CN107069742B - 基于Python与PSD-BPA的电力系统连续潮流计算系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于Python与PSD‑BPA(简称“BPA”)的电力系统连续潮流计算系统，包括：输入文件读取模块，读取输入的潮流数据DAT文件和CSV变量文件；文件解析模块，对潮流数据DAT文件和CSV变量文件进行解析；连续潮流计算模块，根据CSV变量文件对潮流数据DAT文件进行多次改写，并调用BPA潮流计算程序进行连续潮流计算，记录相应计算结果，生成潮流结果文件；输出模块，根据接收到的输出选择指令调用潮流结果文件输出潮流计算结果；报错提示模块，监测输入文件读取模块和连续潮流计算模块的运行状态；连续潮流计算模块基于脚本语言Python实现。与现有技术相比，本发明具有技术概念清晰、减少重复性操作量、计算可靠性高等优点。

Description

基于Python与PSD-BPA的电力系统连续潮流计算系统

技术领域

本发明涉及电力系统潮流仿真技术工具领域，尤其是涉及一种基于Python语言与电力系统分析工具PSD-BPA的创新连续潮流计算系统。

背景技术

目前，风电场与风电场群已成为我国智能电网建设的重要组成部分。然而，由于风速存在地理与时间上的不稳定性，风力发电具有随机性和间歇性。能否接纳大规模的风电场接入电网运行必须从电网长期运行的稳定性、可靠性、经济性等方面综合考虑。其中，风电场出口功率的变化对电力系统运行的影响，是电力系统规划、运行等部门进行评估的重要内容。网络潮流计算与机电暂态仿真是电力系统仿真的核心内容，也是目前主流电力系统仿真软件均具备的基本功能。但考虑到可再生能源场站(如：大型陆上/海上风电场)的出力不确定性，常规的潮流计算已不能满足使用要求。

20世纪90年代初，出于对电力系统静态电压稳定性等研究的迫切需求，连续潮流法(Continuous Power Flow,CPF)被提出。作为电力系统静态潮流与连续方法的结合，其基本原理是通过引入连续参数采用预估校正技术，在每一点进行反复迭代，计算出准确的潮流解。如今，对连续潮流计算的算法优化研究已有了长足发展和广泛应用。

目前，我国电力系统的规划、设计、试验与电力调度运行机构等相关单位和各高校在进行电网分析研究时，广泛使用中国电力科学研究院开发的PSD-BPA电力系统分析程序(简称“BPA”)。BPA的潮流计算程序(PFNT)易于使用、计算准确、收敛较快，但其在连续潮流运算方面诸多缺陷：其一，BPA计算数据录入格式严格，手动修改数据文件时步骤繁琐且容易出错；其二，BPA不具备完整的连续潮流计算功能，无法灵活指定连续参数与步长；其三，BPA的计算结果记录格式欠佳，因而为进一步的提取、分析带来了许多不便。综上，BPA软件不适宜进行反复、多次的潮流运算。

目前，没有任何BPA软件接口或补丁具备上述“连续潮流计算”功能，严重制约了BPA功能的全面性，影响了BPA的商业推广。因此，在PSD-BPA仿真分析工具平台上，通过第三方开发“连续潮流计算”工具包，可有效提升电力系统各级调度与规划人员的生产力，具有强烈的现实意义与巨大的商业价值。

发明内容

本发明的目的就是为克服PSD-BPA现有平台中存在的功能缺陷，通过Python语言为BPA提供一种技术概念清晰、实现方法简单、计算可靠性高的“连续潮流计算”工具，从而可有效嵌入BPA平台中，提供网络潮流分析的先进功能，有效提升BPA的商业与技术价值。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于Python与PSD-BPA的电力系统连续潮流计算系统，包括：

