一種基于pmu數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，在實(shí)現(xiàn)PMU優(yōu)化布點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合EMS/SCADA（能量管理系統(tǒng)/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）狀態(tài)估計(jì)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，?shí)現(xiàn)PMU數(shù)據(jù)的全網(wǎng)動態(tài)可觀，從而為電網(wǎng)高級應(yīng)用分析功能提供完整、可靠和實(shí)時(shí)的信息，最后，結(jié)合C/S和B/S架構(gòu)，將動態(tài)監(jiān)測和分析的結(jié)果以二維或三維的形式直觀地展示給調(diào)度員，輔助決策。本發(fā)明結(jié)合電網(wǎng)模態(tài)分析方法，考慮到了有功和電壓相角之間的耦合關(guān)系，采用最小支配集算法，實(shí)現(xiàn)的PMU布點(diǎn)方法能比較真實(shí)準(zhǔn)確的反映當(dāng)前電網(wǎng)穩(wěn)定的薄弱區(qū)域；通過解析狀態(tài)估計(jì)后的EMS/SCADA數(shù)據(jù)，并與PMU配置數(shù)據(jù)進(jìn)行映射關(guān)聯(lián)，形成的混合數(shù)據(jù)，為后續(xù)分析提供了可靠精確的數(shù)據(jù)源。
【專利說明】—種基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)的形成，電網(wǎng)容量和規(guī)模不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)動態(tài)過程復(fù)雜性日益增加。近年來，WAMS系統(tǒng)可在同一時(shí)間坐標(biāo)下獲取各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)和動態(tài)信息，且具有很高的精度、同步性和準(zhǔn)確性，為互聯(lián)電力系統(tǒng)的動態(tài)分析和控制提供了新的手段和視角。
[0003]因此，為實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的同步監(jiān)測、分析電力系統(tǒng)的動態(tài)過程、物理過程以及穩(wěn)定性等；一方面，需要對電力系統(tǒng)電壓、電流等電氣狀態(tài)量進(jìn)行監(jiān)測，另一方面，要對電力系統(tǒng)機(jī)械量和電氣量的相互作用進(jìn)行觀測。當(dāng)前的主要矛盾是:盡管PMU提供了大量的、高精度、高密度的數(shù)據(jù)，造成大量的數(shù)據(jù)信息冗余，但現(xiàn)有的高級應(yīng)用算法還無法正確使用這些數(shù)據(jù)，有可能得不出正確的結(jié)論，不能有效的應(yīng)用到實(shí)時(shí)在線系統(tǒng)中。另外，PMU的采樣速度很快，要實(shí)時(shí)應(yīng)用這些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸必須保證可靠?？紤]經(jīng)濟(jì)因素，目前還不能在所有節(jié)點(diǎn)配置PMU，所以，PMU布點(diǎn)是WAMS系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)工作，其布點(diǎn)的合理與否直接影響到采集到的信息量和對電網(wǎng)的監(jiān)測程度。
[0004]目前電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)(EMS/SCADA系統(tǒng))理論和工程應(yīng)用相對成熟，它主要以電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的監(jiān)測為主，不能夠滿足動態(tài)監(jiān)測過程的要求，而廣域測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型、刷新頻率、傳送速率和信息處理能力使之能夠提供電力系統(tǒng)的動態(tài)信息，但EMS系統(tǒng)的信息量較多，這也是目前WAMS的弱點(diǎn)，因此，廣域量測系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換可以使兩系統(tǒng)優(yōu)勢互補(bǔ)，如何實(shí)現(xiàn)PMU數(shù)據(jù)的動態(tài)可觀，從而提高整個(gè)電網(wǎng)的監(jiān)測水平，是亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，在實(shí)現(xiàn)PMU優(yōu)化布點(diǎn)的基礎(chǔ)上，需要結(jié)合EMS/SCADA (能量管理系統(tǒng)/數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))狀態(tài)估計(jì)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，?shí)現(xiàn)PMU數(shù)據(jù)的全網(wǎng)動態(tài)可觀，從而為電網(wǎng)高級應(yīng)用分析功能提供完整、可靠和實(shí)時(shí)的信息，最后，結(jié)合C/S和B/S架構(gòu)，將動態(tài)監(jiān)測和分析的結(jié)果以二維或三維的形式直觀地展示給調(diào)度員，輔助決策。
