CN110571804B - 电网仿真培训一次和二次数据生成方法及系统 - Google Patents

电网仿真培训一次和二次数据生成方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电网仿真培训一次和二次数据生成方法，包括采集各内网范围数据和全网静态数据；从全网静态数据和内网范围数据中分别获取所有开关闭合后的全网节点和各内网节点；根据预先确定的全网模型、内网节点和全网节点中剔除内网节点剩余的外网节点，构建外网在边界等值后的新模型；所述全网模型根据所有开关恢复原始状态后的实时断面数据获取得到；从新模型中获取作为一次数据的边界等值后的节点导纳和节点电流，从新模型中获取作为二次数据的边界等值设备继电保护数据以及与内网节点对应的继电保护数据、自动装置数据、低压低频减载装置数据。同时公开了相应的系统。本发明效率高、周期短、外网等值准确。

Description

电网仿真培训一次和二次数据生成方法及系统
技术领域
本发明涉及一种电网仿真培训一次和二次数据生成方法及系统，属于电力系统仿真培训领域。
背景技术
现有的多级调度中心联合仿真培训，在制作电网仿真一次及二次数据存在以下缺点：1、效率低：需要大量人工确定仿真电网范围；2、制作周期长：由于不能自动进行，而是大量人工参与，所以导致工作量大，制作周期长，一般准备一次联合仿真培训工作，需要提前三个月到半年开始进行准备；3、外网等值准确性差：由于使用的是典型数据形成的等值外网(外网为全网中没有参加仿真培训的网络，内网为全网中参加仿真培训的各调控中心所辖电网)，不能正确及时反映当前外网的拓朴连接和运行工况。
发明内容
本发明提供了一种电网仿真培训范围数据生产方法及系统，解决了现有生成方法效率低、周期长及外网等值准确性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
电网仿真培训一次和二次数据生成方法，包括，
采集各内网范围数据和全网静态数据；
从全网静态数据和内网范围数据中分别获取所有开关闭合后的全网节点和各内网节点；
根据预先确定的全网模型、内网节点和全网节点中剔除内网节点剩余的外网节点，构建外网在边界等值后的新模型；所述全网模型根据所有开关恢复原始状态后的实时断面数据获取得到；
从新模型中获取作为一次数据的边界等值后的节点导纳和节点电流，从新模型中获取作为二次数据的边界等值设备继电保护数据以及与内网节点对应的继电保护数据、自动装置数据、低压低频减载装置数据。
内网范围数据包括内网范围内的节点对象以及节点对象的声明模式，其中，声明模式包括包含模式和排除模式，包含模式表示节点对象包含在内网中，排除模式表示节点对象包含在内网中但必须排除。
遍历内网范围数据，获取内网包含的所有节点，剔除排除模式对应的节点，获得内网节点。
通过深度优先搜索法，获得全网节点。
新模型公式为，
YDZVB＝IDZ
Figure BDA0002203935740000021
Figure BDA0002203935740000022
其中，A为所有外网节点的集合，B为所有内网节点的集合，VB为B中节点电压，YB为B的节点导纳矩阵，YA为A的节点导纳矩阵，
Figure BDA0002203935740000023
为YA的逆矩阵，YM为边界矩阵，YM′为YM的转置矩阵，IA为A中节点电流，IB为B中节点电流。
电网仿真培训一次和二次数据生成系统，包括，
数据采集模块：采集各内网范围数据和全网静态数据；
节点模块：从全网静态数据和内网范围数据中分别获取所有开关闭合后的全网节点和各内网节点；
等值模型模块：根据预先确定的全网模型、内网节点和全网节点中剔除内网节点剩余的外网节点，构建外网在边界等值后的新模型；所述全网模型根据所有开关恢复原始状态后的实时断面数据获取得到；
数据获取模块：从新模型中获取作为一次数据的边界等值后的节点导纳和节点电流，从新模型中获取作为二次数据的边界等值设备继电保护数据以及与内网节点对应的继电保护数据、自动装置数据、低压低频减载装置数据。
节点模块包括内网节点模块和全网节点模块；
内网节点模块：遍历内网范围数据，获取内网包含的所有节点，剔除排除模式对应的节点，获得内网节点；
全网节点模块：通过深度优先搜索法，得到全网节点。
等值模型模块构建的新模型公式为，
YDZVB＝IDZ
Figure BDA0002203935740000031
Figure BDA0002203935740000032
其中，A为所有外网节点的集合，B为所有内网节点的集合，VB为B中节点电压，YB为B的节点导纳矩阵，YA为A的节点导纳矩阵，
Figure BDA0002203935740000033
为YA的逆矩阵，YM为边界矩阵，YM′为YM的转置矩阵，IA为A中节点电流，IB为B中节点电流。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行网仿真培训一次和二次数据生成方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行网仿真培训一次和二次数据生成方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明实现了一种效率高、周期短、外网等值准确的数据生产方法及系统，具体如下：
