一种电力系统用全物理模型仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统分析领域，具体涉及一种电力系统用全物理模型仿真方法。
【背景技术】
[0002]PSS/E是调度运行部门常用的电力系统仿真分析软件。利用PSS/E进行潮流分析的典型模式是基于软件提供的人机界面进行交互操作，首先使用软件提供的元件库手动建立电网设备模型，然后基于元件库列表进行设备操作，执行单步潮流计算。这种应用模式存在着模型维护工作量大和扩展性不足等方面问题，主要表现在:①手动建模工作量大，维护成本高。为了减少建模工作量，通常建立的是不包含开关刀闸的拓扑模型，无法对双母分裂运行、线路单端充电等运行方式进行精细化仿真。②基于人机交互界面的手动单步执行模式无法实现对电网自动的连续仿真分析。当需要对电网进行方式调整、设备N-1开断分析等重复操作时，执行效率低下。
[0003]为降低建模工作量，在仿真分析软件私有格式的相互转换方面已经开展了相关工作，但本质上仍无法避免数据源头的建模工作。实际上，电网调控系统中包含了电网分析所需的所有模型和拓扑信息，可以作为各类分析软件的模型源端。从调控系统导出标准(ΠΜ/Ε模型文件来进行仿真分析软件的自动建模，实现不同系统间的源端维护，模型共享，是非常必要且有效的。
[0004]为提升扩展性，仿真分析软件提供了用户程序接口(UPI)功能来与用户自定义程序进行交互，但UPI方式存在明显的局限性，主要表现在:①对接口的节点规模有限制，通常只允许系统中少量的节点与用户自定义程序进行接口交互?’②UPI嵌入到分析软件的计算流程的某一固定环节中，无法实现外部程序对计算流程的驱动和控制。
[0005]相比于UPI，PSS/E提供了更为灵活的API接口功能，用户自定义程序通过API接口可以对PSS/E计算流程和周期的完全控制，更适用于进行大型应用程序的开发。文献一《基于PSS/E的可用于调度主站验证的仿真系统设计》(中国电力2014年第47卷第1期第66页)提出了基于API接口二次开发和封装建立潮流计算接口层的总体设计方案，但没有具体的应用方法。文献二《基于PSS/E潮流API接口的动态过程仿真系统》(电力系统保护与控制2014年第42卷第15期第136页)基于二次开发和封装建立接口层，实现对PSS/E潮流计算的驱动，并结合调速器模型建立中长期动态过程仿真系统。但未涉及基于全模型的PSS/E自动建模方法，以及PSS/E全模型潮流计算的具体实现。
[0006]网络层次模型库(以下简称层次库)是EMS高级应用软件中的一种实时数据库结构。其特点是建立了电力系统模型的层次和隶属关系，对设备进行分级存储，同时建立了层级记录之间的对应关系，方便的进行查询和定位。层次库中的设备以节点(NODE)为索引进行存储。设备之间的连接关系通过节点来确定。
[0007]网络拓扑分析、分析结果图形展示等传统EMS高级应用软件模块都基于层次库进行设计开发。同时，层次库是一个开放的数据库，用户自定义程序遵循接口访问规则即可实现对层次库的访问，进行功能开发。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本发明提供的一种电力系统用全物理模型仿真方法，该方法实现了PSS/E对包含开关刀闸在内的全物理模型进行精细化仿真计算，并实现模型的免维护，同时使得系统更具扩展性，保证了 PSS/E拓扑分析和潮流计算的正确性；进而提高了电力系统仿真的准确性及有效性，为电力系统的可靠运行及建设提供了可靠且准确的依据。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0010]一种电力系统用全物理模型仿真方法，所述方法包括如下步骤:
[0011]步骤1.获取基于标准(ΠΜ/Ε格式的电网模型文件；
[0012]步骤2.解析所述电网模型文件并写入电网层次库中，得到电网模型；
[0013]步骤3.根据所述电网层次库，建立PSS/E计算所需的潮流数据文件，并建立电力设备在所述电网层次库及PSS/E计算库中的映射关系；
[0014]步骤4.获得计算接口层，并建立仿真控制程序，驱动PSS/E进行连续潮流计算，并通过所述计算接口层将计算结果存入所述电网层次库中，得到PSS/E全物理模型；
[0015]步骤5.所述电网层次库接收并处理外部应用程序对设备的操作指令；
[0016]步骤6.网络拓扑分析模块分析拓扑变化后的所述PSS/E全模型；
[0017]步骤7.修正所述PSS/E计算库中的设备状态；
[0018]步骤8.将接收到的设备操作和实时拓扑分析结果嵌入仿真控制流程中，对所述PSS/E全模型进行潮流计算。
[0019]优选的，所述步骤1包括:
[0020]从EMS中导出基于标准CIM/E格式的电网模型文件；所述电网模型文件中包括电力系统中的全部电力设备的信息、各电力设备之间的连接关系及开关/刀闸模型。
[0021]优选的，所述步骤2包括:
[0022]2-1.调用文件解析器解析所述电网模型文件，得到符合所述电网层次库特征的电网层次结构；
[0023]2-2.将所述电网层次结构导入所述电网层次库中，得到电网模型；所述电网层次库中包括各电力设备的模型属性以及运行状态。
[0024]优选的，所述步骤3包括:
[0025]3-1.建立PSS/E计算所需的潮流数据文件，所述潮流数据文件中的设备以所属节点信息和设备ID作为关键属性；
[0026]3-2.将所述电网层次库中节点记录导出并导入PSS/E数据文件中，得到电力设备在所述电网层次库及PSS/E计算库中的映射关系；其中，所述电网层次库与PSS/E计算库的节点编号对应。
[0027]优选的，所述步骤4包括:
[0028]4-1.按照所述PSS/E数据文件字段顺序，从所述电网层次库中获取对应的所述电力设备的记录，生成PSS/E所需的设备结构，并将所述设备结构导入所述PSS/E数据文件的字段中；其中，所述电力设备的记录包括连接节点编号、设备ID以及设备状态信息；
[0029]4-2.导出所述电力设备，并在所述电网层次库对应的所述电力设备的记录中，保留所述电力设备对应的PSS/E关键属性，所述PSS/E设备关键属性包括连节点编号和设备ID。
[0030]优选的，将所述设备结构导入所述PSS/E数据文件的字段的导入原则包括:
[0031]a.PSS/E将开关/刀闸模型当作零阻抗支路处理；在导入数据文件时将开关刀闸设备与支路放置在同一个字段中，并在ID中添加前缀来与支路进行区分；
[0032]b.PSS/E中的三绕组变压器模型在建模时将绕组的潮流结果等值为三个两绕组变压器来处理，以中性点为标准侧，主变三侧为非标准侧；
[0033]c.发电机缺省当作PV节点进行处理；对于PQ节点，在导入数据文件时将其无功上下限置成与无功值相等。
[0034]优选的，所述步骤5包括:
[0035]5-1.以所述电网层次库为外部应用程序的输入及输出接口进行二次开发，建立仿真计算接口层；
[0036]5-2.外部应用程序通过计算接口层进行设备状态操作，载入操作类型、设备在层次库的下标以及设备的最终状态，通过层次库与PSS/E计算库对应关系快速定位设备并进行设备状态修改；
[0037]5-3.仿真控制进程接收并处理外部应用程序对设备的操作指令，仿真控制进程对所述PSS/E潮流计算库中的所述电力设备进行操作；
[0038]其中，对所述电力设备的操作包括:修改所述PSS/E计算库中的设备数据及同步更新所述电网层次库中对应的设备状态或者计算结果。
[0039]优选的，所述接口层提供的接口函数包括:潮流进程控制类函数、设备状态修改类函数及潮流结果获取类函数；
[0040]所述潮流进程控制类函数包括PSS/E潮流初始化、驱动PSS/E潮流计算及数据文件的装载；
[0041]所述设备状态修改类函数包括开关刀闸状态的调整、发电机和负荷的有功无功调整及变压器档位调节操作，所述设备状态修改类函数接口同时修改所述电网层次库和PSS/E计算库中的设备状态；
[0042]所述潮流结果获取类函数为从所述PSS/E计算库中获取各类设备潮流计算结果并写入所述电网层次库中。
[0043]优选的，所述步骤6包括:
[0044]6-1.记录当前的电气岛数量以及电气岛对应的平衡节点；
[0045]6-2.在所述PSS/E全物理模型中，将开关刀闸作为零阻抗支路，使得所述PSS/E全物理模型中包括非母线节点；
[0046]6-3.根据EMS高级应用中的拓扑分析模块，保存当前所述电网层次库中所有设备的拓扑状态至临时数组中；并将所述电网层次库中的所有电网设备拓扑状态重置为0 ;
[0047]6-4.以一台带电发电机节点为起始点，米用广度优先或者深度优先的搜索方法，通过所述电力设备的节点连接关系进行拓扑路径搜索，对搜索过的设备进行拓扑着色；
[0048]6-5.拓扑搜索结束后，所述电网层次库中的所有设备状态和电气岛信息均被更新；将所述电网层次库的设备状态与临时数组保存的初始状态进行比较，得到发生变化的设备状态；
[0049]6-6.根据设备类型调用相应的设备状态修改接口，并修改所述PSS/E全物理模型中的所述电力设备状态。
[0050]优选的，所述步骤7包括: