一种配电网离线/在线一体化仿真系统和方法与流程

[0001]
本发明属于配电网运行分析技术领域，具体涉及一种配电网离线/在线一体化仿真系统和方法。


背景技术：

[0002]
配电网横跨多个电压层级，电网结构复杂互联，是联结大电网和用户负荷的最复杂环节。配电网紧邻用户侧，建设投资巨大，配电网停电导致的风险激增，其安全可靠经济运行关乎国家安全与国计民生。
[0003]
作为配电技术研究与运行分析的基础手段与重要工具，配电网仿真展现了配电网在不同配置、结构与工况下各节点及支路的电气特征，据此可进行规划设计、运行维护或调度决策，最终有效提高配电网建设投资的合理性与运维方案的可靠性。因此，配电网仿真的完善程度，直接制约了配电网技术的发展，成为目前提高配电网可靠经济运行水平过程中亟需突破的一大瓶颈。
[0004]
随着配电网电力电子化程度的不断提升，大量分布式电源、微电网、电动汽车等新型元件或系统的引入到配电网，其复杂性发生了跨越式增长，传统配电网已从简单拓扑的辐射型网络逐渐演变为包含多种分布式电源、多分段多联络的有源配电网。分布式光伏在有源配电网中的接入容量不断提升，可以节约大量的化石能源，降低配电网传输线路的损耗，还能够延缓配电网扩容的相关投资，但也带来了一系列新的问题，例如电压越限、保护配合以及电压波动，大大提高了仿真分析的难度。目前，在配电网仿真方面，存在的突出问题主要体现在以下三个方面：（1）仿真引擎方面现有配电网仿真引擎主要分为暂态仿真软件，如dig-silent，稳态仿真软件如cyme，均只适用于一种仿真状态，仿真多种状态时为相互独立的仿真场景，各状态仿真之间缺乏关联，无法有效刻画有源配电网离散状态与连续过程耦合交织的动态过程，因此仿真适应性与精度存在不足。
[0005]
（2）仿真模型切换方面。
[0006]
配电网中变压器、线路、电力电子逆变器、机械开关等时间常数差异巨大，在配电网不同运行状态仿真中需要选择不同分辨率的模型，从而实现不同精细程度仿真，达到精度与效率之间的最优。目前，配电网仿真软件系统中的仿真模型大部分为手工选择建模，针对不同运行状态的仿真系统模型构建依赖于仿真建模人员的知识经验或者试凑不同模型的效果来选择，存在较大的不确定。因此，急需一种能够在不同状态配电网仿真过程的模型优选方法以及状态切换前后模型能够跟踪自适应切换的方法，从而解决仿真模型的合理选用问题，最大程度提高仿真精度。
[0007]
（3）多运行状态仿真场景按照研究对象时间尺度的不同，配电网仿真方法主要可分为2类，即稳态仿真和动态仿真。稳态仿真适用于有源配电网潮流计算、无功优化、优化潮流、自愈控制等较长时间尺度
的运行参数变化过程。然而，稳态模型对于元件结构的过度简化，导致稳态仿真不能展现系统在各种稳定状态之间变化的具体过程，进而会降低仿真结果的可信度。
[0008]
为分析有源配电网在较短时间内的状态变化过程，动态仿真被用于逆变型分布式电源电压控制、配电网故障定位与处理等快速动态过程的分析。此外，结合并行计算等快速仿真方法，动态仿真还可以实现有源配电网电压控制和故障保护等过程的实时仿真。动态仿真在精确度和实时性方面均优于稳态仿真，与此同时也会占用大量的计算资源，因此不适用于有源配电网的全过程连续仿真。
[0009]
为兼容不同时间尺度有源配电网典型事件的联合仿真，相关学者已开展了多项研究。汤涌．交直流电力系统多时间尺度全过程仿真和建模研究新进展[j]．电网技术，2009，33(16)：1-8提出了输电网电磁暂态/机电暂态混合仿真以及机电暂态/中长期动态混合仿真等方法，然而有源配电网建模过程中对于电源、线路、负荷等元件的前提假设与输电网存在明显差异，因此该混合仿真方法不适用于有源配电网。蒲天骄，陈乃仕，王晓辉，等．主动配电网多源协同优化调度架构分析及应用设计[j]．电力系统自动化，2016，40(1)：17-23，32将有源配电网运行状态定义为 3 类(故障状态、异常状态、正常状态)，有利于针对不同运行状态对配电网进行优化调度，但未建立运行状态边界条件及转换关系，因而未能将该运行状态划分方法应用于有源配电网典型事件仿真。李媛禧，顾荣伟，林今．基于混合仿真的主动配电网运行态势时序仿真平台[j]．电力自动化设备，2017，37(5)：142-147，154提出了一种事件驱动型的有源配电网运行态势时序仿真方法，能够利用事件驱动技术提高仿真效率，降低仿真计算资源占有率。然而该时序仿真方法仅限于分析准稳态级别的有源配电网事件，未能兼顾有源配电网中故障、保护等典型动态事件。