[0006]本發(fā)明提供一種基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，所述方法包括以下步驟:
[0007]步驟1:根據(jù)離線方式數(shù)據(jù)，獲取電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，得到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵機(jī)組的權(quán)重因子，結(jié)合最小支配集對PMU進(jìn)行布點(diǎn)，形成PMU配置文件；
[0008]步驟2:讀取E格式數(shù)據(jù)文件，與PMU配置文件進(jìn)行映射關(guān)聯(lián)，形成數(shù)據(jù)映射文件；
[0009]步驟3:根據(jù)形成的數(shù)據(jù)映射文件，循環(huán)監(jiān)聽接收解析PMU數(shù)據(jù)；
[0010]步驟4:根據(jù)獲取的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合B/S、C/S架構(gòu)，以二維和三維的形式展示PMU數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。[0011]所述步驟I包括以下步驟:
[0012]步驟1-1:讀入離線方式數(shù)據(jù)，形成節(jié)點(diǎn)鄰接矩陣，構(gòu)造包含η個(gè)節(jié)點(diǎn)、b條邊的圖G = (V，E)，其中V為節(jié)點(diǎn)集合，E為支路集合；布爾變量&為:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟1:根據(jù)離線方式數(shù)據(jù)，獲取電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，得到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵機(jī)組的權(quán)重因子，結(jié)合最小支配集對PMU進(jìn)行布點(diǎn)，形成PMU配置文件； 步驟2:讀取E格式數(shù)據(jù)文件，與PMU配置文件進(jìn)行映射關(guān)聯(lián)，形成數(shù)據(jù)映射文件； 步驟3:根據(jù)形成的數(shù)據(jù)映射文件，循環(huán)監(jiān)聽接收解析PMU數(shù)據(jù)； 步驟4:根據(jù)獲取的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合B/S、C/S架構(gòu)，以二維和三維的形式展示PMU數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，其特征在于:所述步驟I包括以下步驟: 步驟1-1:讀入離線方式數(shù)據(jù)，形成節(jié)點(diǎn)鄰接矩陣，構(gòu)造包含η個(gè)節(jié)點(diǎn)、b條邊的圖G =(V, E)，其中V為節(jié)點(diǎn)集合，E為支路集合；布爾變量^ Jj:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，其特征在于:所述步驟1-2包括以下步驟: 步驟1-2-1:獲取發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，分別計(jì)算Q-V雅可比矩陣Jkqv和P- Θ雅可比矩陣Jkp0的特征值λΜ和λΡ?，得到模態(tài)方陣，并對各自的左、右特征向量進(jìn)行單位化處理； 步驟1-2-2:對母線節(jié)點(diǎn)，計(jì)算第k個(gè)節(jié)點(diǎn)U k在模態(tài)t下的權(quán)重系數(shù)Wkt，有
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，其特征在于:所述步驟1-3中，經(jīng)過模態(tài)分析后，將母線節(jié)點(diǎn)和發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)由大到小排列，得到基于模態(tài)分析的PMU布點(diǎn)策略。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，其特征在于:所述步驟1-4中，從代數(shù)可觀和拓?fù)淇捎^兩方面判斷所述PMU布點(diǎn)策略是否滿足可觀性，包括以下步驟: 步驟1-4-1:判斷PMU布點(diǎn)策略是否滿足代數(shù)可觀； 對于η個(gè)節(jié)點(diǎn)，若電力系統(tǒng)中功率、電壓之間線性化關(guān)系的雅可比矩陣H是滿秩的矩陣，即滿足Rank(H)=2n-l，則認(rèn)為PMU布點(diǎn)策略代數(shù)可觀，否則，認(rèn)為其代數(shù)不可觀； 步驟1-4-2:判斷PMU布點(diǎn)策略是否滿足拓?fù)淇捎^； 構(gòu)造子圖G' = (Y'，E')，并有V' eV，E' eE;若G'與G的關(guān)系滿足Ve V'，即Gi包含G的所有節(jié)點(diǎn)，則認(rèn)為PMU布點(diǎn)策略拓?fù)淇捎^；否則，認(rèn)為其拓?fù)洳豢捎^； 步驟1-4-3:若PMU布點(diǎn)策略同時(shí)滿足代數(shù)可觀和拓?fù)淇捎^，則認(rèn)為該P(yáng)MU布點(diǎn)策略滿足可觀性。