章 華，王邵強，張小龍，徐艷琨，司海濤，付俊強

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司龍游縣供電公司，浙江 衢州 324400；2.杭州久益電力科技有限公司，浙江 杭州 314000）

電網(wǎng)運行方式分析是電力系統(tǒng)各項業(yè)務決策的基礎。對運行方式進行分析，不僅可以判斷當前狀態(tài)下電網(wǎng)運行是否穩(wěn)定，還可以對其趨勢進行評估。有利于及時把握電網(wǎng)運行中的安全風險，并適時采取正確的措施避免高風險事故的發(fā)生[1]。

在社會飛速發(fā)展的當下，電力行業(yè)也在不斷前進，新能源因其污染小、環(huán)境適應性好等特點，被作為清潔能源而大力推廣，各類新能源的發(fā)電規(guī)模不斷擴大，越來越多的新能源電源接入電網(wǎng)運行中。但新能源電源具有復雜的故障特性和運行方式，對原有電網(wǎng)造成沖擊，給電網(wǎng)的運行方式計算也帶來了眾多新的問題，電網(wǎng)的安全運行和供電的可靠性將會隨著運行方式計算分析的準確性降低而降低。

電網(wǎng)運行方式計算會涉及到電網(wǎng)模型中的大量數(shù)據(jù)，如設備參數(shù)、拓撲連接、實時數(shù)據(jù)等。在進行計算時需要對所需數(shù)據(jù)進行調(diào)取，但其并不都在同一個數(shù)據(jù)庫中，從不同數(shù)據(jù)庫中調(diào)取的數(shù)據(jù)可能會存在格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)重復等實際問題，該數(shù)據(jù)準備過程需要耗費相關人員較多時間。

在實際的電網(wǎng)運行方式計算中，電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)由于來源較為復雜，可能調(diào)取所得數(shù)據(jù)會因為設備數(shù)據(jù)采不準確或者人工錄入數(shù)據(jù)存在失誤等不確定因素導致數(shù)據(jù)產(chǎn)生錯誤，如果直接將這些不良數(shù)據(jù)運用于運行方式計算中則會導致運算結(jié)果與實際情況不相符，在計算結(jié)果產(chǎn)生后再發(fā)現(xiàn)其存在錯誤將會導致計算效率大大降低。若在運行方式計算中沒有及時發(fā)現(xiàn)其存在的數(shù)據(jù)錯誤，則將對電網(wǎng)運行分析產(chǎn)生影響，進而導致錯誤決策的產(chǎn)生。

目前為提高電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的準確性，國內(nèi)外不同團隊從運行方式計算的多個不同角度進行了研究。有技術研究通過增加采集數(shù)據(jù)源數(shù)量的方法，以獲取更大量的數(shù)據(jù)可以用于計算，通過比較分析各數(shù)據(jù)計算結(jié)果最終得到正確的數(shù)據(jù)[2]。僅從最終所得數(shù)據(jù)結(jié)果的角度來看，該方法的確可以獲得正確性較高的數(shù)據(jù)。但是從操作過程的角度出發(fā)，該方法需要利用多方資源以獲得數(shù)據(jù)，且計算方式較為復雜，人力物力耗費較大，在實際應用中可操作性較低。還有團隊的研究以拓撲模型數(shù)據(jù)為途徑，將原有拓撲數(shù)據(jù)分段拆分，按特定順序進行排列后通過逐個溯回校驗的方式，來識別錯誤數(shù)據(jù)，以提高計算結(jié)果準確性[3]。此方法僅能從已有拓撲模型的基礎上對電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行校驗，對原有電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型的準確性要求較高。其存在的問題是，當最終校驗數(shù)據(jù)顯示為錯誤時，無法判別是否因為原有拓撲模型自身錯誤對數(shù)據(jù)正確性造成的影響。

本文討論的運行方式關鍵數(shù)據(jù)校驗，從圖數(shù)模一體化校驗的角度出發(fā)，在運行方式計算前對所需數(shù)據(jù)進行校驗，避免了錯誤數(shù)據(jù)運用于計算中的情況發(fā)生，可以極大降低因計算結(jié)果不正確導致的運行方式?jīng)Q策失誤，提高電網(wǎng)運行的可靠性。而且本文研究的運行方式關鍵數(shù)據(jù)檢驗技術在校驗各數(shù)據(jù)正確性的同時，也會對數(shù)據(jù)與模型之間的對應準確性進行判斷，使各數(shù)據(jù)能更好地應用于運行方式計算中的同時，也可以從圖形直觀地表現(xiàn)電網(wǎng)運行當前狀況。

