專利名稱：大型電力系統(tǒng)實(shí)時仿真系統(tǒng)中模型的拼接及整合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)仿真與計算分析領(lǐng)域，具體涉及一種大型電力系統(tǒng)實(shí)時仿真系統(tǒng)中模型的拼接及整合的方法。
背景技術(shù)：
隨著我國跨大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的建立，保證大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，建立電網(wǎng)安全防御體系，開展電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全評估和預(yù)警迫在眉睫，這對優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提高輸電能力和供電質(zhì)量、緩解電力供應(yīng)整體緊張局面也具有重要的意義。而擁有詳細(xì)的計算模型以及能反映電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行工況的數(shù)據(jù)源則是電力系統(tǒng)在線動態(tài)安全評估和預(yù)警系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其作用的前提。只有這樣，實(shí)時仿真系統(tǒng)才能得出合理、可信的在線分析結(jié)果。然而，傳統(tǒng)的大型電力系統(tǒng)模型在不同的應(yīng)用要求下建立方式并不一致。離線模型用于運(yùn)行方式部門對電力系統(tǒng)規(guī)劃、歷史故障的潮流及暫態(tài)穩(wěn)定分析， 其建立較詳細(xì)，參數(shù)不僅包括穩(wěn)態(tài)參數(shù)，還包括較詳細(xì)的零序參數(shù)及發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的詳細(xì)模型，但由于模型建立在離線的基礎(chǔ)上，所以無實(shí)時的開關(guān)、刀閘模型?；谝陨咸攸c(diǎn)，離線模型的建模一般超前實(shí)際的電力系統(tǒng)，非實(shí)時運(yùn)行的電力系統(tǒng)模型。相比之下，在線模型用于調(diào)度自動化部門對電力系統(tǒng)實(shí)時狀況的分析，主要應(yīng)用于SCADA及PAS的高級應(yīng)用，其建立一般僅包含轄區(qū)內(nèi)高壓主網(wǎng)，參與實(shí)時狀態(tài)估計及在線潮流計算的數(shù)據(jù)也不包含詳細(xì)的低壓部分模型，對于網(wǎng)省級別，220kV及以下部分電網(wǎng)通常采用動態(tài)等值的方式處理。此外， 在線模型的參數(shù)無暫態(tài)參數(shù)，僅包含穩(wěn)態(tài)參數(shù)，但因在線數(shù)據(jù)來源于實(shí)時采集的SCADA，支持拓?fù)涔δ埽紨?shù)據(jù)中有開關(guān)及刀閘模型信息。綜合分析離線、在線這兩套模型，我們可知離線模型滿足穩(wěn)定分析的要求，但由于其無法體現(xiàn)電網(wǎng)的實(shí)時性，在穩(wěn)定性分析及安全分析方面會引起較大誤差，結(jié)果偏于保守。而在線模型及數(shù)據(jù)只能滿足穩(wěn)態(tài)分析的要求，無法應(yīng)用于涉及到微分方程求解的穩(wěn)定性分析中。除此之外，由于電網(wǎng)在地理位置的空間上互聯(lián)為一體，并按照其本身的物理規(guī)律變化，而由于管理體制等原因，對電網(wǎng)的分析和控制決策卻是分區(qū)的，是分別、獨(dú)立進(jìn)行的， 這就導(dǎo)致了在某一區(qū)域電網(wǎng)下，很難采集到管轄電網(wǎng)以外的實(shí)時數(shù)據(jù)。因此，在全網(wǎng)的范圍內(nèi)如何建立在線動態(tài)安全評估和預(yù)警系統(tǒng)的電網(wǎng)模型，如何拼接及整合整個分區(qū)管理的電網(wǎng)模型及數(shù)據(jù)至關(guān)重要。國內(nèi)外同類技術(shù)中主要包括多級電網(wǎng)模型集成，其缺陷是不滿足穩(wěn)定分析(涉及微分方程)的要求；也有采用等值方法的在線/離線電網(wǎng)模型重建，但是由于采用等值方式，應(yīng)用效果和范圍受到限制，并且未被廣泛驗證和使用。1)多級電網(wǎng)模型集成電力系統(tǒng)調(diào)度一般采用分級電網(wǎng)監(jiān)控方式。下級調(diào)度中心只建立監(jiān)控范圍內(nèi)的電網(wǎng)模型，外部電網(wǎng)采用等值處理。分級監(jiān)控的調(diào)度方式，使得上級調(diào)度中心無法獲得整個轄區(qū)內(nèi)詳細(xì)的電網(wǎng)模型。