效率高：直接采集各电网范围数据，无需人工确定仿真电网范围，并且电网范围数据不会经常变化，因此其电网范围数据一次形成，可以长期使用，效率高；
周期短：电网范围数据仅需外部提供内网范围数据和全网静态数据，随后的工作由程序自动进行，不需人工参与，周期短；
外网等值准确：由于采用实时断面形成的外网等值，因而准确性好。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为获取内网节点的流程图；
图3为获取内网包含节点的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，电网仿真培训一次和二次数据生成方法，包括以下步骤：
步骤1，采集各内网范围数据和全网静态数据。
采集内网范围数据，即采集参加仿真培训的调控中心所辖电网范围数据，该数据存储在xml格式的描述文件中，内容包括内网范围内的节点对象以及节点对象的声明模式。
节点对象具体如表1所示，
表1节点对象描述
Figure BDA0002203935740000051
声明模式有两种，一种包含模式：包含模式表示节点对象包含在内网中；另一种为排除模式：排除模式表示节点对象包含在内网中但必须排除。
包含模式声明各节点对象的具体格式如下：
1、边界节点
给出边界节点，通过拓朴的连通性，找到其他节点。其中<INC_LINE>、
<INC_TFMR>和<INC_TFMRBRN>表示内网侧。
<INC_NODE name＝“xxxx”id＝“xxxx”>
<INC_LINE name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
<INC_TFMR name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
<INC_TFMRBRN name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
……
</INC_NODE>
2、区域
声明区域有两种形式：单纯包含区域所有节点；只包含该区域中指定的若干电压等级。
单纯包含某一个区域的所有节点：<INC_AREA name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>；
只包含该区域中该电压等级：
<INC_AREA name＝“xxxx”id＝”xxxx>
<INC_BASEKV name＝“xxxx”id＝“xxxx”range＝”>”/>
……
</INC_AREA>
3、电压等级
声明电压等级也有两种形式：单纯包含某一电压等级；只包含该电压等级中指定的若干区域。
单纯包含电压等级：<INC_BASEKV name＝“xxxx”id＝“xxxx”range＝“>”/>；
只包含电压等级中指定区域：
<INC_BASEKV name＝“xxxx”id＝“xxxx”range＝“>”>
<INC_AREA name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>；
……
</INC_BASEKV>
其中，属性range有五个选项：(1)“>”：表示大于声明电压；(2)“<”：表示小于声明电压；(3)“＝”：表示等于声明电压；(4)“>＝”：大于等于声明电压；(5)“<＝”：小于等于声明电压；
电压等级终止在变压器的其他非声明电压等级端点，也就是说包含整个变压器。
4、厂站
声明包含厂站也有两种形式：单纯包含厂站全部节点；只包含厂站中指定的若干电压等级。
单纯包含厂站所有节点：<INC_ST name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>；
在该厂站中只包含若干声明的电压等级：
<INC_ST name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
<INC_BASEKV name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
……
</INC_ST>
5、线路
<INC_LINE name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
6、变压器
<INC_TFMR name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
7、变压器支路
<INC_TFMRBRN name＝“xxxx”id＝“xxxx”tfmrid＝”xxxxx”/>
8、发电机
<INC_GEN name＝“xxxx”id＝”xxxx/>
9、母线
<INC_BUS name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
10、负荷
<INC_LOAD name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
11、并联电容电抗器
<INC_CPP name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
12、串联电容电抗器
<INC_CPS name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
13、高压直流设备
如果整个直流线路包含在仿真模型中，则可用<INC_HVDC>标签。否则如果只是包含该直流的一侧，则仅按照普通负荷处理。
<INC_HVDC name＝“xxxx”id＝“xxxx”/>
排除模式的结构与包含模式类似，把包含模式各标签前三个关键字由“INC”改为“EXC”即可。
上述声明模式和节点对象，在电网模型描述中可以混合采用，为完整描述仿真内网模型，提供了丰富的手段。
全网静态数据可以从数据中心直接获取，具体是从表2的数据表中获取。
Figure BDA0002203935740000091
Figure BDA0002203935740000101
步骤2，备份所有开关原始状态(即当前状态)，从全网静态数据和内网范围数据中分别获取所有开关闭合后的全网节点和各内网节点。
闭合所有开关，将所有可能连接的设备都连接起来了，这样可以避免丢失暂时没有连接的设备。通过深度优先微拓朴搜索方法，可以得到全网所有计算节点以及每个计算节点上的关联设备，即全网节点。
如图2所示，获取内网节点的过程如下：
21)定义内网节点集B为空，i＝1；
22)获取第i个描述文件，遍历描述文件内的内网范围数据，获取内网包含的所有节点，即包含模式对应的节点，形成包含节点集合C；
如图3所示，为获取内网包含节点的过程，判断内网中是否包含表1中节点对象，若存在，则将对应的节点加入C。
23)从C中剔除排除模式对应的节点，得到该描述文件对应的内网节点集B1；
24)将B1中的节点汇入B；
25)判断是否遍历了所有描述文件，若没有，i＝i+1，转至步骤22，否则输出B，B中的节点即为所有的内网节点。
步骤3，根据步骤2中的备份，恢复开关原始状态，根据全网静态数据，获取实时断面数据。
全网静态数据是在云平台上形成的，具体就是新一代模型数据中心的一级模型数据平台上形成的，但是电网实际上是变化的，所以还需要得到其动态数据，即实时断面数据。
步骤4，根据实时断面数据，整理表2中各数据表的关联关系，进行拓朴分析，获取全网模型。
步骤5，根据全网模型、内网节点和全网节点中剔除内网节点剩余的外网节点，构建外网在边界等值后的新模型，即边界等值后的全网模型。这里的边界，就是内外网的边界，外网的影响，通过将其等值到内网边界上体现。
根据电力系统基本定律KCL可得如下等式：
Figure BDA0002203935740000111
其中，A为所有外网节点的集合，B为所有内网节点的集合，IA为A中节点电流，IB为B中节点电流，VA为B中节点电压，VB为B中节点电压，YB为B的节点导纳矩阵，YA为A的节点导纳矩阵，YM为边界矩阵，YM′为YM的转置矩阵。
将上式的VA整理成VB的表达式，消去VA，可得到外网在边界等值后的模型：
YDZVB＝IDZ
Figure BDA0002203935740000112
Figure BDA0002203935740000113
其中，
Figure BDA0002203935740000114
为YA的逆矩阵。
步骤6，从新模型中获取边界等值设备的继电保护数据以及与内网节点对应的继电保护数据、自动装置数据、低压低频减载装置数据。
在数据中心的模型维护阶段，已经形成针对全网所有设备的继电保护数据。继电保护数据按照模板方式进行配置，不满足模板方式的保护采用专用配置，具体配置方式如下：
A)对全网保护进行分类，每类做成模板形式，某一设备的继电保护与这些类模板对应上；
B)在仿真运行当中，涉及到需要动作的保护，按照模板动作，给出继电保护信号；
C)对于有个性化设置需要的保护，不论对其设置拒动误动，还是对某一变电站或发电厂的保护详细设置进行研究，都可以采用实例化方式。
按照上述采用模板和实例化结合方式，就可以实现设备的继电保护模型数据配置。
由于等值设备是对外网的等值，并不是真实的设备，在全网继电保护数据中，并没有对应的数据，边界等值设备可以采用上述模板方式对不同电压等级设备进行继电保护数据配置。
步骤7，将YDZ和IDZ作为一次数据，以cime格式文件输出；将步骤6中的数据作为二次数据，以xml格式文件输出。
本发明中每个调控中心的电网管辖范围不会经常变化，其电网范围数据一次形成，可以长期使用，效率高；各调控中心只需提供各自的电网范围数据，随后的工作由程序自动进行，不需人工参与，周期短；采用实时断面形成的外网等值，准确性好。
实施例2
电网仿真培训一次和二次数据生成系统，包括，
数据采集模块：采集各内网范围数据和全网静态数据。
节点模块：备份所有开关原始状态，根据全网静态数据和内网范围数据，分别获取所有开关闭合后的全网节点和各内网节点。
节点模块包括内网节点模块和全网节点模块；内网节点模块：遍历内网范围数据，获取内网包含的所有节点，剔除排除模式对应的节点，获得内网节点；全网节点模块：通过深度优先搜索法，得到全网节点。
断面数据模块：根据节点模块中的备份，恢复开关原始状态，根据全网静态数据，获取所有开关恢复原始状态后的实时断面数据。
全网模型模块：根据实时断面数据，整理各数据表的关联关系，进行拓朴分析，获取全网模型。
等值模型模块：根据全网模型、内网节点和剔除内网节点剩余的外网节点，构建外网在边界等值后的新模型。
等值模型模块构建的新模型公式为，
YDZVB＝IDZ
Figure BDA0002203935740000131
Figure BDA0002203935740000132
