一種電力系統(tǒng)用全物理模型仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)分析領(lǐng)域，具體涉及一種電力系統(tǒng)用全物理模型仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PSS/E是調(diào)度運(yùn)行部門常用的電力系統(tǒng)仿真分析軟件。利用PSS/E進(jìn)行潮流分析的典型模式是基于軟件提供的人機(jī)界面進(jìn)行交互操作，首先使用軟件提供的元件庫手動建立電網(wǎng)設(shè)備模型，然后基于元件庫列表進(jìn)行設(shè)備操作，執(zhí)行單步潮流計(jì)算。這種應(yīng)用模式存在著模型維護(hù)工作量大和擴(kuò)展性不足等方面問題，主要表現(xiàn)在:①手動建模工作量大，維護(hù)成本高。為了減少建模工作量，通常建立的是不包含開關(guān)刀閘的拓?fù)淠Ｐ?，無法對雙母分裂運(yùn)行、線路單端充電等運(yùn)行方式進(jìn)行精細(xì)化仿真。②基于人機(jī)交互界面的手動單步執(zhí)行模式無法實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)自動的連續(xù)仿真分析。當(dāng)需要對電網(wǎng)進(jìn)行方式調(diào)整、設(shè)備N-1開斷分析等重復(fù)操作時，執(zhí)行效率低下。
[0003]為降低建模工作量，在仿真分析軟件私有格式的相互轉(zhuǎn)換方面已經(jīng)開展了相關(guān)工作，但本質(zhì)上仍無法避免數(shù)據(jù)源頭的建模工作。實(shí)際上，電網(wǎng)調(diào)控系統(tǒng)中包含了電網(wǎng)分析所需的所有模型和拓?fù)湫畔?，可以作為各類分析軟件的模型源端。從調(diào)控系統(tǒng)導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)(ΠΜ/Ε模型文件來進(jìn)行仿真分析軟件的自動建模，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的源端維護(hù)，模型共享，是非常必要且有效的。
[0004]為提升擴(kuò)展性，仿真分析軟件提供了用戶程序接口(UPI)功能來與用戶自定義程序進(jìn)行交互，但UPI方式存在明顯的局限性，主要表現(xiàn)在:①對接口的節(jié)點(diǎn)規(guī)模有限制，通常只允許系統(tǒng)中少量的節(jié)點(diǎn)與用戶自定義程序進(jìn)行接口交互?’②UPI嵌入到分析軟件的計(jì)算流程的某一固定環(huán)節(jié)中，無法實(shí)現(xiàn)外部程序?qū)τ?jì)算流程的驅(qū)動和控制。
[0005]相比于UPI，PSS/E提供了更為靈活的API接口功能，用戶自定義程序通過API接口可以對PSS/E計(jì)算流程和周期的完全控制，更適用于進(jìn)行大型應(yīng)用程序的開發(fā)。文獻(xiàn)一《基于PSS/E的可用于調(diào)度主站驗(yàn)證的仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)》(中國電力2014年第47卷第1期第66頁)提出了基于API接口二次開發(fā)和封裝建立潮流計(jì)算接口層的總體設(shè)計(jì)方案，但沒有具體的應(yīng)用方法。文獻(xiàn)二《基于PSS/E潮流API接口的動態(tài)過程仿真系統(tǒng)》(電力系統(tǒng)保護(hù)與控制2014年第42卷第15期第136頁)基于二次開發(fā)和封裝建立接口層，實(shí)現(xiàn)對PSS/E潮流計(jì)算的驅(qū)動，并結(jié)合調(diào)速器模型建立中長期動態(tài)過程仿真系統(tǒng)。但未涉及基于全模型的PSS/E自動建模方法，以及PSS/E全模型潮流計(jì)算的具體實(shí)現(xiàn)。
[0006]網(wǎng)絡(luò)層次模型庫(以下簡稱層次庫)是EMS高級應(yīng)用軟件中的一種實(shí)時數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是建立了電力系統(tǒng)模型的層次和隸屬關(guān)系，對設(shè)備進(jìn)行分級存儲，同時建立了層級記錄之間的對應(yīng)關(guān)系，方便的進(jìn)行查詢和定位。層次庫中的設(shè)備以節(jié)點(diǎn)(NODE)為索引進(jìn)行存儲。設(shè)備之間的連接關(guān)系通過節(jié)點(diǎn)來確定。