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，其特征在于:所述步驟2包括以下步驟: 步驟2-1:讀入PMU配置信息，提取PMU通道信息；如涉及讀入多個(gè)PMU配置信息，需執(zhí)行合并操作，合并次序按照PMU物理設(shè)備的物理接入順序進(jìn)行； 步驟2-2:讀入E格式數(shù)據(jù)，進(jìn)行拓?fù)浞治龅玫诫娋W(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； 步驟2-3:配置廠站地理位置信息，實(shí)現(xiàn)廠站名與經(jīng)緯度信息的關(guān)聯(lián)； 步驟2-4:根據(jù)PMU配置信息，匹配E格式數(shù)據(jù)文件中的廠站名，根據(jù)PMU通道名稱，匹配E格式數(shù)據(jù)文件中設(shè)備類型和設(shè)備名稱，自動生成設(shè)備對應(yīng)的拓?fù)涔?jié)點(diǎn)信息； 步驟2-5:重復(fù)步驟2-4，從而生成所有PMU物理設(shè)備下所有PMU通道和E格式廠站拓?fù)潢P(guān)系映射的數(shù)據(jù)映射文件，保存成PMU配置文件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，其特征在于:所述步驟2-2中的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，廠站通過電氣島名從屬于某個(gè)島中；拓?fù)涔?jié)點(diǎn)通過電氣島名從屬于某個(gè)島，拓?fù)涔?jié)點(diǎn)通過拓?fù)涿熬Y從屬于某個(gè)廠站，PMU物理設(shè)備通過拓?fù)涿麖膶儆谀硞€(gè)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)；電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從電氣島、廠站、拓?fù)涔?jié)點(diǎn)和PMU物理設(shè)備來看是無根倒立的多叉樹；所述PMU物理設(shè)備包括母線、交流線路和發(fā)電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，其特征在于:所述步驟2-2中的拓?fù)浞治霭ㄕ緝?nèi)拓?fù)浞治龊腿W(wǎng)拓?fù)浞治?，其中，搜索完開關(guān)或者母線就完成了站內(nèi)拓?fù)浞治?，采用廣度優(yōu)先搜索法完成全網(wǎng)拓?fù)浞治?，具體包括以下步驟:步驟2-2-1:對全網(wǎng)拓?fù)涔?jié)點(diǎn)編號，并初始化堆棧和各節(jié)點(diǎn)標(biāo)志位； 步驟2-2-2:從當(dāng)前節(jié)點(diǎn)搜索與其相連的所有節(jié)點(diǎn)，壓入堆棧，并置已讀標(biāo)志位； 步驟2-2-3:節(jié)點(diǎn)出棧，重復(fù)步驟2-2-2 ； 步驟2.2.4:若堆棧為空，則拓?fù)浞治鼋Y(jié)束。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，其特征在于:所述步驟3包括以下步驟: 步驟3-1:啟動數(shù)據(jù)接收主/備服務(wù)，基于心跳機(jī)制，循環(huán)接收多個(gè)PMU子站的動態(tài)數(shù)據(jù)； 步驟3-2:根據(jù)生成的PMU配置信息，在實(shí)時(shí)能量管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，注入PMU數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)幀的格式組裝，從而得到某時(shí)間點(diǎn)的混合數(shù)據(jù)； 步驟3-3:形成的混合數(shù)據(jù)，以一幀或多幀的形式，推送到前臺，供B/S服務(wù)器和C/S服務(wù)器調(diào)用； 步驟3-4:按時(shí)間順序?qū)⒔邮盏降亩鄮旌蠑?shù)據(jù)循環(huán)組裝后插入數(shù)據(jù)庫表結(jié)果中，形成歷史數(shù)據(jù)，供離線分析使用。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于PMU數(shù)據(jù)的電網(wǎng)動態(tài)可觀方法，其特征在于:所述步驟4包括以下步驟: 步驟4-1:接收上傳的混合數(shù)據(jù)，根據(jù)混合幀格式對PMU數(shù)據(jù)進(jìn)行解析；B/S服務(wù)器和C/S服務(wù)器分別定時(shí)或手動地讀取PMU配置信息，繪制地理接線圖；` 步驟4-2:將解析后得到的PMU數(shù)據(jù)與地理接線圖進(jìn)行關(guān)聯(lián)，動態(tài)刷新； 所述PMU數(shù)據(jù)包括母線電壓、頻率、線路有功功率、線路無功功率、發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢、功角和轉(zhuǎn)速； 步驟4-3:從功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定四個(gè)角度對當(dāng)前電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行可視化； 其中，當(dāng)前電網(wǎng)的最大功角差采用極坐標(biāo)方式以儀表盤的形式對功角穩(wěn)定進(jìn)行可視化；采用等高線實(shí)現(xiàn)對電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定的可視化，基于頻譜分析實(shí)現(xiàn)動態(tài)穩(wěn)定可視化，采用不同顏色表示線路負(fù)荷情況實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定可視化。
【文檔編號】G06Q50/06GK103632313SQ201310651766
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】王述仲, 郭健, 施秀萍, 王英濤, 范寧寧, 杜向楠 申請人:國家電網(wǎng)公司, 南京南瑞集團(tuán)公司