CN111952959A - 压缩电网过程模拟时间的方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压缩电网过程模拟时间的方法、装置及存储介质，所述方法包括：按照预设的时间步长，将原电网趋势数据切分成多个时间上分段的电网趋势数据；计算出与各时间段内的电网趋势数据对应的电网趋势断面；采用变时间步长法，并行地对各时间段内的电网趋势数据进行再分段，形成若干个子电网趋势数据段，并计算出与各子电网趋势数据段对应的电网趋势断面，实现压缩电网过程模拟时间。本发明可解决电网运行长过程模拟计算的时间压缩问题，满足预调度对模拟计算的时间要求。
Description
技术领域
本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及一种压缩电网过程模拟时间的方法、装置及系统。
背景技术
随着特高压交直流互联大电网建设的全面推进、新能源大量接入、以及电力市场化改革的深入开展，交直流互联大电网一体化运行特性愈发明显。目前按照调度机构独立建设和运行的电网调控系统，存在层级多、链条长、业务协作水平低、全局决策能力不足等问题，无法满足未来交直流互联大电网的一体化运行调控需求。在此背景下，新一代调度控制系统应运而生。
大电网预调度是新一代调度控制系统中的一个重要应用场景，其通过对未来电网运行长过程连续运行数据的快速模拟，帮助调度人员掌控电网未来运行态势和运行风险。实际应用中，调度员根据需要可启动未来一段时间的预调度功能，如在交接班时启动未来8小时的预调度，或在临时计划调整时启动未来1小时短时段预调度，还可在电网遇有即时预判风险时启动更短时段预调度等。从实用性方面考虑，预调度需要将未来1小时电网过程的模拟时间压缩至5分钟以内。以动态潮流计算为例测算，国网220kV以上电网规模的动态潮流单步长为5秒的一次仿真若需要耗时1秒，则1小时的电网过程模拟至少要耗时12分钟。因此若模拟计算方法不能取得突破预调度则很难具有实用性，因此如何高效压缩电网长过程模拟的时间正是预调度的关键点和难点所在。
初始运行断面和电网趋势数据是电网运行长过程模拟计算的数据基础。初始运行断面是基于电网的状态估计断面产生，而电网趋势数据的是依据发电计划、负荷预测和检修计划等数据生成的时序化离散数据集合。
电网运行长过程模拟的原理是将初始运行断面作为基态断面，依据序列等间隔的电网趋势断面，以秒级步长动态潮流方法计算出代表电网运行轨迹的序列秒级时间尺度的潮流断面。
现有的电网运行长过程模拟技术主要具有如下不足：
(1)计算耗时较长：传统的电网运行长过程模拟方法是，从将初始运行断面开始，以固定时长为步长，如5秒，依据电网趋势数据，依次计算电网运行潮流断面。以动态潮流计算为例测算，国网220kV以上电网规模的动态潮流单步长为5秒的一次仿真若需要耗时1秒，则1小时的电网过程模拟至少要耗时12分钟，远远多于1小时5分钟耗时的要求。
(2)冗余计算次数多：传统的电网运行长过程模拟方法以固定时长为步长，存在很多的冗余计算，例如当相邻时刻负荷预测数据没有变化或变化很小时，每一步都要计算潮流断面，会导致大量的冗余计算量，同样带来过长计算耗时。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种压缩电网过程模拟时间的方法、装置及存储介质，可解决电网运行长过程模拟计算的时间压缩问题，满足预调度对模拟计算的时间要求。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种压缩电网过程模拟时间的方法，包括：
按照预设的时间步长，将原电网趋势数据切分成多个时间上分段的电网趋势数据；
计算出与各时间段内的电网趋势数据对应的第一电网趋势断面；
采用变步长法，并行地对各时间段内的电网趋势数据进行再分段，形成若干个子电网趋势数据段；
计算出与各子电网趋势数据段对应的第二电网趋势断面，实现压缩电网过程模拟时间。
可选地，所述第一电网趋势断面的计算方法包括：
对于第一个时间段，将电网初始运行断面作为基态断面，结合该时间段对应的电网趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第一电网趋势断面；
对于其他时间段，将前一个时间段对应的第一电网趋势断面作为基态断面，结合该时间段对应的电网趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第一电网趋势断面。
可选地，所述第二电网趋势断面的计算方法包括：
对于第一个时间段，基于该时间段内的电网趋势数据，按照时间顺序逐次寻找能够满足预设模拟推进条件的时间点，并将各时间点作为分段点，形成若干个子时间段，以及与各子时间段对应的子电网趋势数据段；
对于第一个子时间段，将电网初始运行断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面；
对于其他子时间段，以前一个子时间段对应的第二电网趋势断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面。
可选地，所述第二电网趋势断面的计算方法包括：
对于其他时间段，基于该时间段内的电网趋势数据，按照时间顺序逐次寻找能够满足预设模拟推进条件的时间点，并将各时间点作为分段点，形成若干个子时间段，以及与各子时间段对应的子电网趋势数据段；
对于第一个子时间段，将前一个时间段对应的第一电网趋势断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面；
对于其他子时间段，以前一个子时间段对应的第二电网趋势断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面。
可选地，所述模拟推进条件为至少以下条件之一：
出现电网拓扑结构变化事件；
出现发电计划变化事件；
出现电压调节事件；
出现负荷变化超出设定阈值事件。
可选地，所述负荷变化的计算公式为：
式中，
代表t时刻预调度计划中第x个设备的负荷预测值，
为上一仿真时刻第x个重要设备功率的仿真计算值，wx是电网趋势断面中第x个特征量的权重，n是所选取的关键设备个数，SC为设定的变化幅度阈值。
可选地，所述潮流计算方法包括以下步骤：
计算电网系统的有功不平衡量，当所述有功不平衡量大于设定阈值时，则启动AGC模拟计算，并基于AGC模拟计算的结果，发送控制信息至潮流计算模块，调整潮流计算中对应发电机的出力，直至计算出来的有功不平衡量小于设定阈值，实现有功平衡；
以电网系统有功平衡为基础，计算电网系统的无功不平衡量，当所述无功不平衡量大于设定阈值时，则启动AVC模拟计算，并基于AVC模拟计算的结果，发送控制信息至潮流计算模块，调整潮流计算中对应无功设备的参数，直至计算出来的无功不平衡量小于设定阈值，实现无功平衡；
基于参数调整后的潮流计算，计算出对应的电网趋势断面。
第二方面，本发明提供了一种压缩电网过程模拟时间的装置，包括：
第一切分单元，用于按照预设的时间步长，将原电网趋势数据切分成多个时间上分段的电网趋势数据；
第一计算单元，用于计算出与各时间段内的电网趋势数据对应的第一电网趋势断面；
第二分段单元，用于采用变步长法，并行地对各时间段内的电网趋势数据进行再分段，形成若干个子电网趋势数据段；
第二计算单元，用于计算出与各子电网趋势数据段对应的第二电网趋势断面，实现压缩电网过程模拟时间。
第三方面，本发明提供了一种压缩电网过程模拟时间的装置，包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据第一方面中任一项所述方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面中任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明采用两种策略实现模拟时间的压缩：首先是采用并行模拟的方法，将电网运行长过程模拟变成多个电网运行短过程的并行模拟，通过并行计算的方式来压缩电网运行长过程的模拟时间；其次是采用变步长模拟机制，使每个并行模拟任务在保证模拟精细度的基础上，尽量减少冗余电网潮流计算次数来进一步压缩模拟时间。本发明可解决电网运行长过程模拟计算的时间压缩问题，解决因现有电网运行长过程模拟计算耗时过长导致预调度应用不实用的问题。本发明可以满足预调度对模拟计算的时间要求，提升预调度的实用性，因此该发明具有极高的应用价值。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的压缩电网过程模拟时间的方法的流程示意图；
图2为本发明一种实施例的电网趋势数据分段示意图；
图3为本发明一种实施例的第一电网趋势断面的计算流程示意图；
图4为本发明一种实施例的第二电网趋势断面的计算流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种压缩电网过程模拟时间的方法，对电网趋势数据进行分段，即将一段长时间的电网趋势数据，切分成多个分段电网趋势数据，使不同分段的电网趋势数据能够相互独立，计算每一个分段电网趋势数据，完成该分段时间内序列电网趋势断面的计算；然后采用变步长法，并行地对各时间段内的电网趋势数据进行再分段，形成若干个子电网趋势数据段，计算出与各子电网趋势数据段对应的第二电网趋势断面，实现压缩电网过程模拟时间。本发明中，将一个长时间的电网趋势数据进行分段是并行模拟的基础，其目标是将电网的长过程模拟，变为多个电网短过程来并行模拟，以实现模拟时间的压缩。
如图1-2所示，所述方法具体包括以下步骤：
(1)按照预设的时间步长，将原电网趋势数据切分成多个时间上分段的电网趋势数据；在实际应用过程中各个时间段可以是等长的，也可以是不等长，优选为等长，时间步长根据实际的模拟需求进行设置；
(2)计算出与各时间段内的电网趋势数据对应的第一电网趋势断面；
(3)采用变步长法，并行地对各时间段内的电网趋势数据进行再分段，形成若干个子电网趋势数据段；
(4)计算出与各子电网趋势数据段对应的第二电网趋势断面，实现压缩电网过程模拟时间。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，将一个长时间的电网趋势数据的分段原理是，在长时间电网趋势数据的分段点处(各分段可以是等长或者不等长)，第一次分段是以大步长的方式来分段的(比如设置步长为15min)，计算生成1个收敛的电网潮流断面，简称“电网趋势断面”，每个电网趋势断面作为其后续分段趋势数据的初始运行断面。其中，除第一个电网趋势数据分段的初始运行断面是电网初始运行断面外，第二个至最后一个电网趋势数据分段的初始运行断面均是分段过程中计算生成的电网趋势断面。具体地，如图3所示，所述第一电网趋势断面的计算方法包括：
对于第一个时间段，将电网初始运行断面作为基态断面，结合该时间段对应的电网趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第一电网趋势断面，参见图2中的趋势断面1、趋势断面2……趋势断面n，与各趋势断面对应的分别为电网趋势数据分段1、电网趋势数据分段2……电网趋势数据分段n；
对于其他时间段，将前一个时间段对应的第一电网趋势断面作为基态断面，结合该时间段对应的电网趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第一电网趋势断面，具体参见图3。
考虑到电网趋势数据分段中蕴含了电网趋势变化信息，因此本算法根据电网趋势数据分段中的数据变化情况来灵活调整动态潮流的计算步长，在电网趋势快速变化的时段采用小步长的动态潮流计算，在电网趋势缓慢变化的时段采用大一点步长的动态潮流计算，这样既能细致刻画电网的运行趋势，又能减少无谓的冗余计算量。
为了减少电网趋势断面的冗余计算次数，变步长模拟方法设置了模拟推进条件的判断环节，变步长模拟算法每推进一步，先要判断当前趋势数据是否满足条件，满足条件才进行后续的潮流计算并生成新的趋势断面，否则跳过这一步的趋势数据，直接取下一步的趋势数据进行相同的判断，直到结束。具体地：
对于第一个时间段，如图4所示，所述第二电网趋势断面的计算方法包括：
基于该时间段内的电网趋势数据，按照时间顺序逐次寻找能够满足预设模拟推进条件的时间点，并将各时间点作为分段点，形成若干个子时间段，以及与各子时间段对应的子电网趋势数据段；
对于第一个子时间段，将电网初始运行断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面；
对于其他子时间段，以前一个子时间段对应的第二电网趋势断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面。
对于其他时间段，所述第二电网趋势断面的计算方法包括：
基于该时间段内的电网趋势数据，按照时间顺序逐次寻找能够满足预设模拟推进条件的时间点，并将各时间点作为分段点，形成若干个子时间段，以及与各子时间段对应的子电网趋势数据段；
对于第一个子时间段，将前一个时间段对应的第一电网趋势断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面；
对于其他子时间段，以前一个子时间段对应的第二电网趋势断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面。
所述模拟推进条件为至少以下条件之一：
出现电网拓扑结构变化事件：包括因检修、调度操作导致的网络拓扑改变事件；
出现发电计划变化事件：包括改变机组出力、机组组合改变及机组启停等事件；
出现电压调节事件：包括电容器投切与变压器分接头调节等电压调节事件；
出现负荷变化超出设定阈值事件，所述负荷变化的计算公式为：
式中，
代表t时刻预调度计划中第x个设备的负荷预测值，
为上一仿真时刻第x个重要设备功率的仿真计算值，可按电网实际情况选取母线、联络线作为重要设备，wx是电网趋势断面中第x个特征量的权重，n是所选取的关键设备个数，SC为设定的变化幅度阈值；
基于以上判断条件，变步长模拟算法可根据代表电网运行状态变化的事件，来动态调整模拟推进步长，在电网运行状态发生重要变化的时刻，实现电网过程的细致模拟，在电网运行平缓时段压缩模拟时间。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，如图3所示，所述潮流计算方法包括以下步骤：
计算电网系统的有功不平衡量，当所述有功不平衡量大于设定阈值时，则启动AGC模拟计算，并基于AGC模拟计算的结果，发送控制信息至潮流计算模块，调整电网系统中对应发电机的出力，直至计算出来的有功不平衡量小于设定阈值，实现有功平衡；
以电网系统有功平衡为基础，计算电网系统的无功不平衡量，当所述无功不平衡量大于设定阈值时，则启动AVC模拟计算，并基于AVC模拟计算的结果，发送控制信息至潮流计算模块，调整电网系统中对应无功设备的参数，直至计算出来的无功不平衡量小于设定阈值，实现无功平衡；
基于调整后的设备参数，计算出对应的电网趋势断面。
实施例2
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种压缩电网过程模拟时间的装置，包括：
第一切分单元，用于按照预设的时间步长，将电网趋势数据切分成多个时间上分段的电网趋势数据；
第一计算单元，用于计算出与各时间段内的电网趋势数据对应的第一电网趋势断面；
第二分段单元，用于采用变步长法，并行地对各时间段内的电网趋势数据进行再分段，形成若干个子电网趋势数据段；
第二计算单元，用于计算出与各子电网趋势数据段对应的第二电网趋势断面，实现压缩电网过程模拟时间。
其余部分均与实施例1相同。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种压缩电网过程模拟时间的装置，其特征在于，包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据实施例1中任一项所述方法的步骤。
实施例4
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例中任一项所述方法的步骤。
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。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种压缩电网过程模拟时间的方法，其特征在于，包括：
按照预设的时间步长，将原电网趋势数据切分成多个时间上分段的电网趋势数据；
计算出与各时间段内的电网趋势数据对应的第一电网趋势断面；
采用变步长法，并行地对各时间段内的电网趋势数据进行再分段，形成若干个子电网趋势数据段；
计算出与各子电网趋势数据段对应的第二电网趋势断面，实现压缩电网过程模拟时间。
2.根据权利要求1所述的一种压缩电网过程模拟时间的方法，其特征在于：所述第一电网趋势断面的计算方法包括：
对于第一个时间段，将电网初始运行断面作为基态断面，结合该时间段对应的电网趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第一电网趋势断面；
对于其他时间段，将前一个时间段对应的第一电网趋势断面作为基态断面，结合该时间段对应的电网趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第一电网趋势断面。
3.根据权利要求2所述的一种压缩电网过程模拟时间的方法，其特征在于：所述第二电网趋势断面的计算方法包括：
对于第一个时间段，基于该时间段内的电网趋势数据，按照时间顺序逐次寻找能够满足预设模拟推进条件的时间点，并将各时间点作为分段点，形成若干个子时间段，以及与各子时间段对应的子电网趋势数据段；
对于第一个子时间段，将电网初始运行断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面；
对于其他子时间段，以前一个子时间段对应的第二电网趋势断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面。
4.根据权利要求2所述的一种压缩电网过程模拟时间的方法，其特征在于：所述第二电网趋势断面的计算方法包括：
对于其他时间段，基于该时间段内的电网趋势数据，按照时间顺序逐次寻找能够满足预设模拟推进条件的时间点，并将各时间点作为分段点，形成若干个子时间段，以及与各子时间段对应的子电网趋势数据段；
对于第一个子时间段，将前一个时间段对应的第一电网趋势断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面；
对于其他子时间段，以前一个子时间段对应的第二电网趋势断面作为基态断面，结合与其对应的子电网趋势数据段内的趋势数据，采用潮流计算方法，获得对应的第二电网趋势断面。
5.根据权利要求4所述的一种压缩电网过程模拟时间的方法，其特征在于：所述模拟推进条件为至少以下条件之一：
出现电网拓扑结构变化事件；
出现发电计划变化事件；
出现电压调节事件；
出现负荷变化超出设定阈值事件。
6.根据权利要求5所述的一种压缩电网过程模拟时间的方法，其特征在于：所述负荷变化的计算公式为：
式中，
代表t时刻预调度计划中第x个设备的负荷预测值，
为上一仿真时刻第x个重要设备功率的仿真计算值，wx是电网趋势断面中第x个特征量的权重，n是所选取的关键设备个数，SC为设定的变化幅度阈值。
7.根据权利要求2-4中任一项所述的一种压缩电网过程模拟时间的方法，其特征在于：所述潮流计算方法包括以下步骤：
计算电网系统的有功不平衡量，当所述有功不平衡量大于设定阈值时，则启动AGC模拟计算，并基于AGC模拟计算的结果，发送控制信息至潮流计算模块，调整潮流计算中对应发电机的出力，直至计算出来的有功不平衡量小于设定阈值，实现有功平衡；
以电网系统有功平衡为基础，计算电网系统的无功不平衡量，当所述无功不平衡量大于设定阈值时，则启动AVC模拟计算，并基于AVC模拟计算的结果，发送控制信息至潮流计算模块，调整潮流计算中对应无功设备的参数，直至计算出来的无功不平衡量小于设定阈值，实现无功平衡；
基于参数调整后的潮流计算，计算出对应的电网趋势断面。
8.一种压缩电网过程模拟时间的装置，其特征在于，包括：
第一切分单元，用于按照预设的时间步长，将原电网趋势数据切分成多个时间上分段的电网趋势数据；
第一计算单元，用于计算出与各时间段内的电网趋势数据对应的第一电网趋势断面；
第二分段单元，用于采用变步长法，并行地对各时间段内的电网趋势数据进行再分段，形成若干个子电网趋势数据段；
第二计算单元，用于计算出与各子电网趋势数据段对应的第二电网趋势断面，实现压缩电网过程模拟时间。
9.一种压缩电网过程模拟时间的装置，其特征在于，包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
10.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
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