CN116031887A - 一种电网仿真分析算例数据生成方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网仿真分析算例数据生成方法、系统、设备及介质，所述方法包括：获取用于数据生成的电网模型，生成电网模型的机组的电压曲线；确定机组、负荷设备映射关系；获取实际机组、负荷模型功率曲线；确定电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成电网模型的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值。本发明可生成与标准算例相匹配的、包含电网实际运行场景的电网连续运行仿真分析算例数据，能够满足高比例新能源电力系统分析相关研究对数据样本的需求。
Description
技术领域
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，特别涉及一种电网仿真分析算例数据生成方法、系统、设备及介质。
背景技术
在电力系统分析领域，学者们经常采用标准算例进行暂稳态仿真分析研究；其中，标准算例通常源自实际电力系统的抽象和简化，能反映实际系统存在的各类稳定特征。针对传统电力系统，国际上已经形成了丰富的标准算例集，其中包括装备级和系统级算例。
IEEE标准算例是各类电力系统研究中最为常用的电力系统标准算例，IEEE标准算例集中包含3节点、5节点、9节点、11节点、13节点、14节点、30节点、39节点、43节点、57节点、118节点、145节点、162节点、300节点等各种不同节点数的电网网架模型、模型参数和基态潮流断面。然而，IEEE标准算例多是针对国外电网情况进行设计(解释性的，电压等级、设备参数等与国内不符)，无法直接运用到国内的电力系统研究中，需要对各类参数进行更改，但目前并无统一的更改标准；另外，现有上述标准算例仅考虑了传统能源发电和负荷的情况，没有清洁能源容量渗透率超过30％的场景出现，无法适应未来大规模清洁能源接入电力系统的应用场景；再有，国内外电力系统标准算例研究(解释性的，包括IEEE标准算例在内)，未能提供长周期的运行样本数据供研究人员分析研究，对数据驱动的电力系统相关研究产生了局限性。
目前，清华大学开展了基于数据驱动的高比例新能源电力系统规划相关研究，针对电网规划缺乏高比例新能源占比的模型问题，提出了含有高比例新能源的HRP38节点算例模型和精细化运行模拟生成海量运行方式数据生成方法；国网经研院提出了考虑分布式电源接入的配电系统典型算例，基于配电网典型特征给出典型日数据。上述国内的研究多基于电网典型特征生成算例数据(例如，基于发电机、变压器典型参数确定发电机、变压器的有功出力和无功出力，基于典型负荷功率区间随机确定负荷有功功率和无功功率等)，仅能反映电网典型运行情况，难以生成包含电网运行极端场景的海量运行数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电网仿真分析算例数据生成方法、系统、设备及介质，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供的电网仿真分析算例数据生成方法，可生成与标准算例相匹配的、包含电网实际运行场景的电网连续运行仿真分析算例数据，能够满足高比例新能源电力系统分析相关研究对数据样本的需求。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明第一方面提供的一种电网仿真分析算例数据生成方法，包括以下步骤：
基于电网仿真分析算例，获取用于数据生成的电网模型；
生成电网模型的机组的电压曲线；
基于所述用于数据生成的电网模型，确定机组、负荷设备映射关系；根据确定的机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线；基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；
基于所述用于数据生成的电网模型、电压曲线、机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成。
本发明的进一步改进在于，所述基于所述用于数据生成的电网模型，确定机组、负荷设备映射关系；根据确定的机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线的步骤包括：
(1)将所述用于数据生成的电网模型中Ngn个新能源机组、Ngt个常规机组、Nl个负荷映射实际电网中Ngn个新能源机组模型、Ngt个常规机组模型、Nl个负荷模型；
(2)获取实际电网中所映射的Ngn个新能源机组模型、Ngt个常规机组模型、Nl个负荷模型，相同的连续T个时刻的有功功率曲线和无功功率曲线；
(3)校验获得的有功功率曲线和无功功率曲线，若满足预设要求则获得实际机组、负荷模型功率曲线，若不满足预设要求则更换映射并重复步骤(2)和步骤(3)。
本发明的进一步改进在于，所述基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线的步骤包括：
