基于模型拼接与外网等值的南方电网在线模型协调方法-2.pdf

基于模型拼接与外网等值的南方电网在线模型协调方法冯永青，李鹏，陈刚，麦绍辉，汪皓（中国南方电网电力调度通信中心，广东 广州510623）收稿日期：2010-09-02；修回日期：2011-06-09基金项目：中国南方电网公司总部科技项目（K0812）ProjectsupportedbytheGeneralHeadquartersSpecialScientific Fund of the China Southern Power Grid（K0812）电 力 自 动 化 设 备Electric Power Automation EquipmentVol31 No.7Jul.2011第31卷第7期2011年7月摘要：根据南方电网的调度生产实践，给出了基于模型拼接与外网等值的网省在线模型协调方法。通过模型拼接方法，在南网总调侧形成了500 kV 220 kV南方电网全网模型、图形和数据，供能量管理系统（EMS）进行在线计算使用。通过外网等值，由南网总调为五省区中调在线生成外网等值信息。各中调将外网等值数据应用到各自的EMS在线网络分析软件，从而提高中调的在线分析精度。在南网总调和贵州中调的应用经验表明，该在线模型协调方法是实用且有效的。该方法已经在南方电网稳定有效运行了2年以上。关键词：网络分析；调度中心；能量管理系统（EMS）；模型拼接；外网等值技术中图分类号：TM 734文献标识码：A文章编号：10066047（2011）070101040引言互动化是智能电网1-3的主要特点之一，而调度中心能量管理系统（EMS）之间的模型协调则属于智能电网互动的重要内容。我国实行分层分区的电网控制管理模式，以南方电网为例，总调、中调、地调和县调按电压等级和地域分别管理各自调管范围内的设备。传统上，南方电网的上述4级调度EMS之间较少进行模型方面的协调，只进行少量的关键遥测、遥信数据转发。随着在线分析技术的不断发展，为了提高调度生产工作中高级应用软件的计算准确性，必须要研究调度中心EMS之间的模型协调问题。在学术界，包括在线动态外网等值在内的模型协调研究已经开展了较长时间，但是在工程应用方面的实用化研究还较少。究其原因，是由于北美等国的调度中心在管理上相互分离，该方面面临着很多管理上的制约。国外为数不多的论文4-7主要集中在分布式状态估计研究方面，即侧重于通过边界信息交换，提高状态估计的计算精度，却并不能解决状态估计之后的调度计算、稳定计算等问题。在国内，广东省于2004年起开始进行省地2级模型协调的探索工作8-9。目前国内不少中调还没有实现对外部系统的实时等值，通常只能是在一个典型潮流断面下的外网等值模型。究其原因，从技术层面，由几个中调难以相互给出全局性的等值模型；而在管理层面，大模型协调本身的人工管理工作量较大，单独依靠中调之间的自觉配合难以完成，需要由网调统一领导才能进行实施。自2006年起，中国南方电网电力调度通信中心（以下简称南网总调）与广东、广西、云南、贵州、海南五省区中调开始进行网省模型协调方面的研究10。该方面研究的工程性探索难度较大，需要长期反复进行研究、实践，才能真正在调度生产中发挥作用。本文介绍了4年来相关探索工作，供调度中心的同行在实际生产工作中参考。本文的第1节介绍如何在南网总调侧形成南方电网大模型，第2节介绍南网总调如何为中调提供外网等值模型，第3节进行了部分算例分析。1基于模型拼接形成南方电网大模型文献10给出的仅是分布式建模系统的理论设计方案，在工程进展中，南网总调进行了深入研究和工程建设，成功地实现了基于模型拼接形成南方电网大模型。与文献10的设计方案相比，模型、图形、数据的拼接方法更加实用和稳定，可以实现不对现有系统中的设备命名规则进行修改，不更改现有系统上的数据库结构，总调和各中调可以只在某一EMS工作站上运行CIM SVG XML的导出程序。经过4年来的不断探索和改进，南网总调分布式建模由3个子系统形成南方电网大模型，见图1。下面分别介绍3个子系统。a.中调客户端子系统。形成中调EMS的XML模型11-12、SVG图形、E格式数据和TASE2变量名13定义。其中，前3类文件以模型版本的形式，通过中调客户端系统提供的界面手动形成并上传至总调。E格式实时数据断面文件以10 s为周期实时生成并上传至总调。b.总调模型拼接子系统。针对接收到的中调侧和来自总调EMS侧的模型版本，将其中的XML模型按照多区域拼接算法进行模型拼接，完成XML模型、SVG图形、E格式数据的关联导入。在模型拼接完毕后，通过状态估计14计算对模型拼接的结果进第31卷电 力 自 动 化 设 备行检验，如果状态估计合格率在90%以上，则将模型拼接系统的中调模型版本同步到总调EMS。如果状态估计合格率低于90%，则检查模型中不正确的原因直至合格率达到90%以上。c.总调EMS子系统。该子系统的工作与模型拼接子系统中的工作基本一致，主要的不同之处在于该子系统将完成TASE2变量名的映射。根据4年来的工程实践，在南网总调侧，模型拼接更新南方电网大模型的频次为每周12次。在此基础上形成的南网大模型，已经可以满足南网总调预决策系统在线稳定计算的需求。2基于外网等值形成中调外网模型在上一节中所述南方电网大模型的基础上，可以由南网进一步利用外网等值技术，向各中调发送等值模型，以提高中调EMS在线计算的准确性。2.1算法以南网总调为贵州中调提供在线外网模型为例介绍算法。图2给出了基于南网总调大模型的内外网划分。其中I为贵州内网集合，包括青岩、金州、黎平等；B为边界集合，包括河池、天二、桂林等；E为南网外网集合，包括龙滩、柳东、平果、贤令山等。将图1所示的网络用方程表示，则有YEEYEB0YBEYBBYBI0YIBYIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIUEUBUIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII=IEIBIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII（1）将式（1）消去外部网络集合E后，可得：Y軒BBYBIYIBYIIBBUBUIB B=I軇BIIB B（2）Y軒BB=YBB-YBEY-1EEYEB（3）I軇B=IB-YBEY-1EEIE（4）进而可得：diagU赞BB B00diagU赞IB BBBY軒BBYBIYIBYIIBBUBUIB B=S赞B-（diagU赞BB B）YBEY-1EES赞EU赞EE ES赞IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII（5）内部系统I和边界B的电压模值U0i和相角0i可以通过状态估计求得。这样，边界节点的等值注入就可以通过下式求得：PiEQ=鄱ji（Ui0）2（gij+gi0）-Ui0Uj0（gijcosij+bijsinij）QiEQ=鄱jiUi0Uj0（bijcosij-gijsinij）-（Ui0）2（bij+bi0）（6）其中，gij+jbij为与边界节点i相连接的联络线或等值支路的线路导纳；gi0+jbi0为与节点i相连的支路在i侧的对地支路导纳；0ij=0i-0j。另外，为了提高无功计算的精度，在每个边界节点处还增加一个虚构的PV母线，导纳值为B赞i=def鄱k缀VBEQik（7）其中，V是PV节点集合，BEQ=QEQBYBBBYB。图2所示的网络即可变为图3。与图3相对应，以下给出了2010年某时刻在线外网等值模型的部分数据。等值注入：河池P1EQ=755 MW，Q1EQ=227 Mvar；天二P2EQ=898 MW，Q2EQ=288 Mvar；桂林P3EQ=1 058 MW，Q3EQ=622 Mvar。等值线路（标幺值）：河池至天二r1=0.007 1，x1=0.065 3；天二至桂林r2=0.006 2，x2=0.047 3；河池至桂林r3=0.003 2，x3=0.034。青岩金州黎平桂林天二河池龙滩柳东贤令山南网外网E边界B贵州内网I平果贵州SCADA采集范围图2全网大模型网络的划分Fig2 Partition of entire network model图1分布式建模过程Fig1 Distributed modeling processCIMXML模型拼接SVG图形导入TASE2变量名导入CIMXML模型拼接SVG图形导入TASE2变量名导入鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱CIMXML模型拼接SVG图形导入TASE2变量名导入广东中调客户端广西中调客户端云南中调客户端贵州中调客户端海南中调客户端广东中调客户端广西中调客户端云南中调客户端贵州中调客户端海南中调客户端鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱广东中调客户端广西中调客户端云南中调客户端贵州中调客户端海南中调客户端中调状态估计断面数据模型、图形、TASE2配置定义校验大模型状态估计南网总调模型拼接系统系统回退正确总调EMS日常维护总调核心模型、图形EMS核心监控核心模型状态估计直采厂站数据模型拼接图形导入TASE2变量名导入校验全网大模型、图形、数据中调转发数据大模型状态估计系统回退错误正确南网总调EMS中调SCADA实时数据（TASE2）中调EMS模型中调EMS图形中调TASE2变量名鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱鄱错误冯永青，等：基于模型拼接与外网等值的南方电网在线模型协调方法第7期图4在线外网等值模型的传输Fig4 Transfer of online equivalent model各省中调侧在状态估计服务器，从前置服务器获取数据文件，放在本机的usersemsopen2000edatapasneteq目录下，供等值模型拼接使用在前置服务器，启动常驻进程buslftrans_recv，接收南网总调发送的外网等值数据文件网络报文方式在前置服务器，执行等值数据下发服务进程buslftrans_serv，将等值数据文件向中调发送在前置服务器，将等值数据文件放在前置服务器的usersemsopen2000edatapasneteq目录下在网络等值服务器，在线生成等值数据文件南网总调侧ftp或rcp方式ftp或rcp方式2.2外网等值模型的传输南网总调和中调等值数据的传输在安全I区进行，采用专用的程序负责网省调间通信。在南网总调和中调的前置机分别配置节点负责交换，同时南网总调和中调防火墙各开放一个交换端口，用作上行和下行通道端。图4给出了外网等值模型的传输流程。目前，南网总调每5 min向贵州中调EMS发送一次外网等值模型。中调状态估计在成功进行外网模型拼接后，形成“内网等值网”的计算模型，在此模型上进行状态估计计算。状态估计为PAS DTS分析软件提供带外网等值模型的基态潮流断面，各分析软件在此断面基础上进行潮流方式变化模拟、安全分析开断计算、灵敏度分析计算、DTS仿真计算等，实现了所有应用软件对外网等值数据的在线使用。3算例为了说明本文方法的正确性，本节将贵州中调连接南网总调外网等值模型、未连接南网总调外网等值模型的结果进行对比。实际操作的工作是500 kV青河一线转检修开断。表1给出了线路开断后的SCADA值、贵州中调未使用和使用外网等值的潮流计算结果。表2给出了潮流计算结果和SCADA结果的偏差。在此算例中，贵州中调使用在线外网等值后，有功平均误差由63.2 MW下降到5.8 MW，无功偏差平均误差由5.8 Mvar下降到3.7 Mvar。由2.1节在线外网等值模型的部分数据和表1可见，使用外网等值后，能够提高中调在线调度潮流结果的合理性和准确性。特别是当潮流模拟开断在省调的边界附近时，不使用在线外网等值的计算结果误差较大，的确需要使用在线外网等值模型。4结语工程实践经验表明，由南网总调通过分布式模型拼接形成全网的大模型，再由南网总调向中调下发外网等值模型，是一种比较实用的网省在线模型协调方法。基于模型拼接技术，南网总调可以及时准确地掌握整个南方电网220 kV以上主网架的模型、图形、数据、信息。在此基础上，由南网总调为中调在线生成外网等值信息。各中调自动获得外网等值数据，应用到自己的网络分析软件中去，从而提高中调的在线分析精度。根据运行经验，该网省在线模型协调方法具有如下优点：a.能够在总调侧进行全网的监控与计算，同时表1不同模型线路开断后的潮流计算值Tab1 Results of power flow calculation using differentmodels for different transmission line outagesSCADA数据未使用外网等值 使用外网等值P MW Q Mvar P MW Q Mvar P MW Q Mvar青河一线000000青河二线80155528181162福清线11010824780102114青岩站1号变高2832632214青岩站2号变高2932631214施黎甲线688306272967830施黎乙线687306272967830黎桂甲线64017565864321黎桂乙线585175651058827黎平站2B高1219312277121101设备表2不同模型计算后的偏差统计Tab2 Statistics of calculation error for different models未使用外网等值使用外网等值P MWQ MvarP MWQ Mvar青河一线0000青河二线27356107福清线1372886青岩站1号变高22971青岩站2号变高32881施黎甲线611100施黎乙线60190黎桂甲线75934平均误差63.217.55.83.7设备黎桂乙线207310黎平站2B高11608青岩P2EQ，Q2EQ金州黎平河池边界B贵州内网IP1EQ，Q1EQP3EQ，Q3EQ桂林天二贵州SCADA采集范围B1B2B3PV1PV2PV3图3基于外网等值的网络Fig3 Network model based on equivalence technology可以提高中调侧在线静态分析计算的准确性；b.对于调度自动化专业而言，运行维护的工作界面比较简洁，便于长期稳定运行；c.中调的EMS改动较小，如果中调侧使用总调的大模型，则中调侧前置系统、历史数据库、实时数据库等方面需做较大改动，且需一定的硬件投资。本文的实践工作仅是针对在线静态安全分析展开了一些探索。诸如面向动态安全分析的在线模型协调等，仍然是实用化工作中的难点问题，还有待今后长期的研究和探索。参考文献：1 刘取，刘宪林.21世纪电力系统的先进技术J.电力自动化设备，2010，30（7）：1-13.LIU Qu，LIU Xianlin.Advanced technologies of power system inthe 21st centuryJ.Electric Power Automation Equipment，2010，30（7）：1-13.2 马韬韬，李珂，朱少华，等.智能电网信息和通信技术关键问题探讨J.电力自动化设备，2010，30（5）：87-91.MATaotao，LIKe，ZHUShaohua，etal.DiscussionaboutinformationandcommunicationtechnologyofsmartgridJ.Electric Power Automation Equipment，2010，30（5）：87-91.3 冯永青，李鹏，梁寿愚，等.南方电网面向智能调度高级应用软件的设计思想J.南方电网技术，2010，4（1）：29-34.FENGYongqing，LIPeng，LIANGShouyu，etal.Thedesignconcepts of power analysis software for 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online calculation of its EMS.The online equivalent model isgenerated by the regional center，and transferred to the provincial centers.The equivalent model is then usedin the online network analysis of each provincial EMS to enhance its analysis precision.The successfulonline operation for more than 2 years in CSG regional center and Guizhou provincial center proves theproposed scheme practical and effective.Key words：electric network analysis；dispatch center；energy management system；model merging；equivalence technology