楊浚文，吳琛，李玲芳，張丹，張杰，羅彬，劉本希

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

多層級(jí)電網(wǎng)穩(wěn)定協(xié)同分析在云南電網(wǎng)應(yīng)用研究

楊浚文，吳琛，李玲芳，張丹，張杰，羅彬，劉本希

(云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011)

以實(shí)現(xiàn)多層級(jí)電網(wǎng)穩(wěn)定協(xié)同分析為目標(biāo)，開發(fā)了多層級(jí)電網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了多層級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行方式整合以及圖模一體化的方式安排與管理，構(gòu)建多層級(jí)電網(wǎng)協(xié)同穩(wěn)定分析集成系統(tǒng)。

多層級(jí)電網(wǎng)；參數(shù)管理；方式整合；圖模一體化；協(xié)同分析

1 前言

云南電網(wǎng)強(qiáng)直弱交問題以及水電遠(yuǎn)距離、大容量送出問題越來(lái)越凸顯，網(wǎng)、省之間協(xié)同分析工作相當(dāng)緊密，對(duì)協(xié)同分析的要求越來(lái)越高。云南省內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，網(wǎng)內(nèi)短路電流超標(biāo)，電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行等問題也更加突出，影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全因素也更加復(fù)雜。

2 研究現(xiàn)狀

1)大量電廠、交直流輸變電設(shè)備的投產(chǎn)使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)快速變化，但設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)缺乏統(tǒng)一平臺(tái)，維護(hù)設(shè)備參數(shù)需要大量時(shí)間，沒有統(tǒng)一的參數(shù)校核標(biāo)準(zhǔn)，難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性；

2)運(yùn)行方式通過文本形式整合，不僅效率低，且難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，潮流數(shù)據(jù)收斂性差，運(yùn)行方式難以調(diào)整；

3)方式計(jì)算后的結(jié)果后處理復(fù)雜，無(wú)法應(yīng)對(duì)大量方式計(jì)算需求。

目前已有研究中涉及多層級(jí)電網(wǎng)的協(xié)同分析的研究情況如下，文獻(xiàn) [1]以電網(wǎng)方式計(jì)算數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)的獨(dú)立管理和聯(lián)合計(jì)算，但未實(shí)現(xiàn)多層級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)間運(yùn)行方式的整合，文獻(xiàn) [2]設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)交換架構(gòu)，但僅進(jìn)行了電網(wǎng)數(shù)據(jù)交換，未實(shí)現(xiàn)方式整合。文獻(xiàn)[3]實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)計(jì)算、設(shè)備模型的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了上、下級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)間信息資源的共享和分責(zé)分級(jí)維護(hù)，主要側(cè)重于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用。文獻(xiàn) [4]探討了利用BPA外網(wǎng)模型與EMS模型進(jìn)行模型拼接生成全網(wǎng)模型并進(jìn)行電網(wǎng)分析的可行性。文獻(xiàn) [5]以各級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的電網(wǎng)模型為基礎(chǔ)，形成全網(wǎng)信息的CIM模型，但只應(yīng)用于調(diào)度自動(dòng)化領(lǐng)域。文獻(xiàn) [6]主要實(shí)現(xiàn)的是多系統(tǒng)間參數(shù)管理，并應(yīng)用于狀態(tài)估計(jì)。文獻(xiàn)[7]構(gòu)建了多層級(jí)電網(wǎng)的檢修管理系統(tǒng)。文獻(xiàn)[8]中的數(shù)據(jù)一體化管理系統(tǒng)方案主要用于繼電保護(hù)整定計(jì)算。文獻(xiàn) [9]介紹了電力企業(yè)對(duì)于應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)集成需求的現(xiàn)狀，提出了基于多代理的電網(wǎng)數(shù)據(jù)集成和共享平臺(tái)，未涉及到電網(wǎng)參數(shù)在多層級(jí)電網(wǎng)中的協(xié)同管理。目前，可視化技術(shù)和分析手段越來(lái)越多的應(yīng)用到電網(wǎng)安全運(yùn)行各個(gè)領(lǐng)域，降低電力系統(tǒng)安全分析難度，提高工作效率[10]，但已經(jīng)取得的研究成果[11-12]大多數(shù)只是應(yīng)用于某一特定計(jì)算程序，并且只是用于展示電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖及相應(yīng)分析計(jì)算數(shù)據(jù)。

3 總體架構(gòu)

針對(duì)云南電網(wǎng)的實(shí)際情況，文中從建模方法、工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)、成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用等多方面展開了多層級(jí)電網(wǎng)穩(wěn)定協(xié)同分析技術(shù)的研究。

多層級(jí)電網(wǎng)穩(wěn)定協(xié)同分析總體架構(gòu)包括理論研究和系統(tǒng)建設(shè)兩方面，系統(tǒng)不僅要滿足云南電網(wǎng)及所轄17個(gè)地區(qū)電網(wǎng)的用戶對(duì)電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)的維護(hù)，同時(shí)需要滿足各級(jí)用戶大量的數(shù)據(jù)處理和計(jì)算業(yè)務(wù)，所以需要系統(tǒng)具有擴(kuò)展性強(qiáng)、維護(hù)簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)。所以多層級(jí)電網(wǎng)穩(wěn)定協(xié)同分析系統(tǒng)采用 “B/S+C/S”混合結(jié)構(gòu)模式，使得系統(tǒng)既有C/S高度的交互性和安全性以及用戶對(duì)系統(tǒng)離線使用的需求，同時(shí)又有B/S的客戶端的平臺(tái)無(wú)關(guān)性，既能夠?qū)崿F(xiàn)省調(diào)、地調(diào)設(shè)備信息、方式信息共享與交互，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)嚴(yán)密有效的管理。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

4 技術(shù)實(shí)施

多層級(jí)電網(wǎng)穩(wěn)定協(xié)同分析系統(tǒng)以電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)管理、運(yùn)行方式安排與分析、網(wǎng)-省-地運(yùn)行方式自動(dòng)整合為核心，以用戶角色及權(quán)限管理、報(bào)表功能管理、模型管理等為支撐。

4.1 省地一體化元件基礎(chǔ)參數(shù)管理平臺(tái)

在保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、共享效率的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一維護(hù)和分級(jí)管理。數(shù)據(jù)建模與管理功能模塊整體框架如圖2所示。

系統(tǒng)提供省調(diào)、地調(diào)的各種參數(shù)和方案的分級(jí)和分區(qū)管理功能。系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括整個(gè)云南電網(wǎng)范圍內(nèi)的所有參與分析的設(shè)備信息，包括電站、發(fā)電機(jī)、變電站、線路等設(shè)備的分類管理。各設(shè)備之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響，各調(diào)度單位都可以通過系統(tǒng)查詢電網(wǎng)設(shè)備及其參數(shù)。系統(tǒng)摒棄文本形式的存儲(chǔ)方式，自動(dòng)解析各類參數(shù)，統(tǒng)一格式并保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)提供信息修改的全方位日志跟蹤記錄。

圖2 數(shù)據(jù)建模與管理功能模塊

在工程的初設(shè)和可研階段一般只有設(shè)備的規(guī)劃參數(shù)和典型參數(shù)，在設(shè)備投產(chǎn)后方能得到設(shè)備的銘牌參數(shù)、實(shí)測(cè)參數(shù)，以上幾類參數(shù)類型需轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定分析中使用的計(jì)算參數(shù)，各參數(shù)相互獨(dú)立，卻有關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過多層級(jí)電網(wǎng)穩(wěn)定協(xié)同分析系統(tǒng)解決了各類參數(shù)管理分散的問題，系統(tǒng)自動(dòng)解析各類參數(shù)，統(tǒng)一格式并保存至數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了參數(shù)的統(tǒng)一管理。

系統(tǒng)在參數(shù)轉(zhuǎn)換中實(shí)現(xiàn)了基于公式驅(qū)動(dòng)的參數(shù)整體校核和基于典型參數(shù)的逆向校核。基于公式驅(qū)動(dòng)的參數(shù)整體校核如圖3所示，主要包含兩個(gè)方面：

1)單一設(shè)備參數(shù)的取值，校核其不超出可行域范圍。例如，線路長(zhǎng)度必須大于零等。

2)校核多個(gè)設(shè)備參數(shù)之間存在的數(shù)學(xué)運(yùn)算關(guān)系?；诘湫蛥?shù)的逆向校核，是根據(jù)電網(wǎng)設(shè)備的典型參數(shù)并結(jié)合長(zhǎng)期的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，建立典型參數(shù)表。對(duì)于新投產(chǎn)或規(guī)劃的設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)的快速合理填寫，同時(shí)可根據(jù)設(shè)備型號(hào)、容量等信息逆向獲得對(duì)應(yīng)典型參數(shù)，用以校核與實(shí)測(cè)參數(shù)之間是否存在差異。

圖3 參數(shù)合理性校核

4.2 多層級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行方式整合

4.2.1 功能簡(jiǎn)介

為提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和方式的實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)中調(diào)、地調(diào)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)維護(hù)，同時(shí)克服單純的文本交互導(dǎo)致各級(jí)電網(wǎng)間的交互效率低的問題，多層級(jí)穩(wěn)定分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多層級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行方式整合功能，有效的將中調(diào)方式與南方電網(wǎng)方式進(jìn)行整合，同時(shí)保持中調(diào)端系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與方式計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。

4.2.2 網(wǎng)、省方式合并

系統(tǒng)可采用方式比較的方法，獲得需要合并的兩個(gè)方式之間的詳細(xì)差異，并通過對(duì)差異數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析，最終導(dǎo)入到系統(tǒng)中。系統(tǒng)也提供保留省級(jí)數(shù)據(jù)的網(wǎng)、省方式合并策略合并總調(diào)方式時(shí)，選擇目前云南實(shí)際方式為參考方式，將總調(diào)下發(fā)方式設(shè)為導(dǎo)入方式，將屬于云南的數(shù)據(jù)復(fù)制到對(duì)應(yīng)的導(dǎo)入方式中，并將導(dǎo)入方式中屬于云南的部分刪除，兩者合并為新的網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)對(duì)新網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)查找對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中已經(jīng)維護(hù)好的對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將新網(wǎng)絡(luò)中的對(duì)應(yīng)的設(shè)備參數(shù)映射為已維護(hù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的設(shè)備參數(shù)。

4.2.3 省、地方式整合

在網(wǎng)省合并的方式基礎(chǔ)上，中調(diào)根據(jù)運(yùn)行需求，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，通過審核審批后，下發(fā)方式至地調(diào)，同時(shí)為了保證地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行方式較大調(diào)整時(shí)方式的收斂性，開放部分省調(diào)調(diào)管機(jī)組給地區(qū)電網(wǎng)修改。各地調(diào)用戶經(jīng)過數(shù)據(jù)、方式及圖形維護(hù)，并經(jīng)審核、審批之后即可提交至系統(tǒng)中調(diào)，由中調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一整合。

地區(qū)電網(wǎng)制作運(yùn)行方式時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)記錄用戶在基準(zhǔn)方式上所做的修改，用戶提交方式時(shí)，系統(tǒng)僅提交用戶修改的部分?jǐn)?shù)據(jù)。省網(wǎng)用戶合并方式時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)提取各地區(qū)電網(wǎng)修改的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)標(biāo)記快速查找基準(zhǔn)方式中相應(yīng)數(shù)據(jù)的位置并進(jìn)行替換，以此完成省、地運(yùn)行方式差異化整合。

