CN109586272A - 一种电网连续运行仿真断面的生成方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电网连续运行仿真断面的生成方法和系统，包括：获取电网模型数据；获取历史潮流数据，并与电网模型数据匹配，生成初始数据断面；基于多个初始数据断面，生成连续场景数据断面；对连续场景数据断面进行调整，生成连续运行仿真断面。该方法和系统通过分配、调整和优化调整等技术对断面初值进行调整，提高潮流计算的收敛性和准确性，进而提升潮流数据断面的可用性；提供了模拟电网连续运行的仿真断面集，为调度自动化系统分析应用软件的测试、验证提供了有效的数据支撑，提高了分析软件的有效性和可靠性，保证调度自动化系统的安全稳定运行。

Description

一种电网连续运行仿真断面的生成方法和系统

技术领域

本发明属于电力技术领域，具体讲涉及一种电网连续运行仿真断面的生成方法和系统。

背景技术

电力系统由发电机、负荷、线路、变压器、开关、刀闸、母线、电容电抗、直流系统等大量的发电、输电、变电、用电等设备组成。电力系统运行过程中由于人的活动导致用电负荷的时刻波动，新能源发电的间歇性和不确定性导致系统功率不平衡性，整个运行过程中发电需要自动跟踪负荷的变化，来保持电力系统的功率平衡和频率稳定，同时系统可能会出现不同影响范围的故障，导致电力系统的运行结构发生变化，上述因素使得电力系统不是静止不变的系统，而是连续运行变化的系统，呈现出变化过程中的动态平衡。因此构建连续运行场景除了要确定电网模型和运行方式，更重要的是能够模拟发电、负荷持续变化，形成连续运行的仿真断面，模拟电力系统实际运行情况。

目前调度自动化系统及各类应用软件测试验收时，数据断面的准备费时费力，而且非常局限。测试时电网模型普遍偏小，运行方式数据采用现场导出或人工设置的静态断面，真实性差且无法体现变化过程，测试案例是针对验收大纲临时准备，测试效果严重受限，难以反映系统或软件的缺陷，功能测试无法有效开展。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种电网连续运行仿真断面的生成方法和系统。该方法和系统基于符合电网通用模型描述规范CIM/E的模型文件以及历史数据，以提供电网连续运行仿真断面为目标，通过潮流计算、断面调整和连续场景数据构建，实现连续运行仿真断面的有效生成。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种电网连续运行仿真断面的生成方法，其改进之处在于：

获取电网模型数据；

获取历史潮流数据，并与所述电网模型数据匹配，生成初始数据断面；

基于多个初始数据断面，生成连续场景数据断面；

对所述连续场景数据断面进行调整，生成连续运行仿真断面。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述电网模型数据包括：区域、基准电压、厂站、电压等级、间隔、断路器、刀闸、母线段、同步发电机、交流线段、负荷、变压器、变压器绕组、变压器分接头类型、并联补偿器、串联补偿器、地刀、遥测和遥信信息。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，

所述获取历史潮流数据，并与所述电网模型数据匹配，生成初始数据断面，包括：

获取CASE断面数据、负荷数据、发电数据和遥信数据，其中所述CASE断面数据为预先存储的整点自动保存的断面数据；

基于预设关键字对所述历史潮流数据和所述电网模型数据进行匹配；将匹配成功的数据保存为初始数据断面。

本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述基于关键字对所述历史潮流数据和所述电网模型数据进行匹配，包括：