多級電網(wǎng)模型集成通過分析上下級調(diào)度中心之間的關(guān)口網(wǎng)絡(luò)，對分散的各級電網(wǎng)模型有效的集成，形成本轄區(qū)內(nèi)詳細(xì)的電網(wǎng)模型。但是，由于較難獲取本轄區(qū)外的最新電網(wǎng)模型和實(shí)時數(shù)據(jù)，以及無法提供電氣設(shè)備的詳細(xì)模型和參數(shù)，因此，不能計及外網(wǎng)的動態(tài)特性，無法滿足電網(wǎng)在線安全分析的精度要求。2)在線/離線電網(wǎng)模型重建電網(wǎng)模型重建利用電力系統(tǒng)調(diào)度中心本轄區(qū)內(nèi)的在線計算數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)，將外網(wǎng)的離線數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)等值與在線計算數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，得到一個既能反映內(nèi)部網(wǎng)的實(shí)時狀態(tài)又在一定程度上考慮了外網(wǎng)對內(nèi)網(wǎng)影響的網(wǎng)絡(luò)模型。其中，外網(wǎng)等值方式大致分為兩種 (1)直接等值法，將所有外部網(wǎng)絡(luò)等值為一個規(guī)模較小的等值網(wǎng)絡(luò)，等值方法有Ward等值及其變種和REI等值兩種；( 保留少量外網(wǎng)廠站的詳細(xì)模型作為緩沖網(wǎng)，而將外網(wǎng)其它部分都作等值的緩沖網(wǎng)等值模型；但是，這些方法都是對外部電網(wǎng)模型采用動態(tài)等值的處理， 由于系統(tǒng)穩(wěn)定模式變化的復(fù)雜性，等值網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)對原始網(wǎng)絡(luò)動態(tài)特征的完整保全，因此，動態(tài)等值法在在線領(lǐng)域一直沒有得到很好的解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，為大型實(shí)時仿真系統(tǒng)建立一套完整的離線、在線模型及數(shù)據(jù)匹配的計算模型。具體說就是發(fā)明一種將時間及空間上不一致的離線模型及數(shù)據(jù)與在線數(shù)據(jù)整合，并在秒或分鐘級內(nèi)提供一套建模完整、與實(shí)際電力系統(tǒng)工況一致的整合數(shù)據(jù)的方法。依據(jù)本發(fā)明的一種大型電力系統(tǒng)實(shí)時仿真系統(tǒng)中模型的拼接及整合的方法，包括以下步驟1)在線數(shù)據(jù)的檢查及在線模型的拼接，包括主區(qū)/子區(qū)電網(wǎng)等值設(shè)備映射、子區(qū)邊界確定和邊界處理、子區(qū)之間的邊界處理、統(tǒng)一電壓和功率基準(zhǔn)值、等值設(shè)備與等值電網(wǎng)的處理，從而得到統(tǒng)一的、詳細(xì)的電網(wǎng)模型和實(shí)時數(shù)據(jù)；2)建立在線/離線數(shù)據(jù)映射表，根據(jù)在線/離線設(shè)備名稱、連接關(guān)系、編號、元件參數(shù)以及人工定制的信息動態(tài)地形成各類設(shè)備映射表，支持多對多映射，支持不同類型設(shè)備之間的映射；3)根據(jù)步驟1)和2)刷新動態(tài)參數(shù)至在線數(shù)據(jù)中，根據(jù)映射關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)及模型的智能映射，并利用離線模型補(bǔ)充在線模型及數(shù)據(jù)，最終形成可用于計算的、詳細(xì)完整的在線模型；4)根據(jù)步驟幻的結(jié)果進(jìn)行邊界潮流匹配及邊界連接；若邊界聯(lián)絡(luò)線采用在線計算數(shù)據(jù)的信息，那么無需進(jìn)行邊界潮流的連接及匹配；若邊界聯(lián)絡(luò)線采用離線數(shù)據(jù)的信息， 則需對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邊界潮流匹配及邊界連接。其中，所述步驟1)的在線數(shù)據(jù)表示來源于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)SCADA的實(shí)時采集數(shù)據(jù)，在線模型指包含轄區(qū)內(nèi)高壓主網(wǎng)，參與實(shí)時狀態(tài)估計及在線潮流計算的模型。其中，其特征在于，所述步驟1)的在線數(shù)據(jù)的檢查包括將在線數(shù)據(jù)分為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的檢查、在線數(shù)據(jù)的負(fù)荷情況檢查、變壓器的運(yùn)行方式的檢查以及元件的物理參數(shù)與運(yùn)行參數(shù)的一致性檢查。其中，其特征在于，所述步驟1)的在線模型的拼接包括主區(qū)/子區(qū)電網(wǎng)等值設(shè)備映射、子區(qū)邊界確定和邊界處理、子區(qū)之間的邊界處理、統(tǒng)一電壓和功率基準(zhǔn)值、等值設(shè)備與等值電網(wǎng)的處理。
其中，其特征在于，所述步驟幻的離線數(shù)據(jù)指包括穩(wěn)態(tài)參數(shù)、零序參數(shù)及發(fā)電機(jī)和負(fù)荷詳細(xì)模型的數(shù)據(jù)。其中，其特征在于，所述步驟幻的映射表的建立是以廠站為基本映射單位，以廠站和設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)命名為核心技術(shù)的動態(tài)映射，并根據(jù)聯(lián)絡(luò)設(shè)備和設(shè)備的等值屬性實(shí)現(xiàn)等值設(shè)備和等值網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜映射。其中，其特征在于，所述步驟3)的動態(tài)參數(shù)指離線數(shù)據(jù)內(nèi)網(wǎng)部分的模型和參數(shù)。其中，其特征在于，所述步驟幻的刷新指完全保留在線計算的數(shù)據(jù)，外網(wǎng)用動態(tài)的離線數(shù)據(jù)補(bǔ)充。其中，所述步驟4)的潮流匹配指對內(nèi)網(wǎng)及外網(wǎng)潮流進(jìn)行調(diào)整以滿足整合后模型完全保留在線數(shù)據(jù)的特征。其中，所述映射表包括發(fā)電機(jī)、廠用電映射表、變壓器映射表、交流線路映射表、串 /并聯(lián)電抗映射表、負(fù)荷映射表、負(fù)荷與線路映射表、負(fù)荷與變壓器映射表、串/并聯(lián)電容映射表以及直流線路映射表。這種方法完全保留內(nèi)網(wǎng)的在線計算數(shù)據(jù)，外網(wǎng)用離線數(shù)據(jù)補(bǔ)充。關(guān)鍵環(huán)節(jié)有四。一是由于內(nèi)網(wǎng)在線計算數(shù)據(jù)與外網(wǎng)離線數(shù)據(jù)在內(nèi)外網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線處的潮流不可能完全匹配，所以在在線進(jìn)行模型及數(shù)據(jù)整合時需要利用邊界潮流匹配算法來調(diào)整外網(wǎng)離線數(shù)據(jù)，最后將調(diào)整后的外網(wǎng)離線數(shù)據(jù)與內(nèi)網(wǎng)在線計算數(shù)據(jù)拼接在一起，進(jìn)行全網(wǎng)的潮流計算。二是由于內(nèi)網(wǎng)完全保留了在線計算數(shù)據(jù)，整合后數(shù)據(jù)的內(nèi)網(wǎng)部分并沒有電氣設(shè)備的詳細(xì)建模和參數(shù)， 在線數(shù)據(jù)整合需要根據(jù)一定的映射關(guān)系將離線數(shù)據(jù)內(nèi)網(wǎng)部分的模型和參數(shù)刷新到內(nèi)網(wǎng)的在線計算數(shù)據(jù)中。其中，離線數(shù)據(jù)中參與刷新的模型和參數(shù)包括發(fā)電機(jī)、負(fù)荷以及直流線的詳細(xì)模型和參數(shù)，線路、變壓器的零序參數(shù)等。三是由于網(wǎng)省級別在線計算模型在220kV 及以下電網(wǎng)部分采用等值處理，所以對于此部分模型應(yīng)采用與在線數(shù)據(jù)同一時間斷面的國調(diào)整合后的離線數(shù)據(jù)來補(bǔ)充，而拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則采用運(yùn)行方式部門提供的離線拓?fù)?。四是對目前來說內(nèi)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)設(shè)備一般是負(fù)荷及發(fā)電機(jī)，而外網(wǎng)設(shè)備是線路O20kV以下的設(shè)備)，因此需建立聯(lián)絡(luò)線一線路的映射關(guān)系。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是動態(tài)設(shè)備名稱映射原理圖；圖2是數(shù)據(jù)整合及模型拼接流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明的具體方法如下1)數(shù)據(jù)檢查離線和在線數(shù)據(jù)中的廠站、交直流線路、變壓器支路、并聯(lián)支路可能會不一致。在離線數(shù)據(jù)和在線數(shù)據(jù)整合前，必須保證在線數(shù)據(jù)和整合后數(shù)據(jù)對應(yīng)部分的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架參數(shù)完全一致。所以，整合前應(yīng)對離線和在線數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，當(dāng)上述元件數(shù)據(jù)不一致時應(yīng)按照保留在線數(shù)據(jù)，調(diào)整離線數(shù)據(jù)的原則來調(diào)整，調(diào)整工作需手動完成。
(1)檢查拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)離線和在線數(shù)據(jù)中的廠站、交直流線路、變壓器支路、并聯(lián)支路可能會不一致。不一致時應(yīng)按照在線數(shù)據(jù)調(diào)整離線數(shù)據(jù)。(2)檢查在線數(shù)據(jù)的負(fù)荷情況在線數(shù)據(jù)中存在以下異常情況，需要進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整工作需手動完成。①某些變壓器，500kV側(cè)掛有負(fù)荷，220kV側(cè)無負(fù)荷。而實(shí)際電網(wǎng)500kV側(cè)是沒有負(fù)荷的，這時應(yīng)將負(fù)荷移至220kV側(cè)，作為220kV的實(shí)際低壓網(wǎng)絡(luò)的等值負(fù)荷。②三繞組變壓器中性點(diǎn)掛有負(fù)荷，且功率值較大，而中壓側(cè)不掛負(fù)荷或中壓側(cè)掛輕負(fù)荷。實(shí)際電網(wǎng)中，三繞組變壓器中性點(diǎn)是虛擬的，不可能有負(fù)荷。當(dāng)功率值較小時，直接去除該變壓器中心點(diǎn)負(fù)荷。當(dāng)功率值較大而該變壓器中壓側(cè)又沒有負(fù)荷時，有可能是220kV 側(cè)的等值負(fù)荷錯掛在了中性點(diǎn)處，則應(yīng)將該中心點(diǎn)負(fù)荷移到220kV側(cè)。(3)檢查變壓器的運(yùn)行方式這里的變壓器包括500kV變電站的降壓變和直接接入500kV的電廠的升壓變。當(dāng)廠站內(nèi)有多臺變壓器時，其運(yùn)行臺數(shù)、運(yùn)行方式在離線和在線數(shù)據(jù)中，可能會不一致，需進(jìn)行調(diào)整，以兩臺變壓器為例，調(diào)整成下表所示模型。調(diào)整工作需手動完成。
權(quán)利要求
1.一種大型電力系統(tǒng)實(shí)時仿真系統(tǒng)中模型的拼接及整合的方法，其特征在于包括以下步驟1)在線數(shù)據(jù)的檢查及在線模型的拼接，包括主區(qū)/子區(qū)電網(wǎng)等值設(shè)備映射、子區(qū)邊界確定和邊界處理、子區(qū)之間的邊界處理、統(tǒng)一電壓和功率基準(zhǔn)值、等值設(shè)備與等值電網(wǎng)的處理，從而得到統(tǒng)一的、詳細(xì)的電網(wǎng)模型和實(shí)時數(shù)據(jù)；2)建立在線/離線數(shù)據(jù)映射表，根據(jù)在線/離線設(shè)備名稱、連接關(guān)系、編號、元件參數(shù)以及人工定制的信息動態(tài)地形成各類設(shè)備映射表，支持多對多映射，支持不同類型設(shè)備之間的映射；3)根據(jù)步驟1)和2~)刷新動態(tài)參數(shù)至在線數(shù)據(jù)中，根據(jù)映射關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)及模型的智能映射，并利用離線模型補(bǔ)充在線模型及數(shù)據(jù)，最終形成可用于計算的、詳細(xì)完整的在線模型；4)根據(jù)步驟幻的結(jié)果進(jìn)行邊界潮流匹配及邊界連接；若邊界聯(lián)絡(luò)線采用在線計算數(shù)據(jù)的信息，那么無需進(jìn)行邊界潮流的連接及匹配；若邊界聯(lián)絡(luò)線采用離線數(shù)據(jù)的信息，則需對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邊界潮流匹配及邊界連接。
2.如權(quán)利要求1所述的模型實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟1)的在線數(shù)據(jù)表示來源于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)SCADA的實(shí)時采集數(shù)據(jù)，在線模型指包含轄區(qū)內(nèi)高壓主網(wǎng)，參與實(shí)時狀態(tài)估計及在線潮流計算的模型。
