CN108539749B - 利用公共信息模型进行数据交互的电厂电压控制仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用公共信息模型进行数据交互的电厂电压控制仿真方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。首先，根据检定系统的电网模型形成电厂的一次设备模型的CIM模型文件，并下发电厂AVC子站，子站根据检定系统模型，建立电厂AVC子站的计算模型，自动完成检定的准备工作。在检定过程中，每个控制周期来临时，接受检定的AVC子站装置通过CIM量测文件，从检定系统接收电厂的运行状态以及AVC电压调节指令，将计算的发电机无功调节量发送到检定系统中；通过解析CIM量测文件，在模拟机组无功调节后计算潮流得到电网新的运行状态，从而实现连续闭环的检定过程。本方法实现了电厂AVC子站技术性能检定平台的即插即用，显著降低了电厂AVC子站检定过程中的人工维护工作。

Description

利用公共信息模型进行数据交互的电厂电压控制仿真方法

技术领域

本发明涉及一种利用公共信息模型进行数据交互的电厂电压控制仿真方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。

背景技术

自动电压控制(以下简称AVC，Automatic Voltage Control)系统是实现电网安全(提高电压稳定裕度)、经济(降低网络损耗)、优质(提高电压合格率)运行的重要手段。AVC系统架构在电网能量管理系统(以下简称EMS)之上，能够利用电网实时运行数据，从电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、变电站以及下级电网调度机构执行。AVC系统以电压安全和优质为约束，以系统运行经济性为目标，连续闭环地进行电压的实时优化控制，实现了无功电压协调控制方案的在线生成、实时下发、闭环自动控制等一整套分析、决策、控制，以及再分析，再决策、再控制的无功电压实时追踪控制问题，能够有效地克服传统的电网无功电压控制手段存在的不足，提高电网安全稳定经济运行的水平。

自动电压控制系统一般包括运行在调度中心的AVC主站，以及部署在电厂的AVC子站组成。AVC主站实时计算各电厂高压侧并网母线电压的控制目标值并下发到电厂AVC子站，电厂AVC子站根据电压目标值调节各发电机无功，使得高压侧并网母线电压满足要求。

随着电力行业的发展和电网规模的不断扩大，信息量越来越大，电力系统的分析和计算也越来越复杂，迫切需要建立完整准确的电力系统网络模型来模拟实际电网。各电力系统厂家都有各自的电网建模方式，但是由于开发商或系统版本的不同，创建出的模型、图形或数据库在结构上存在很大的差异，形成一定程度的“信息孤岛”，导致不同系统间的信息共享和实现某种程度上的互操作变得非常困难。为此，自2000年以来，国际电工委员会第57届技术委员会(IEC TC57)在美国电力科学院(EPRI)CCAPI项目的基础上制定了IEC61970系列标准，使能量管理系统(EMS)的应用软件组件化和开放化，能即插即用和互联互通，降低系统集成成本和保护用户资源。公共信息模型(CIM)是IEC 61970系列标准的核心部分，它是一个抽象模型，覆盖了电力企业运行中通常涉及的所有主要对象。通过提供一种用对象类和属性及他们之间的关系来表示电力系统资源的标准方法，CIM方便了实现不同卖方独立开发的能量管理系统(EMS)应用的集成，多个独立开发的完整的EMS系统之间的集成，以及EMS系统和其他涉及电力系统运行的不同方面的系统。通过定义一种基于CIM的公共语言(即语法和语义)，使得这些应用或系统能够不依赖于信息的内容表示而访问公用数据和交换信息。

在IEC 61970系列标准(以下简称标准)的CIM模型中，对组成电网的设备以及其相互连接关系，主要定义了2类对象来描述：导电设备(ConductingEquipment)以及结点(ConnectiveNode)，下面对其进行简要说明。

1、导电设备(ConductingEquipment)。

导电设备对应电网中具体的物理设备，从导电设备类对象近一步派生出如下的物理设备：输电线路(ACLineSegment),变压器绕组(TransformerWinding)，母线(Busbarsection)。对变压器，为了描述二绕组或三绕组变压器，在标准中定义了变压器类(PowerTransformer)。在具体的模型实例中，1个变压器对象包括2个或3个变压器绕组类对象。

同时，为了描述设备对外的连接，标准中对定义了端子(Terminal)类，并对导电设备增加了设备端子的属性，描述设备所具有的端子：输电线路具有二个端子，变压器绕组具有一个端子，母线具有一个端子。

在CIM模型实例中，典型的描述一条交流线路模型记录的方式如下：

其中，<cim:ACLineSegment表示开始描述一条线路，“rdfID”是在一个电网模型中唯一标识一个对象的编号，后面的</cim:ACLineSegment>表示交流线路对象描述完成。这2行中间的内容，就是描述交流线路属性的部分。其中属性“Naming.name”表示了线路的名字；连续2行“ConductingEquipment.Terminals”描述了线路首端和末端的2个端子，分别给出了2个端子对应的“rdfID”，通过“rdfID”可以找到具体的2个端子对象的描述，即后面“</cim:Terminal>…</cim:Terminal>”的部分。

在CIM模型实例中，典型的描述一台变压器模型的方式如下：

其描述了1台变压器(PowerTransformer)包括2个变压器绕组(TransformerWinding)，2个绕组的电压等级(属性“<cim:TransformerWinding.ratedKV>”)分别是110和35kV，并且每个绕组包含1个端子(Terminal)。

在CIM模型实例中，典型的描述一条母线模型记录的方式如下：

为了描述导电设备之间的连接关系，标准中引入了结点(ConnectiveNode)类，并在端子(Terminal)类中引入了其所属的结点属性(Terminal.ConnectivityNode)。多个端子所属的结点属性值可以相同，即表示这些端子连接在一起，也即表明了这些端子所属的设备连接在一起。

例如，上述示例的CIM模型中，一个结点的描述如下：

<cim:ConnectivityNode rdfID＝"3377701543477256">

<cim:Naming.name>195</cim:Naming.name>

</cim:ConnectivityNode>

注意到在1)中给出的线路“交流线路#1”、“二绕组变压器#1-110kV绕组”、“110kV母线#1”三个导电设备中，它们均有一个端子所属的结点的“rdfID”是相同的“3377701543477256”，这就表明了“交流线路#1”和“二绕组变压器#1-110kV绕组”2个设备连接到母线“110kV母线#1”上。

随着特高压直流和高压直流的不断投入，华东电网直流接入规模越来越大，导致电网内部电源开机不足，电网无功备用缺乏，网内电压调节难度较大，对各级电厂的无功电压调节能力和响应速度要求日益提高。目前华东网调、上海市调已经将500kV、220kV电厂全面接入各级调度AVC控制，在各级电厂建设了AVC子站并由AVC子站执行对电厂发电机组的无功自动控制，AVC子站的性能水平已经成为影响华东电网无功电压调节的主要因素之一。

《电网与清洁能源》，2017(1):1-7，提出基于一体化电网控制数字仿真技术建设电厂AVC子站技术性能检定平台。该平台基于电网数字仿真技术，通过模型拼接和合并，构造全局电网以及各控制中心可观测到的部分电网模型，以连续的潮流计算来模拟电网的连续变化，通过模拟子站技术来实现仿真电力系统的闭环控制功能。其中电厂AVC子站技术性能检定平台在结构上包括仿真模型准备、电网运行仿真、闭环控制仿真三个方面；面向华东电网，提出了基于电网数字仿真技术建立电厂AVC子站技术性能检定平台的技术路线。该检定平台的核心为一体化仿真全局电网数字模型，可以对电网的运行进行连续数字仿真，并可以模拟AVC主站与电厂AVC子站的无功电压自动控制。基于该检定平台，可以对电厂AVC子站的控制算法和系统性能进行检测，提前发现AVC子站的不足，确保AVC子站有效执行控制指令，提高电网的电压稳定水平。

发明内容

本发明的目的在于提出一种利用公共信息模型进行数据交互的电厂电压控制仿真方法，在电厂AVC子站技术性能检定平台中自动生成待检测的电厂CIM模型文件，接受检测的电厂AVC子站装置可以直接导入CIM模型文件来建立检定环境；在电厂AVC子站检定过程中，检定系统和电厂AVC子站之间通过CIM量测文件自动交互数据，实现闭环模拟控制的检定过程。本方法用于实现电厂AVC子站技术性能检定平台的即插即用，以减少电厂AVC子站检定过程中的人工维护工作。

本发明提出的利用公共信息模型进行数据交互的电厂电压控制仿真方法，包括以下步骤：

(1)在每次电网潮流计算开始时，电网检定系统根据电厂自动电压控制子站装置名称，在电网检定系统中找到已建立的电网模型，生成当前电厂i的一次设备模型，过程如下：

(1-1)从电网模型的厂站模型中，获取当前电厂i的记录Si＝{S}，Si为电厂的编号，并将Si存入数据缓冲区中；

(1-2)在电网模型的电压基值模型中，获取所有属于当前电厂i的电压基值VT＝{VTj,j＝1,…,n1},其中，n1为当前电厂i的所有电压基值数量，将VT存入数据缓冲区中；

(1-3)在电网模型的电压等级模型中，获取属于当前电厂i的所有电压等级VL,VL＝{VLj，j＝1,…,n2},n2为所有当前电厂i包含的电压等级数量，将VL存入数据缓冲区中；

(1-4)在电网模型的发电机模型中，获取属于当前电厂i的发电机，记为PG＝{PGj,j＝1,…,n3},n3为当前电厂i包含的所有发电机数量，将PG存入数据缓冲区中，并将各发电机的端子存入集合TNd中，TNd＝{Tnj,j＝1,…,n3}，n3为当前电厂i中包括的全部一次设备端子；

(1-5)在电网模型的变压器模型中，获取属于当前电厂i的变压器，记为TR＝{TRj,j＝1,…,n4},n4为当前电厂i包含的所有变压器数量，将TR存入数据缓冲区中，并将各变压器的首末端子存入集合TNd中；

(1-6)在电网模型的母线模型中，获取属于当前电厂i的母线，记为BS＝{BSj,j＝1,…,n5},n5为当前电厂i包含的所有母线数量，将BS存入数据缓冲区中，并将各母线端点存入集合TNd中；

(1-7)在电网模型的线路模型中，获取有一端属于当前电厂i的线路，记为LN＝{LNj,j＝1,…,n6},n6为有一端属于当前电厂i的所有线路数量，并将LN存入数据缓冲区中，将各线路的首末端子存入集合TNd中；

(1-8)在电网模型的断路器模型中，获取属于当前电厂i的断路器，记为BR＝{BRj,j＝1,…,n7},n7为当前电厂包含的所有断路器数量，将BR存入数据缓冲区中，将断路器的首末端子存入集合TNd中；

(1-9)在电网模型的隔离刀闸模型中，获取属于当前电厂i的隔离刀闸，记为SW＝{SWj,j＝1,…,n8},n8为当前电厂包含的所有刀闸数量，将SW存入数据缓冲区中，并将各隔离刀闸的首末端子存入集合TNd中；

(1-10)扫描由上述步骤(1-1)至步骤(1-9)形成的集合TNd，通过电网模型中的设备的连接关系，形成结点集合ND＝{NDk,k＝1，…,n9},n9为节点个数，ND中每个NDk＝{TN1,…,TNm},NDk中包含m个TNd，将最终形成的ND集合存入数据缓冲区中；

(2)根据上述步骤(1)数据缓冲区中的缓存数据，电厂检定系统形成当前电厂i的公共信息模型文件CM0i，包括以下步骤：

(2-1)根据Si，生成公共信息模型文件CM0i中的厂站记录，Si对应CM0i中的一个Substation记录，信息包含：rdfID和name；

(2-2)根据集合VT，生成生成公共信息模型文件CM0i中的基准电压记录，集合VT中每个记录VTj生成文件CM0i中的一个BaseVoltage记录，包含：rdfID、name(名称)、nominalVoltage；

(2-3)根据集合VL，生成生成公共信息模型文件CM0i中的电压等级记录，集合VL中每个记录VLj生成文件中一个VoltageLevel记录，信息包含：rdfID、name、highVoltageLimit、lowVoltageLimit、BaseVoltage；

(2-4)根据集合PG，生成公共信息模型文件CM0i中的发电机记录，集合PG中每个记录PGj生成文件中的一个ThermalGeneratingUnit记录以及与该记录相关联的一个SynchronousMachine记录，ThermalGeneratingUnit记录的信息包括：rdfID、maximumOperatingMW、minimumOperatingMW、Contains_SynchronousMachines，SynchronousMachine记录的信息包含：rdfID、name、BaseVoltage、RatedMW、maximumMVAr、minimumMVAr、AuxRatio；

(2-5)根据集合TR，生成生成公共信息模型文件CM0i中的变压器记录，集合TR中每个记录TRj生成文件中的一个PowerTransformer记录以及与该记录相关联的一个TransformerWinding记录：PowerTransformer记录的信息包含：rdfID和name，TransformerWinding记录信息包括：rdfID、name、WindingType、PowerTransformer、BaseVoltage、VoltageLevel、TapChangerType、ratedMVA、ratedkV、x、r；

(2-6)根据集合BS，生成公共信息模型文件CM0i中的母线记录，集合BS中每个记录BSj生成文件中的一个BusbarSection记录，BusbarSection记录的信息包含：rdfID和name；

(2-7)根据集合LN，生成公共信息模型文件CM0i中的母线记录，集合LN中每个记录LNj生成文件中的一个ACLineSegment记录，ACLineSegment记录信息包含：rdfID、name、ratedMW、ratedCurrent、BaseVoltage、r、x、bch；

(2-8)根据集合BR，生成生成公共信息模型文件CM0i中的断路器记录，集合BR中每个记录BRj生成文件中的一个Breaker记录，Breaker记录信息包含：rdfID和name；

(2-9)根据集合SW，生成公共信息模型文件CM0i中的隔离刀闸记录，集合SW中每个记录SWj生成文件中的一个Disconnector记录，Disconnector记录信息包含：rdfID和name；

(2-10)根据集合ND，生成公共信息模型文件CM0i中的结点记录，集合ND中每个记录NDj生成文件中一个ConnectiveNode记录，ConnectiveNode记录信息包含：rdfID和name；

(2-11)根据集合TNd，生成公共信息模型文件CM0i中的设备端子记录，集合TNd中的每个记录TNj生成一个Terminal记录，Terminal记录信息包含：rdfID、name、ConductingEquipment；

(3)在每次计算启动时，电网检定系统将生成的当前电厂i的公共信息模型文件CM0i发送到当前电厂i的自动电压控制子站装置i中，当前电厂i与电厂的自动电压控制子站i一一对应，电厂自动电压控制子站装置i根据文件CM0i，自动建立自动电压控制子站装置i的计算模型；

(4)在对当前电厂i计算过程中，预先确定计算周期T，在每个计算周期来临时，电网检定系统和当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i执行如下步骤：

(4-1)电网检定系统根据电网模型中的潮流计算结果，生成当前电厂i的一次设备运行状态量测公共信息模型量测文件，记为CM1i，CM1i量测文件包含多个量测信息，每个量测信息包含一个Measurement记录以及与该Measurement记录相关联的一个MeasurementValue记录，Measurement记录包括信息为：rdfID、MeasurementType和MemberOf_PSR，MeasurementValue记录包含信息为：rdfID、MemberOf_Measurement(所属量测为当前Measurement记录的rdfID值)和value(量测值)，结合步骤(2)中生成的CM0i文件中的所有一次设备，在文件CM1i中生成量测记录的过程如下：

(4-1-1)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，分别生成当前电厂i中的发电机有功功率和无功功率两个量测记录，量测记录中的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该发电机的SynchronousMachinede记录的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该发电机的有功功率和无功功率；

(4-1-2)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，分别生成当前电厂i中变压器绕组的有功功率和无功功率两个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中与该变压器的TransformerWinding记录相关联的高压侧端子的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该绕组的高压侧有功功率和无功功率；

(4-1-3)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的母线，分别生成母线电压1个量测信息，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该母线的BusbarSection记录的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该母线电压值；

(4-1-4)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的线路，分别生成线路的有功功率和无功功率两个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中与该线路的ACLineSegment记录相关联的电厂侧端子的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该线路电厂侧有功功率和无功功率；

(4-1-5)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的断路器，生成断路器位置的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该断路器的Breaker的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该断路器分合状态；

(4-1-6)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的隔离刀闸，生成隔离刀闸位置一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该隔离刀闸的Disconnector记录中的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该隔离刀闸分合状态；

(4-2)电网检定系统将上述步骤(4-1)生成的当前电厂i的一次设备运行状态量测公共信息模型的量测文件CM1i文件发送到当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i；

(4-3)当前电厂i的自动电压控制子站装置i根据自身设定的运行状态，生成自动电压控制子站装置i状态的CIM量测文件，记为CM2i，CM2i文件的内容包括：

(4-3-1)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，生成自动电压控制子站装置i投入自动电压控制状态的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中当前检定电厂i的Substation记录的rdfID，量测值取自动电压控制子站装置i设定的控制状态，设定1为投入，0为未投入；

(4-3-2)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的发电机，生成发电机投入自动电压控制状态的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该发电机的SynchronousMachinede记录的rdfID，量测值取自动电压控制子站装置i设定的该发电机投入自动电压控制的状态，设定1为投入，0为未投入；

(4-4)当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i将上述步骤(4-3)生成的文件CM2i发送到电网检定系统；

(4-5)电网检定系统根据上述步骤(4-3)生成的文件CM2i中的当前电厂i的自动电压控制子站装置i投入自动电压控制状态和发电机投入自动电压控制状态，计算对当前检定电厂i高压侧母线的母线电压调节量，并生成对自动电压控制子站装置i的电压调节的CIM量测文件，记为CM3i，CM3i文件内容为：对当前电厂i中的高压侧母线，分别生成母线电压的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为上述步骤(2)中生成的CM0i文件中该母线的BusbarSection的rdfID，量测值取当前电厂i高压侧母线的电压调节量；

(4-6)电网检定系统将上述步骤(4-5)的文件CM3i发送到当前电厂i的自动电压控制子站装置i中；

(4-7)当前电厂i的自动电压控制子站装置i根据上述步骤(4-2)中接收的文件CM1i中的一次设备运行量测信息，以及上述步骤(4-6)中接收的文件CM3i中的电厂高压侧母线电压调整量，计算出自动电压控制子站装置i中各发电机的无功功率的调整量，并生成CIM量测文件，记为CM4i，CM4i文件内容为：对当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i中的发电机，生成发电机无功功率调整变化量的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为上述步骤(2)中生成的CM0i文件中该发电机的SynchronousMachinede记录的rdfID，量测值取自动电压控制子站装置i计算给出的该发电机的无功功率调整量；

(4-8)当前电厂i的自动电压控制子站装置i将文件CM4i发送到电网检定系统；

(4-9)电网检定系统根据接收的文件CM4i中当前电厂i的各发电机无功功率调整量，调整电网检定系统的电网模型中的发电机的无功功率，并对调整后的电网模型进行潮流计算，得到新的潮流计算结果；

(4-10)遍历电网中的所有电厂，重复步骤(4-1)-(4-9)，完成电网的潮流计算，实现了电厂电压的控制仿真。

本发明提出的利用公共信息模型进行数据交互的电厂电压控制仿真方法，其特点和优点是：

本发明方法在电厂AVC子站技术性能检定平台中自动生成待检测的电厂CIM模型文件，接受检测的电厂AVC子站装置可以直接导入CIM模型文件来建立检定环境；在电厂AVC子站检定过程中，检定系统和电厂AVC子站之间通过CIM量测文件自动交互数据，实现闭环模拟控制的检定过程。本方法可以根据已经建立的电网模型，自动生成检定需要的电厂子站模型，包括一次设备模型、四遥模型，并自动下发给检定子站，子站启动时检测到模型后直接导入到库中，减少人工的维护量，并简化了检定过程。本发明应用于电厂AVC子站技术性能检定平台，自动生成检测系统中电厂子站侧需要导入的CIM模型，并通过生成的CIM量测数据文件进行交互，并驱动检定系统中的潮流计算进而进行仿真计算。采用该方法可以实现电厂AVC子站技术性能检定平台的即插即用，简化了数据的交互过程，显著降低了电厂AVC子站检定过程中的人工维护工作。

附图说明

图1是本发明提出的利用公共信息模型进行数据交互的电厂电压控制仿真方法的流程框图。

具体实施方式

本发明提出的利用公共信息模型进行数据交互的电厂电压控制仿真方法，其流程框图如图1所示，包括以下步骤：

(1)在每次电网潮流计算开始时，电网检定系统根据电厂自动电压控制子站装置名称，在电网检定系统中找到已建立的电网模型，生成当前电厂i的一次设备模型，过程如下：

(1-1)从电网模型的厂站模型中，获取当前电厂i的记录Si＝{S}，(Si为电厂的编号)并将Si存入数据缓冲区中；

(1-2)在电网模型的电压基值模型中，获取所有属于当前电厂i的电压基值VT＝{VTj,j＝1,…,n1},其中，n1为当前电厂i的所有电压基值数量，将VT存入数据缓冲区中；

(1-3)在电网模型的电压等级模型中，获取属于当前电厂i的所有电压等级VL,VL＝{VLj，j＝1,…,n2},n2为所有当前电厂i包含的电压等级数量，将VL存入数据缓冲区中；

(1-4)在电网模型的发电机模型中，获取属于当前电厂i的发电机，记为PG＝{PGj,j＝1,…,n3},n3为当前电厂i包含的所有发电机数量，将PG存入数据缓冲区中，并将各发电机的端子存入集合TNd中，TNd＝{Tnj,j＝1,…,n3}，n3为当前电厂i中包括的全部一次设备端子；

(1-5)在电网模型的变压器模型中，获取属于当前电厂i的变压器，记为TR＝{TRj,j＝1,…,n4},n4为当前电厂i包含的所有变压器数量，将TR存入数据缓冲区中，并将各变压器的首末端子存入集合TNd中；

(1-6)在电网模型的母线模型中，获取属于当前电厂i的母线，记为BS＝{BSj,j＝1,…,n5},n5为当前电厂i包含的所有母线数量，将BS存入数据缓冲区中，并将各母线端点存入集合TNd中；

(1-7)在电网模型的线路模型中，获取有一端属于当前电厂i的线路，记为LN＝{LNj,j＝1,…,n6},n6为有一端属于当前电厂i的所有线路数量，并将LN存入数据缓冲区中，将各线路的首末端子存入集合TNd中；

(1-8)在电网模型的断路器模型中，获取属于当前电厂i的断路器，记为BR＝{BRj,j＝1,…,n7},n7为当前电厂包含的所有断路器数量，将BR存入数据缓冲区中，将断路器的首末端子存入集合TNd中；

(1-9)在电网模型的隔离刀闸模型中，获取属于当前电厂i的隔离刀闸，记为SW＝{SWj,j＝1,…,n8},n8为当前电厂包含的所有刀闸数量，将SW存入数据缓冲区中，并将各隔离刀闸的首末端子存入集合TNd中；

(1-10)扫描由上述步骤(1-1)至步骤(1-9)形成的集合TNd，通过电网模型中的设备的连接关系，形成结点集合ND＝{NDk,k＝1，…,n9},n9为节点个数，ND中每个NDk＝{TN1,…,TNm},NDk中包含m个TNd，将最终形成的ND集合存入数据缓冲区中；

(2)根据上述步骤(1)数据缓冲区中的缓存数据，电厂检定系统形成当前电厂i的公共信息模型文件CM0i，包括以下步骤(其中每个记录的rdfID为记录的全局唯一的字符串标识)：

(2-1)根据Si，生成公共信息模型文件CM0i中的厂站记录，Si对应CM0i中的一个Substation记录，信息包含：rdfID(标识)和name(名称)；

(2-2)根据集合VT，生成生成公共信息模型文件CM0i中的基准电压记录，集合VT中每个记录VTj生成文件CM0i中的一个BaseVoltage记录，包含：rdfID(标识)、name(名称)、nominalVoltage(基准电压值)；

(2-3)根据集合VL，生成生成公共信息模型文件CM0i中的电压等级记录，集合VL中每个记录VLj生成文件中一个VoltageLevel记录，信息包含：rdfID(标识)、name(名称)、highVoltageLimit(电压上限)、lowVoltageLimit(电压下限)、BaseVoltage(所属基准电压rdfID值，所属基准电压的值为上述步骤(2-2)中生成的对应的基准电压记录的rdfID)；

(2-4)根据集合PG，生成公共信息模型文件CM0i中的发电机记录，集合PG中每个记录PGj生成文件中的一个ThermalGeneratingUnit记录以及与该记录相关联的一个SynchronousMachine记录，ThermalGeneratingUnit记录的信息包括：rdfID(标识)、maximumOperatingMW(最大有功)、minimumOperatingMW(最小有功)、Contains_SynchronousMachines(当前检定电厂i包含的同步机，其值为当前SynchronousMachine的rdfID)；SynchronousMachine记录的信息包含：rdfID(标识)、name(名称)、BaseVoltage(所属基准电压)、RatedMW(额定功率)、maximumMVAr(机组无功上限)、minimumMVAr(机组无功下限)、AuxRatio(当前检定电厂i的用电率)；

(2-5)根据集合TR，生成生成公共信息模型文件CM0i中的变压器记录，集合TR中每个记录TRj生成文件中的一个PowerTransformer记录以及与该记录相关联的一个TransformerWinding记录：PowerTransformer记录的信息包含：rdfID(标识)和name(名称)，TransformerWinding记录信息包括：rdfID(标识)、name(名称)、WindingType(绕组类型)、PowerTransformer(所属变压器rdfID值，该值为当前PowerTransformer记录的rdfID)、BaseVoltage(所属电压基值rdfID值)、VoltageLevel(所属电压等级rdfID值)、TapChangerType(分接头类型)、ratedMVA(额定功率)、ratedkV(额定电压)、x(正序电抗有名值)、r(正序电阻有名值)；

(2-6)根据集合BS，生成公共信息模型文件CM0i中的母线记录，集合BS中每个记录BSj生成文件中的一个BusbarSection记录，BusbarSection记录的信息包含：rdfID(标识)和name(名称)；

(2-7)根据集合LN，生成公共信息模型文件CM0i中的母线记录，集合LN中每个记录LNj生成文件中的一个ACLineSegment记录，ACLineSegment记录信息包含：rdfID(标识)、name(名称)、ratedMW(功率限制)、ratedCurrent(允许载流量)、BaseVoltage(所属基准电压rdfID值，所属基准电压的值为上述步骤(2-2)中生成的对应的基准电压记录的rdfID)、r(正序电阻有名值)、x(正序电抗有名值)、bch(正序电纳有名值)；

(2-8)根据集合BR，生成生成公共信息模型文件CM0i中的断路器记录，集合BR中每个记录BRj生成文件中的一个Breaker记录，Breaker记录信息包含：rdfID(标识)和name(名称)；

(2-9)根据集合SW，生成公共信息模型文件CM0i中的隔离刀闸记录，集合SW中每个记录SWj生成文件中的一个Disconnector记录，Disconnector记录信息包含：rdfID(标识)和name(名称)；

(2-10)根据集合ND，生成公共信息模型文件CM0i中的结点记录，集合ND中每个记录NDj生成文件中一个ConnectiveNode记录，ConnectiveNode记录信息包含：rdfID(标识)和name(名称)；

(2-11)根据集合TNd，生成公共信息模型文件CM0i中的设备端子记录，集合TNd中的每个记录TNj生成一个Terminal记录，Terminal记录信息包含：rdfID(标识)、name(名称)、ConductingEquipment(所属设备rdfID值，该值为该端子所属一次设备的标识，即上述步骤(2-4)至步骤(2-9)生成的SynchronousMachine、TransformerWinding、BusbarSection、ACLineSegment、Breaker和Disconnector记录的rdfID值)；

(3)在每次计算启动时，电网检定系统将生成的当前电厂i的公共信息模型文件CM0i发送到当前电厂i的自动电压控制子站装置i中，当前电厂i与电厂的自动电压控制子站i一一对应，电厂自动电压控制子站装置i根据文件CM0i，自动建立自动电压控制子站装置i的计算模型；

(4)在对当前电厂i计算过程中，预先确定计算周期T(一般为5分钟)，在每个计算周期来临时，电网检定系统和当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i执行如下步骤：

(4-1)电网检定系统根据电网模型中的潮流计算结果，生成当前电厂i的一次设备运行状态量测公共信息模型(CIM)量测文件，记为CM1i，CM1i量测文件包含多个量测信息，每个量测信息包含一个Measurement记录以及与该Measurement记录相关联的一个MeasurementValue记录，Measurement记录包括信息为：rdfID(标识)、MeasurementType(量测类型)和MemberOf_PSR(所属设备的rdfID，即上述步骤(2-4)至步骤(2-9)生成的SynchronousMachine、TransformerWinding、BusbarSection、ACLineSegment、Breaker和Disconnector记录的rdfID值)，MeasurementValue记录包含信息为：rdfID(标识)、MemberOf_Measurement(所属量测为当前Measurement记录的rdfID值)和value(量测值)，结合步骤(2)中生成的CM0i文件中的所有一次设备，在文件CM1i中生成量测记录的过程如下：

(4-1-1)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，分别生成当前电厂i中的发电机有功功率和无功功率两个量测记录，量测记录中的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该发电机的SynchronousMachinede记录的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该发电机的有功功率和无功功率；

(4-1-2)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，分别生成当前电厂i中变压器绕组的有功功率和无功功率两个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中与该变压器的TransformerWinding记录相关联的高压侧端子的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该绕组的高压侧有功功率和无功功率；

(4-1-3)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的母线，分别生成母线电压1个量测信息，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该母线的BusbarSection记录的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该母线电压值；

(4-1-4)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的线路，分别生成线路的有功功率和无功功率两个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中与该线路的ACLineSegment记录相关联的电厂侧端子的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该线路电厂侧有功功率和无功功率；

(4-1-5)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的断路器，生成断路器位置的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该断路器的Breaker的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该断路器分合状态；

(4-1-6)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的隔离刀闸，生成隔离刀闸位置一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该隔离刀闸的Disconnector记录中的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该隔离刀闸分合状态；

(4-2)电网检定系统将上述步骤(4-1)生成的当前电厂i的一次设备运行状态量测公共信息模型的量测文件CM1i文件发送到当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i；

(4-3)当前电厂i的自动电压控制子站装置i根据自身设定的运行状态，生成自动电压控制子站装置i状态的CIM量测文件，记为CM2i，CM2i文件的内容包括：

(4-3-1)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，生成自动电压控制子站装置i投入自动电压控制状态的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中当前检定电厂i的Substation记录的rdfID，量测值取自动电压控制子站装置i设定的控制状态，设定1为投入，0为未投入；

(4-3-2)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的发电机，生成发电机投入自动电压控制状态的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该发电机的SynchronousMachinede记录的rdfID，量测值取自动电压控制子站装置i设定的该发电机投入自动电压控制的状态，设定1为投入，0为未投入；

(4-4)当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i将上述步骤(4-3)生成的文件CM2i发送到电网检定系统；

(4-5)电网检定系统根据上述步骤(4-3)生成的文件CM2i中的当前电厂i的自动电压控制子站装置i投入自动电压控制状态和发电机投入自动电压控制状态，计算对当前检定电厂i高压侧母线的母线电压调节量，并生成对自动电压控制子站装置i的电压调节的CIM量测文件，记为CM3i，CM3i文件内容为：对当前电厂i中的高压侧母线，分别生成母线电压的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为上述步骤(2)中生成的CM0i文件中该母线的BusbarSection的rdfID，量测值取当前电厂i高压侧母线的电压调节量；

(4-6)电网检定系统将上述步骤(4-5)的文件CM3i发送到当前电厂i的自动电压控制子站装置i中；

(4-7)当前电厂i的自动电压控制子站装置i根据上述步骤(4-2)中接收的文件CM1i中的一次设备运行量测信息，以及上述步骤(4-6)中接收的文件CM3i中的电厂高压侧母线电压调整量，计算出自动电压控制子站装置i中各发电机的无功功率的调整量，并生成CIM量测文件，记为CM4i，CM4i文件内容为：对当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i中的发电机，生成发电机无功功率调整变化量的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为上述步骤(2)中生成的CM0i文件中该发电机的SynchronousMachinede记录的rdfID，量测值取自动电压控制子站装置i计算给出的该发电机的无功功率调整量；

(4-8)当前电厂i的自动电压控制子站装置i将文件CM4i发送到电网检定系统；

(4-9)电网检定系统根据接收的文件CM4i中当前电厂i的各发电机无功功率调整量，调整电网检定系统的电网模型中的发电机的无功功率，并对调整后的电网模型进行潮流计算，得到新的潮流计算结果；

(4-10)遍历电网中的所有电厂，重复步骤(4-1)-(4-9)，完成电网的潮流计算，实现了电厂电压的控制仿真。

本发明方法的工作原理在于：

在电厂AVC子站技术性能检定系统中自动生成待检测的电厂CIM模型文件，接受检测的电厂AVC子站装置可以直接导入CIM模型文件来建立检定环境；在电厂AVC子站检定过程中，检定系统和电厂AVC子站之间通过CIM量测文件自动交互数据，实现闭环模拟控制的检定过程。采用该方法可以实现电厂AVC子站技术性能检定系统的即插即用，显著降低了电厂AVC子站检定过程中的人工维护工作。