其中，A为所有外网节点的集合，B为所有内网节点的集合，VB为B中节点电压，YB为B的节点导纳矩阵，YA为A的节点导纳矩阵，
Figure BDA0002203935740000133
为YA的逆矩阵，YM为边界矩阵，YM′为YM的转置矩阵，IA为A中节点电流，IB为B中节点电流。
数据获取模块：从新模型中获取边界等值设备的继电保护数据以及与内网节点对应的继电保护数据、自动装置数据、低压低频减载装置数据。
输出模块：将YDZ和IDZ作为一次数据，以cime格式文件输出；将步骤6中的数据作为二次数据，以xml格式文件输出。
实施例3
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行实施例1所述的电网仿真培训一次和二次数据生成方法。
实施例4
一种计算设备，包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行电网仿真培训一次和二次数据生成方法的指令。
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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.电网仿真培训一次和二次数据生成方法，其特征在于：包括，
采集各内网范围数据和全网静态数据；
从全网静态数据和内网范围数据中分别获取所有开关闭合后的全网节点和各内网节点；
根据预先确定的全网模型、内网节点和全网节点中剔除内网节点剩余的外网节点，构建外网在边界等值后的新模型；所述全网模型根据所有开关恢复原始状态后的实时断面数据获取得到；
从新模型中获取作为一次数据的边界等值后的节点导纳和节点电流，从新模型中获取作为二次数据的边界等值设备继电保护数据以及与内网节点对应的继电保护数据、自动装置数据、低压低频减载装置数据。
2.根据权利要求1所述的电网仿真培训一次和二次数据生成方法，其特征在于：内网范围数据包括内网范围内的节点对象以及节点对象的声明模式，其中，声明模式包括包含模式和排除模式，包含模式表示节点对象包含在内网中，排除模式表示节点对象包含在内网中但必须排除。
3.根据权利要求2所述的电网仿真培训一次和二次数据生成方法，其特征在于：遍历内网范围数据，获取内网包含的所有节点，剔除排除模式对应的节点，获得内网节点。
4.根据权利要求1所述的电网仿真培训一次和二次数据生成方法，其特征在于：通过深度优先搜索法，获得全网节点。
5.根据权利要求1所述的电网仿真培训一次和二次数据生成方法，其特征在于：新模型公式为，
YDZVB＝IDZ
Figure FDA0003478261480000021
Figure FDA0003478261480000022
其中，A为所有外网节点的集合，B为所有内网节点的集合，VB为B中节点电压，YB为B的节点导纳矩阵，YA为A的节点导纳矩阵，
Figure FDA0003478261480000023
为YA的逆矩阵，YM为边界矩阵，YM′为YM的转置矩阵，IA为A中节点电流，IB为B中节点电流。
6.电网仿真培训一次和二次数据生成系统，其特征在于：包括，
数据采集模块：采集各内网范围数据和全网静态数据；
节点模块：从全网静态数据和内网范围数据中分别获取所有开关闭合后的全网节点和各内网节点；
等值模型模块：根据预先确定的全网模型、内网节点和全网节点中剔除内网节点剩余的外网节点，构建外网在边界等值后的新模型；所述全网模型根据所有开关恢复原始状态后的实时断面数据获取得到；
数据获取模块：从新模型中获取作为一次数据的边界等值后的节点导纳和节点电流，从新模型中获取作为二次数据的边界等值设备继电保护数据以及与内网节点对应的继电保护数据、自动装置数据、低压低频减载装置数据。
7.根据权利要求6所述的电网仿真培训一次和二次数据生成系统，其特征在于：内网范围数据包括内网范围内的节点对象以及节点对象的声明模式，其中，声明模式包括包含模式和排除模式，包含模式表示节点对象包含在内网中，排除模式表示节点对象包含在内网中但必须排除；
节点模块包括内网节点模块和全网节点模块；
内网节点模块：遍历内网范围数据，获取内网包含的所有节点，剔除排除模式对应的节点，获得内网节点；
全网节点模块：通过深度优先搜索法，得到全网节点。
8.根据权利要求6所述的电网仿真培训一次和二次数据生成系统，其特征在于：等值模型模块构建的新模型公式为，
YDZVB＝IDZ
Figure FDA0003478261480000031
Figure FDA0003478261480000032
其中，A为所有外网节点的集合，B为所有内网节点的集合，VB为B中节点电压，YB为B的节点导纳矩阵，YA为A的节点导纳矩阵，
Figure FDA0003478261480000033
为YA的逆矩阵，YM为边界矩阵，YM′为YM的转置矩阵，IA为A中节点电流，IB为B中节点电流。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至5任一所述的方法。
10.一种计算设备，其特征在于：包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至5任一所述的方法的指令。
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