3.如權(quán)利要求2所述的模型實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟1)的在線數(shù)據(jù)的檢查包括將在線數(shù)據(jù)分為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的檢查、在線數(shù)據(jù)的負(fù)荷情況檢查、變壓器的運(yùn)行方式的檢查以及元件的物理參數(shù)與運(yùn)行參數(shù)的一致性檢查。
4.如權(quán)利要求3所述的模型實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟1)的在線模型的拼接包括主區(qū)/子區(qū)電網(wǎng)等值設(shè)備映射、子區(qū)邊界確定和邊界處理、子區(qū)之間的邊界處理、統(tǒng)一電壓和功率基準(zhǔn)值、等值設(shè)備與等值電網(wǎng)的處理。
5.如權(quán)利要求4所述的模型實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟2)的離線數(shù)據(jù)指包括穩(wěn)態(tài)參數(shù)、零序參數(shù)及發(fā)電機(jī)和負(fù)荷詳細(xì)模型的數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述的模型實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟2)的映射表的建立是以廠站為基本映射單位，以廠站和設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)命名為核心技術(shù)的動態(tài)映射，并根據(jù)聯(lián)絡(luò)設(shè)備和設(shè)備的等值屬性實(shí)現(xiàn)等值設(shè)備和等值網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜映射。
7.如權(quán)利要求6所述的模型實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟3)的動態(tài)參數(shù)指離線數(shù)據(jù)內(nèi)網(wǎng)部分的模型和參數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的模型實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟3)的刷新指完全保留在線計算的數(shù)據(jù)，外網(wǎng)用動態(tài)的離線數(shù)據(jù)補(bǔ)充。
9.如權(quán)利要求8所述的模型實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟4)的潮流匹配指對內(nèi)網(wǎng)及外網(wǎng)潮流進(jìn)行調(diào)整以滿足整合后模型完全保留在線數(shù)據(jù)的特征。
10.如權(quán)利要求6-9任一所述的模型實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述映射表包括發(fā)電機(jī)、 廠用電映射表、變壓器映射表、交流線路映射表、串/并聯(lián)電抗映射表、負(fù)荷映射表、負(fù)荷與線路映射表、負(fù)荷與變壓器映射表、串/并聯(lián)電容映射表以及直流線路映射表。
全文摘要
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)仿真與計算分析領(lǐng)域，具體涉及一種大型電力系統(tǒng)實(shí)時仿真系統(tǒng)中模型的拼接及整合的方法。該方法完全保留內(nèi)網(wǎng)的在線計算數(shù)據(jù)，外網(wǎng)用離線數(shù)據(jù)補(bǔ)充，將時間和空間上不一致的離線模型與在線數(shù)據(jù)整合，在秒或分鐘級內(nèi)能夠提供一套建模完整、與實(shí)際電力系統(tǒng)工況一致的整合數(shù)據(jù)。該方法首先對在線數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接并檢查，對其進(jìn)行潮流驗證以判斷在線數(shù)據(jù)是否可用，接著在智能建立在線/離線數(shù)據(jù)映射表的基礎(chǔ)上，用相應(yīng)的離線數(shù)據(jù)補(bǔ)充在線數(shù)據(jù)中外網(wǎng)等值部分，最后在進(jìn)行邊界連接、邊界潮流的調(diào)整后，進(jìn)行全網(wǎng)的拓?fù)浞治黾俺绷饔嬎?，從而得到可用于大型?shí)時仿真系統(tǒng)計算的模型。
文檔編號G06Q50/00GK102184331SQ20111012212
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者嚴(yán)劍峰, 于之虹, 于海承, 史東宇, 張睿, 邱健, 陸俊 申請人:中國電力科學(xué)研究院