面向调度员培训仿真的教案自动生成方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向调度员培训仿真的教案自动生成方法，包括如下步骤：⑴输入电网断面及设备的参数；⑵设定电网运行的约束条件；⑶设置培训教案中的设备投运状态；⑷采用基于互补约束的光滑牛顿法对培训教案中的电网运行方式进行调整，求解出最接近教员设定目标的潮流可行解；⑸按照求解结果对调度员培训仿真系统中的电网设备进行运行参数设定；⑹调用潮流计算模块进行潮流计算，检查潮流计算结果是否满足初始设定条件；⑺如果不满足初始设定条件，则返回步骤⑵重新设定电网运行的约束条件；如果满足初始设定条件，则保存所述培训教案。利用本发明，可以根据电网运行方式的自动整定实现教案制作的智能化、自动化。
【专利说明】面向调度员培训仿真的教案自动生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种培训教案生成方法，尤其涉及一种面向调度员培训仿真的教案自动生成方法，属于电力系统仿真【技术领域】。
【背景技术】
[0002]为了确保电力系统的安全稳定运行，电力企业需要通过加强日常培训、岗位考核、反事故演练等提闻调度员的技术素质和反事故能力，以便提闻对电网的驾驭能力，有效防范灾难性大停电事故的发生。在电力系统的培训教学中，教案是指特定条件(时间、空间、目标)下的电网一次系统仿真运行状态。教员可以利用教案演示电力系统运行中的各种故障事件，使调度员有针对性地进行练习，掌握应对电网突发情况的本领。
[0003]在申请号为201210546395.6的中国发明专利申请中，公开了一种DTS(Dispatcher Training System,调度员培训仿真系统)培训教案的生成方法。该方法包括以下步骤:获取实际的SCADA系统从实际电网中的变电站上所采集到的所有实时信息；根据所述实时信息生成DTS培训教案；其中，所生成的DTS培训教案的信息与实际的SCADA系统保持一致。该DTS培训教案与实际在线的EMS运行状态是一致的，因此所生成的DTS培训教案的真实性得到了极大的保障。
[0004]另外，在申请号为201210545506.1的中国发明专利申请中，公开了一种调度员培训仿真系统培训教案的生成方法。所述方法包括以下步骤:判断实际的电网系统是否发生了事故；若是，则按照设定的条件将SCADA系统中实际发生的事故信息保存到DTS系统中；在所述DTS系统中根据预设规则获取所述事故信息中的事件及断面，并根据所述事件及断面自动生成DTS培训教案。该调度员培训仿真系统培训教案的生成方法克服了由于手工录入教案所带来的工作量大、教案设置繁琐且时间长的问题，更能符合电网调度从经验型向分析型转变的要求。
[0005]当前，调度员培训仿真系统所仿真的对象一电网一次系统日益复杂，相应的培训教案制作工作也变得越来越复杂。在制作教案的过程中，各个断面功率、电网负荷、厂站出力等都需要教员一一设置，给教员带来了很大的工作负担。而且，所制作的教案能否获得符合教员期望的潮流可行解仍然是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供面向调度员培训仿真的教案自动生成方法。利用该方法可以实现培训教案中电网运行方式的自动调整。
[0007]为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案:
[0008]一种面向调度员培训仿真的教案自动生成方法，包括如下步骤:
[0009]⑴输入电网断面及设备的参数；
[0010]⑵设定电网运行的约束条件；
[0011]⑶设置培训教案中的设备投运状态；[0012]⑷采用基于互补约束的光滑牛顿法对培训教案中的电网运行方式进行调整，求解出最接近教员设定目标的潮流可行解；
[0013](5)按照求解结果对调度员培训仿真系统中的电网设备进行运行参数设定；
[0014](6)调用潮流计算模块进行潮流计算，检查潮流计算结果是否满足初始设定条件；
[0015](7)如果不满足初始设定条件，则返回步骤⑵重新设定电网运行的约束条件；如果满足初始设定条件，则保存所述培训教案。
[0016]其中较优地，所述电网运行的约束条件包括:所期望的培训教案中的全网总负荷；培训教案中所关注的联络线断面的功率设定值；培训教案中所关注的厂站的总出力或总负荷。
[0017]其中较优地，所述步骤⑷进一步包括:
[0018]确定目标函数；
[0019]将培训教案中所关注的联络线断面的功率设定值和培训教案中所关注的厂站的有功总出力或总负荷转换为等式约束或不等式约束；
[0020]调用光滑牛顿解耦算法进行求解。
[0021]其中较优地，首先构造有约束的优化模型:以可安全供电总负荷最大为目标函数，以潮流方程约束为约束条件，以有功分量和无功分量为控制变量；然后按照培训教案中的全网总负荷确定目标函数。
[0022]其中较优地，所述调用光滑牛顿解耦算法求解的步骤进一步包括:在初始化之后进行迭代运算，在迭代运算过程中进行迭代终止判断；计算修正牛顿方向和迭代步长；弓丨入修正判断并更新变量。
[0023]本发明所提供的面向调度员培训仿真的教案自动生成方法，采用基于互补约束的光滑牛顿法实现培训教案中电网运行方式的自动调整。利用本发明，可以根据电网运行方式的自动整定实现教案制作的智能化、自动化，极大减少培训前教员的准备工作量，提高调度员培训仿真系统的可用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本发明所提供的培训教案自动生成方法的整体流程示意图；
[0025]图2是本发明中，光滑牛顿解耦算法的计算流程示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步的详细说明。
[0027]如图1所示，本培训教案自动生成方法主要包括如下步骤:输入电网断面及设备的参数；设定电网运行的约束条件；设置培训教案中的设备投运状态；采用基于互补约束的光滑牛顿法对培训教案中的电网运行方式进行调整，求解出最接近教员设定目标的潮流可行解；按照求解结果对调度员培训仿真系统中的电网设备进行运行参数设定；调用潮流计算模块进行潮流计算，检查潮流计算结果，看是否满足初始设定条件；如果不满足初始设定条件，则返回重新设定电网运行的约束条件；如果满足初始设定条件，则对培训教案进行保存，从而生成教员所期望的培训教案。下面展开详细具体的说明。
[0028]首先，教员通过调度员培训仿真系统的状态估计或者由历史教案获得当前电网断面(潮流断面)及设备参数。其中设备参数包括所有设备的限制参数，优选包括:线路参数(线路电阻电抗、线路功率上限)、变压器参数(电阻电抗、档位信息、容量上限)、电容电抗器参数(容抗值或感抗值)、发电机参数(出力上限)、负荷参数(有功和无功的上下限、功率因数)、节点信息(电压上下限)等。
[0029]接着，教员通过人机交互界面，设定电网运行的约束条件(即调度员培训仿真系统的控制参数)。具体包括:所期望的培训教案中的全网总负荷；培训教案中所关注的联络线断面的功率设定值；培训教案中所关注的厂站的总出力或总负荷。
[0030]然后，教员进一步设置培训教案中的设备投运状态。这里的设备投运状态主要包括发电机的投停状态、负荷投停状态、线路投停状态、变压器投停状态和电容电抗器投停状态等。
[0031]在现有技术中，教员所期望的培训教案往往出现潮流不可解的情况，严重影响教案制作的效率。针对这一问题，本发明采用基于互补约束的光滑牛顿法对培训教案中的电网运行方式进行自动调整。这里的电网运行方式自动调整是以全网负荷有功、区域负荷有功、联络线断面功率的仿真值与设定值的差值平方根为目标函数，以潮流方程约束及其它上下限等约束为约束条件，以有功分量(发电机出力、负荷有功需求)和无功分量(发电机无功出力、无功补偿装置补偿容量、变压器变比、负荷的无功需求)为控制变量，构造出有约束的优化数学模型；在上述模型的基础上，自动求解出最接近教员设定目标的潮流可行解。
[0032]在电力系统中，潮流解是多维变量(包括所有节点的发电机出力、负荷、变压器分接头位置、无功电源等所有可控变量)的函数。根据这些变量是否可获得潮流解及解的性质可把变量空间分成三个区域:可行域、紧急域和不可行域。在可行域中，潮流方程存在实数解，其解能满足系统所有不等式约束条件，运用常规的牛顿法经过数次迭代即可收敛获得其潮流可行解。在紧急域中，潮流方程存在实数解，但是存在一个或多个约束条件不满足，把紧急域内任何一点作为初始点进行潮流计算时，潮流计算可能不收敛，但其原因是系统病态问题，可采用求解病态潮流的方法获得其相应潮流解。在不可行域中，潮流方程无实数解，用任何解潮流的方法均无法得到其解。
[0033]对于任意给定的一组机组出力、负荷需求，若处于不可行域中，必须对相应的系统参数进行一定的调整才能得到可行解，否则无法获得有效潮流解。因此，该问题即为如何通过调整相应的控制变量，该控制变量包括:有功分量(发电机出力、负荷有功需求)和无功分量(发电机无功出力、无功补偿装置补偿容量、变压器变比、负荷的无功需求)，使得某一目标函数得到最优的同时，使系统的潮流方程有解，且其解满足各种安全约束，即使得机组出力和负荷需求以及相应的调节变量回到可行域中。该问题是一典型的高维混合整数非线性优化问题。
[0034]为了解决上述问题，在本发明中采用基于互补约束的光滑牛顿法进行求解。具体求解步骤说明如下:
[0035]步骤1:确定目标函数。
[0036]首先构造有约束的优化模型:以可安全供电总负荷最大为目标函数，以潮流方程约束及其它各种约束为约束条件，以有功分量(发电机出力、负荷有功需求)和无功分量(发电机无功出力、无功补偿装置补偿容量、变压器变比、负荷的无功需求)为控制变量。
[0037]在步骤I中，按照教员所期望的培训教案中的全网总负荷(假设为确定目标函数，目标函数按下式(I)得到:
【权利要求】
1.一种面向调度员培训仿真的教案自动生成方法，其特征在于，包括如下步骤: ⑴输入电网断面及设备的参数； ⑵设定电网运行的约束条件； ⑶设置培训教案中的设备投运状态； ⑷采用基于互补约束的光滑牛顿法对培训教案中的电网运行方式进行调整，求解出最接近教员设定目标的潮流可行解； (5)按照求解结果对调度员培训仿真系统中的电网设备进行运行参数设定； (6)调用潮流计算模块进行潮流计算，检查潮流计算结果是否满足初始设定条件； ⑴如果不满足初始设定条件，则返回步骤⑵重新设定电网运行的约束条件；如果满足初始设定条件，则保存所述培训教案。
2.如权利要求1所述的教案自动生成方法，其特征在于所述电网运行的约束条件包括:所期望的培训教案中的全网总负荷；培训教案中所关注的联络线断面的功率设定值；培训教案中所关注的厂站的总出力或总负荷。
3.如权利要求1所述的教案自动生成方法，其特征在于，所述步骤⑷进一步包括: 确定目标函数； 将培训教案中所关注的联络线断面的功率设定值和培训教案中所关注的厂站的有功总出力或总负荷转换为等式约束或不等式约束； 调用光滑牛顿解耦算法进行求解。
4.如权利要求3所述的教案自动生成方法，其特征在于: 首先构造有约束的优化模型:以可安全供电总负荷最大为目标函数，以潮流方程约束为约束条件，以有功分量和无功分量为控制变量；然后按照培训教案中的全网总负荷确定目标函数。
5.如权利要求3所述的教案自动生成方法，其特征在于，所述调用光滑牛顿解耦算法求解的步骤进一步包括:在初始化之后进行迭代运算，在迭代运算过程中进行迭代终止判断；计算修正牛顿方向和迭代步长；引入修正判断并更新变量。
【文档编号】G09B25/02GK103440811SQ201310390955
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月31日 优先权日:2013年8月31日
【发明者】江叶峰, 魏文辉, 周挺, 赵家庆, 高峰, 熊浩, 周书进, 李雪松, 陈捷, 徐田, 杨选怀, 张盛, 范青, 毕明德, 周宇植, 钱科军, 吕洋, 王应宇, 赵云军, 熊骏 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 北京科东电力控制系统有限责任公司, 江苏省电力公司苏州供电公司