CN107093151A - 电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统，包括断面限额管理模块、断面限额在线监视与告警模块、断面极限功率可行区间计算模块；在实现断面限额在线监视的基础上实现断面极限功率可行区间计算，提高了限额监控的自动化水平，为稳定断面极限管理各个岗位的使用人员提供辅助支撑。

Description

电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统

技术领域

本发明属于智能电网调度领域领域，主要是涉及一种电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统。

背景技术

辽宁电网作为我国东北的重要能源基地，已经形成远距离、大规模交直流混合送端电网，一方面需要汇集大型能源基地电力保证外送容量；另一方面需要为当地负荷供电，支撑本地电网安全稳定可靠运行，因而对电网运行分析与控制决策提出了更高的要求。特别是大规模水电送出串并联通道输送能力的交互影响对电网安全稳定运行至关重要。

对于断面稳定限额管理，目前生产运行中稳定断面监控基于“离线计算，在线监测”模式实现断面稳定限额的在线监视和越限告警；但是实际运行中，一方面断面稳定限额在线识别和监视对断面稳定限额影响的重要因素（如稳控系统投退等）未全面考虑，不能准确地反映实际电网的断面稳定限额；另一方面没有提供手段对离线制定的断面稳定限额进行在线校核。因此迫切需要有效的技术手段实现断面稳定限额的全面监视、管理和动态校核。

为此，辽宁省电力有限公司与南瑞集团公司就开展智能化输电断面极限管理及在线动态校核系统进行了长期的调研设计工作，并最终确定了基于辽宁智能电网调度控制系统（D5000）共同构建智能化输电断面极限管理及在线动态校核系统的总体方案，以实现对辽宁电网断面极限的集中监视和管理，并实现断面极限功率可行区间的计算。

发明内容

发明目的：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统，基于智能电网调度控制系统统一支撑平台，在实现断面限额在线监视的基础上实现断面极限功率可行区间计算，提高了限额监控的自动化水平，为稳定断面极限管理各个岗位的使用人员提供辅助支撑。

技术方案：

一种电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统，其特征在于：该系统包括断面限额管理模块、断面限额在线监视与告警模块、断面极限功率可行区间计算模块，断面限额管理模块，部署在安全III区，共享OMS应用的硬件设施；断面限额在线监视与告警模块和断面极限功率可行区间计算模块部署在安全I区，在安全I区新增2台应用服务器和工作站，复用DSA服务器，在线安全稳定分析的计算机群；在安全III区复用数据库服务器，WEB服务器，工作站群；安全I区与安全III区中的设备均连接在内部服务器上。

安全Ⅲ区主要部署断面限额模型维护功能，该功能与OMS应用紧密集成，结合设备模型数据以web形式提供限额管理界面，实现对断面限额模型数据的编辑维护，流程审批、限额发布等整个管理流程的监管。

安全I区主要部署限额识别、断面极限功率可行区间计算功能。该安全区的功能都基于D5000平台一体化建设。限额识别功能负责限额文件的解析与限额的识别，并把识别限额发布给其他应用使用；断面极限功率可行区间计算功能结合电网当前工况与已经识别限额数据进行温度断面安全稳定运行输送功率的可行区间计算。

所述的电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统的管理校核方法，步骤如下：

断面极限功率可行区间计算模块基于电网的实时运行工况，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定量化评估方法，获取预先指定的稳定断面暂态安全稳定考核故障集中每个故障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式，依据发电机、负荷的参与因子、功率对指定断面的灵敏度和考核故障的暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个可调负荷对稳定断面功率极限的影响因子，从而确定每个稳定断面的最危险的调整方式和最安全的调整方式。在保证全系统发电-负荷整体平衡的前提下，通过改变发电和负荷的分布关系，求取满足系统各类安全稳定约束的稳定断面对应最危险调整方式的最大输送功率和对应最安全调整方式的最大输送功率，从而确定稳定断面安全稳定运行输送功率的可行区间。

