一种黑启动方案在线自动生成方法
【专利摘要】本发明涉及电力系统分析控制【技术领域】的一种黑启动方案在线自动生成方法。通过文件传输协议从“国家电网智能电网调度技术支持系统”获取E语言的QS格式文件，采用C#语言对其进行解析；以电网中节点为顶点，以输电线路或变压器为边构建拓朴图；采用最短路径算法或深度优先搜索算法计算电源点到待恢复机组/负荷之间的黑启动恢复路径；调用ATP-EMTP和PSD-BPA7进行仿真计算；引入类库Microsoft.Office.Interop.Word将所述仿真结果以图形、文字、表格形式自动写入Word文档，形成黑启动恢复方案。本发明与现有人工采用PSD-BPA或ATP-EMTP等工具制定黑启动方案费时费力以及自主开发仿真程序适用性不强弊端相比，可以提高制定黑启动方案的效率和可信性。在电力系统故障恢复方面具有重要意义。
【专利说明】一种黑启动方案在线自动生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种黑启动方案在线自动生成方法，尤其涉及一种基于ATP-EMTP和PSD-BPA软件的黑启动方案在线自动生成方法，属于电力系统分析控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]任何坚强的电网都存在薄弱的运行方式和严重的运行状态，在电网出现故障后分散配置、独立运行的自动装置在保护电网的同时也可能给电网的安全运行带来隐患，如大量线路、发电机组和负荷的切除等，可能引发电网的连锁故障，这也是大停电事故的直接诱因之一。随着跨区电网逐渐形成，各区域电网之间的相互联系越来越密切，局部电网故障可能在电网结构、保护及自动装置等因素的共同作用下引起大范围的停电事故。大停电的发生会对经济和社会安全造成巨大的冲击。当大停电发生后，进行局部孤立系统自救或是外部电源支援的黑启动对加快系统恢复、减少事故带来的经济损失和社会冲击具有重要意义。
[0003]为了减少大停电带来的损失，相关科研和电网运行人员进行了大量的研究工作，包括以水轮机组或是燃汽轮机组为黑启动电源的黑启动试验，取得了大量的科研成果。在2005年由“达维”台风引起的大停电恢复程中，由于采用了事先制定的黑启动方案，使得系统供电在较短时间内得以恢复。
[0004]所谓黑启动是指整个系统因故障停运后，系统全部停电，在不依赖别的系统帮助的前提下，通过系统中具有自启动能力的发电机组启动，带动无自启动能力的发电机组，逐渐扩大系统恢复范围，最终实现整个系统的恢复。
[0005]由于黑启动方案制定过程中涉及路径选择、设备恢复时的操作过电压、负荷投入时的频率和电压跌落以及恢复初期不同类型机组并列运行时可能产生的稳定问题等，因此需采用不同的计算方法和仿真软件进行校验计算。当前在电磁暂态领域和电力系统分析领域应用的专业软件主要有ATP-EMTP、PSD-BPA等。
[0006]ATP程序(The Alternative Transients Program)是目前世界上电磁暂态分析程序(EMTP (The Electromagnetic Transients Program))最广泛使用的一个版本，EMTP 程序的基本功能是进行电磁暂态的仿真计算，它可以模拟复杂网络和任意结构的控制系统，数学模型丰富，主要功能包括电磁暂态分析、稳态分析以及电力电子仿真等。其仿真结果在电磁暂态仿真领域具有很高的权威性。该软件可实现黑启动方案的操作过电压和谐振过电压等的仿真校验。
[0007]PSD-BPA软件由中国电力科学研究院系统所开发，该软件包主要由潮流和暂稳程序构成，具有计算规模大、计算速度快、数值稳定性好、功能强等特点，已在我国电力系统规划、调度、生产运行及科研部门得到了广泛应用。该软件可实现对黑启动方案的潮流校验、负荷恢复时的电压频率校验以及多机并列运行后的稳定校验等。
[0008]Dijkstra算法是典型最短路算法，用于计算节点间的最短路径。主要特点是以起始点为中心向外层层扩展，直到扩展到终点为止。Dijkstra算法能得出最短路径的最优解，其算法思想为:设G(V，E)是一个带权有向图，其中V为顶点集，E为边集，把图中顶点集合V分成两组，第一组为已求出最短路径的顶点集合(用S表示，初始时S中只有一个源点，此后每求得一条最短路径就将其加入到集合S中，直到全部顶点都加入到S中)，第二组为未确定最短路径的顶点集合(用U表示)，按最短路径长度的递增次序依次把第二组的顶点加入S中。在加入的过程中，总保持从源点到S中各顶点的最短路径长度不大于从源点到U中任何顶点的最短路径长度。
[0009]现有黑启动方案通过人工采用PSD-BPA、ATP-EMTP等工具制定，由于在恢复路径路径、方案校验的数据组织、仿真文件的生成、仿真结果分析等方面都需要专业技术人员耗费大量的时间和精力来完成。因此亟需开发一种能够适用于不同类型模型的黑启动方案自动生成方法，以解决现有黑启动方案生成方法费时费力以及自主开发仿真程序适用性不强的困境。
[0010]该方法的数据来源于D5000系统(“国家电网智能电网调度技术支持系统”)，该系统是一种广域全景分布式一体化电网调度技术支持系统，具有标准、开放、可靠、安全和适应性强等特点，承载了实时监控与预警、调度计划、安全校核和调度管理四大应用平台，可实现对电网运行实时监控、在线稳定性分析、调度业务管理等功能。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于针对现有黑启动方案通过人工采用PSD-BPA或ATP-EMTP等工具制定费时费力以及自主开发仿真程序适用性不强的技术弊端，提供一种基于ATP-EMTP和PSD-BPA软件的黑启动方案在线自动生成方法，提高黑启动方案制定的效率和结果的可信性。
[0012]一种基于ATP-EMTP和PSD-BPA软件的黑启动方案自动生成方法，该方法包括步骤:
[0013]步骤1:通过文件传输协议(FTP:File Transfer Protocol)从“国家电网智能电网调度技术支持系统”(D5000)获取E语言(电力系统数据标记语言)的QS格式文件，采用C#语言对其进行解析，获取黑启动方案搜索、校验所需的基础数据，如:拓扑数据、节点数据、线路参数、变压器参数、发电机参数、励磁系统参数、PSS参数、调速系统参数以及负荷数据等；
[0014]步骤2:在指定黑启动电源、待恢复机组/负荷以及解析QS文件电网拓朴数据的基础上，以电网中节点为顶点，以输电线路或变压器为边构建拓朴图，建立拓扑图后采用最短路径算法或深度优先搜索算法计算电源点到待恢复机组/负荷之间的黑启动恢复路径:当恢复路径不考虑必须经过或绕过指定的线路、变电站时采用最短路径算法获得恢复路径，当恢复路径考虑必须经过或绕过指定的线路、变电站时深度优先搜索的方法获得恢复路径；
[0015]步骤3:根据步骤2得到的黑启动恢复路径，自动检索QS文件解析结果中的节点数据、节点运行电压、电源参数、变压器参数和线路参数，按照ATP-EMPT文件格式自动形成操作过电压和励磁涌流过电压仿真所需的atp”文件；
[0016]步骤4:根据形成的黑启动恢复路径，自动检索QS文件解析结果中的节点运行电压、节点负荷、节点发电机的注入功率、线路参数、变压器参数，按PSD-BPA格式生成潮流计算所需“.dat ”文件；
[0017]步骤5:根据黑启动路径、dat”文件中节点名称、QS文件和PSD-BPA节点名称对照表自动检索swi”文件中的发电机、调速、励磁参数，按PSD-BPA格式生成新的机电暂态仿真所需swi”文件；
[0018]步骤6:调用ATP-EMTP的runATP程序计算atp”文件,并通过解析pl4”文件获取操作过电压和励磁涌流过电压结果；
[0019]步骤7:调用PSD-BPA的pfnt计算潮流文件“.dat”，通过解析“.pfo”文件获取潮
流结果；
[0020]步骤8:结合潮流计算结果的bse”文件，调用PSD-BPA的swnt对恢复方案的机电暂态文件swi”进行仿真计算，通过解析SWX”文件获取投入厂用辅机/负荷时的频率、电压跌落情况和多机并列后的稳定情况；
[0021]步骤9:对解析后的操作过电压、变压器励磁涌流引起的过电压、投入厂用辅机/负荷时的频率电压跌落、多机并列运行后的稳定性结果进行汇总，采用Visual C#调用微软Microsoft.0ffice.1nterop.Word类库实现对Word的操作，将方案描述、校验结果分析等依格式自动写入Word文档进而形成黑启动方案报告。
[0022]本发明通过解析D5000的E格式QS数据实现了黑启动恢复方案的自动生成，通过Dijkstra算法或深度优先的搜索算法实现了黑启动恢复路径的自动搜索，通过自动生成ATP-EMTP和PSD-BPA仿真文件并自动调用程序进行仿真计算实现了方案的自动校验，通过调用微软类库实现了黑启动恢复方案报告的自动生成。由于ATP-EMTP在电磁暂态分析、PSD-BPA在潮流分析和机电暂态分析领域极具权威性，因此黑启动方案的仿真结果容易得到电网运行、方式人员认同。
[0023]本发明与现有人工采用PSD-BPA或ATP-EMTP等工具制定费时费力以及自主开发仿真程序适用性不强弊端相比，可以提高黑启动方案制定的效率和结果的可信性。
[0024]本发明在电力系统故障恢复方面具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明实现的功能模块结构图。
[0026]图2为本发明提供的仿真所需swi”文件生成框图。
[0027]图3为本发明流程图。
[0028]图4恢复方案搜索界面。
[0029]图5校验结果显示界面。
【具体实施方式】
[0030]本发明提供一种基于ATP-EMTP和PSD-BPA软件的黑启动方案在线自动生成方法，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0031]参见图1，本发明的功能实现主要是在自动生成控制平台下通过对文件获取、QS文件解析、恢复路径索搜、ATP文件生成、DAT文件生成、SWI文件生成、计算结果解析和Word报告生成等功能模块的协调控制实现的。
[0032]其中，“数据文件获取”模块实现从ftp服务器获取D5000系统E语言的QS文件，并完成QS文件节点名称和swi”文件节点名称映射；
[0033]“数据文件解析”模块采用C#对QS文件进行解析可获取电网的拓扑数据、节点数据、线路参数、变压器参数等，通过QS文件和“.swi”文件节点名称对照表可获得“.swi”文件中的发电机参数、励磁系统参数、PSS参数、调速系统参数以及负荷数据等；
[0034]“恢复路径索搜”模块可实现启动电源和待恢恢节点之间的路径搜索，在指定黑启动电源(该电源可以是外网母线或是能够进行自启动的发电机组)、待恢复机组/负荷的基础上，根据解析获取的网络拓扑数据，以线路和变压器为边形成邻接矩阵，根据不同需求采用Dijkstra最短路径算法或是采用深度优先的路径搜索算法计算黑启动电源和待恢复机组/负荷之间的恢复路径，进而得到包含变压器和输电线路的黑启动恢复路径；
[0035]“ATP文件生成”模块实现操作过电压和谐振过电压所需的atp”文件生成功能，根据形成的系统恢复路径，采用C#语言从解析结果中检索恢复路径中的电源参数(外网等值为无穷大电源和电抗的形式)、变压器参数和线路参数，然后按照ATP-EMPT格式形成操作过电压和励磁涌流过电压所需的atp”文件，在考虑变压器励磁涌流时，需将变压器铁芯的磁饱和参数考虑到仿真模型中；
[0036]“DAT文件生成”模块实现潮流计算所需的dat”文件生成功能，根据计算形成的黑启动恢复路径，采用C#语言从解析结果中检索恢复路径中的节点运行电压、节点负荷、节点发电机的注入功率、线路参数、变压器参数等，按PSD-BPA格式将电源点设为平衡节点(BS)节点，其他节点设备PQ节点(B节点)生成潮流计算所需dat”文件；
[0037]“SWI文件生成”模块实现稳定仿真所需的swi”文件生成功能，结合黑启动恢复路径、潮流计算形成的bse”文件、QS文件节点名称和swi”文件节点名称映射表自动检索swi”文件中黑启动恢复路径中所涉及的发电机、调速、励磁参数，按PSD-BPA格式生成机电暂态仿真所需新的swi”文件，swi”文件形成流程如图2所示(图2为本发明提供的仿真所需swi”文件生成框图。)；
[0038]“仿真控制”模块实现atp”、“.dat”以及swi”仿真文件的计算仿真控制，通过Visual C#2010中Process类成员变量的赋值和成员函数的操作调用ATP-EMTP的runATP程序计算atp”文件，调用PSD-BPA软件的pfnt程序计算潮流文件dat”，调用PSD-BPA软件的swnt程序计算稳定文件“.swi” ；
[0039]“结果解析”模块实现计算仿真结果的解析功能，包括ATP-EMTP仿真结果中 P14”文件的解析、潮流计算结果pfo”文件解析、稳定仿真结果swx"文件解析等，获
取恢复方案的操作过电压倍数、节点电压、线路功率、厂用辅机或负荷投入时的电压频率跌落以及多机并列后的稳定情况等；
[0040]“报告生成”模块实现黑启动报告的自动生成，调用微软的Microsoft.0ffice.1nterop.Word类库对Word文档进行操作。在对操作过电压、变压器励磁涌流引起的过电压、厂用辅机/负荷投入时的频率电压跌落、多机并列运行后的稳定计算结果进行解析处理的基础上，将结果以图形、表格、文字的形式自动写入Word文档中形成黑启动方案报告，方案报告生成的流程如图3所示。图3为本发明黑启动方案自动生成的流程图。
[0041]一种基于ATP-EMTP和PSD-BPA软件的黑启动方案自动生成方法，该方法包括步骤:
[0042]步骤1:通过FTP从“国家电网智能电网调度技术支持系统”(D5000)获取E语言(电力系统数据标记语言)的QS格式文件，采用C#语言对其进行解析，获取黑启动方案搜索、校验所需的基础数据，如:拓扑数据、节点数据、线路参数、变压器参数、发电机参数、励磁系统参数、PSS参数、调速系统参数以及负荷数据等；
[0043]步骤2:在指定黑启动电源、待恢复机组/负荷以及解析QS文件电网拓朴数据的基础上，以电网中节点为顶点，以输电线路或变压器为边构建拓朴图，然后采用最短路径算法或深度优先搜索算法计算电源点到待恢复机组/负荷之间的恢复路径，当恢复路径不考虑必须经过或绕过指定的线路、变电站时采用最短路径算法获得恢复路径，当恢复路径考虑必须经过或绕过指定的线路、变电站时深度优先搜索的方法获得恢复路径；
[0044]步骤3:根据步骤2得到的黑启动恢复路径，自动检索QS文件解析结果中的节点数据、节点运行电压、电源参数、变压器参数和线路参数，按照ATP-EMPT文件格式自动形成操作过电压和励磁涌流过电压仿真所需的atp”文件；
[0045]步骤4:根据形成的黑启动恢复路径，自动检索QS文件解析结果中的节点运行电压、节点负荷、节点发电机的注入功率、线路参数、变压器参数等，按PSD-BPA格式生成潮流计算所需“.dat”文件；
[0046]步骤5:结合黑启动路径、dat”文件中节点名称、QS文件和PSD-BPA节点名称对照表自动检索swi”文件中的发电机、调速、励磁参数，按PSD-BPA格式生成新的机电暂态仿真所需swi”文件；
[0047]步骤6:调用ATP-EMTP的runATP程序计算atp”文件,并通过解析pl4”文件获取操作过电压和励磁涌流过电压结果；
[0048]步骤7:调用PSD-BPA的pfnt计算潮流文件“.dat”，通过解析“.pfo”文件获取潮
流结果；
[0049]步骤8:结合潮流计算结果的bse”文件，调用PSD-BPA的swnt对恢复方案的机电暂态文件swi”进行仿真计算，通过解析SWX”文件获取投入厂用辅机/负荷时的频率、电压跌落情况和多机并列后的稳定情况；
[0050]步骤9:对解析后的操作过电压、变压器励磁涌流引起的过电压、投入厂用辅机/负荷时的频率电压跌落、多机并列运行后的稳定性等结果进行汇总，采用Visual C#调用微软Microsoft.0ffice.1nterop.Word类库实现对Word的操作,将方案描述、校验结果分析等依格式自动写入Word文档进而形成黑启动方案报告。
[0051]所述最短路径算法为Dijkstra算法。
[0052]所述基于深度优先的恢复路径搜索算法步骤为:
[0053]步骤1:以电网中节点为顶点，以输电线路或变压器为边构建拓朴图，以拓扑图中的电源点(Vs)位出发点搜索被启动节点(Vt)；
[0054]步骤2:由Vs出发,访问它的任一邻接顶点V1 ；
[0055]步骤3:从V1出发，访问与Vl邻接但还没有访问过的顶点V2 ；
[0056]步骤4:然后再从V2出发，进行类似的访问；
[0057]步骤5:对于实际的恢复方案而言，由于工频过电压、操作过电压等的限制，经过过多输电线路和/或变压器的方案并不具实际意义，因此设定搜索的深度为6层；
[0058]步骤6:如果搜索的深度小于6并且找到被启动节点Vt，则输出找到的所有恢复路径供校验计算。[0059]以阳泉为启动电源恢复廉州为例，如本发明方法一样，有9个步骤如下:
[0060]步骤1:对从FTP获取的电网模型文件QS格式文件进行解析；
[0061]步骤2:设定恢复电源和待恢复厂站，并进行方案搜索，如图4所示；
[0062]步骤3:根据步骤2得到的黑启动恢复路径，按照ATP-EMPT文件格式自动形成操作过电压和励磁涌流过电压仿真所需的atp”文件；
[0063]步骤4:根据形成的黑启动恢复路径，按PSD-BPA格式生成潮流计算所需dat”文件；
[0064]步骤5:结合黑启动路径、dat”文件中节点名称等，按PSD-BPA格式生成新的机电暂态仿真所需swi”文件，步骤3、4、5通过选择图4中“潮流”、“过电压”和“稳定”复选框实现；
[0065]步骤6:调用ATP-EMTP的runATP程序计算atp”文件,并通过解析pl4”文件获取操作过电压和励磁涌流过电压结果；
[0066]步骤7:调用PSD-B PA的pfnt计算潮流文件“.dat”，通过解析“.pfo”文件获取潮
流结果；
[0067]步骤8:结合潮流计算结果的bse”文件，调用PSD-BPA的swnt对恢复方案的机电暂态文件swi”进行仿真计算，通过解析SWX”文件获取投入厂用辅机/负荷时的频率、电压跌落情况和多机并列后的稳定情况，步骤6、7、8通过图4中按钮“方案校验”实现；
[0068]步骤9:对解析后的操作过电压、变压器励磁涌流引起的过电压、投入厂用辅机/负荷时的频率电压跌落、多机并列运行后的稳定性等结果进行汇总，通过图5中的“恢复报告生成”按钮将方案描述、校验结果分析等依格式自动写入Word文档进而形成黑启动方案?艮告。
[0069]整个黑启动恢复方案报告可在50秒钟之内生成，显著提高了黑启动恢复方案制定的效率和结果的可信性。
[0070]本发明通过解析D5000的E格式QS数据实现了方案的在线制定,通过Di jkstra算法实现了方案的自动搜索，通过自动生成ATP-EMTP和PSD-BPA仿真文件并自动调用程序进行仿真计算实现了方案的自动校验。由于ATP-EMTP在电磁暂态分析、PSD-BPA在潮流分析和机电暂态分析领域极具权威性，因此黑启动方案的仿真结果容易得到电网运行、方式人员认同。
[0071]本发明可以提供效率，提高黑启动方案制定的效率和结果的可信性。
[0072]本发明能在线自动生成黑启动方案，在电力系统故障恢复方面具有重要意义。
【权利要求】
1.一种黑启动方案在线自动生成方法，其特征在于，该方法包括步骤: 步骤1:通过文件传输协议从“国家电网智能电网调度技术支持系统”获取E语言的QS格式文件，采用C#语言对其进行解析，获取黑启动方案搜索、校验所需的基础数据，所述基础数据包含拓扑数据、节点数据、线路参数、变压器参数、发电机参数、励磁系统参数、PSS参数、调速系统参数以及负荷数据； 所述E语言即电力系统数据标记语言； 步骤2:在指定黑启动电源、待恢复机组/负荷以及解析QS文件电网拓朴数据的基础上，以电网中节点为顶点，以输电线路或变压器为边构建拓朴图，建立拓扑图后采用最短路径算法或深度优先搜索算法计算电源点到待恢复机组/负荷之间的黑启动恢复路径:当恢复路径不考虑必须经过或绕过指定的线路、变电站时采用最短路径算法获得恢复路径，当恢复路径考虑必须经过或绕过指定的线路、变电站时深度优先搜索的方法获得恢复路径；步骤3:根据步骤2得到的黑启动恢复路径，自动检索QS文件解析结果中的节点数据、节点运行电压、电源参数、变压器参数和线路参数，按照ATP-EMPT文件格式自动形成操作过电压和励磁涌流过电压仿真所需的atp”文件； 步骤4:根据形成的黑启动恢复路径，自动检索QS文件解析结果中的节点运行电压、节点负荷、节点发电机的注入功率、线路参数、变压器参数，按PSD-BPA格式生成潮流计算所需“.dat”文件； 步骤5:根据黑启动路径、dat”文件中节点名称、QS文件和PSD-BPA节点名称对照表自动检索swi”文件中的发电机、调速、励磁参数，按PSD-BPA格式生成新的机电暂态仿真所需“.swi”文件； 步骤6:调用ATP-EMTP的runATP程序计算atp”文件，并通过解析pl4”文件获取操作过电压和励磁涌流过电压结果； 步骤7:调用PSD-BPA的pfnt计算潮流文件dat”，通过解析pfo”文件获取潮流结果; 步骤8:结合潮流计算结果的bse”文件，调用PSD-BPA的swnt对恢复方案的机电暂态文件swi”进行仿真计算，通过解析swx”文件获取投入厂用辅机/负荷时的频率、电压跌落情况和多机并列后的稳定情况； 步骤9:对解析后的操作过电压、变压器励磁涌流引起的过电压、投入厂用辅机/负荷时的频率电压跌落、多机并列运行后的稳定性结果进行汇总，采用Visual C#调用微软Microsoft.0ffice.1nterop.Word类库实现对Word的操作，将方案描述、校验结果分析依格式自动写入Word文档进而形成黑启动方案报告。
2.根据权利要求1所述的一种黑启动方案在线自动生成方法，其特征在于，所述最短路径算法为Dijkstra算法。
3.根据权利要求1所述的一种黑启动方案在线自动生成方法，其特征在于，所述基于深度优先的恢复路径搜索算法步骤为: 步骤1:以电网中节点为顶点，以输电线路或变压器为边构建拓朴图，以拓扑图中的电源点Vs位出发点搜索被启动节点Vt ； 步骤2:由Vs出发，访问它的任一邻接顶点V1 ； 步骤3:从V1出发，访问与Vl邻接但还没有访问过的顶点V2 ；步骤4:然后再从V2出发，进行类似的访问； 步骤5:对于实际的恢复方案而言，由于工频过电压、操作过电压等的限制，经过过多输电线路和/或变压器的方案并不具实际意义，因此设定搜索的深度为6层； 步骤6:如果搜索的深度小于6并且找到被启动节点Vt，则输出找到的所有恢复路径供校验计算。`
【文档编号】G06F17/30GK103778230SQ201410036329
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】梁海平, 顾雪平, 王涛, 刘艳 申请人:华北电力大学（保定）