[0007]網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?、分析結(jié)果圖形展示等傳統(tǒng)EMS高級應(yīng)用軟件模塊都基于層次庫進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。同時，層次庫是一個開放的數(shù)據(jù)庫，用戶自定義程序遵循接口訪問規(guī)則即可實(shí)現(xiàn)對層次庫的訪問，進(jìn)行功能開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明提供的一種電力系統(tǒng)用全物理模型仿真方法，該方法實(shí)現(xiàn)了PSS/E對包含開關(guān)刀閘在內(nèi)的全物理模型進(jìn)行精細(xì)化仿真計(jì)算，并實(shí)現(xiàn)模型的免維護(hù)，同時使得系統(tǒng)更具擴(kuò)展性，保證了 PSS/E拓?fù)浞治龊统绷饔?jì)算的正確性；進(jìn)而提高了電力系統(tǒng)仿真的準(zhǔn)確性及有效性，為電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行及建設(shè)提供了可靠且準(zhǔn)確的依據(jù)。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種電力系統(tǒng)用全物理模型仿真方法，所述方法包括如下步驟:
[0011]步驟1.獲取基于標(biāo)準(zhǔn)(ΠΜ/Ε格式的電網(wǎng)模型文件；
[0012]步驟2.解析所述電網(wǎng)模型文件并寫入電網(wǎng)層次庫中，得到電網(wǎng)模型；
[0013]步驟3.根據(jù)所述電網(wǎng)層次庫，建立PSS/E計(jì)算所需的潮流數(shù)據(jù)文件，并建立電力設(shè)備在所述電網(wǎng)層次庫及PSS/E計(jì)算庫中的映射關(guān)系；
[0014]步驟4.獲得計(jì)算接口層，并建立仿真控制程序，驅(qū)動PSS/E進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算，并通過所述計(jì)算接口層將計(jì)算結(jié)果存入所述電網(wǎng)層次庫中，得到PSS/E全物理模型；
[0015]步驟5.所述電網(wǎng)層次庫接收并處理外部應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備的操作指令；
[0016]步驟6.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治瞿K分析拓?fù)渥兓蟮乃鯬SS/E全模型；
[0017]步驟7.修正所述PSS/E計(jì)算庫中的設(shè)備狀態(tài)；
[0018]步驟8.將接收到的設(shè)備操作和實(shí)時拓?fù)浞治鼋Y(jié)果嵌入仿真控制流程中，對所述PSS/E全模型進(jìn)行潮流計(jì)算。
[0019]優(yōu)選的，所述步驟1包括:
[0020]從EMS中導(dǎo)出基于標(biāo)準(zhǔn)CIM/E格式的電網(wǎng)模型文件；所述電網(wǎng)模型文件中包括電力系統(tǒng)中的全部電力設(shè)備的信息、各電力設(shè)備之間的連接關(guān)系及開關(guān)/刀閘模型。
[0021]優(yōu)選的，所述步驟2包括:
[0022]2-1.調(diào)用文件解析器解析所述電網(wǎng)模型文件，得到符合所述電網(wǎng)層次庫特征的電網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)；
[0023]2-2.將所述電網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)導(dǎo)入所述電網(wǎng)層次庫中，得到電網(wǎng)模型；所述電網(wǎng)層次庫中包括各電力設(shè)備的模型屬性以及運(yùn)行狀態(tài)。
[0024]優(yōu)選的，所述步驟3包括:
[0025]3-1.建立PSS/E計(jì)算所需的潮流數(shù)據(jù)文件，所述潮流數(shù)據(jù)文件中的設(shè)備以所屬節(jié)點(diǎn)信息和設(shè)備ID作為關(guān)鍵屬性；
[0026]3-2.將所述電網(wǎng)層次庫中節(jié)點(diǎn)記錄導(dǎo)出并導(dǎo)入PSS/E數(shù)據(jù)文件中，得到電力設(shè)備在所述電網(wǎng)層次庫及PSS/E計(jì)算庫中的映射關(guān)系；其中，所述電網(wǎng)層次庫與PSS/E計(jì)算庫的節(jié)點(diǎn)編號對應(yīng)。
[0027]優(yōu)選的，所述步驟4包括:
[0028]4-1.按照所述PSS/E數(shù)據(jù)文件字段順序，從所述電網(wǎng)層次庫中獲取對應(yīng)的所述電力設(shè)備的記錄，生成PSS/E所需的設(shè)備結(jié)構(gòu)，并將所述設(shè)備結(jié)構(gòu)導(dǎo)入所述PSS/E數(shù)據(jù)文件的字段中；其中，所述電力設(shè)備的記錄包括連接節(jié)點(diǎn)編號、設(shè)備ID以及設(shè)備狀態(tài)信息；
[0029]4-2.導(dǎo)出所述電力設(shè)備，并在所述電網(wǎng)層次庫對應(yīng)的所述電力設(shè)備的記錄中，保留所述電力設(shè)備對應(yīng)的PSS/E關(guān)鍵屬性，所述PSS/E設(shè)備關(guān)鍵屬性包括連節(jié)點(diǎn)編號和設(shè)備ID。
[0030]優(yōu)選的，將所述設(shè)備結(jié)構(gòu)導(dǎo)入所述PSS/E數(shù)據(jù)文件的字段的導(dǎo)入原則包括:
[0031]a.PSS/E將開關(guān)/刀閘模型當(dāng)作零阻抗支路處理；在導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件時將開關(guān)刀閘設(shè)備與支路放置在同一個字段中，并在ID中添加前綴來與支路進(jìn)行區(qū)分；
[0032]b.PSS/E中的三繞組變壓器模型在建模時將繞組的潮流結(jié)果等值為三個兩繞組變壓器來處理，以中性點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)側(cè)，主變?nèi)齻?cè)為非標(biāo)準(zhǔn)側(cè)；
[0033]c.發(fā)電機(jī)缺省當(dāng)作PV節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理；對于PQ節(jié)點(diǎn)，在導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件時將其無功上下限置成與無功值相等。
[0034]優(yōu)選的，所述步驟5包括:
[0035]5-1.以所述電網(wǎng)層次庫為外部應(yīng)用程序的輸入及輸出接口進(jìn)行二次開發(fā)，建立仿真計(jì)算接口層；
[0036]5-2.外部應(yīng)用程序通過計(jì)算接口層進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)操作，載入操作類型、設(shè)備在層次庫的下標(biāo)以及設(shè)備的最終狀態(tài)，通過層次庫與PSS/E計(jì)算庫對應(yīng)關(guān)系快速定位設(shè)備并進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)修改；
[0037]5-3.仿真控制進(jìn)程接收并處理外部應(yīng)用程序?qū)υO(shè)備的操作指令，仿真控制進(jìn)程對所述PSS/E潮流計(jì)算庫中的所述電力設(shè)備進(jìn)行操作；
[0038]其中，對所述電力設(shè)備的操作包括:修改所述PSS/E計(jì)算庫中的設(shè)備數(shù)據(jù)及同步更新所述電網(wǎng)層次庫中對應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)或者計(jì)算結(jié)果。
[0039]優(yōu)選的，所述接口層提供的接口函數(shù)包括:潮流進(jìn)程控制類函數(shù)、設(shè)備狀態(tài)修改類函數(shù)及潮流結(jié)果獲取類函數(shù)；
[0040]所述潮流進(jìn)程控制類函數(shù)包括PSS/E潮流初始化、驅(qū)動PSS/E潮流計(jì)算及數(shù)據(jù)文件的裝載；
[0041]所述設(shè)備狀態(tài)修改類函數(shù)包括開關(guān)刀閘狀態(tài)的調(diào)整、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的有功無功調(diào)整及變壓器檔位調(diào)節(jié)操作，所述設(shè)備狀態(tài)修改類函數(shù)接口同時修改所述電網(wǎng)層次庫和PSS/E計(jì)算庫中的設(shè)備狀態(tài)；
[0042]所述潮流結(jié)果獲取類函數(shù)為從所述PSS/E計(jì)算庫中獲取各類設(shè)備潮流計(jì)算結(jié)果并寫入所述電網(wǎng)層次庫中。
[0043]優(yōu)選的，所述步驟6包括:
[0044]6-1.記錄當(dāng)前的電氣島數(shù)量以及電氣島對應(yīng)的平衡節(jié)點(diǎn)；
[0045]6-2.在所述PSS/E全物理模型中，將開關(guān)刀閘作為零阻抗支路，使得所述PSS/E全物理模型中包括非母線節(jié)點(diǎn)；
[0046]6-3.根據(jù)EMS高級應(yīng)用中的拓?fù)浞治瞿K，保存當(dāng)前所述電網(wǎng)層次庫中所有設(shè)備的拓?fù)錉顟B(tài)至臨時數(shù)組中；并將所述電網(wǎng)層次庫中的所有電網(wǎng)設(shè)備拓?fù)錉顟B(tài)重置為0 ;
[0047]6-4.以一臺帶電發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)為起始點(diǎn)，米用廣度優(yōu)先或者深度優(yōu)先的搜索方法，通過所述電力設(shè)備的節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系進(jìn)行拓?fù)渎窂剿阉?，對搜索過的設(shè)備進(jìn)行拓?fù)渲?br>[0048]6-5.拓?fù)渌阉鹘Y(jié)束后，所述電網(wǎng)層次庫中的所有設(shè)備狀態(tài)和電氣島信息均被更新；將所述電網(wǎng)層次庫的設(shè)備狀態(tài)與臨時數(shù)組保存的初始狀態(tài)進(jìn)行比較，得到發(fā)生變化的設(shè)備狀態(tài)；
[0049]6-6.根據(jù)設(shè)備類型調(diào)用相應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)修改接口，并修改所述PSS/E全物理模型中的所述電力設(shè)備狀態(tài)。
[0050]優(yōu)選的，所述步驟7包括: