CN106875086A - 一种基于图形化交互操作的电网数据建模方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于图形化交互操作的电网数据建模方法及系统，包括下述步骤：收集电网数据建模元件设备的出厂参数，并建立电网元件设备的典型参数库；对厂站、线路进行抽象、封装，建立包括厂站模板和线路模板的常用模板库；使用厂站模板和典型参数新建厂站数据；使用线路模板和典型参数新建线路数据；基于图形化交互操作的大规划电网建模，并实现仿真分析与建模同时进行。在搭建较大规模的电网时相比基于文本、表格、单线图的电网数据建模方法，本方法更加高效，基于典型参数的电网元件参数填充方法也简化了电网数据建模难度。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种基于图形化交互操作的电网数据建模方法及其系统。
背景技术
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。电力系统仿真已成为电力系统研究、规划和设计的重要手段。随着经济的发展，电网规模快速增大，过去凭借操作人员经验进行指导生产的方式越来越不可行，对电网仿真计算的依赖程度逐步提高。电力系统仿真计算已经成为电力系统动态分析与安全控制的基本工具，也是电力生产部门用于指导电网运行的基本依据，而电力系统建模是电力系统仿真的基础。通过一些辅助工具快速的对电力系统进行建模,构建完整的电网数据可以减轻工作人员的工作负担。通常用于构建电网数据的辅助工具包括文本、表格、图形化的编辑以及外部数据导入等。
使用基于文本的工具构建电网数据，工作人员需要按指定的文本格式编辑文本文件中的电网元件数据。这种方式对操作人员的要求极高，稍有不慎就会引入不必要的错误，查错难度也很大。基于表格工具构建和编辑电网数据比直接编辑文本数据更直观一些但常用的表格工具在批量复制、粘贴、查找、替换等方面的不如文本工具方便。通过外部数据导入构建电网数据的方式，可以基于已有电网数据快速搭建电网，但前提是需要提前约定好数据交换格式，且很难根据用户需求任意修改电网数据，降低了电网仿真的灵活性，只能作为一种补充方案加以采用。
图形化的电网数据构建和编辑工具为用户直观的展示出电网元件的连接关系，常见的有单线图、地理接线图两种类型。基于单线图的工具仅支持元件级别的图形化编辑，每次可以增加或编辑一个母线、变压器、发电机、负荷、线路等电网元件。目前，基于地理接线图的图形化数据构建常常被限制，多数地理图工具仅支持以图形的方式绘制电网元件图符，对元件关联的电网数据的操作需要转到相关的文本、表格或单线图编辑工具中进行，操作很不方便。
另外，电力系统基本元件众多，各元件参数复杂，用户在仿真建模时很难做到对每个元件的全部参数烂熟于心，如果遇到不熟悉的元件现到文档中查询必定会降低仿真建模效率。而且，随着电网规模的不断扩大，电力系统建模和仿真的数据规模也越来越大，图形化的电网数据构建方式被更多用户接受，但使用变压器、发电机、负荷、线路等单个电网元器件搭建庞大的电网数据效率低下。
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图形化操作的电网数据建模方法及其系统，在搭建较大规模的电网时相比基于文本、表格、单线图的电网数据建模方法，本方法更加高效，基于典型参数的电网元件参数填充方法也简化了电网数据建模难度。
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图形化交互操作的电网数据建模方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
(1)收集电网数据建模元件设备的出厂参数，并建立电网元件设备的典型参数库；
(2)对厂站、线路进行抽象、封装，建立包括厂站模板和线路模板的常用模板库；
(3)使用厂站模板和典型参数新建厂站数据；
(4)使用线路模板和典型参数新建线路数据；
(5)基于图形化交互操作的大规划电网建模，并实现仿真分析与建模同时进行。
进一步地，所述步骤(1)中，典型参数库以元件类型、元件型号作为主键关联电网元件的典型参数，所述典型参数库与外部交互。
进一步地，所述步骤(2)中，所述厂站模板包括电厂模板和变电站模板，用于描述厂站内包含的电网元件及其电气接线关系并为厂站内的电网元件存储一组默认参数；
所述线路模板包括交流线路模板和直流线路模板，用于描述线路模型及其电气接线关系并为线路存储一组默认参数。
进一步地，所述电厂模板包括火电厂、水电站、核电站、抽水蓄能电厂、风电场、光伏电站和其它电厂；所述变电站模板包括一般变电站、I接站、∏接站、开关站、串补站、换流站和其它变电站。
进一步地，所述步骤(3)包括下述步骤：
(3-1)通过模板编辑器新建电厂模板或变电站模板并进行参数编辑；
(3-2)进行厂站模板选择，包括电厂模板和变电站模板；
(3-3)基于电网基础数据加载元件基础参数，并依据元件类型、型号自动关联电网元件典型参数；
(3-4)在图形界面上填写参数完毕，完成一个厂站建模，并返回步骤(3-1)。
进一步地，所述步骤(3-4)中，系统使用新的参数替换厂站模版中的默认参数后将新的厂站数据添加到电网数据中，新建厂站数据成功。
进一步地，所述步骤(4)包括下述步骤：
(4-1)在至少完成两个厂站建模的基础上，依次选择两个电压等级对等的厂站，系统自动加载电网拓扑信息；
(4-2)加载默认线路模板并依据线路型号填充典型参数，自动计算线路长度；
(4-3)在图形界面上填写剩余基础参数完毕，完成一条线路建模。
进一步地，所述线路建模得到的线路在两个厂站间被创建，并依据用户配置参数值替换线路模板默认参数值。
本发明还提供一种基于图形化交互操作的电网数据建模系统，其改进之处在于，所述系统包括：
电网基础数据管理模块，用于继承现有PSASP、PSD-BPA系统中的电网基础数据，通过数据导入建立电网拓扑数据，也支持多种格式数据的导出；
电网图形展示模块，用于展示电网网架地理信息和电网组成单元电气主接线信息；
模板数据管理模块，为用户提供编辑厂站模板和线路模板参数的模板编辑器；
典型参数管理模块，基于用户预先收集的电网设备、元件出厂参数建立电网典型参数库。
进一步地，所述典型参数库以元件类型、元件型号作为主键关联电网元件的典型参数，所述典型参数库与外部交互。
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：
本发明提供的技术方案中，开发人员预先收集电力系统多种典型元件的出厂参数并建立典型参数库，用户在使用仿真软件进行电网数据建模时，不需熟悉每个元件的全部参数，只需熟悉元件型号即可自动关联其它参数，降低用户在使用仿真软件过程中的认知成本。另外，在基于地理接线图的电网仿真软件中，基于模板对电力系统厂站和线路单元进行封装，用户在仿真软件中搭建电网数据时，基于厂站、线路模板和典型参数库，在软件系统中通过简单的图形化操作可一次建立一个厂站、一次建立一条线路，短时间内能够搭建较大规模的电网数据，满足电网仿真计算、电网规划需要。
在搭建较大规模的电网时相比基于文本、表格、电气接线图的电网数据建模方法，本方法更加高效，可边建模边做分析，基于典型参数的电网元件参数填充方法也简化了电网数据建模难度。
为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于图形化操作的电网数据建模系统设计图；
图2是本发明提供的典型参数库数据编辑器界面；
图3是本发明提供的厂站模板库界面；
图4是本发明提供的变电站模板库界面；
图5是本发明提供的基于厂站模板和典型参数的电网数据构建流程图；
图6是本发明提供的基于线路模板和典型参数的电网数据构建流程图；
图7是本发明提供的基于地理图的仿真软件、规划软件电网设计示例图；
图8是本发明提供的一种基于图形化交互操作的电网数据建模方法的流程图。
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。
以下描述和附图充分的示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
实施例一
本发明提供一种基于图形化操作的电网数据建模方法，其流程图如图8所示，包括下述步骤：
(1)收集电力系统数据建模常用元件的出厂参数，并建立电网常用元件设备的典型参数库。典型参数库以元件类型、元件型号作为主键关联电网元件的典型参数并与外部交互。
(2)对厂站、线路进行抽象、封装，建立包括厂站模板和线路模板的常用模板库；
在基于地理接线图的仿真软件、规划软件电网数据建模系统中，对厂站、线路进行抽象、封装，建立常用模板库，包括厂站模板和线路模板。厂站模板包括电厂模板和变电站模板。厂站模板描述了厂站内包含的电网元件及其电气接线关系并为厂站内的电网元件存储一组默认参数。线路模板包括交流线路模板和直流线路模板。线路模板描述了线路模型及其电气接线关系并为线路存储一组默认参数。常用模板参数可以根据元件类型、元件型号从典型参数库中自动关联，常用电网元件不局限于典型参数库中列出的元件类型。
已经建立的电厂模板包括火电厂、水电站、核电站、抽水蓄能电厂、风电场、光伏电站、其它电厂；变电站模板包括一般变电站、I接站、∏接站、开关站、串补站、换流站、其它变电站；交流线和直流线模板单一，系统提供默认模板，不在常用模板库单独列出。
可对常用模板库进行扩展，系统基于图片和单线图文件存储模板样式和数据。系统建立了基于单线图的图形化模板编辑器，可直接对模板进行编辑修改。模版编辑器提供常用的电网元件并允许用户以图形化的方式添加电网元件到模版中。模版编辑器中的电网元件根据元件特性提供连接热点，用户连接不同元件的连接热点可以建立模版内元件的电气接线关系。元件编辑器为用户提供元件参数编辑功能，这样在典型参数库中没有该类电网元件相关的型号参数时可以使用默认参数。
(3)在基于地理图的仿真软件、规划软件中基于预先定义的模板和建立的典型参数库，用户通过图上操作，可以一次建立一个厂站、一次建立一条线路，短时间内能够搭建较大规模的电网数据，满足电网仿真计算、电网规划需要。
使用厂站模板和典型参数新建厂站数据：在图形化构建电网数据时，用户根据需求选择一个厂站模板，系统根据选择的模板引导用户选择模版内的设备型号并填写其他相关参数。系统在检查参数合理性后根据用户所选设备型号到典型参数库查找型号对应的典型参数，并根据获得的典型参数及用户填写的其它参数填充电网元件参数。系统使用新的参数替换厂站模版中的默认参数后将新的厂站数据添加到电网数据中，新建厂站数据成功。
(4)使用线路模板和典型参数新建线路数据：
在图形化构建电网数据时，用户根据需求选择线路两端连接的厂站，系统根据选择的模板引导用户选择线路型号，程序会自动填充线路两端母线信息并计算线路长度，最后填写其它相关参数。系统在检查参数合理性后，基于线路型号在典型参数库查找线路型号对应的典型参数，并根据获得的典型参数及线路长度和其它参数填充电网元件参数。系统使用新的参数替换线路模版中的默认参数后将新的线路数据添加到电网数据中，新建线路数据成功。
(5)基于图形化交互操作的大规模电网建模，并实现仿真分析与建模同时进行：
图形化方式新建厂站和线路的最佳应用场景是电力系统地理接线图。在电力系统地理接线图中，用户选择一个厂站模版并在地理接线图上指定一个坐标位置，系统弹出窗口引导用户填写参数。由于地理接线图本身带有或隐含了地理坐标，用户在地理接线图上建立厂站的同时，系统可以估算一个地理坐标位置作为新建厂站的地理坐标。在用户掌握真实地理坐标之前估算的地理坐标可以作为参考。使用图形化方式在地理接线图上新建线路的操作同样简单方便，用户新建线路时，依次从地理图上选择两个厂站，系统将提供默认线路模板，并弹出线路参数设置窗口，用户选择一个基于典型参数库提供的线路型号，程序自动计算线路长度，I侧、J侧母线根据所选的厂站确定，最后填写线路其它参数。填写参数完毕后单击确定线路即在两个厂站间被创建，并依据用户配置参数值替换线路模板默认参数值。
实施例二
以下将以图形化的方式描述基于厂站模板和典型参数的电网数据构建步骤：
步骤一：通过基础数据管理模块，导入现有PSASP或PSD-BPA等电网仿真数据，快速建立电网基础数据库。
步骤二：建立电网图形化数据建模系统，包括背景图层、电网数据绘制图层、电网建模操作接口等，示意图见图1。基于电力系统地理位置接线图的电网网架展示和基于电气主接线图的电网元件拓扑信息展示。
步骤三：收集电力系统数据建模常用元件的出厂参数，并建立电网常用元件设备的典型参数库。典型参数库以元件类型、元件型号作为主键自动关联电网元件的典型参数并与外部交互。包括但不限于：交流线、发电机、两绕组变压器、三绕组变压器、直流线、负荷模型，典型参数库数据编辑器界面如图2(以交流线为示例)。
步骤四：在基于地理接线图的仿真软件、规划软件电网数据建模系统中，对厂站、线路进行抽象、封装，建立常用模板库，包括电厂模板库(火电厂、水电站、核电站、抽水蓄能电厂、风电场、光伏电站、其它电厂)和变电站模板库(一般变电站、I接站、∏接站、开关站、串补站、换流站、其它变电站)，见图3和图4。线路模板库类型单一，不在常用模板库中单独列出，线路建模时自动列出。厂站模板描述了厂站内包含的电网元件及其电气接线关系并为厂站内的电网元件存储一组默认参数。线路模板包括交流线路模板和直流线路模板。线路模板描述了线路模型及其电气接线关系并为线路存储一组默认参数。常用模板参数可以根据元件类型、元件型号从典型参数库中自动关联，常用电网元件不局限于典型参数库中列出的元件类型。
步骤五：基于模板编辑器可以对模板对应的电网元件及其电气接线进行编辑，包括母线、两绕组变压器、三绕组变压器、发电机、负荷、小交流支路、并联电容器、并联电抗器、开关、刀闸等电网元件及其参数。
步骤六：厂站模板基于PNG图片和*.slg格式的二进制文件存储模板样式和数据，对常用模板库进行扩展时，只需在模板存储目录下建立新的模板图片和文件名一致的slg二进制文件即可，程序启动后在常用模板库中即可对新增模板基于模板编辑器进行其电气主接线方式进行编辑。
对常用模板库进行扩展，系统基于图片和指定格式文件存储模板样式和数据。系统建立了基于单线图的图形化模板编辑器，可直接对模板数据进行编辑修改。模版编辑器提供常用的电网元件并允许用户以图形化的方式添加电网元件到模版中。模版编辑器中的电网元件根据元件特性提供连接热点，用户连接不同元件的连接热点可以建立模版内元件的电气接线关系。元件编辑器为用户提供元件参数编辑功能，这样在典型参数库中没有该类电网元件相关的型号参数时可以使用默认参数。
步骤七：在基于地理图的仿真软件、规划软件中，基于厂站模板和典型参数的电网数据建模流程如图5所示。规划电网设计阶段执行增加厂站操作，弹出基于常用模板库的厂站模板选择窗口，有电厂模板和变电站模板两种创建类型可供选择。若选择电厂模板后，将弹出新建电厂参数设置窗口，填写电厂名称、发电机和变压器参数和其它参数并勾选所属分区、电厂类型，然后选择基于典型参数的发电机型号、变压器型号、负荷模型，参数填写完毕后系统在检查参数合理性后根据用户所选设备型号到典型参数库查找型号对应的典型参数，并根据获得的典型参数及用户填写的其它参数填充电网元件参数。系统使用新的参数替换厂站模版中的默认参数后将新的厂站数据添加到电网数据中，新建厂站数据成功。若选择变电站模板，将弹出新建变电站参数设置窗口，填写变电站名称，勾选所属分区、无功补偿类型，并选择基于典型参数库提供的变压器型号，参数填写完毕后即可创建变电站数据。
电网图形化数据建模系统的最佳应用场景是电力系统地理接线图。在电力系统地理接线图中，用户选择一个厂站模版并在地理接线图上指定一个坐标位置，系统弹出窗口引导用户填写参数。由于地理接线图本身带有或隐含了地理坐标，用户在地理接线图上建立厂站的同时，系统可以估算一个地理坐标位置作为新建厂站的地理坐标。在用户掌握真实地理坐标之前估算的地理坐标可以作为参考。使用图形化方式在地理接线图上新建线路的操作同样简单方便，用户新建线路时，依次从地理图上选择两个厂站，系统将提供默认线路模板，并弹出线路参数设置窗口，用户选择一个基于典型参数库提供的线路型号，程序自动计算线路长度，I侧、J侧母线根据所选的厂站确定，最后填写线路其它参数。填写参数完毕后单击确定线路即在两个厂站间被创建，并依据用户配置参数值替换线路模板默认参数值。
步骤八：在基于地理图的仿真软件、规划软件中，基于线路模板和典型参数的电网数据建模流程如图6所示。系统提供了默认的线路模板，电网设计阶段，选择新建线路，依次选择电压对等的两个厂站，将弹出线路参数编辑窗口并自动计算线路长度和填写I侧母线、J侧母线及电压等级，填写线路名称、横截面积、基建造价，根据需要填写I侧高抗容量和J侧高抗容量，选择基于典型参数的线路型号，系统在检查参数合理性后，基于线路型号在典型参数库查找线路型号对应的典型参数，并根据获得的典型参数及线路长度和其它参数填充电网元件参数。系统使用新的参数替换线路模版中的默认参数后将新的线路数据添加到电网数据中，新建线路数据成功。
步骤九：在基于地理图的仿真软件、规划软件中，在电网设计阶段，依据步骤七、步骤八操作流程，一次能搭建或删除一个厂站或一条线路，并可在图形界面上设置线路投退、发电机调节、负荷调节、切换接头显示、设置潮流断面等，示例如图7所示。如已完成搭建的电网规模符合用户初步需求时，可基于当前电网进行仿真、规划分析，并在图形界面查看潮流结果和对规划方案进行分析比较。
实施例三
基于同样的发明构思，本发明还提供一种基于图形化交互操作的电网数据建模系统，所述系统包括：
电网基础数据管理模块，用于继承现有PSASP、PSD-BPA系统中的电网基础数据，通过数据导入建立电网拓扑数据，也支持多种格式数据的导出；
电网图形展示模块，用于展示电网网架地理信息和电网组成单元电气主接线信息；
模板数据管理模块，为用户提供编辑厂站模板和线路模板参数的模板编辑器；
典型参数管理模块，基于用户预先收集的电网设备、元件出厂参数建立电网典型参数库。
所述典型参数库以元件类型、元件型号作为主键关联电网元件的典型参数，所述典型参数库与外部交互。
本发明提供的技术方案在搭建较大规模的电网时相比基于文本、表格、单线图的电网数据建模方法，本方法更加高效，可边建模边做分析，基于典型参数的电网元件参数填充方法也简化了电网数据建模难度。在基于地理图的仿真软件、规划软件中基于预先定义的模板和建立的典型参数库，用户通过图上操作，可以一次建立一个厂站、一次建立一条线路，短时间内能够搭建较大规模的电网数据，满足电网仿真计算、电网规划需要。
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 (10)
1.一种基于图形化交互操作的电网数据建模方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)收集电网数据建模元件设备的出厂参数，并建立电网元件设备的典型参数库；
(2)对厂站、线路进行抽象、封装，建立包括厂站模板和线路模板的常用模板库；
(3)使用厂站模板和典型参数新建厂站数据；
(4)使用线路模板和典型参数新建线路数据；
(5)基于图形化交互操作的大规划电网建模，并实现仿真分析与建模同时进行。
2.如权利要求1所述的电网数据建模方法，其特征在于，所述步骤(1)中，典型参数库以元件类型、元件型号作为主键关联电网元件的典型参数，所述典型参数库与外部交互。
3.如权利要求1所述的电网数据建模方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述厂站模板包括电厂模板和变电站模板，用于描述厂站内包含的电网元件及其电气接线关系并为厂站内的电网元件存储一组默认参数；
所述线路模板包括交流线路模板和直流线路模板，用于描述线路模型及其电气接线关系并为线路存储一组默认参数。
4.如权利要求3所述的电网数据建模方法，其特征在于，所述电厂模板包括火电厂、水电站、核电站、抽水蓄能电厂、风电场、光伏电站和其它电厂；所述变电站模板包括一般变电站、I接站、∏接站、开关站、串补站、换流站和其它变电站。
5.如权利要求1所述的电网数据建模方法，其特征在于，所述步骤(3)包括下述步骤：
(3-1)通过模板编辑器新建电厂模板或变电站模板并进行参数编辑；
(3-2)进行厂站模板选择，包括电厂模板和变电站模板；
(3-3)基于电网基础数据加载元件基础参数，并依据元件类型、型号自动关联电网元件典型参数；
(3-4)在图形界面上填写参数完毕，完成一个厂站建模，并返回步骤(3-1)。
6.如权利要求5所述的电网数据建模方法，其特征在于，所述步骤(3-4)中，系统使用新的参数替换厂站模版中的默认参数后将新的厂站数据添加到电网数据中，新建厂站数据成功。
7.如权利要求1所述的电网数据建模方法，其特征在于，所述步骤(4)包括下述步骤：
(4-1)在至少完成两个厂站建模的基础上，依次选择两个电压等级对等的厂站，系统自动加载电网拓扑信息；
(4-2)加载默认线路模板并依据线路型号填充典型参数，自动计算线路长度；
(4-3)在图形界面上填写剩余基础参数完毕，完成一条线路建模。
8.如权利要求7所述的电网数据建模方法，其特征在于，所述线路建模得到的线路在两个厂站间被创建，并依据用户配置参数值替换线路模板默认参数值。
9.一种基于图形化交互操作的电网数据建模系统，其特征在于，所述系统包括：
电网基础数据管理模块，用于继承现有PSASP、PSD-BPA系统中的电网基础数据，通过数据导入建立电网拓扑数据，也支持多种格式数据的导出；
电网图形展示模块，用于展示电网网架地理信息和电网组成单元电气主接线信息；
模板数据管理模块，为用户提供编辑厂站模板和线路模板参数的模板编辑器；
典型参数管理模块，基于用户预先收集的电网设备、元件出厂参数建立电网典型参数库。
10.如权利要求9所述的电网数据建模系统，其特征在于，所述典型参数库以元件类型、元件型号作为主键关联电网元件的典型参数，所述典型参数库与外部交互。
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