基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组原始有功功率曲线、负荷原始有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；
基于所述电网模型的机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，分摊发电和负荷有功功率曲线的不平衡量，修正机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，获得修正后的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线。
本发明的进一步改进在于，所述基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组原始有功功率曲线、负荷原始有功功率曲线以及负荷无功功率曲线的步骤包括：
获取电网模型中每个机组功率曲线的折算比例kNg，计算表达式为
SN为机组的容量，PNgmax为机组的有功功率曲线的最大值；其中，机组包括新能源机组和常规机组；
将获取的每个机组T个时刻的有功功率曲线与折算比例相乘，获得电网仿真分析算例数据中的机组原始有功功率曲线；
获取所有负荷功率曲线的折算比例kl，计算表达式为
NP为网损率，Plmax为T个时刻所有负荷有功功率总加的最大值，Pgmax为T个时刻中所有机组有功功率总加最大值；
将每个负荷T个时刻的有功功率曲线、无功功率曲线分别与折算比例kl相乘，获得电网仿真分析算例数据中的负荷原始有功功率曲线和负荷无功功率曲线。
本发明的进一步改进在于，所述基于所述电网模型的机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，分摊发电和负荷有功功率曲线的不平衡量，修正机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，获得修正后的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线的步骤包括：
获取电网模型中常规机组的容量总和St；
基于所述机组原始有功功率曲线和所述负荷原始有功功率曲线，分别计算T个时刻机组有功功率总加与负荷有功功率总加的差值；如果t时刻的差值大于5％St，则将t时刻每个常规机组的有功功率扩大或缩小相同比例k，使t时刻的差值等于5％St；
基于电网模型中常规机组的容量，判断调整后的常规机组有功功率曲线中有功功率是否超过容量；若超过容量，则将超过容量的有功功率值置为容量值。
本发明的进一步改进在于，所述基于所述用于数据生成的电网模型、电压曲线、机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成的步骤包括：
基于所述电网模型，将机组设为潮流计算的PV节点，负荷设为PQ节点，通过对T个时刻分别进行交流潮流计算，得到T个时刻的潮流值；
对获得的T个时刻的潮流值进行验证、修正，获得修正后各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成；
其中，对获得的T个时刻的潮流值进行验证、修正的步骤包括：判断T个时刻的交流潮流计算是否收敛；如果t时刻交流潮流不收敛，则根据t-1时刻和t+1时刻的潮流值，取平均值作为t时刻的潮流值；如果从t时刻起连续n个时刻交流潮流不收敛，则根据t-1时刻和t+n+1时刻的潮流值，通过线性插值法确定所述连续n个时刻的潮流值；
基于预设的线路限值，判断T个时刻的潮流值中线路有功功率是否超过线路限值；如果有线路的有功功率超过限值，则等比例缩小机组功率曲线的折算比例kNg和负荷功率曲线的折算比例kl，重新获取功率曲线再计算。
本发明第二方面提供的一种电网仿真分析算例数据生成系统，包括：
电网模型获取模块，用于基于电网仿真分析算例，获取用于数据生成的电网模型；
电压曲线获取模块，用于生成电网模型的机组的电压曲线；
功率曲线获取模块，用于基于所述用于数据生成的电网模型，确定机组、负荷设备映射关系；根据确定的机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线；基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；
数据生成模块，用于基于所述用于数据生成的电网模型、电压曲线、机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成。
本发明的进一步改进在于，所述功率曲线获取模块中，基于所述用于数据生成的电网模型，确定机组、负荷设备映射关系；根据确定的机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线的步骤包括：
(1)将所述用于数据生成的电网模型中Ngn个新能源机组、Ngt个常规机组、Nl个负荷映射实际电网中Ngn个新能源机组模型、Ngt个常规机组模型、Nl个负荷模型；
(2)获取实际电网中所映射的Ngn个新能源机组模型、Ngt个常规机组模型、Nl个负荷模型，相同的连续T个时刻的有功功率曲线和无功功率曲线；
(3)校验获得的有功功率曲线和无功功率曲线，若满足预设要求则获得实际机组、负荷模型功率曲线，若不满足预设要求则更换映射并重复步骤(2)和步骤(3)。
本发明的进一步改进在于，所述功率曲线获取模块中，基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线的步骤包括：
基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组原始有功功率曲线、负荷原始有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；
基于所述电网模型的机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，分摊发电和负荷有功功率曲线的不平衡量，修正机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，获得修正后的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线。
本发明的进一步改进在于，所述功率曲线获取模块中，基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组原始有功功率曲线、负荷原始有功功率曲线以及负荷无功功率曲线的步骤包括：
获取电网模型中每个机组功率曲线的折算比例kNg，计算表达式为
SN为机组的容量，PNgmax为机组的有功功率曲线的最大值；其中，机组包括新能源机组和常规机组；
将获取的每个机组T个时刻的有功功率曲线与折算比例相乘，获得电网仿真分析算例数据中的机组原始有功功率曲线；
获取所有负荷功率曲线的折算比例kl，计算表达式为
NP为网损率，Plmax为T个时刻所有负荷有功功率总加的最大值，Pgmax为T个时刻中所有机组有功功率总加最大值；
将每个负荷T个时刻的有功功率曲线、无功功率曲线分别与折算比例kl相乘，获得电网仿真分析算例数据中的负荷原始有功功率曲线和负荷无功功率曲线。
本发明的进一步改进在于，所述功率曲线获取模块中，基于所述电网模型的机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，分摊发电和负荷有功功率曲线的不平衡量，修正机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，获得修正后的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线的步骤包括：
获取电网模型中常规机组的容量总和St；
基于所述机组原始有功功率曲线和所述负荷原始有功功率曲线，分别计算T个时刻机组有功功率总加与负荷有功功率总加的差值；如果t时刻的差值大于5％St，则将t时刻每个常规机组的有功功率扩大或缩小相同比例k，使t时刻的差值等于5％St；
基于电网模型中常规机组的容量，判断调整后的常规机组有功功率曲线中有功功率是否超过容量；若超过容量，则将超过容量的有功功率值置为容量值。
本发明的进一步改进在于，所述数据生成模块中，基于所述用于数据生成的电网模型、电压曲线、机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成的步骤包括：
基于所述电网模型，将机组设为潮流计算的PV节点，负荷设为PQ节点，通过对T个时刻分别进行交流潮流计算，得到T个时刻的潮流值；
对获得的T个时刻的潮流值进行验证、修正，获得修正后各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成；
其中，对获得的T个时刻的潮流值进行验证、修正的步骤包括：判断T个时刻的交流潮流计算是否收敛；如果t时刻交流潮流不收敛，则根据t-1时刻和t+1时刻的潮流值，取平均值作为t时刻的潮流值；如果从t时刻起连续n个时刻交流潮流不收敛，则根据t-1时刻和t+n+1时刻的潮流值，通过线性插值法确定所述连续n个时刻的潮流值；
基于预设的线路限值，判断T个时刻的潮流值中线路有功功率是否超过线路限值；如果有线路的有功功率超过限值，则等比例缩小机组功率曲线的折算比例kNg和负荷功率曲线的折算比例kl，重新获取功率曲线再计算。
本发明第三方面提供的一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如本发明任一项上述的电网仿真分析算例数据生成方法。
本发明第四方面提供的一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明任一项上述的电网仿真分析算例数据生成方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明方法生成的电网仿真分析算例数据是长周期连续的数据；具体的，相比于现有技术生成的独立的数据断面，本发明方法通过获取实际电网功率曲线并进行折算的方法，生成的数据体现了电网实际运行中的连续性特征。
