本发明的快速分析电网静态安全的方法，以初始状态的B矩阵为基础，每次预想故障时利用修正方法得到新的B矩阵。
本发明的快速分析电网静态安全的方法，支持任意条支路开断的预想事故；对变压器，通过预想事故生成计算任务时，等同于多条支路开断的任务。
本发明采用了并行计算的方式进行快速电网静态安全分析，并对结果进行分析排序。本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1）本发明以每个预想事故对应的模型修正和潮流计算作为一个单独的计算单元，进行集群计算，提高了静态安全分析问题计算的速度，并对结果集实现了事故设备到越限设备集合的映射，与越限设备与事故设备的映射两种查看方案。
2）本发明利用同样的方式处理单线预想事故、变压器预想事故和组合预想事故，具有很强的业务灵活性和扩展性。
本发明可以快速、且可通过自定义预想事故集合进行不局限于N-1的N-M计算。本发明是一种方便实用的快速分析电网静态安全的方法。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为集群计算工作模式示意图。
具体实施方式
本发明的快速分析电网静态安全的方法，进行快速电网静态安全分析，具体实施步骤如下：
（1）建立初始网络拓扑模型
利用现有系统（如EMS）中的网络模型，通过拓扑分析，得到计算直流潮流的网络模型，其核心为B矩阵和P向量。
（2）建立计算任务列表
建立任务列表，一般来说，对N-1评估方式来说，即包含N个任务，每个任务均为一次直流潮流计算。对于N-M来说，可根据需要由用户自行定义断线组合。
设NE为设备总数（包括线路和变压器，变压器又包括双绕组和三绕组变压），线路数为NL，NT2，NT3，则NE=NL+NT2+NT3。
生成的拓扑模型后，系统 包含的支路数为N= NL+2*NT2+3*NT3。
定义自定义断线组合M = {断线组合1, 断线组合2，…，断线组合K}，其中，断线组合K={设备a，设备b，…}。
则最终的计算任务包括NE+K个。
（3）建立预想故障修正模型
对于每个预想故障，无论是N-1还是N-K，生成修正后的网络模型矩阵B’，利用该矩阵计算预想故障下的潮流计算结果。
（4）建立分布式计算网络，并分配任务
将预想事故集中的每一项实为一个独立的计算任务，将所有任务在大数据平台发布。在大数据平台中，Client端提交计算任务，Driver负责向集群资源管理器申请运行Executor资源，待资源申请到之后，executor向Driver申请任务，Driver将计算任务进行分解后下发放给executor，executor对任务进行处理，运行完毕将计算结果返回Driver，并释放所有资源，见附图2。
（5）获取计算结果
从集群获取所有结果，并合并结果集。结果集采取两种方式合并：（a）直接合并，即预想事故与越限线路的映射关系；（b）聚合合并，即越限线路与预想事故的映射关系。

Claims (10)

1.一种快速分析电网静态安全的方法，其特征在于包括有如下步骤：
1）建立初始网络拓扑模型；
2）建立计算任务列表；
3）建立预想故障修正模型；
4）建立分布式计算网络，并分配任务；
5）合并和处理计算结果。
2.根据权利要求1所述的快速分析电网静态安全的方法，其特征在于步骤1）中，建立初始网络拓扑模型是利用现有系统中的网络模型，通过拓扑分析，得到计算直流潮流的网络模型，其核心为B矩阵和P向量。
3.根据权利要求2所述的快速分析电网静态安全的方法，其特征在于上述现有系统是EMS系统。
4.根据权利要求1所述的快速分析电网静态安全的方法，其特征在于步骤2）中，建立计算任务列表，对N-1评估方式来说，即包含N个任务，每个任务均为一次直流潮流计算；对于N-M来说，根据需要由用户自行定义断线组合。
5.根据权利要求1所述的快速分析电网静态安全的方法，其特征在于步骤3）中，建立预想故障修正模型，对于每个预想故障，无论是N-1还是N-M，生成修正后的网络模型矩阵B’，利用该矩阵计算预想故障下的潮流计算结果。
6.根据权利要求1所述的快速分析电网静态安全的方法，其特征在于步骤4）中，建立分布式计算网络，并分配任务，是将预想事故集中的每一项实为一个独立的计算任务，将所有任务在大数据平台发布给每一个计算节点，运行完毕计算节点将计算结果返回主节点，并释放所有资源。
7.根据权利要求1所述的快速分析电网静态安全的方法，其特征在于步骤5）中，合并和处理计算结果，是从集群获取所有结果，并合并结果集。
8.根据权利要求1所述的快速分析电网静态安全的方法，其特征在于结果集采取两种方式合并：直接合并，即预想事故与越限线路集合的映射关系；聚合合并，即越限线路与预想事故集合的映射关系。
9.根据权利要求1所述的快速分析电网静态安全的方法，其特征在于以初始状态的B矩阵为基础，每次预想故障时利用修正方法得到新的B矩阵。
10.根据权利要求1所述的快速分析电网静态安全的方法，其特征在于支持任意条支路开断的预想事故；对变压器，通过预想事故生成计算任务时，等同于多条支路开断的任务。
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