根据所述电网模型数据与所述历史潮流数据中的相应设备的关键字，建立两者之间的对应关系；所述关键字为设备id和/或设备名称。

本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述基于多个初始数据断面，生成连续场景数据断面，包括：

对所述历史潮流数据中的CASE断面进行调整，每个所述CASE断面生成一个整点基准潮流断面；

对所述历史潮流数据中的负荷数据和发电数据进行插值处理，形成带时标的秒级间隔连续数据；

按照时间顺序更新所述整点基准潮流断面中的发电数据、负荷数据和遥信数据，生成带时标的连续场景数据断面。

本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述对所述负荷数据和发电数据进行插值处理，包括：

采用线性插值法，根据所述负荷数据或所述发电数据中相邻两点的值和时间间隔计算出秒级间隔点的数值，作为所述负荷数据或所述发电数据相应时间点的值。

本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述调整包括：

统计断面中系统的总发电和总负荷，如果存在总发电和总负荷的功率不平衡量则进行不平衡功率分配直至平衡；

进行潮流计算，如果潮流不收敛则进行调整直至收敛；

判断支路或断面的有功越限情况，如果有功越限则进行有功优化；

判断无功电压的越限情况，如果无功越限则进行无功优化；

若优化过程有设备的调整，则重新进行潮流计算再判断越限情况。

一种电网连续运行仿真断面的生成系统，其改进之处在于，包括：

数据采集模块、初始数据断面模块、连续场景数据断面模块和仿真断面模块；

所述数据采集模块，用于采集电网模型数据和历史潮流数据；

所述初始数据断面模块，用于匹配所述电网模型数据和历史潮流数据，生成初始数据断面；

所述连续场景数据断面模块，用于基于多个初始数据断面，生成连续场景数据断面；

所述仿真断面模块，用于对所述连续场景数据断面进行调整，生成连续运行仿真断面。

本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述数据采集模块包括电网模型数据子单元和历史潮流数据子单元；

所述电网模型数据子单元用于采集电网模型数据；

所述历史潮流数据子单元用于采集历史潮流数据。

本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述初始数据断面模块包括：

获取子单元，用于获取CASE断面数据、负荷数据、发电数据和遥信数据，其中所述CASE断面数据为预先存储的整点断面数据；

匹配子单元，用于基于预设关键字对所述历史潮流数据和所述电网模型数据进行匹配；

确定子单元，用于将匹配成功的数据保存为初始数据断面。

本发明提供的第九优选技术方案，其改进之处在于，所述连续场景数据断面模块包括调整子单元、插值处理子单元和连续场景子单元；

所述调整子单元，用于对所述初始数据断面中的整点CASE断面进行调整，每个整点CASE断面生成一个整点基准潮流断面；

所述插值处理子单元，用于对负荷数据和发电数据进行插值处理，形成带时标的秒级间隔连续数据；

所述连续场景子单元，用于按照时间顺序更新所述整点基准潮流断面中的发电数据、负荷数据和遥信数据，生成带时标的连续场景数据断面。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的优异效果如下：

1、本发明实现了电网潮流断面的调整，该方法通过自动分配、自动调整和优化调整等技术对断面初值进行调整，提高潮流计算的收敛性和准确性，进而提升潮流数据断面的可用性。

2、本发明提供了模拟电网连续运行的仿真断面集，为调度自动化系统分析应用软件的测试、验证提供了有效的数据支撑，提高了分析软件的有效性和可靠性，保证调度自动化系统的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明提供的一种电网连续运行仿真断面的生成方法流程示意图；

图2为本发明提供的一种电网连续运行仿真断面的生成方法中生成连续场景数据断面流程示意图；

图3为本发明提供的一种电网连续运行仿真断面的生成方法中调整流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明提供的一种电网连续运行仿真断面的生成方法流程示意图如图1所示，包括：

获取电网模型数据；

获取历史潮流数据，并与电网模型数据匹配，生成初始数据断面；

基于多个初始数据断面，生成连续场景数据断面；

对连续场景数据断面进行调整，生成连续运行仿真断面。

具体的，获取电网模型数据包括：

从调度自动化系统获取标准电网模型文件，电网模型为物理连接模型，包含区域、基准电压、厂站、电压等级、间隔、断路器、刀闸、母线段、同步发电机、交流线段、负荷、变压器、变压器绕组、变压器分接头类型、并联补偿器、串联补偿器、地刀、遥测和遥信等信息，解析文件数据后存放在本地的数据库中，方便后续潮流计算时的模型数据访问以及其它历史数据的匹配关联。

获取历史潮流数据，并与电网模型数据匹配，生成初始数据断面包括：

从调度自动化系统获取历史潮流数据，包括CASE断面数据、负荷数据、发电数据和遥信数据，历史数据和电网模型文件在时间上要相近。CASE断面数据包括选取预先存储的整点断面数据，可以选取一天内的断面数据；负荷数据、发电数据和遥信数据的选取在时间上与CASE断面吻合，选取当天的连续运行数据。历史数据是从同一个调度自动化系统获取，各类数据匹配时只需要根据设备关键字来建立对应关系，进行匹配时要保证数据时标的一致性。其中，设备关键字可以是设备的id或名称。