本发明方法生成的电网仿真分析算例数据中，包含实际电网运行中的实际场景；具体的，相比于现有技术通过电气元件典型参数构造数据的方法，本发明方法基于仿真系统参数和实际电网运行数据进行数据生成，生成的连续数据断面中不仅包含电网常态运行的典型场景，也包含实际发生的设备故障、源荷双侧波动等极端场景，生成的算例数据有利于数据驱动的相关研究进行多场景数据分析。
本发明中，新能源机组功率曲线符合时序性随机波动特征，常规机组功率曲线符合连续性启停机和机组爬坡特征，负荷功率曲线符合典型负荷时序性特征，生成的算例数据有利于高比例新能源电力系统的(连续)实时分析决策等相关研究。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电网仿真分析算例数据生成方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的又一种电网仿真分析算例数据生成方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种电网仿真分析算例数据生成系统的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
请参阅图1，本发明实施例提供的一种电网仿真分析算例数据生成方法，包括以下步骤：
步骤1，基于电网仿真分析算例，获取用于数据生成的电网模型；其中，所述电网模型包括电网网架结构、电网模型参数和基态潮流值；进一步具体的，电网网架结构包括机组、负荷、线路等电气元件的拓扑连接关系，电网模型参数包括机组容量、线路阻抗、线路限值等电气参数，基态潮流值包括一组机组、负荷的有功功率、无功功率和电压值等；
步骤2，生成电网模型的机组的电压曲线；具体示例性的，步骤2生成机组的电压曲线的步骤可包括：对步骤1获取的基态潮流值中每个机组的电压值，在T个时刻叠加±2％以内随机波动，生成每个机组T个时刻的原始电压曲线；
步骤3，基于步骤1获得的电网模型，确定机组、负荷设备映射关系；根据确定的机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线；基于获得的实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组有功功率、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；进一步优选的，基于所述电网模型的机组有功功率以及负荷有功功率曲线，分摊发电和负荷有功功率曲线的不平衡量，修正机组有功功率曲线和负荷有功功率曲线；
步骤4，基于步骤1中的电网模型、步骤2获得的电压曲线、步骤3获得的功率曲线，计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值；其中，潮流值包括机组有功功率、机组无功功率、负荷有功功率、负荷无功功率和线路有功功率；进一步优选的，验证潮流值的合理性并修正，获取修正后各个时刻的潮流值，即为电网仿真分析算例数据。
本发明上述实施例提供的方法中，在电网仿真分析算例模型的基础上，将模型中的机组、负荷与电力系统中实际的机组和负荷设备建立映射关系，获取实际机组和负荷设备的功率量测曲线；通过计算功率折算系数将实际的功率曲线折算为特定模型下的功率曲线，再通过交流潮流计算获得平衡的潮流值，最后对潮流值进行合理性评估并修正，实现电网仿真分析算例数据生成。相比于现有技术生成的独立的数据断面，本发明实施例提供的方法通过获取实际电网功率曲线并进行折算的方法，生成的数据体现了电网实际运行中的连续性特征。
实施例2
本发明实施例中，在上述实施例1的基础上进一步具体公开了步骤3中，确定机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线的过程，具体步骤可包括：
对电网仿真分析算例模型中Ngn个新能源机组、Ngt个常规机组、Nl个负荷，映射实际电网中Ngn个新能源机组模型、Ngt个常规机组模型、Nl个负荷模型；
获取实际电网中所映射的新能源机组模型、常规机组模型、负荷模型，相同的连续T个时刻(t1～tT)的有功功率和无功功率曲线；
校验机组模型的无功功率曲线，如果无功功率存在小于0的时刻，则更换映射的机组模型，重新获取其T个时刻的功率曲线；校验机组模型的有功功率曲线，如果有功功率存在非连续的、间隔性的0值，则更换映射的机组模型，重新获取其T个时刻的功率曲线。
本发明实施例的技术方案中，新能源机组功率曲线符合时序性随机波动特征，常规机组功率曲线符合连续性启停机和机组爬坡特征，负荷功率曲线符合典型负荷时序性特征，生成的算例数据有利于高比例新能源电力系统的(连续)实时分析决策等相关研究。
实施例3
本发明实施例中，在上述实施例2的基础上进一步具体公开了步骤3中，确定机组、负荷的功率折算比，生成机组有功功率、负荷有功无功功率曲线的过程，具体步骤包括：
根据步骤1的电网模型中每个机组的容量SN和步骤2中获取的每个新能源机组和常规机组的有功功率曲线的最大值PNgmax，计算每个机组功率曲线的折算比例
以确保机组的有功功率不超过其容量；