4.3 圖模一體化方式安排

如圖4所示，系統(tǒng)采用應(yīng)用層、圖形層、設(shè)備層三層可視化架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一體化方式安排，并基于有向圖理論對(duì)圖、模一體化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽象，形成圖、模一體化雙向關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了圖、模形一體化管理和圖形界面的計(jì)算功能集成。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了圖形增、刪、改、拓?fù)錂z查、分層控制等各類功能，并實(shí)現(xiàn)了在圖形上直接修改方式數(shù)據(jù)的功能。

圖4 可視化系統(tǒng)架構(gòu)

在圖形界面上，用戶能方便的進(jìn)行潮流計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算、N-1計(jì)算、小干擾分析等各種功能操作，同時(shí)，系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了計(jì)算結(jié)果動(dòng)態(tài)動(dòng)畫展示及告警，對(duì)于電壓越限的站點(diǎn)以及過載的支路，系統(tǒng)將以閃爍的方式進(jìn)行提醒，方便用戶從圖中可以清晰直觀的觀察到潮流流向以及整體規(guī)律。

此外，為了保證網(wǎng)、省之間方式數(shù)據(jù)以及圖形數(shù)據(jù)的交互，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地理接線圖導(dǎo)入及多種格式導(dǎo)出的功能，其中導(dǎo)出的pdf和svg均為矢量圖格式，可以方便的用于其它軟件編輯。

5 結(jié)束語(yǔ)

文中提出的多層級(jí)電網(wǎng)穩(wěn)定協(xié)同分析技術(shù)及開發(fā)的系統(tǒng)，針對(duì)傳統(tǒng)模式下多層級(jí)電網(wǎng)多應(yīng)用系統(tǒng)間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理分散、數(shù)據(jù)共享困難等問題，提出了按調(diào)度關(guān)系以及設(shè)備類型、參數(shù)狀態(tài)等條件的設(shè)備參數(shù)統(tǒng)一分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)提出了基于公式驅(qū)動(dòng)、實(shí)測(cè)參數(shù)和典型參數(shù)的參數(shù)安全管理校核方法，保證了多層級(jí)電網(wǎng)設(shè)備參數(shù)信息的一致性和合理性。針對(duì)多層級(jí)電網(wǎng)穩(wěn)定協(xié)同分析困難等問題，提出了網(wǎng)、省、地多層級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行方式的差異化自動(dòng)整合方法，提高了多層級(jí)電網(wǎng)協(xié)同分析效率，解決了多層級(jí)運(yùn)行方式快速協(xié)同問題，能夠滿足多層級(jí)電網(wǎng)多時(shí)間尺度下的頻繁交互和快速響應(yīng)要求。針對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)仿真分析軟件圖形與數(shù)據(jù)難以雙向交互的問題，通過圖形與設(shè)備參數(shù)模型的雙向關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)、圖一體化的雙向關(guān)聯(lián)交互操作，建立了運(yùn)行方式與多應(yīng)用系統(tǒng)的開放性交互平臺(tái)，提高了多層級(jí)協(xié)同分析效率。

[1] 張松樹，陳勇，李芳，等.電力系統(tǒng)運(yùn)行方式計(jì)算協(xié)同系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].電網(wǎng)技術(shù)，2012(10)：270 -274.

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吳琛 (1976)，高級(jí)工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)工作。

李玲芳 (1974)，高級(jí)工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)工作。

Application Research of Collaborative Stability Analysis Technology for Multi-level Power Grid in Yunnan Power Grid

YANG Xunwen，WU Chen，LI Lingfang，ZHANG Dan，ZHANG Jie，LUO Bin，LIU Benxi
(Yunnan Electric Power Dispatching Center，Kunming 650011)

To implement collaborative stability analysis of multi-level power grid as target，basic data management platform of multi -level power grid is developed，modes integration is implemented，graphic and model integration is implemented，collaborative stability analysis system is formed in this paper.

multi-level power grid；parameter management；modes integration；graphic and model integration；collaborative analysis

TM74

B

1006-7345(2014)04-0005-04

2014-03-13

楊浚文 (1985)，工程師，云南電力調(diào)度控制中心，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)工作 (e-mail)junwenyang_1＠163.com。