所述断面极限功率可行区间计算模块主要分为三个阶段：调整方式识别阶段、极限搜索阶段和安全稳定校核阶段；其中调整方式识别阶段采用EEAC量化分析方法确定稳定断面极限功率对应的最危险调整方式和最安全调整方式；极限搜索阶段基于枚举分档并行计算方法形成分别对应最危险调整方式和最安全调整方式的安全稳定校核的各个分档潮流结果；安全稳定校核阶段针对极限搜索阶段计算出最危险调整方式和最安全调整方式的分档潮流结果，进行静态安全、暂态稳定和静态电压稳定等安全稳定校核，分别计算出对应最危险调整方式和最安全调整方式的最大可用输送功率。具体步骤如下：

1）调整方式识别：针对在线安全稳定分析和预警提供的在线潮流断面、安全稳定分析结论和候选措施调整空间，采用EEAC量化评估方法对稳定断面暂态安全稳定考核故障集中每个故障的暂态安全稳定评估结果进行分析，得到每个故障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式，并根据暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个可调负荷对稳定断面功率极限的影响因子，从而确定每个稳定断面的最危险调整方式和最安全调整方式；

2）极限搜索：采用并行计算技术分别形成最危险调整方式和最安全调整方式的安全稳定校核各个分档潮流结果；基于分档潮流结果，针对各个断面的考核故障采用按算例并行方式分配给计算节点分别进行计算静态安全、暂态稳定和静态电压稳定等安全稳定校核，给出各个稳定校核起作用的安全约束类型及其对应的约束情况；并根据计算节点返回的计算结果得到满足静态和暂态等各类安全稳定约束的最危险调整方式和最安全调整方式下的断面潮流最大值；

3）安全稳定校核：针对极限搜索阶段得到最危险调整方式和最安全调整方式下的断面潮流最大值对应的极限运行方式，基于在线安全稳定分析的预想故障集进行静态、暂态和动态安全稳定校核，最终得到各个稳定断面极限功率的可行区间。

优点及效果：

本发明这种电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统，具有以下优点和有益效果：

（1）提出了一种包括结构化数据和非结构化数据的电网稳定断面控制限额统一描述方法。

稳定断面控制限额模型由断面组成、控制限额、运行方式、时间有效范围、监控约束、限额类型优先级以及备注文字七大类元素构成，其中断面组成、运行方式以及已建模设备相关的结构化监控约束基于电网一次设备和稳控装置的运行信息通过公式定义进行结构化描述，对于非结构化信息或未建模设备的相关信息通过备注文字进行补充描述。并基于智能电网调度控制系统统一支撑平台实现断面限额编制、审核、批准、启用和作废各个环节的统一管理。

（2）提出了一种计及稳控系统运行状态的电网稳定断面控制限额识别方法。

根据调度自动化系统中稳控装置的实时信息，自动识别与稳定限额相关稳控系统的运行状态，结合电网一次设备的实际运行工况以及年度规则和临时规则的优先级，实现对稳定限额结构化约束条件的自动解析；再通过调控人员对备注信息和稳定限额变化相关信息的手工确认，最终确定在线监视稳定断面的控制限额。

（3）提出了一种计及静态和暂态安全稳定约束的断面极限功率可行区间计算方法。

基于电网静态和暂态安全稳定分析结果识别断面极限搜索的关键调整方式，分别计算出满足静态和暂态各类安全稳定约束的最危险调整方式和最安全调整方式下的断面潮流最大值，从而最终确定稳定断面安全稳定运行的极限功率可行区间。

附图说明

图1是本发明系统硬件配置结构图。

图2是断面极限功率可行区间计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

辽宁省电力有限公司与南瑞集团公司就开展智能化输电断面极限管理及在线动态校核系统进行了长期的调研设计工作，并最终确定了基于辽宁智能电网调度控制系统（D5000）共同构建智能化输电断面极限管理及在线动态校核系统的总体方案，以实现对辽宁电网断面极限的集中监视和管理，并实现断面极限功率可行区间的计算。

本发明以提升断面稳定限额管理的实用化水平为目标，计划分两个步骤实施：第一步将完成限额管理与在线监视技术；第二步研究稳定断面极限可行区间自动计算技术，完成断面极限功率可行区间计算。