将步骤2获取的每个机组T个时刻的有功功率曲线与折算比例kNg相乘，即为电网仿真分析算例数据中的机组原始有功功率曲线；根据上述曲线，计算T个时刻所有机组有功功率总加，获取T个时刻中所有机组有功功率总加最大值Pgmax；
根据步骤2中获取的每个负荷的有功功率曲线，计算T个时刻所有负荷有功功率总加的最大值Plmax，按网损率为NP计算，所有负荷功率曲线的折算比例
以确保负荷最大运行方式下机组发电和负荷用电的平衡；
将步骤2获取的每个负荷T个时刻的有功功率和无功功率曲线与折算比例kl相乘，即为电网仿真分析算例数据中的负荷原始有功功率和无功功率曲线。
本发明实施例的方法中，通过获取实际电网功率数据并折算的方法，生成包含电网连续运行特征的长周期算例数据，解决了电网仿真系统连续运行算例数据生成的难题，提升算例数据的时序合理性。
实施例4
请参阅图2，本发明实施例中，在上述实施例1的基础上进一步具体公开了步骤3中，基于所述电网模型的机组有功功率以及负荷有功功率曲线，分摊发电和负荷有功功率曲线的不平衡量，修正机组有功功率曲线和负荷有功功率曲线的过程，具体步骤可包括：
根据步骤1电网模型中的机组容量计算常规机组的容量总和St，根据步骤3生成的曲线分别计算T个时刻机组有功功率总加与负荷有功功率总加的差值。如果t时刻的差值大于5％St，则将t时刻每个常规机组的有功功率扩大或缩小相同比例k，使t时刻的差值等于5％St。
根据步骤1获取的常规机组的容量，判断调整后的常规机组有功功率曲线中有功功率是否超过容量，超过容量的有功功率值置为容量值。
本发明实施例的优选方案，可确保全部T个时刻机组发电和负荷用电的平衡，避免交流潮流计算后平衡机有功功率异常，保证生成算例数据的合理性。
实施例5
请参阅图2，本发明实施例中，在上述实施例1的基础上进一步具体公开了步骤5中，基于电网仿真分析算例模型和电压、功率曲线，计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值的过程，具体步骤可包括：
基于上述的电网网架和模型参数，生成的机组原始有功功率曲线、负荷原始有功功率和无功功率曲线，及机组原始电压曲线，将网络中的机组设为潮流计算的PV节点，负荷设为PQ节点，通过对T个时刻分别进行交流潮流计算，得到T个时刻的潮流值，即机组有功功率、机组无功功率、负荷有功功率、负荷无功功率和线路有功功率。
其中，验证潮流值的合理性并修正，获取修正后各个时刻的潮流值的步骤可包括：
判断T个时刻的交流潮流计算是否收敛；如果t时刻交流潮流不收敛，则根据t-1时刻和t+1时刻的潮流值，分别取平均值作为t时刻的潮流值。如果从t时刻起连续n个时刻交流潮流不收敛，则根据t-1时刻和t+n+1时刻的潮流值，通过线性插值法确定这连续n个时刻的潮流值。
根据步骤1获取的线路限值，判断T个时刻的潮流值中线路有功功率是否超过线路限值。如果有线路的有功功率超过限值，则等比例缩小步骤3中的机组功率曲线的折算比例kNg和负荷功率曲线的折算比例kl，重复步骤3至步骤5。
修正后连续T个时刻的机组有功功率、机组无功功率、负荷有功功率、负荷无功功率即为特定模型下的电网仿真分析算例数据。
本发明上述实施例方法的原理性说明：
目前电力系统仿真分析常用的标准算例均只包含电网网架、参数和基态潮流，未提供算例数据供分析研究；现有的算例数据生成技术中，常用基于实际电网设备典型参数确定算例数据的方法，其生成数据具有较大的随机性，不具备电网连续运行特征，且不能准确模拟电网极端运行情况，对数据驱动的电力系统相关研究产生了局限性。
鉴于此，本发明实施例提出了新的电网仿真分析算例数据生成方法，可基于算例模型生成与之匹配的电网运行算例数据，其具有的显著进步包括：
(1)本发明实施例方法生成的电网仿真分析算例数据是长周期连续的数据，相比现有技术生成的独立的数据断面，本发明方法生成的数据体现了电网实际运行中的连续性特征，具体体现在新能源机组功率曲线符合时序性随机波动特征，常规机组功率曲线符合连续性启停机和机组爬坡特征，负荷功率曲线符合典型负荷时序性特征，有利于高比例新能源电力系统的(连续)实时分析决策等相关研究。
(2)本发明实施例方法生成的电网仿真分析算例数据中，包含实际电网运行中的实际场景，相比现有技术通过电气元件典型参数构造数据的方法，本发明方法基于实际电网运行数据进行数据生成，生成的连续数据断面中不仅包含电网常态运行的典型场景，也包含实际发生的设备故障、源荷双侧波动等极端场景，有利于数据驱动的相关研究进行多场景数据分析。
(3)基于实际电网运行数据和机组、负荷设备的功率折算比例计算方法，提升潮流计算收敛性和算例数据时序合理性。
(4)建立电网仿真分析算例数据合理性评价指标，在数据生成流程中动态解决算例数据不合理问题，通过设备映射修正方法解决算例数据时序合理性问题，通过线性插值法解决潮流计算不收敛问题，通过修正功率折算比例的方法解决潮流越限的问题。
对比例1
申请号为202011124657.0，名称为一种用于生成电网仿真分析算例的方法及系统的中国发明专利申请中，提出了一种电网仿真分析算例数据生成方法，该方法依赖实际电网的设备典型参数确定电网仿真分析算例数据(包括发电机有功功率、无功功率，变压器有功功率、无功功率，负荷有功功率、无功功率)，在典型参数确定的数据范围内叠加随机量生成不同的电网仿真分析算例数据断面。
上述提出的方法所生成的电网仿真分析算例数据具有较大的随机性，且每个数据断面是独立的，不具备电网连续运行特征。此外，这种方法生成的算例数据仅能仿真模拟电网常态稳定运行的情况，对于实际电网发生的或可能发生的极端运行情况不能够准确地仿真模拟，因此生成的算例数据难以支撑数据驱动的电力系统相关分析研究。
示例解释性的，标准算例是开展电力系统特性分析的基础，已被广泛应用于电力系统稳态、暂态分析，控制措施设计、分析和验证。针对传统电力系统，国际上已经形成IEEE各种不同节点数的标准算例集，国内也提出了CEPRI-7节点、36节点和HRP38节点的标准算例。国内外提出的标准算例大多未设置电源类型，难以满足我国新型电力系统建设高比例新能源目标下相关研究的模型需求，且现有标准算例均只包含电网仿真分析算例模型及基态潮流，不包含与网架模型相匹配的电网运行样本数据，难以支撑数据驱动的电力系统暂稳态分析。
上述实施例1至实施例5，与上述对比例1对比可知，本发明实施例在现有算例中电网网架模型、参数及基态潮流的基础上，通过提取实际电网运行特征、设计大小运行方式和潮流合理性修正，生成与标准算例相匹配的、包含电网实际运行场景的电网连续运行仿真分析算例数据，满足高比例新能源电力系统分析相关研究对数据样本的需求。
除此之外，含高比例新能源的电网仿真分析算例数据还可支撑新型电力系统科研、试验和教学等工作，包括：高比例新能源电力系统电力平衡和优化分析、高比例新能源电力系统安全稳定运行机理分析及优化控制技术研究等。基于案例中的运行方式、新能源出力变化、负荷变化等信息，可以用于研究高比例新能源系统电力、电量平衡的规划和优化控制技术。配合各类典型设备模型参数，通过构建反映不同类型稳定主导特征的典型场景，可用于研究新型电力系统的稳定机理及优化控制技术。
下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。
实施例6
请参阅图3，本发明实施例中提供一种电网仿真分析算例数据生成系统，包括：
电网模型获取模块，用于基于电网仿真分析算例，获取用于数据生成的电网模型；
电压曲线获取模块，用于生成电网模型的机组的电压曲线；
功率曲线获取模块，用于基于所述用于数据生成的电网模型，确定机组、负荷设备映射关系；根据确定的机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线；基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；
数据生成模块，用于基于所述用于数据生成的电网模型、电压曲线、机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成。
实施例7
本发明再一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于电网仿真分析算例数据生成方法的操作。
实施例8
本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中有关电网仿真分析算例数据生成方法的相应步骤。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (14)
1.一种电网仿真分析算例数据生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于电网仿真分析算例，获取用于数据生成的电网模型；
生成电网模型的机组的电压曲线；
基于所述用于数据生成的电网模型，确定机组、负荷设备映射关系；根据确定的机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线；基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；
基于所述用于数据生成的电网模型、电压曲线、机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成。
2.根据权利要求1所述的一种电网仿真分析算例数据生成方法，其特征在于，所述基于所述用于数据生成的电网模型，确定机组、负荷设备映射关系；根据确定的机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线的步骤包括：
(1)将所述用于数据生成的电网模型中Ngn个新能源机组、Ngt个常规机组、Nl个负荷映射实际电网中Ngn个新能源机组模型、Ngt个常规机组模型、Nl个负荷模型；
(2)获取实际电网中所映射的Ngn个新能源机组模型、Ngt个常规机组模型、Nl个负荷模型，相同的连续T个时刻的有功功率曲线和无功功率曲线；
(3)校验获得的有功功率曲线和无功功率曲线，若满足预设要求则获得实际机组、负荷模型功率曲线，若不满足预设要求则更换映射并重复步骤(2)和步骤(3)。
3.根据权利要求1所述的一种电网仿真分析算例数据生成方法，其特征在于，所述基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线的步骤包括：
基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组原始有功功率曲线、负荷原始有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；
基于所述电网模型的机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，分摊发电和负荷有功功率曲线的不平衡量，修正机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，获得修正后的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线。
4.根据权利要求3所述的一种电网仿真分析算例数据生成方法，其特征在于，所述基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组原始有功功率曲线、负荷原始有功功率曲线以及负荷无功功率曲线的步骤包括：
获取电网模型中每个机组功率曲线的折算比例kNg，计算表达式为
SN为机组的容量，PNgmax为机组的有功功率曲线的最大值；其中，机组包括新能源机组和常规机组；
将获取的每个机组T个时刻的有功功率曲线与折算比例相乘，获得电网仿真分析算例数据中的机组原始有功功率曲线；
获取所有负荷功率曲线的折算比例kl，计算表达式为
NP为网损率，Plmax为T个时刻所有负荷有功功率总加的最大值，Pgmax为T个时刻中所有机组有功功率总加最大值；
将每个负荷T个时刻的有功功率曲线、无功功率曲线分别与折算比例kl相乘，获得电网仿真分析算例数据中的负荷原始有功功率曲线和负荷无功功率曲线。
5.根据权利要求3所述的一种电网仿真分析算例数据生成方法，其特征在于，所述基于所述电网模型的机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，分摊发电和负荷有功功率曲线的不平衡量，修正机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，获得修正后的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线的步骤包括：
获取电网模型中常规机组的容量总和St；
基于所述机组原始有功功率曲线和所述负荷原始有功功率曲线，分别计算T个时刻机组有功功率总加与负荷有功功率总加的差值；如果t时刻的差值大于5％St，则将t时刻每个常规机组的有功功率扩大或缩小相同比例k，使t时刻的差值等于5％St；
基于电网模型中常规机组的容量，判断调整后的常规机组有功功率曲线中有功功率是否超过容量；若超过容量，则将超过容量的有功功率值置为容量值。
6.根据权利要求4所述的一种电网仿真分析算例数据生成方法，其特征在于，所述基于所述用于数据生成的电网模型、电压曲线、机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成的步骤包括：
基于所述电网模型，将机组设为潮流计算的PV节点，负荷设为PQ节点，通过对T个时刻分别进行交流潮流计算，得到T个时刻的潮流值；
对获得的T个时刻的潮流值进行验证、修正，获得修正后各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成；
其中，对获得的T个时刻的潮流值进行验证、修正的步骤包括：判断T个时刻的交流潮流计算是否收敛；如果t时刻交流潮流不收敛，则根据t-1时刻和t+1时刻的潮流值，取平均值作为t时刻的潮流值；如果从t时刻起连续n个时刻交流潮流不收敛，则根据t-1时刻和t+n+1时刻的潮流值，通过线性插值法确定所述连续n个时刻的潮流值；
基于预设的线路限值，判断T个时刻的潮流值中线路有功功率是否超过线路限值；如果有线路的有功功率超过限值，则等比例缩小机组功率曲线的折算比例kNg和负荷功率曲线的折算比例kl，重新获取功率曲线再计算。
7.一种电网仿真分析算例数据生成系统，其特征在于，包括：
电网模型获取模块，用于基于电网仿真分析算例，获取用于数据生成的电网模型；
电压曲线获取模块，用于生成电网模型的机组的电压曲线；
功率曲线获取模块，用于基于所述用于数据生成的电网模型，确定机组、负荷设备映射关系；根据确定的机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线；基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；
数据生成模块，用于基于所述用于数据生成的电网模型、电压曲线、机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成。
8.根据权利要求7所述的一种电网仿真分析算例数据生成系统，其特征在于，所述功率曲线获取模块中，基于所述用于数据生成的电网模型，确定机组、负荷设备映射关系；根据确定的机组、负荷设备映射关系，获取实际机组、负荷模型功率曲线的步骤包括：
