一种电力系统运行及安全监控仿真系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统仿真技术领域，更具体地，涉及一种电力系统运行及安全监 控仿真系统。
【背景技术】
[0002] 随着全国电网互联的发展和特高压电网的建设，电力系统中所包含的各种类型控 制器（如高压直流输电、静止无功补偿器、可控串补、发电机励磁及调速控制等）使系统动 态特性日趋复杂；电力系统的商业化运营和电力紧缺使得输电系统在高峰时处于极端运行 方式，系统的稳定裕度下降。面对前所未有的庞大而复杂的电网，继续用传统的SCADA/EMS 系统（调度自动化系统）进行电网的监视、控制和调度管理已不能满足现代电力系统的安 全经济运行的需求。为此，国内外同行已经开始关注PMU/WAMS系统（广域测量系统）的应 用，并开展电力系统在线动态安全评估、预警和决策支持系统等新的安全监控手段的研究。
[0003] 这些新的安全监控手段在进入现场使用之前，其效果和性能应在实验室的仿真系 统中先行验证测试，证明是有效的和可靠的之后，再应用到电力调度中心实际的安全监控 系统中发挥作用，避免因算法或软件不成熟、不可靠而影响实际电网的运行。但目前国内外 实验室所拥有的各种仿真手段和工具，例如，动态模拟、数-模混合式仿真、RTDS实时数字 仿真等，都无法对这些新的安全监控手段进行全面的测试，特别是尚无法在反映实际电网 运行特性的大规模仿真电网中进行测试。中国电力科学研究院自主研发的电力系统全数字 实时仿真装置ADPSS实现了大规模电力系统机电-电磁暂态混合实时仿真，并可通过物理 接口与外部实际的控制保护设备相连接，进行数字模拟混合闭环实时仿真计算。授权发明 专利ZL03126461. 1对仿真装置的组成及实现关键技术进行了描述。但该仿真装置只能实 现对大规模交直流电力系统的部分运行仿真，即电网的运行仿真，不能实现对电力市场、调 度自动化、广域测量等系统的仿真，因而也不能对电力系统在线动态安全评估、预警和决策 支持系统等新的安全监控手段进行全面研究和测试。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种电力系统运行及安全监控仿真系统，实现对大规模交直流电力系 统的运行及安全监控的联合仿真。。
[0005] 为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
[0006] 一种电力系统运行及安全监控仿真系统，包括：
[0007] 电力系统全数字实时仿真子系统，用于实时模拟大规模电力系统的运行，为其 他子系统提供仿真数据；电力市场仿真子系统，用于电力市场交易的仿真与培训；PMU/ WAMS(广域测量）子系统，对仿真电力系统进行实时动态监测和分析；SCADA/EMS(调度自 动化）子系统，对仿真电力系统进行监控分析；故障信息管理子系统，用于故障信息的管理 和综合应用；电力系统动态安全评估和预警子系统，用于对当前电力系统的安全评估与预 警，以及对未来计划运行方式的安全校核；安全稳定控制系统性能测试子系统，用于对继电 保护装置、电力系统稳定器（PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测 试；电力系统故障诊断子系统，对仿真电力系统的故障进行在线诊断和智能安全报警，并给 出故障情况下的调度控制决策建议；电力系统恢复控制子系统，对仿真电力系统的故障进 行状态识别，给出电网恢复控制策略；
[0008] 上述每个子系统都与高速数据网络（数据总线）连接，并通过高速数据网络进行 数据的交互传输，也即每个子系统都从高速数据网络获取所需的数据，又将上述各个子系 统的执行结果传送至高速数据网络；
[0009] 上述每个子系统还与管理网络连接，用于系统监控和管理数据的通信；
[0010] 所述电力系统全数字实时仿真子系统、电力市场仿真子系统、PMU/WAMS子系统、 SCADA/EMS子系统和故障信息管理子系统共同构建电力系统运行仿真系统；
[0011] 所述电力系统动态安全评估和预警子系统、安全稳定控制系统性能测试子系统、 电力系统故障诊断子系统和电力系统恢复控制子系统共同构建电力系统安全监控仿真系 统。