Claims (1)

1.一种利用公共信息模型进行数据交互的电厂电压控制仿真方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)在每次电网潮流计算开始时，电网检定系统根据电厂自动电压控制子站装置名称，在电网检定系统中找到已建立的电网模型，生成当前电厂i的一次设备模型，过程如下：

(1-1)从电网模型的厂站模型中，获取当前电厂i的记录Si＝{S}，Si为电厂的编号，并将Si存入数据缓冲区中；

(1-2)在电网模型的电压基值模型中，获取所有属于当前电厂i的电压基值VT＝{VTj,j＝1,…,n1},其中，n1为当前电厂i的所有电压基值数量，将VT存入数据缓冲区中；

(1-3)在电网模型的电压等级模型中，获取属于当前电厂i的所有电压等级VL,VL＝{VLj，j＝1,…,n2},n2为所有当前电厂i包含的电压等级数量，将VL存入数据缓冲区中；

(1-4)在电网模型的发电机模型中，获取属于当前电厂i的发电机，记为PG＝{PGj,j＝1,…,n3},n3为当前电厂i包含的所有发电机数量，将PG存入数据缓冲区中，并将各发电机的端子存入集合TNd中，TNd＝{Tnj,j＝1,…,n3}，n3为当前电厂i中包括的全部一次设备端子；

(1-5)在电网模型的变压器模型中，获取属于当前电厂i的变压器，记为TR＝{TRj,j＝1,…,n4},n4为当前电厂i包含的所有变压器数量，将TR存入数据缓冲区中，并将各变压器的首末端子存入集合TNd中；

(1-6)在电网模型的母线模型中，获取属于当前电厂i的母线，记为BS＝{BSj,j＝1,…,n5},n5为当前电厂i包含的所有母线数量，将BS存入数据缓冲区中，并将各母线端点存入集合TNd中；

(1-7)在电网模型的线路模型中，获取有一端属于当前电厂i的线路，记为LN＝{LNj,j＝1,…,n6},n6为有一端属于当前电厂i的所有线路数量，并将LN存入数据缓冲区中，将各线路的首末端子存入集合TNd中；

(1-8)在电网模型的断路器模型中，获取属于当前电厂i的断路器，记为BR＝{BRj,j＝1,…,n7},n7为当前电厂包含的所有断路器数量，将BR存入数据缓冲区中，将断路器的首末端子存入集合TNd中；

(1-9)在电网模型的隔离刀闸模型中，获取属于当前电厂i的隔离刀闸，记为SW＝{SWj,j＝1,…,n8},n8为当前电厂包含的所有刀闸数量，将SW存入数据缓冲区中，并将各隔离刀闸的首末端子存入集合TNd中；

(1-10)扫描由上述步骤(1-1)至步骤(1-9)形成的集合TNd，通过电网模型中的设备的连接关系，形成结点集合ND＝{NDk,k＝1，…,n9},n9为节点个数，ND中每个NDk＝{TN1,…,TNm},NDk中包含m个TNd，将最终形成的ND集合存入数据缓冲区中；

(2)根据上述步骤(1)数据缓冲区中的缓存数据，电厂检定系统形成当前电厂i的公共信息模型文件CM0i，包括以下步骤：

(2-1)根据Si，生成公共信息模型文件CM0i中的厂站记录，Si对应CM0i中的一个Substation记录，信息包含：rdfID和name；

(2-2)根据集合VT，生成公共信息模型文件CM0i中的基准电压记录，集合VT中每个记录VTj生成文件CM0i中的一个BaseVoltage记录，包含：rdfID、name、nominalVoltage；

(2-3)根据集合VL，生成公共信息模型文件CM0i中的电压等级记录，集合VL中每个记录VLj生成文件中一个VoltageLevel记录，信息包含：rdfID、name、highVoltageLimit、lowVoltageLimit、BaseVoltage；

(2-4)根据集合PG，生成公共信息模型文件CM0i中的发电机记录，集合PG中每个记录PGj生成文件中的一个ThermalGeneratingUnit记录以及与该记录相关联的一个SynchronousMachine记录，ThermalGeneratingUnit记录的信息包括：rdfID、maximumOperatingMW、minimumOperatingMW、Contains_SynchronousMachines，SynchronousMachine记录的信息包含：rdfID、name、BaseVoltage、RatedMW、maximumMVAr、minimumMVAr、AuxRatio；

(2-5)根据集合TR，生成公共信息模型文件CM0i中的变压器记录，集合TR中每个记录TRj生成文件中的一个PowerTransformer记录以及与该记录相关联的一个TransformerWinding记录：PowerTransformer记录的信息包含：rdfID和name，TransformerWinding记录信息包括：rdfID、name、WindingType、PowerTransformer、BaseVoltage、VoltageLevel、TapChangerType、ratedMVA、ratedkV、x、r；

(2-6)根据集合BS，生成公共信息模型文件CM0i中的母线记录，集合BS中每个记录BSj生成文件中的一个BusbarSection记录，BusbarSection记录的信息包含：rdfID和name；

(2-7)根据集合LN，生成公共信息模型文件CM0i中的母线记录，集合LN中每个记录LNj生成文件中的一个ACLineSegment记录，ACLineSegment记录信息包含：rdfID、name、ratedMW、ratedCurrent、BaseVoltage、r、x、bch；

(2-8)根据集合BR，生成公共信息模型文件CM0i中的断路器记录，集合BR中每个记录BRj生成文件中的一个Breaker记录，Breaker记录信息包含：rdfID和name；

(2-9)根据集合SW，生成公共信息模型文件CM0i中的隔离刀闸记录，集合SW中每个记录SWj生成文件中的一个Disconnector记录，Disconnector记录信息包含：rdfID和name；

(2-10)根据集合ND，生成公共信息模型文件CM0i中的结点记录，集合ND中每个记录NDj生成文件中一个ConnectiveNode记录，ConnectiveNode记录信息包含：rdfID和name；

(2-11)根据集合TNd，生成公共信息模型文件CM0i中的设备端子记录，集合TNd中的每个记录TNj生成一个Terminal记录，Terminal记录信息包含：rdfID、name、ConductingEquipment；

(3)在每次计算启动时，电网检定系统将生成的当前电厂i的公共信息模型文件CM0i发送到当前电厂i的自动电压控制子站装置i中，当前电厂i与电厂的自动电压控制子站i一一对应，电厂自动电压控制子站装置i根据文件CM0i，自动建立自动电压控制子站装置i的计算模型；

(4)在对当前电厂i计算过程中，预先确定计算周期T，在每个计算周期来临时，电网检定系统和当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i执行如下步骤：

(4-1)电网检定系统根据电网模型中的潮流计算结果，生成当前电厂i的一次设备运行状态量测公共信息模型量测文件，记为CM1i，CM1i量测文件包含多个量测信息，每个量测信息包含一个Measurement记录以及与该Measurement记录相关联的一个MeasurementValue记录，Measurement记录包括信息为：rdfID、MeasurementType和MemberOf_PSR，MeasurementValue记录包含信息为：rdfID、MemberOf_Measurement和value，结合步骤(2)中生成的CM0i文件中的所有一次设备，在文件CM1i中生成量测记录的过程如下：

(4-1-1)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，分别生成当前电厂i中的发电机有功功率和无功功率两个量测记录，量测记录中的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该发电机的SynchronousMachinede记录的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该发电机的有功功率和无功功率；

(4-1-2)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，分别生成当前电厂i中变压器绕组的有功功率和无功功率两个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中与该变压器的TransformerWinding记录相关联的高压侧端子的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该绕组的高压侧有功功率和无功功率；

(4-1-3)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的母线，分别生成母线电压1个量测信息，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该母线的BusbarSection记录的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该母线电压值；

(4-1-4)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的线路，分别生成线路的有功功率和无功功率两个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中与该线路的ACLineSegment记录相关联的电厂侧端子的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该线路电厂侧有功功率和无功功率；

(4-1-5)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的断路器，生成断路器位置的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该断路器的Breaker的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该断路器分合状态；

(4-1-6)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的隔离刀闸，生成隔离刀闸位置一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该隔离刀闸的Disconnector记录中的rdfID，量测值取当前潮流计算结果中的该隔离刀闸分合状态；

(4-2)电网检定系统将上述步骤(4-1)生成的当前电厂i的一次设备运行状态量测公共信息模型的量测文件CM1i文件发送到当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i；

(4-3)当前电厂i的自动电压控制子站装置i根据自身设定的运行状态，生成自动电压控制子站装置i状态的CIM量测文件，记为CM2i，CM2i文件的内容包括：

(4-3-1)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，生成自动电压控制子站装置i投入自动电压控制状态的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中当前检定电厂i的Substation记录的rdfID，量测值取自动电压控制子站装置i设定的控制状态，设定1为投入，0为未投入；

(4-3-2)根据上述步骤(2)中生成的CM0i文件，对当前电厂i中的发电机，生成发电机投入自动电压控制状态的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为CM0i文件中该发电机的SynchronousMachinede记录的rdfID，量测值取自动电压控制子站装置i设定的该发电机投入自动电压控制的状态，设定1为投入，0为未投入；

(4-4)当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i将上述步骤(4-3)生成的文件CM2i发送到电网检定系统；

(4-5)电网检定系统根据上述步骤(4-3)生成的文件CM2i中的当前电厂i的自动电压控制子站装置i投入自动电压控制状态和发电机投入自动电压控制状态，计算对当前检定电厂i高压侧母线的母线电压调节量，并生成对自动电压控制子站装置i的电压调节的CIM量测文件，记为CM3i，CM3i文件内容为：对当前电厂i中的高压侧母线，分别生成母线电压的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为上述步骤(2)中生成的CM0i文件中该母线的BusbarSection的rdfID，量测值取当前电厂i高压侧母线的电压调节量；

(4-6)电网检定系统将上述步骤(4-5)的文件CM3i发送到当前电厂i的自动电压控制子站装置i中；

(4-7)当前电厂i的自动电压控制子站装置i根据上述步骤(4-2)中接收的文件CM1i中的一次设备运行量测信息，以及上述步骤(4-6)中接收的文件CM3i中的电厂高压侧母线电压调整量，计算出自动电压控制子站装置i中各发电机的无功功率的调整量，并生成CIM量测文件，记为CM4i，CM4i文件内容为：对当前检定电厂i的自动电压控制子站装置i中的发电机，生成发电机无功功率调整变化量的一个量测记录，量测记录的MemberOf_PSR的值为上述步骤(2)中生成的CM0i文件中该发电机的SynchronousMachinede记录的rdfID，量测值取自动电压控制子站装置i计算给出的该发电机的无功功率调整量；

(4-8)当前电厂i的自动电压控制子站装置i将文件CM4i发送到电网检定系统；

(4-9)电网检定系统根据接收的文件CM4i中当前电厂i的各发电机无功功率调整量，调整电网检定系统的电网模型中的发电机的无功功率，并对调整后的电网模型进行潮流计算，得到新的潮流计算结果；

(4-10)遍历电网中的所有电厂，重复步骤(4-1)-(4-9)，完成电网的潮流计算，实现了电厂电压的控制仿真。

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