基于智能电网调度控制系统统一支撑平台构建了电力系统智能化输电断面极限管理及在线动态校核系统，在实现断面限额在线监视的基础上实现断面极限功率可行区间计算，最终投入现场运行，提高限额监控的自动化水平，为稳定断面极限管理各个岗位的使用人员提供辅助支撑。

D5000是新一代的智能电网调度技术支持系统基础平台，适应了国家电网公司“大运行”体系中五级调度控制体系的要求，实现了“远程调阅、告警直传、横向贯通、纵向管理”的功能。D5000系统把调度计划、来水情况、气象变化等各项数据都融合在一起，将零散的数据整合成一个大数据库，可对电网进行全面分析。

DSA是南瑞公司开发的在线安全稳定分析与辅助决策系统的简称，英文全称：Online Dynamic Security Analysis and assistant decision system。DSA系统是D5000电网调度技术基础平台中的一个子系统，可以自动分析在线计算结果并进行电网调度辅助决策。

系统架构：

系统基于D5000基础平台一体化扩展建设，结合本系统特点及相关功能指标要求，本项目在D5000系统“实时监控与预警类”应用中的“电网实时监控与智能告警”功能中扩充“断面限额在线监视与告警”功能；在“在线安全稳定分析”类功能中扩充“断面极限功率可行区间计算”功能；在“调度管理类”应用中“生产运行”类功能中扩充“断面限额管理”功能。

硬件结构：

本发明所述系统硬件配置方案遵守智能电网调度技术支持系统总体设计原则，包括断面限额管理模块、断面限额在线监视与告警模块、断面极限功率可行区间计算模块，断面限额管理模块属于调度管理类应用，部署在安全III区，共享OMS应用的硬件设施；断面限额在线监视与告警模块和断面极限功率可行区间计算模块属于实时监控与预警类应用部署在安全I区，在安全I区新增2台应用服务器和工作站，复用DSA服务器，在线安全稳定分析的计算机群；在安全III区复用数据库服务器，WEB服务器，工作站群；安全I区与安全III区中的设备均连接在内部服务器上。具体硬件配置结构如图1所示。

软件结构：

系统功能分为基本应用功能以及高级应用功能。

智能化断面极限管理及在线动态校核系统包括基础功能和高级功能，其中基础功能包括断面限额管理和断面限额在线监视与告警，高级功能是断面极限功率可行区间计算。断面限额管理部署在安全III区；断面限额在线监视与告警、断面极限功率可行区间计算部署在安全I区。

智能化限额管理系统主要功能分别部署于安全I区与安全Ⅲ区。

安全Ⅲ区主要部署断面限额模型维护功能，该功能与OMS应用紧密集成，结合设备模型数据以web形式提供限额管理界面，实现对断面限额模型数据的编辑维护，流程审批、限额发布等整个管理流程的监管。

安全I区主要部署限额识别、断面极限功率可行区间计算功能。该安全区的功能都基于D5000平台一体化建设。限额识别功能负责限额文件的解析与限额的识别，并把识别限额发布给其他应用使用；断面极限功率可行区间计算功能结合电网当前工况与已经识别限额数据进行温度断面安全稳定运行输送功率的可行区间计算。

（1）在充分了解需求的基础上，设计总体技术方案，研究各个模块所需的关键技术，形成完整的开发计划与方案。主要包括稳定断面极限结构化建模方案设计，稳定断面极限管理流程方案设计、稳定断面极限可行区间自动计算方案设计等。

1）研究断面限额描述与数据库建模技术

基于智能电网调度技术支持系统统一支撑平台，研究稳定断面极限的关键影响因素、结构化描述方法和数据库建模技术，实现稳定断面极限的准确建模技术。

2）研究稳控系统状态的自动识别技术

基于D5000平台与稳控集中管理系统的共享数据，研究稳控系统状态的判断方法，实现基于稳控系统状态的断面限额识别技术。

3）研究断面限额快速识别技术

基于断面限额模型数据和其他应用提供的电网运行数据，研究限额搜索方法，实现对指定断面的限额快速识别技术。

4）研究断面限额数据交互技术

基于D5000平台研究断面限额识别服务封装技术，实现断面极限信息的共享。

5）研究断面限额流程审批控制技术

基于对D5000平台的工作流机制的研究，实现对断面限额管理业务流程各个环节的建模；研究D5000平台的权限管理机制，实现使用者的身份权限定义，支撑不同权限的使用者分别完成断面限额编制、审核、批准、执行和作废各个环节的任务处理。

6）研究断面极限功率可行区间计算技术

基于电网实际运行工况和计划方式安排及预测数据，在保证全系统发电-负荷整体平衡的前提下，通过改变发电和负荷的分布关系，求取满足系统静态安全和各类稳定要求的稳定断面对应最危险调整模式的最大输送功率和对应最安全调整模式的最大输送功率，从而确定稳定断面安全稳定运行输送功率的可行区间。

7）研究在线安全稳定分析应用和安全校核类应用的数据接口技术

基于D5000的在线安全稳定分析应用和安全校核类应用对外提供的数据接口，研究确定智能化输电断面极限管理及在线动态校核功能各类输入输出数据的交互方式，实现断面限额数据与第三方应用的交互接口。

（3）基于技术方案，研发智能化输电断面极限管理及在线动态校核系统，并构建验证测试环境进行全面测试；测试通过后部署到辽宁省调进行示范应用。

断面极限功率可行区间计算基于电网的实时运行工况，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定量化评估方法，获取预先指定的稳定断面暂态安全稳定考核故障集中每个故障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式，依据发电机、负荷的参与因子、功率对指定断面的灵敏度和考核故障的暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个可调负荷对稳定断面功率极限的影响因子，从而确定每个稳定断面的最危险的调整方式和最安全的调整方式。在保证全系统发电-负荷整体平衡的前提下，通过改变发电和负荷的分布关系，求取满足系统各类安全稳定约束的稳定断面对应最危险调整方式的最大输送功率和对应最安全调整方式的最大输送功率，从而确定稳定断面安全稳定运行输送功率的可行区间。

断面极限功率可行区间计算主要分为三个阶段：调整方式识别阶段、极限搜索阶段和安全稳定校核阶段。其中调整方式识别阶段采用EEAC量化分析方法确定稳定断面极限功率对应的最危险调整方式和最安全调整方式；极限搜索阶段基于枚举分档并行计算方法形成分别对应最危险调整方式和最安全调整方式的安全稳定校核的各个分档潮流结果；安全稳定校核阶段针对极限搜索阶段计算出最危险调整方式和最安全调整方式的分档潮流结果，进行静态安全、暂态稳定和静态电压稳定等安全稳定校核，分别计算出对应最危险调整方式和最安全调整方式的最大可用输送功率。具体步骤如下：

1）调整方式识别：针对在线安全稳定分析和预警提供的在线潮流断面、安全稳定分析结论和候选措施调整空间，采用EEAC量化评估方法对稳定断面暂态安全稳定考核故障集中每个故障的暂态安全稳定评估结果进行分析，得到每个故障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式，并根据暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个可调负荷对稳定断面功率极限的影响因子，从而确定每个稳定断面的最危险调整方式和最安全调整方式；

2）极限搜索：采用并行计算技术分别形成最危险调整方式和最安全调整方式的安全稳定校核各个分档潮流结果；基于分档潮流结果，针对各个断面的考核故障采用按算例并行方式分配给计算节点分别进行计算静态安全、暂态稳定和静态电压稳定等安全稳定校核，给出各个稳定校核起作用的安全约束类型及其对应的约束情况；并根据计算节点返回的计算结果得到满足静态和暂态等各类安全稳定约束的最危险调整方式和最安全调整方式下的断面潮流最大值；

3）安全稳定校核：针对极限搜索阶段得到最危险调整方式和最安全调整方式下的断面潮流最大值对应的极限运行方式，基于在线安全稳定分析的预想故障集进行静态、暂态和动态安全稳定校核，最终得到各个稳定断面极限功率的可行区间。断面极限功率可行区间计算流程如图2所示。

Claims (5)

1.一种电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统，其特征在于：该系统包括断面限额管理模块、断面限额在线监视与告警模块、断面极限功率可行区间计算模块，断面限额管理模块，部署在安全III区，共享OMS应用的硬件设施；断面限额在线监视与告警模块和断面极限功率可行区间计算模块部署在安全I区，在安全I区新增2台应用服务器和工作站，复用DSA服务器，在线安全稳定分析的计算机群；在安全III区复用数据库服务器，WEB服务器，工作站群；安全I区与安全III区中的设备均连接在内部服务器上。

2.根据权利要求1所述的电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统，其特征在于：安全Ⅲ区主要部署断面限额模型维护功能，该功能与OMS应用紧密集成，结合设备模型数据以web形式提供限额管理界面，实现对断面限额模型数据的编辑维护，流程审批、限额发布等整个管理流程的监管。

3.根据权利要求1所述的电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统，其特征在于：安全I区主要部署限额识别、断面极限功率可行区间计算功能；该安全区的功能都基于D5000平台一体化建设；限额识别功能负责限额文件的解析与限额的识别，并把识别限额发布给其他应用使用；断面极限功率可行区间计算功能结合电网当前工况与已经识别限额数据进行温度断面安全稳定运行输送功率的可行区间计算。

4.根据权利要求1所述的电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统的管理校核方法，其特征在于：步骤如下：

断面极限功率可行区间计算模块基于电网的实时运行工况，采用暂态功角稳定量化评估方法和暂态电压安全稳定量化评估方法，获取预先指定的稳定断面暂态安全稳定考核故障集中每个故障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式，依据发电机、负荷的参与因子、功率对指定断面的灵敏度和考核故障的暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个可调负荷对稳定断面功率极限的影响因子，从而确定每个稳定断面的最危险的调整方式和最安全的调整方式；在保证全系统发电-负荷整体平衡的前提下，通过改变发电和负荷的分布关系，求取满足系统各类安全稳定约束的稳定断面对应最危险调整方式的最大输送功率和对应最安全调整方式的最大输送功率，从而确定稳定断面安全稳定运行输送功率的可行区间。

5.根据权利要求4所述的电力系统智能化断面管理及在线安全校核系统的管理校核方法，其特征在于：

断面极限功率可行区间计算模块主要分为三个阶段：调整方式识别阶段、极限搜索阶段和安全稳定校核阶段；其中调整方式识别阶段采用EEAC量化分析方法确定稳定断面极限功率对应的最危险调整方式和最安全调整方式；极限搜索阶段基于枚举分档并行计算方法形成分别对应最危险调整方式和最安全调整方式的安全稳定校核的各个分档潮流结果；安全稳定校核阶段针对极限搜索阶段计算出最危险调整方式和最安全调整方式的分档潮流结果，进行静态安全、暂态稳定和静态电压稳定等安全稳定校核，分别计算出对应最危险调整方式和最安全调整方式的最大可用输送功率；具体步骤如下：

1）调整方式识别：针对在线安全稳定分析和预警提供的在线潮流断面、安全稳定分析结论和候选措施调整空间，采用EEAC量化评估方法对稳定断面暂态安全稳定考核故障集中每个故障的暂态安全稳定评估结果进行分析，得到每个故障的暂态功角稳定模式和暂态电压安全稳定模式，并根据暂态功角稳定裕度、暂态电压安全稳定裕度计算出每台可调发电机、每个可调负荷对稳定断面功率极限的影响因子，从而确定每个稳定断面的最危险调整方式和最安全调整方式；

2）极限搜索：采用并行计算技术分别形成最危险调整方式和最安全调整方式的安全稳定校核各个分档潮流结果；基于分档潮流结果，针对各个断面的考核故障采用按算例并行方式分配给计算节点分别进行计算静态安全、暂态稳定和静态电压稳定等安全稳定校核，给出各个稳定校核起作用的安全约束类型及其对应的约束情况；并根据计算节点返回的计算结果得到满足静态和暂态等各类安全稳定约束的最危险调整方式和最安全调整方式下的断面潮流最大值；

3）安全稳定校核：针对极限搜索阶段得到最危险调整方式和最安全调整方式下的断面潮流最大值对应的极限运行方式，基于在线安全稳定分析的预想故障集进行静态、暂态和动态安全稳定校核，最终得到各个稳定断面极限功率的可行区间。