1 電網(wǎng)運行計算所需信息提取思路

公共信息模型（CIM）是電力系統(tǒng)元數(shù)據(jù)的模式，是一種描述電力系統(tǒng)所有對象邏輯結(jié)構和關系的信息模型，能為各個應用提供與平臺無關的統(tǒng)一的電力系統(tǒng)邏輯描述。本文研究所需數(shù)據(jù)包括了主網(wǎng)模型和配網(wǎng)模型，它們將分別從主網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（EMS）和配電自動化系統(tǒng)（DAS）獲取，以公共信息模型（CIM）及可縮放矢量圖形（SVG）文件作為數(shù)據(jù)載體導出。從系統(tǒng)導出的數(shù)據(jù)文件包括了電網(wǎng)連接的拓撲圖形及其相關的信息數(shù)據(jù)，本文的研究將從2個角度對獲取數(shù)據(jù)文件進行拆分：一是從邏輯分析層面和既有規(guī)定對導出文件中的拓撲模型進行層次拆分，二是按照拓撲模型的邊界及其所對應的運行數(shù)據(jù)對CIM解析后的數(shù)據(jù)進行合理拆分。

在滿足運行方式計算需求的基礎上，為了在模型拼接后使數(shù)據(jù)更好地融合，將對提取的CIM文件解析的同時進行二維表的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換所得的表將在模型拼接后通過映射的方式與模型相結(jié)合，可以更好地對電網(wǎng)模型進行全面的描述。

2 數(shù)據(jù)快速校驗設計思路

運行方式關鍵數(shù)據(jù)校驗結(jié)果的準確性是運行方式計算的前提。首先分別從數(shù)據(jù)庫提取主網(wǎng)數(shù)據(jù)和配網(wǎng)數(shù)據(jù)，利用文件解析軟件將數(shù)據(jù)進行解析。在主網(wǎng)和配網(wǎng)數(shù)據(jù)完整獲取后，對其進行合理拆分并分別歸類整理。通過分析模型的拓撲屬性，將主網(wǎng)模型和配網(wǎng)模型進行合理拼接，組合成新的主配網(wǎng)整體的模型。在獲得新組成的主配網(wǎng)一體化模型后，對該模型的圖形、拓撲及數(shù)據(jù)的準確性及對應性同時進行分析校驗，只有校驗結(jié)果均為正確時數(shù)據(jù)才可以輸出用于運行方式計算。如果在校驗過程中系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)存在錯誤，則會在系統(tǒng)界面中給出相應提示，顯示為錯誤的數(shù)據(jù)將會轉(zhuǎn)到人工流程。在人工流程中，會有相關專業(yè)人員讀取到該數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行再次校驗，以驗證所示數(shù)據(jù)是否為錯誤數(shù)據(jù)。當人工確認系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的為錯誤數(shù)據(jù)時，相關人員會對數(shù)據(jù)進行修正，然后再次傳入系統(tǒng)通過既有算法程序進行分析校驗，只有當該次校驗結(jié)果為正確時數(shù)據(jù)才可以輸出用于運行計算。如果再次校驗仍為錯誤數(shù)據(jù)，則將重復之前流程，再次進行人工修正，直至數(shù)據(jù)可以通過系統(tǒng)校驗正確輸出。流程圖如圖1所示。

圖1 運行方式關鍵數(shù)據(jù)校驗流程

3 關鍵技術

3.1 主配網(wǎng)模型拼接

按照國際標準IEC 61970，將已解析拆分的數(shù)據(jù)重新進行整合設計系統(tǒng)模型。拆分重組后的一體化模型由3部分信息組成，即電氣屬性、拓撲屬性和圖形屬性。在一體化模型展示中，各設備需定制其圖形表示形式，大多數(shù)設備在電氣接線圖中具有普遍使用的表示形式，若存在不具有普遍表示形式的設備需對其進行注解，方便后期數(shù)據(jù)調(diào)取查詢，同時要保證同一設備的圖形屬性一致。各電氣設備的表現(xiàn)形式不僅限于設備的靜態(tài)圖形屬性，還包括了與設備相關聯(lián)的動態(tài)圖形屬性，即設備在不同的狀態(tài)下應有相應的表達形式，可以通過圖形區(qū)別直觀地反映當前電網(wǎng)運行中的該設備的使用狀態(tài)[4]。

電氣屬性為電網(wǎng)中各種電氣設備的數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型通常是固定的，例如線路都有電阻和電抗、變壓器有變比和損耗等。這些設備原有的數(shù)據(jù)模型都儲存于相應數(shù)據(jù)庫中，主配網(wǎng)一體化模型構建后各設備數(shù)據(jù)也將跟隨該設備儲存于同一數(shù)據(jù)庫方便使用。

傳統(tǒng)拓撲生成的圖形系統(tǒng)是以矢量形式來描述圖形，各圖形元素間僅通過幾何方式連接，已不能滿足現(xiàn)在電力系統(tǒng)需要。我們將獲取的主配網(wǎng)原有模型中將邊界設備設定為所有端點，同時拆解原有模型中的外部設備和其所存在拓撲層面的連接以獲得懸空端點[5]。在合并前進行拓撲校驗，檢查原有模型中是否存在電壓等級不同的設備相連接，在完成校驗后，通過端點與設備依次相連接的方式，將邊界設備與拆分后的懸空端點建立聯(lián)系，同時在圖形連接時通過邏輯管理改善圖形布局的合理性，構造出一個完整的拓撲模型。

在圖形模型建立的基礎上，要將數(shù)據(jù)與其相結(jié)合，雖然模型數(shù)據(jù)和CIM描述的對象相同，但描述方法不同，從模型無法展現(xiàn)CIM中的數(shù)據(jù)層次以及其中的邏輯視圖。遵循IEC 61970標準，通過映射的方法可以建立其與新構建模型之間的聯(lián)系，同時也可以更完整地表達CIM數(shù)據(jù)。映射的具體方式為：①為保證CIM數(shù)據(jù)完整性，不造成數(shù)據(jù)缺失，將其中所有的類轉(zhuǎn)換成二維數(shù)據(jù)表；②CIM的類屬性包含了固有屬性和繼承屬性，先將2類屬性進行匯總，再將其轉(zhuǎn)換為字段填入相對應的表中；③CIM的類之間具有多種邏輯關系，用鍵表達CIM類之間的不同關系，分別用主鍵和外鍵表示，主鍵保證了電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)資源記錄的唯一性，外鍵則表示了繼承、關聯(lián)、聚集等關系，當類之間具有多對多關系時，可以增加中間表用于建立它們之間的關系。采用映射的方法不僅保證了CIM數(shù)據(jù)的完整性，同時因為用到了二維表展現(xiàn)的方式，該方式將所有類屬性最終都繼承至底層表，在實際操作時只需一張表即可獲取完整數(shù)據(jù)，極大提升了數(shù)據(jù)查詢和處理的效率。

3.2 圖數(shù)模一體化校驗

利用寬度優(yōu)先遍歷（BFS）對主配網(wǎng)模型進行分層搜索，根據(jù)模型的基礎信息，按層次結(jié)構對數(shù)據(jù)進行逐一校驗，避免了重復訪問或數(shù)據(jù)遺漏[6]。首先基于離線環(huán)境對配電網(wǎng)模型進行屬性校驗和拓撲校驗。屬性校驗是最為基礎的數(shù)據(jù)校驗，主要是通過對比分析各電氣設備的基礎信息和結(jié)構層次，統(tǒng)計分析存在的相關異常，保證配電網(wǎng)模型電氣設備屬性的準確性和完整性。拓撲校驗需在屬性校驗正確的基礎上，調(diào)取配電網(wǎng)中各設備的信息及拓撲結(jié)構，同時結(jié)合設備層次分析設備間邏輯關系，根據(jù)各設備間關系的不同使用相對應的校驗方法，校驗了系統(tǒng)建模的正確性及拓撲的連通性。

在電網(wǎng)運行時，改變其電網(wǎng)結(jié)構或者使注入功率發(fā)生改變而導致潮流支路發(fā)生的改變可以定義為潮流轉(zhuǎn)移。在基態(tài)下選取的節(jié)點注入電壓矢量，通過計算支路兩端點轉(zhuǎn)移潮流，對比計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)開斷支路的絕對值最大。由此可知在不考慮存在不良數(shù)據(jù)的情況下，計算各支路轉(zhuǎn)移潮流，其絕對值最大的支路可以判定為可能存在拓撲錯誤的支路。

但由于不良數(shù)據(jù)會對支路轉(zhuǎn)移潮流計算產(chǎn)生影響，進而會導致拓撲錯誤支路判斷準確性不高，因此需選取任意時刻采集的數(shù)據(jù)，同時調(diào)取SCADA實時數(shù)據(jù)與正常運行狀態(tài)下的基態(tài)進行比較，通過進一步分析可以得到拓撲變化以獲取不良數(shù)據(jù)的計算估值。在實際計算中會出現(xiàn)獲得多組不良數(shù)據(jù)的情況，可通過所得數(shù)據(jù)分布狀況及數(shù)值大小進行估算，以此分析得出單一支路錯誤和多支路錯誤的情況[7]。根據(jù)計算得到最終擴展轉(zhuǎn)移潮流的絕對值，同時結(jié)合基態(tài)有功數(shù)值來判斷支路狀態(tài)是否存在錯誤。當絕對值較小時，則說明拓撲正確無錯誤發(fā)生。

4 結(jié)語

利用關鍵數(shù)據(jù)校驗技術可以最大程度地排除不良數(shù)據(jù)對運行方式計算的干擾，有助于提高電網(wǎng)運行方式的可靠性和安全性。該技術中拼接所得的圖數(shù)模一體化模型，不僅可用于運行方式計算數(shù)據(jù)的檢驗和調(diào)取，還將在此基礎功能上充分發(fā)揮其作用，結(jié)合電網(wǎng)運行人員在實際場景中的應用，在運行方式數(shù)據(jù)校驗技術研究的基礎上，根據(jù)業(yè)務需求構建電網(wǎng)運行的相關應用模型，如停電方案、停電路徑、失負荷類別等，可以更好地輔助電網(wǎng)工作人員進行電力運行決策，起到保障日常電力運行良好狀態(tài)的作用。