输入文件读取模块，读取输入的潮流数据DAT文件和CSV变量文件；

文件解析模块，对所述潮流数据DAT文件和CSV变量文件进行解析；

连续潮流计算模块，根据解析后的CSV变量文件对所述潮流数据DAT文件进行多次改写，并调用BPA潮流计算程序进行连续潮流计算，记录相应计算结果，生成潮流结果文件；

输出模块，根据接收到的输出选择指令调用所述潮流结果文件输出潮流计算结果；

报错提示模块，监测输入文件读取模块和连续潮流计算模块的运行状态，在发生运行错误时产生错误提示；

所述连续潮流计算模块基于脚本语言Python实现。

所述CSV变量文件存储的数据包括时间序列与指定节点的对应变量序列，所述指定节点设有多个。

所述文件解析模块包括：

DAT文件解析单元，扫描所述潮流数据DAT文件，获取各节点与线路的信息，并记录节点的卡数据位置；

CSV变量文件解析单元，根据所述CSV变量文件获取变负荷的节点名称，并查找对应的卡数据位置。

所述连续潮流计算模块包括：

DAT文件改写单元，根据解析获取的变负荷的节点名称及相应卡数据位置对潮流数据DAT文件进行改写；

潮流计算运行单元，调用BPA潮流计算程序运行一次潮流计算；

结果记录单元，记录潮流计算结果，生成潮流结果文件；

潮流计算控制单元，根据CSV变量文件获取潮流计算次数，根据所述潮流计算次数控制DAT文件改写单元、潮流计算运行单元、结果记录单元依次循环动作。

所述报错提示模块包括：

输入报错单元，监测并判断输入文件读取模块中的文件是否合理，在判断结果为否时生成报错提示信息；

收敛报错单元，监测并判断输入文件读取模块的计算过程是否出不收敛现象，在判断结果为是时生成报错提示信息。

所述输入文件读取模块还包括：

文件格式预处理单元，对潮流数据DAT文件的中文字进行预处理，扩展中文字位宽。

所述连续潮流计算模块还包括：

结果汇总单元，在一次潮流计算结束时响应，解析潮流结果文件汇总生成CSV结果文件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)利用脚本语言Python实现了对PSD-BPA潮流计算程序的批量调用，大量减少了重复性的手工操作量，可有效嵌入BPA平台中，为连续潮流研究带来极大便利；

(2)针对PSD-BPA平台使用方面的固有缺陷，通过自动解析原数据文件、整理计算结果数据、过滤节点名空格、记忆历史操作、界面可视化等方式，大幅改善了实际操作体验；

(3)设置有关于PSD-BPA连续潮流计算的报错提示模块，充分考虑了多种用户非法操作，针对各种可能导致程序非正常运行的情况作了预防，使用起来可靠性高、稳定性强；

(4)由于Python语言核心由C语言编写，因此本发明计算速度快，兼容性强，可控性高。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明结构时序图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例提供一种基于Python与PSD-BPA的电力系统连续潮流计算系统，包括输入文件读取模块、文件解析模块、连续潮流计算模块、输出模块和报错提示模块，该连续潮流计算工具根据BPA的数据格式与运行的特点，引入了批量处理的思想并通过计算机编程语言Python来实现自动连续潮流计算。

输入文件读取模块读取输入的潮流数据DAT文件和CSV变量文件。CSV变量文件为提供负荷变量(发电机出力)的CSV格式的负荷变量文件，存储的数据包括时间序列与指定节点的对应变量序列(通常为发电机出力)，所述指定节点设有多个。

文件解析模块对所述潮流数据DAT文件和CSV变量文件进行解析。文件解析模块对输入进行预处理，包括：

DAT文件解析单元，扫描所述潮流数据DAT文件，获取各节点与线路的信息，并记录节点的卡数据位置；

CSV变量文件解析单元，根据所述CSV变量文件获取变负荷的节点名称，并查找对应的卡数据位置。

连续潮流计算模块根据解析后的CSV变量文件对所述潮流数据DAT文件进行多次改写，并调用BPA潮流计算程序进行连续潮流计算，记录相应计算结果，生成潮流结果文件，所述连续潮流计算模块基于脚本语言Python实现。连续潮流计算模块包括：

DAT文件改写单元，根据解析获取的变负荷的节点名称及相应卡数据位置对潮流数据DAT文件进行改写；

潮流计算运行单元，调用BPA潮流计算程序运行一次潮流计算；

结果记录单元，记录潮流计算结果，生成潮流结果文件；

潮流计算控制单元，根据CSV变量文件获取潮流计算次数，根据所述潮流计算次数控制DAT文件改写单元、潮流计算运行单元、结果记录单元依次循环动作。

在本发明的另一实施例中，连续潮流计算模块还包括结果汇总单元，在一次潮流计算结束时响应，解析潮流结果文件汇总生成CSV结果文件。

输出模块根据接收到的输出选择指令调用所述潮流结果文件输出潮流计算结果。

报错提示模块监测输入文件读取模块和连续潮流计算模块的运行状态，在发生运行错误时产生错误提示。报错提示模块考虑了实用性与容错性，可针对以下情况将中断运行并产生提示：未选择或选择了非法的文件路径、未添加输出线路运行或未选择节点添加线路、运算中出现收敛错误等。报错提示模块包括：

输入报错单元，监测并判断输入文件读取模块中的文件是否合理，在判断结果为否时生成报错提示信息；

收敛报错单元，监测并判断输入文件读取模块的计算过程是否出不收敛现象，在判断结果为是时生成报错提示信息。

上述连续潮流计算工具的工作原理是根据连续潮流计算的需要，将变化的负荷(发电机出力可认为是负的负荷)批量写入潮流数据文件。每次写入潮流数据文件后，就要调用一次潮流运算模块(PFNT)，并将结果文件中所需求的相关数据提取、写入连续潮流的结果文件，如图1-图2所示，具体包括以下步骤：

1)初始化，确认BPA潮流计算程序已连接并可被正确识别。

2)选择输入，读取计算程序文件、潮流数据DAT文件和CSV变量文件。

3)判断接收到的输入文件是否合理，如不合理，返回步骤2)，如合理则进入下一步骤。

4)为了方便选择输出数据的线路，在获得输入文件立即对该文件进行预处理：

(1)首先需要解析潮流数据DAT文件，整理出各节点与线路的信息，为人机交互界面的线路选择与连续潮流运算的输出做准备。具体实施时，需要扫描DAT文件，根据卡数据行首位字母即可确定是否属于节点或线路，并将节点名称(包括电压等级)与B卡、L卡数据的位置记录在相应列表Bnamelist[]、Blist[]与Llist[]中；

(2)其次，还需要再读取CSV变量文件，确定变负荷的节点名称(可以有多个)，并在DAT文件中查找到卡数据位置，为潮流数据文件的改写做准备。具体实施时，主要根据用户输入的CSV变量文件得到以下信息：一是根据CSV文件得到负荷变化次数，也即潮流运算反复执行的次数(记为num)；另一方面是变负荷的节点名称(可以有多个，记为列表dot[]，其长度计为vartnum)，并与Bnamelist[]比较，对应地找到Blist[]中的记录，即找到变负荷节点在潮流数据DAT文件中的位置(记为列表dotcount[])，以方便反复改写DAT文件；

(3)BPA对卡片数据的格式要求较为严格，例如负荷的填写应遵循F5.0的数值，有必要从易用性角度考虑自动识别与处理。

5)解析输入文件，选择输出，即自由添加目标输出的电力网络线路，自动避免重复选择线路、选择不存在线路等情况，且选择的线路可删除。

6)输入处理完毕后，进入到主体部分，即重复“改写潮流数据DAT文件——运行PFNT模块——提取并存储计算结果”这一过程。如计算过程中出现不收敛现象，将给出提示并返回步骤2)。

这个过程必须要保证3点：

(1)保证所有变负荷节点的数据均被写入；

(2)保证所有由用户选定的线路信息均被汇总至CSV文件中；

(3)保证如果潮流计算不收敛则退出并给出提示。

7)连续潮流运算的输出需要整理满足时间序列的线路潮流数据。具体的节点与线路名称则由用户通过交互图形界面指定。为了方便，可以在输入的CSV变量文件基础上对应写入计算结果，“运算结果数据”包括BPA的潮流结果文件(PFO)提供的线路有功/无功以及有功/无功损耗，可查重计算结果。

上述过程中，在读写文件时的格式问题上需要注意三点：

(1)BPA中的卡片数据编辑器中，每个中文字占据2个位宽。而程序中对文件的读写采用utf-8格式解码，1个中文字只占据1位。因此读取DAT潮流数据文件时必须预先处理中文字以正确对应卡片的数据，本方案采用了汉字节点后电压前加空格的办法，等效扩展了中文字位宽；

(2)一些BPA使用者在填写B卡、L卡等卡片时较易出现节点电压(其格式为F4.0)未填满4位就换行的情形，不利于程序的规范和统一，因此也有必要预先处理；

(3)CSV变量文件中的变负荷数据要写入潮流计算文件，因此必须符合BPA对卡片数据格式的定义，因此也需要过滤、处理。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于Python与PSD-BPA的电力系统连续潮流计算系统，其特征在于，包括：

输入文件读取模块，读取输入的潮流数据DAT文件和CSV变量文件；

文件解析模块，对所述潮流数据DAT文件和CSV变量文件进行解析；

连续潮流计算模块，根据解析后的CSV变量文件对所述潮流数据DAT文件进行多次改写，并调用BPA潮流计算程序进行连续潮流计算，记录相应计算结果，生成潮流结果文件；

输出模块，根据接收到的输出选择指令调用所述潮流结果文件输出潮流计算结果；

报错提示模块，监测输入文件读取模块和连续潮流计算模块的运行状态，在发生运行错误时产生错误提示；

所述连续潮流计算模块基于脚本语言Python实现，利用脚本语言Python实现对PSD-BPA潮流计算程序的批量调用，连续潮流计算模块包括：

DAT文件改写单元，根据解析获取的变负荷的节点名称及相应卡数据位置对潮流数据DAT文件进行改写；

潮流计算运行单元，调用PSD-BPA潮流计算程序运行一次潮流计算；

结果记录单元，记录潮流计算结果，生成潮流结果文件；

潮流计算控制单元，根据CSV变量文件获取潮流计算次数，根据所述潮流计算次数控制DAT文件改写单元、潮流计算运行单元、结果记录单元依次循环动作。

2.根据权利要求1所述的基于Python与PSD-BPA的电力系统连续潮流计算系统，其特征在于，所述CSV变量文件存储的数据包括时间序列与指定节点的对应变量序列，所述指定节点设有多个。

3.根据权利要求1所述的基于Python与PSD-BPA的电力系统连续潮流计算系统，其特征在于，所述文件解析模块包括：

DAT文件解析单元，扫描所述潮流数据DAT文件，获取各节点与线路的信息，并记录节点的卡数据位置；

CSV变量文件解析单元，根据所述CSV变量文件获取变负荷的节点名称，并查找对应的卡数据位置。

4.根据权利要求1所述的基于Python与PSD-BPA的电力系统连续潮流计算系统，其特征在于，所述报错提示模块包括：

输入报错单元，监测并判断输入文件读取模块中的文件是否合理，在判断结果为否时生成报错提示信息；

收敛报错单元，监测并判断输入文件读取模块的计算过程是否出现不收敛现象，在判断结果为是时生成报错提示信息。

5.根据权利要求1所述的基于Python与PSD-BPA的电力系统连续潮流计算系统，其特征在于，所述输入文件读取模块还包括：

文件格式预处理单元，对潮流数据DAT文件的中文字进行预处理，扩展中文字位宽。

6.根据权利要求1所述的基于Python与PSD-BPA的电力系统连续潮流计算系统，其特征在于，所述连续潮流计算模块还包括：

结果汇总单元，在一次潮流计算结束时响应，解析潮流结果文件汇总生成CSV结果文件。

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