基于多个初始数据断面，生成连续场景数据断面流程如图2所示，包括：

对初始数据断面中的整点CASE断面进行调整，每个整点CASE断面生成一个整点基准潮流断面；

对负荷数据和发电数据进行插值处理，形成带时标的秒级间隔连续数据；

按照时间顺序更新整点基准潮流断面中的发电数据、负荷数据和遥信数据，生成带时标的连续场景数据断面。

从调度自动化系统获取的初始数据断面中的负荷数据和发电数据由大量离散点构成，相邻时刻点间隔为1分钟或更长，而连续场景断面的时间间隔为秒级，一般为5-15秒，需要对由离散点构成的负荷或发电数据进行插值处理。为保证连续数据断面的可用性，采用线性插值法，根据相邻两点的值和时间间隔计算出秒级间隔点的数值，作为负荷数据或发电数据相应时间点的值。

断面数据更新是在整点基准潮流断面的基础上进行，更新的数据包括发电数据、负荷数据以及开关状态。根据电网的运行特点，对运行状态发生变化的发电机或负荷，以停运或投运时刻点为0值的起点或终点，根据前2个时刻点或后2个时刻点的数据采用线性插值法重新计算更新。连续场景数据断面基于整点断面，断面时标一般为从整点整分0秒开始的5-15秒的间隔时间。

对连续场景数据断面进行调整，生成连续运行仿真断面包括：

对构建的电网连续场景数据断面进行调整，将调整后的基准仿真潮流断面保存成标准CIM/E格式带时标文件，按时间顺序将连续时刻的潮流断面串联后生成连续运行仿真断面。

本发明中断面调整的流程如图3所示，首先统计断面中系统的总发电、总负荷，如果存在总发电和总负荷的功率不平衡量则进行不平衡功率分配直至平衡，其次进行潮流计算，如果潮流不收敛则进行调整直至收敛，然后判断支路或断面有功越限情况，如果有功越限则进行有功优化，接着判断无功电压的越限情况，如果无功越限则进行无功优化，最后判断优化过程是否有设备的调整，如果有调整则重新进行潮流计算再判断越限情况，没有设备调整则结束整个调整过程。

若系统总负荷总发电的不平衡功率超过门槛值，则按全网发电机备用容量比例对不平衡量进行分配，减少或避免由不平衡量过大导致的潮流异常。

为了保证潮流计算的收敛性和快速性，每次潮流计算时采用非平启动模式。如果本次计算不收敛，使用平启动模式重新计算。如果平启动依旧不收敛，则进行频率计算。频率计算会根据系统不平衡量计算频率偏差，同时由于发电机组和负荷的频率响应特性，使得发电机出力和负荷的有功功率发生变化，减小有功不平衡量，进而有利于提高潮流计算收敛性。

潮流计算中有功和无功存在弱耦合关系，通过有功、无功解耦后分别优化迭代来调整断面的越限情况。有功调整优化模型的控制变量为发电机有功，优化的目标是有功调整量最小，约束是发电机有功上下限、支路最大允许传输功率、稳定断面最大允许传输功率、功率平衡以及区域间联络线传送功率要与计划值相一致等约束。无功调整的优化模型的控制变量为发电机的机端电压，优化的目标是无功调整量最小，约束是母线电压上下限约束和发电机无功上下限约束。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种电网连续运行仿真断面的生成系统，由于这些设备解决技术问题的原理与电网连续运行仿真断面的生成方法相似，重复之处不再赘述。

该系统包括：

数据采集模块、初始数据断面模块、连续场景数据断面模块和仿真断面模块；

其中，数据采集模块，用于采集电网模型数据和历史潮流数据；

初始数据断面模块，用于匹配电网模型数据和历史潮流数据，生成初始数据断面；

连续场景数据断面模块，用于基于多个初始数据断面，生成连续场景数据断面；

仿真断面模块，用于对连续场景数据断面进行调整，生成连续运行仿真断面。

其中，数据采集模块包括电网模型数据子单元和历史潮流数据子单元；

电网模型数据子单元用于采集电网模型数据；

历史潮流数据子单元用于采集历史潮流数据。

其中，初始数据断面模块包括：

获取子单元，用于获取CASE断面数据、负荷数据、发电数据和遥信数据，其中所述CASE断面数据为预先存储的整点断面数据；

匹配子单元，用于基于预设关键字对所述历史潮流数据和所述电网模型数据进行匹配；

确定子单元，用于将匹配成功的数据保存为初始数据断面。

其中，连续场景数据断面模块包括调整子单元、插值处理子单元和连续场景子单元；

调整子单元，用于对初始数据断面中的整点CASE断面进行调整，每个整点CASE断面生成一个整点基准潮流断面；

插值处理子单元，用于对负荷数据和发电数据进行插值处理，形成带时标的秒级间隔连续数据；

连续场景子单元，用于按照时间顺序更新整点基准潮流断面中的发电数据、负荷数据和遥信数据，生成带时标的连续场景数据断面。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电网连续运行仿真断面的生成方法，其特征在于：

获取电网模型数据；

获取历史潮流数据，并与所述电网模型数据匹配，生成初始数据断面；

基于多个初始数据断面，生成连续场景数据断面；

对所述连续场景数据断面进行调整，生成连续运行仿真断面。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电网模型数据包括：区域、基准电压、厂站、电压等级、间隔、断路器、刀闸、母线段、同步发电机、交流线段、负荷、变压器、变压器绕组、变压器分接头类型、并联补偿器、串联补偿器、地刀、遥测和遥信信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取历史潮流数据，并与所述电网模型数据匹配，生成初始数据断面，包括：

获取CASE断面数据、负荷数据、发电数据和遥信数据，其中所述CASE断面数据为预先存储的整点断面数据；

基于预设关键字对所述历史潮流数据和所述电网模型数据进行匹配；

将匹配成功的数据保存为初始数据断面。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于关键字对所述历史潮流数据和所述电网模型数据进行匹配，包括：

根据所述电网模型数据与所述历史潮流数据中的相应设备的关键字，建立两者之间的对应关系；所述关键字为设备id和/或设备名称。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于多个初始数据断面，生成连续场景数据断面包括：

对所述历史潮流数据中的CASE断面进行调整，每个所述CASE断面生成一个整点基准潮流断面；

对所述历史潮流数据中的负荷数据和发电数据进行插值处理，形成带时标的秒级间隔连续数据；

按照时间顺序更新所述整点基准潮流断面中的发电数据、负荷数据和遥信数据，生成带时标的连续场景数据断面。

6.如权利要5所述的方法，其特征在于，所述对所述负荷数据和发电数据进行插值处理，包括：

采用线性插值法，根据所述负荷数据或所述发电数据中相邻两点的值和时间间隔计算出秒级间隔点的数值，作为所述负荷数据或所述发电数据相应时间点的值。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述调整包括：

统计断面中系统的总发电和总负荷，如果存在总发电和总负荷的功率不平衡量则进行不平衡功率分配直至平衡；

进行潮流计算，如果潮流不收敛则进行调整直至收敛；

判断支路或断面的有功越限情况，如果有功越限则进行有功优化；

判断无功电压的越限情况，如果无功越限则进行无功优化；

若优化过程有设备的调整，则重新进行潮流计算再判断越限情况。

8.一种电网连续运行仿真断面的生成系统，其特征在于，包括：

数据采集模块、初始数据断面模块、连续场景数据断面模块和仿真断面模块；

所述数据采集模块，用于采集电网模型数据和历史潮流数据；

所述初始数据断面模块，用于匹配所述电网模型数据和历史潮流数据，生成初始数据断面；

所述连续场景数据断面模块，用于基于多个初始数据断面，生成连续场景数据断面；

所述仿真断面模块，用于对所述连续场景数据断面进行调整，生成连续运行仿真断面。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述数据采集模块包括电网模型数据子单元和历史潮流数据子单元；

所述电网模型数据子单元用于采集电网模型数据；

所述历史潮流数据子单元用于采集历史潮流数据。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述初始数据断面模块包括：

获取子单元，用于获取CASE断面数据、负荷数据、发电数据和遥信数据，其中所述CASE断面数据为预先存储的整点断面数据；

匹配子单元，用于基于预设关键字对所述历史潮流数据和所述电网模型数据进行匹配；

确定子单元，用于将匹配成功的数据保存为初始数据断面。

11.如权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述连续场景数据断面模块包括调整子单元、插值处理子单元和连续场景子单元；

所述调整子单元，用于对所述历史潮流数据中的整点CASE断面进行调整，每个整点CASE断面生成一个整点基准潮流断面；

所述插值处理子单元，用于对所述历史潮流数据中的负荷数据和发电数据进行插值处理，形成带时标的秒级间隔连续数据；

所述连续场景子单元，用于按照时间顺序更新所述整点基准潮流断面中的发电数据、负荷数据和遥信数据，生成带时标的连续场景数据断面。