[0012] 进一步地，该系统可进行电力市场环境下电力系统安全运行仿真研究；可进行大 型互联电网安全稳定监控技术的试验研究和软件测试，如超/特高压大电网的动态安全分 析与评估、基于WAMS的电力系统动态调节与控制技术、电力市场条件下的动态安全分析与 评估技术等新技术的试验研究和新开发软件的测试等等；可对电网各种典型运行方式进行 分析和稳定评估，及早发现隐患，保障电网的安全稳定运行；可进行电网事故重演及原因排 查，并结合动态安全评估及预警技术研究应对措施；可对继电保护装置、电力系统稳定器 (PSS)等自动化设备以及安全稳定控制系统和设备进行性能测试；可进行大型互联电网事 故预演和调度员模拟培训，开展联合反事故演习，提高应对突发事故的处理能力。
[0013] 进一步地，该系统的数据来源可以是从调度中心获得的某一特定断面的在线数 据，也可以是离线运行方式数据，可根据研究问题的实际需要选择并可在各套数据之间迅 速切换。
[0014] 进一步地，所述电力系统全数字实时仿真子系统执行如下任务：
[0015] 实时模拟大规模电力系统的运行；
[0016] 将电力系统全数字实时仿真子系统产生的包括线路有功功率、无功功率、电流、母 线注入功率和母线电压等遥测量，以及开关和刀闸的状态、继电保护动作状态和事故总信 号状态等遥信量这些描述电力系统运行状态的信息送到SCADA/EMS子系统中；同时接收 SCADA/EMS子系统的调度命令，所述调度命令包括对开关等设备的遥控命令和对调压变压 器抽头的遥调命令等；
[0017] 将电力系统全数字实时仿真子系统产生的包括线路有功功率、无功功率、母线电 压、发电机功角和母线电压相角等描述电力系统运行状态的信息，送到PMU/WAMS子系统； 同时接收PMU/WAMS子系统对电网的控制措施，所述电网控制措施包括发电机出力调节、切 负荷等辅助决策措施；
[0018] 将开关和刀闸的状态、继电保护动作状态和包括故障点以及故障点两侧母线的故 障电气量信息的故障录波数据送到故障信息管理子系统，此过程中还需要对仿真系统故障 信息电气量进行序分量-相分量转换，有效值-瞬时值转换；
[0019] 将电力系统全数字实时仿真子系统所产生的包括线路有功功率和母线电压等信 息的描述电力系统运行状态的信息，送到安全稳定控制系统性能测试子系统，并接收安全 稳定控制系统性能测试子系统所测试的继电保护装置、PSS(电力系统稳定器）等自动化设 备以及安全稳定控制系统和设备的响应；
[0020] 所述电力系统全数字实时仿真子系统可通过开关计划、故障设置、发电负荷调节、 变压器抽头调节和继保动作等操作，进而模拟事故情况下的运行、动作、自动调控和演变过 程，从而实现事故重演、事故预演的功能。
[0021] 进一步地，所述电力市场仿真系统执行如下任务：
[0022] 进行电力市场交易的仿真；
[0023] 将发电计划送给电力系统动态安全评估和预警子系统；
[0024] 接收电力系统动态安全评估和预警子系统反馈的安全校核结果；
[0025] 如果上述安全校核的结果是不通过，那么所述电力市场仿真子系统需要对发电计 划进行调整，并再次将发电计划送给电力系统动态安全评估和预警子系统，接收电力系统 动态安全评估和预警子系统反馈的安全校核结果，循环往复，直至安全校核通过为止；
[0026] 所述电力市场仿真系统还可进行电力市场交易的培训。
[0027] 进一步地，所述PMU/WAMS子系统执行如下任务：
[0028] 接收电力系统实时仿真子系统发送的描述电力系统运行状态的量，包括线路有功 功率、无功功率、母线电压、发电机功角和母线电压相角等信息；
[0029] 对仿真电力系统进行实时动态监测和分析，包括系统功角监视、电压相角监视、线 路功率实时监视、低频振荡诊断分析和辅助决策等；
[0030] 将包括发电出力、负荷、母线电压等的系统运行信息和包括振荡机组分群信息、机 组对主导振荡模式的参与因子等的低频振荡预警结果信息送给电力系统动态安全评估和 预警子系统，并接收电力系统动态安全评估和预警子系统反馈的小干扰稳定评估结果，进 行后续分析处理；
[0031] 将越限等报警信息送给电力系统故障诊断子系统和电力系统恢复控制子系统。
[0032] 进一步地，所述SCADA/EMS子系统执行如下任务：
[0033] 接收电力系统实时仿真子系统发送的描述电力系统运行状态的遥测量和遥信 量；
[0034] 对仿真电力系统进行监控分析和调度，包括功率监视、电压监视、状态估计、调度 员潮流、开关操作和调压变压器抽头调节等；
[0035] 将正常的调度命令，包括对开关等设备的遥控命令和对调压变压器抽头的遥调命 令等，发送到电力系统全数字实时仿真子系统；
[0036] 将包括发电出力、负荷、母线电压等的系统运行信息送给电力系统动态安全评估 和预警子系统，并展示电力系统动态安全评估和预警子系统反馈的评估结果；
[0037] 将开关变位与报警信息送给电力系统故障诊断子系