(1)将所述用于数据生成的电网模型中Ngn个新能源机组、Ngt个常规机组、Nl个负荷映射实际电网中Ngn个新能源机组模型、Ngt个常规机组模型、Nl个负荷模型；
(2)获取实际电网中所映射的Ngn个新能源机组模型、Ngt个常规机组模型、Nl个负荷模型，相同的连续T个时刻的有功功率曲线和无功功率曲线；
(3)校验获得的有功功率曲线和无功功率曲线，若满足预设要求则获得实际机组、负荷模型功率曲线，若不满足预设要求则更换映射并重复步骤(2)和步骤(3)。
9.根据权利要求7所述的一种电网仿真分析算例数据生成系统，其特征在于，所述功率曲线获取模块中，基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线的步骤包括：
基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组原始有功功率曲线、负荷原始有功功率曲线以及负荷无功功率曲线；
基于所述电网模型的机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，分摊发电和负荷有功功率曲线的不平衡量，修正机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，获得修正后的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线。
10.根据权利要求9所述的一种电网仿真分析算例数据生成系统，其特征在于，所述功率曲线获取模块中，基于所述实际机组、负荷模型功率曲线，确定所述电网模型的机组、负荷的功率折算比；根据获得的功率折算比，生成所述电网模型的机组原始有功功率曲线、负荷原始有功功率曲线以及负荷无功功率曲线的步骤包括：
获取电网模型中每个机组功率曲线的折算比例kNg，计算表达式为
SN为机组的容量，PNgmax为机组的有功功率曲线的最大值；其中，机组包括新能源机组和常规机组；
将获取的每个机组T个时刻的有功功率曲线与折算比例相乘，获得电网仿真分析算例数据中的机组原始有功功率曲线；
获取所有负荷功率曲线的折算比例kl，计算表达式为
NP为网损率，Plmax为T个时刻所有负荷有功功率总加的最大值，Pgmax为T个时刻中所有机组有功功率总加最大值；
将每个负荷T个时刻的有功功率曲线、无功功率曲线分别与折算比例kl相乘，获得电网仿真分析算例数据中的负荷原始有功功率曲线和负荷无功功率曲线。
11.根据权利要求9所述的一种电网仿真分析算例数据生成系统，其特征在于，所述功率曲线获取模块中，基于所述电网模型的机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，分摊发电和负荷有功功率曲线的不平衡量，修正机组原始有功功率曲线和负荷原始有功功率曲线，获得修正后的机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线的步骤包括：
获取电网模型中常规机组的容量总和St；
基于所述机组原始有功功率曲线和所述负荷原始有功功率曲线，分别计算T个时刻机组有功功率总加与负荷有功功率总加的差值；如果t时刻的差值大于5％St，则将t时刻每个常规机组的有功功率扩大或缩小相同比例k，使t时刻的差值等于5％St；
基于电网模型中常规机组的容量，判断调整后的常规机组有功功率曲线中有功功率是否超过容量；若超过容量，则将超过容量的有功功率值置为容量值。
12.根据权利要求10所述的一种电网仿真分析算例数据生成系统，其特征在于，所述数据生成模块中，基于所述用于数据生成的电网模型、电压曲线、机组有功功率曲线、负荷有功功率曲线以及负荷无功功率曲线计算交流潮流，获取各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成的步骤包括：
基于所述电网模型，将机组设为潮流计算的PV节点，负荷设为PQ节点，通过对T个时刻分别进行交流潮流计算，得到T个时刻的潮流值；
对获得的T个时刻的潮流值进行验证、修正，获得修正后各个时刻的潮流值，实现电网仿真分析算例数据生成；
其中，对获得的T个时刻的潮流值进行验证、修正的步骤包括：判断T个时刻的交流潮流计算是否收敛；如果t时刻交流潮流不收敛，则根据t-1时刻和t+1时刻的潮流值，取平均值作为t时刻的潮流值；如果从t时刻起连续n个时刻交流潮流不收敛，则根据t-1时刻和t+n+1时刻的潮流值，通过线性插值法确定所述连续n个时刻的潮流值；
基于预设的线路限值，判断T个时刻的潮流值中线路有功功率是否超过线路限值；如果有线路的有功功率超过限值，则等比例缩小机组功率曲线的折算比例kNg和负荷功率曲线的折算比例kl，重新获取功率曲线再计算。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至6中任一项所述的电网仿真分析算例数据生成方法。
14.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的电网仿真分析算例数据生成方法。
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