[0010]
综上所述，当前配电网仿真工具，多为离线工具，不基于实际运行数据，并且未提供与配电网运行系统的相关接口。另外，有源配电网中分布式电源、充电桩、燃料电池等设备的出现，导致仿真模型库中的新型元件模型欠缺；当前主流配电网仿真软件均只涵盖潮流、短路计算及暂态仿真等基本仿真功能，不具备配电网线损计算、可靠性计算、风险分析、故障分析与转供等针对性较强的配电网高级仿真功能；当前配电网仿真在线仿真主要为针对时序数据进行某个时间断面的在线仿真，不能进行多个连续状态的连续仿真。
[0011]
发明专利《一种面向复杂配电网的在线优化仿真系统》（cn 201510486151.7）提供了一种面向复杂配电网的在线优化仿真系统，包括：数据层、封装层和前端。数据层、封装层和前端依次连接，数据层，用于获取配电网在线数据和本地数据，并对配电网在线数据和本地数据进行初始化；封装层，用于将仿真计算功能封装成仿真服务，即一个仿真计算功能对应一个com组件，并自动匹配最优算法求解目标函数最小值化模型；前端用于提供统一的人机交互单元调用封装层的仿真服务。该发明提供的系统能够实现配电网在线数据的抽取、解析和清洗，设计面向服务的优化计算架构方式，并提出基于多种算法自动匹配的优化计算方法。该发明的仿真系统结构图如图2所示。
[0012]
发明专利《一种面向复杂配电网的在线优化仿真系统》提供的一种面向复杂配电网的在线优化仿真系统实现配电网在线数据的抽取、解析和清洗，用于后续的优化计算。该专利存在以下缺点：（1）由于进行在线数据的抽取、解析和清洗，不能针对配电网的时序数据进行连续计算；
（2）优化计算过程中采用固定步长，未采用变步长技术；（3）仅能进行优化计算，不能对配电网的多个运行状态进行连续仿真。


技术实现要素：

[0013]
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种配电网离线/在线一体化仿真系统，包括：客户端，用于向服务器端发送仿真请求，以及获得所述服务器端发送的仿真结果；所述服务器端，用于基于所述仿真请求和从物理电网获取的配电网参数，采用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和对应的配电网多维分辨率模型，基于事件驱动的方式进行离线/在线连续状态的仿真，并将仿真结果发送至所述客户端；其中，所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括多个不同层级的仿真内核算法引擎；所述配电网多维分辨率模型包括多个不同分辨率的配电网仿真模型。
[0014]
优选的，所述服务器端包括复杂有源配电网多运行状态仿真引擎、有源配电网仿真模型库、支撑功能子系统和应用功能子系统；所述支撑功能子系统，用于当仿真请求为支撑功能方面的仿真请求时，调用所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和有源配电网仿真模型库，进行支撑功能方面的离线/在线连续状态的连续仿真，所述支撑功能包括：三相潮流计算、故障分析、状态估计与可靠性计算；所述应用功能子系统，用于当仿真请求为应用功能方面的仿真请求时，调用所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和有源配电网仿真模型库，进行应用功能方面的离线/在线连续状态的仿真，所述应用功能包括：风险扫描和应用重构；所述有源配电网仿真模型库，用于存储配电网多维分辨率模型，还用于基于配电网状态，以仿真累积误差和仿真耗时最小为目标，从配电网多维分辨率模型选择不同分辨率的配电网仿真模型组合发送至所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎；所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎，用于根据支撑功能子系统或应用功能子系统的调用信息，基于事件、配电网状态和有源配电网仿真模型库选择的仿真模型组合，根据所述配电网参数和仿真请求选择不同层级的仿真内核算法引擎进行仿真，得到配电网在下一时刻的状态；其中，不同层级的仿真内核算法引擎包括：单元级引擎、功能级引擎和状态级引擎；其中，所述配电网状态是由配电网参数确定的。
[0015]
优选的，所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括：仿真内核算法引擎模块、引擎控制模块、时序事件推进模块、通信模块、结果分析模块、和交互模块；所述通信模块，用于获取配电网参数并发送至所述时序事件推进模块；所述时序事件推进模块，用于记录有源配电网仿真的时序事件，在所述时序事件的触发时刻牵引所述引擎控制模块切换仿真内核算法引擎；还用于将配电网参数发送至所述引擎控制模块，还用于将仿真内核算法引擎的计算的配电网状态和参数发送至所述结果分析模块；所述引擎控制模块，用于基于配电网状态和/或时序事件选择仿真内核算法引擎；还用于将配电网参数发送至所述仿真内核算法引擎模块，还用于将计算得到的配电网状态和参
数发送至所述时序事件推进模块；所述仿真内核算法引擎模块，用于存储多个层级的仿真内核算法引擎，并基于被选择仿真内核算法引擎、配电网参数和有源配电网仿真模型库选择的仿真模型组合进行仿真计算得到配电网下一时刻的配电网状态和参数，将配电网状态和参数发送至所述引擎控制模块；所述结果分析模块，用于提取所述配电网参数和状态并发送至所述交互模块；所述交互模块，用于将所述仿真配电网参数和状态发送至所述客户端；其中，所述单元级引擎包括：大型微分代数方程组数值积分算法、大型线性稀疏方程组的求解算法、大型非线性方程组的求解方法、微分方程求解方法和矩阵的加减乘除；所述功能级引擎包括：牛顿法潮流计算、交直流混合潮流计算、单向接地短路故障计算方法、短线仿真计算方法、序贯蒙特卡洛可靠性算法和无功优化方法；所述状态级引擎包括：故障状态时序仿真、正常状态时序仿真、风险状态时序仿真、优化状态时序仿真和供电恢复过程仿真。
[0016]
优选的，所述仿真内核算法引擎模块还包括：步长控制单元；所述步长控制单元，用于在仿真计算过程中根据仿真结果的陡度调整仿真步长。
[0017]
优选的，所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括还包括：数据处理模块；所述数据处理模块用于对所述配电网参数进行处理，并将处理后的配电网参数发送至所述时序事件推进模块。
[0018]
优选的，所述有源配电网仿真模型库，包括：模型存储模块、模型选择模块和参数继承模块；所述模型存储模块，用于存储多个不同分辨率且不同类型的配电网多维分辨率模型，所述配电网多维分辨率模型的类型包括：设备模型、负荷模型、节点模型和分布式电源模型，每个类型都包括多个不同的具体模型；每个具体模型都具有多个分辨率，不同分辨率的具体模型包括：细粒度的详细模型、中粒度的开关函数模型以及粗粒度的等效模型；所述模型选择模块，用于基于配电网状态，以仿真累积误差和仿真耗时最小为目标，从配电网多维分辨率模型选择不同分辨率的配电网多维分辨率模型组合配合所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎进行仿真，还用于基于所述时序事件对应配电网的状态转移切换配电网多维分辨率模型；所述参数继承模块，用于当配电网多维分辨率模型发生切换时，初始化切换后的配电网多维分辨率模型的初始化参数，以及将切换前的配电网多维分辨率模型的继承参数的数值赋予切换后的配电网多维分辨率模型的对应参数；其中，所述初始化参数包括：电源点电压、拓扑结构以及各分布式电源输出功率，所述继承参数包括：负荷模型、负荷功率金额逆变器控制策略。
[0019]
优选的，所述以仿真累积误差和仿真耗时最小为目标的计算式如下：
其中，f为模型优选目标；r为配电网仿真所选用的模型组合；为第l个设备模型的分辨率；表示由状态 转换到状态的过程；表示模型组合为r时状态转换到状态的过程的仿真累积误差；表示模型组合为r时状态转换到状态的过程的仿真耗时；表示模型组合为r时状态 转换到状态的过程的第k次迭代计算的计算值，为第k-1次迭代计算的计算值；表示模型组合为r时状态转换到状态的过程的仿真一次计算的结束时间，为仿真一次计算起始时间；u为配电网的节点电压，为u的下限，为u的上限；为仿真耗时的下限，为仿真耗时的上限，为仿真累积误差的下限，为仿真累积误差的上限。
[0020]
优选的，所述客户端包括：图模库一体化系统和数据可视化模块；所述图模库一体化系统，用于基于与配电网设备的对应关系，关联仿真图形和预设数据库中的设备数据；所述数据可视化模块，用于基于所述仿真图形、设备数据以及仿真图形与设备数据间的关联关系将所述仿真结果以可视化的形式展现出来。
[0021]
基于同一发明构思，本申请还提供了一种配电网离线/在线一体化仿真方法，包括：服务器端从客户端获取仿真请求，并从物理电网获取配电网参数；服务器端基于所述配电网参数和仿真请求，采用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和对应的配电网多维分辨率模型，基于事件驱动的方式进行离线/在线连续状态的仿真，并将仿真结果发送至客户端；其中，所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括多个不同层级的仿真内核算法引擎；所述配电网多维分辨率模型包括多个不同分辨率的配电网仿真模型。
[0022]
优选的，所述基于所述配电网参数和仿真请求，采用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和对应的配电网多维分辨率模型进行离线/在线连续状态的仿真，包括：
基于仿真请求选择支撑功能子系统或应用功能子系统；通过所述支撑功能子系统或应用功能子系统，调用有源配电网仿真模型库，基于配电网状态，以仿真累积误差和仿真耗时最小为目标，从配电网多维分辨率模型选择不同分辨率的配电网仿真模型组合；并调用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎基于事件、配电网状态和有源配电网仿真模型库选择的仿真模型组合，根据所述配电网参数和仿真请求进行离线/在线连续状态的仿真，得到配电网在下一时刻的状态；所述支撑功能包括：三相潮流计算、故障分析、状态估计与可靠性计算；所述应用功能包括：风险扫描和应用重构。
[0023]
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：本发明提供的一种配电网离线/在线一体化仿真系统和方法，包括：客户端，用于向服务器端发送仿真请求，以及获得服务器端发送的仿真结果进行展示；服务器端，用于基于仿真请求和从物理电网获取的配电网参数，采用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和对应的配电网多维分辨率模型，基于事件驱动的方式进行离线/在线连续状态的仿真，并将仿真结果发送至客户端；其中，复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括多个不同层级的仿真内核算法引擎；配电网多维分辨率模型包括多个不同分辨率的配电网仿真模型；相比现有技术，本发明具有如下优点：本发明通过仿真引擎的计算能力的灵活切换，能够进行多个连续状态的连续仿真。
附图说明
[0024]
图1为本发明提供的一种配电网离线/在线一体化仿真系统结构示意图；图2为一种面向复杂配电网的在线优化仿真系统结构图；图3为本发明提供的有源配电网多状态仿真引擎结构示意图；图4为本发明提供的仿真内核算法引擎示意图；图5为本发明提供的引擎控制模块示意图；图6为本发明提供的基于有限状态机与时域仿真相结合的时序事件推进仿真机制示意图；图7为本发明提供的配电网多分辨率仿真模型的优选示意图；图8为图7中的粗粒度模型示意图；图9为图7中的中粒度模型示意图；图10为图7中的细粒度模型示意图；图11为本发明提供的基于初始参数与继承参数划分的仿真模型参数切换示意图；图12为本发明提供的配电网运行状态及转换示意图；图13为本发明提供的基于事件驱动的有源配电网多运行状态仿真工作原理示意图；图14为本发明提供的事件驱动的方式示意图；图15为本发明提供的配电网离线/在线一体化仿真系统主要功能模块示意图；图16为本发明提供的在线数字仿真数据流示意图；图17为本发明提供的一种配电网离线/在线一体化仿真方法流程示意图。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
[0026]
实施例1：本发明提供的一种配电网离线/在线一体化仿真系统结构示意图如图1所示，包括：客户端，用于向服务器端发送仿真请求，以及获得服务器端发送的仿真结果进行展示；服务器端，用于基于仿真请求和从物理电网获取的配电网参数，采用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和对应的配电网多维分辨率模型，基于事件驱动的方式进行离线/在线连续状态的仿真，并将仿真结果发送至客户端；其中，复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括多个不同层级的仿真内核算法引擎；配电网多维分辨率模型包括多个不同分辨率的配电网仿真模型。
[0027]
下面对本发明的技术方案进行完整说明。
[0028]
本发明所要解决的技术问题为了克服现有技术中配电网离线在线一体化仿真的局限性，本发明提供一种配电网离线在线一体化仿真方法和系统，支撑配电网运行过程中的在线辅助决策、离线运行断面推演仿真，实现非精确信息、复杂工况等条件下能源系统风险扫描、故障隔离、供电恢复策略的生成与处置方案效果的仿真验证评估。通过对配电网实现全局风险扫描、故障模拟推演和运行方式优化调整，实现对配电网可靠性薄弱点、高损耗点、安全隐患点精准定位和分级，对配电网疲劳老化、质量隐患设备快速梳理，全面把握运维检修重点线路和设备，为配电网技改方案提供指导依据；指导大规模复杂配电网网架向高可靠性、经济化运行方向演化重构，满足客户用电需求；实现有针对性的抢修力量部署，减少供电恢复时间，避免用户供电中断；指导配电网网架向高可靠性、经济化运行方向演化重构，提高配电网运行的经济效益，使得电网设备得到充分的利用。
[0029]
本发明提供的完整技术方案配电网离线/在线一体化仿真方法和系统是基于配电网多运行状态仿真引擎构造仿真计算核心，通过仿真引擎的计算能力的灵活切换，实现暂态、稳态和中长期动态仿真的仿真，同时，设计提出了配电网多维分辨率模型优选与自适应匹配机制，从而能够使得当前仿真所用的模型与不同运行状态仿真引擎相匹配。在仿真功能方面，发明了基于事件驱动的配电网多状态仿真方法与变步长仿真技术，实现了故障、风险、电能质量的动态场景的仿真。
[0030]
1、复杂有源配电网多运行状态仿真引擎构建方法仿真引擎主要由仿真内核算法引擎、引擎控制模块、时序事件推进模块、通信模块、数据处理模块、结果分析模块等组成。如图3所示，仿真内核算法引擎主要包括配电网三相不平衡潮流、故障、风险、供电恢复等算法模块构成，引擎控制模块负责仿真内核引擎的根据不同运行状态进行切换，由于不同运行状态中仿真内核引擎的算法与参数需要适应性调整，在执行过程中需要引擎控制模块进行控制和驱动。时序事件推进模块是牵引仿真引擎按照特定策略朝前持续的运行的进程机驱动模块，通过进程的中断、并行、切换等实现对各类仿真事件的响应。
[0031]
1-1、仿真内核算法引擎复杂有源配电网仿真内核算法引擎主要用于进行求解配电网微分仿真、大规模的线性
方程。本发明提出了一种基于单元级、功能级、状态级等层次化的有源配电网仿真内核算法引擎构建方法，如图4所示。单元级主要由指实现各种仿真计算功能的数值计算方法库构成，包括大型微分代数方程即dae方程组数值积分算法、大型线性稀疏方程组的求解算法、大型非线性方程组的求解方法、微分方程求解方法、矩阵的加减乘除等；功能级主要面向复杂有源配电网各个功能的求解，如牛顿法潮流计算、交直流混合潮流计算、单向接地短路故障计算方法、短线仿真计算方法、序贯蒙特卡洛可靠性算法、无功优化方法等；状态级主要是面向有源配电网的不同运行状态，有源配电网的运行状态可以划分为正常、故障、风险、优化、供电恢复等多种不同状态，针对不同运行状态时序求解由状态级算法内核构成。
[0032]
1-2、引擎控制模块复杂有源配电网仿真引擎控制模块主要用于实现不同运行状态进行仿真内核算法引擎的切换以及配置管理。本发明提出一种基于多种参量辨识的引擎控制模块构建方法，如图5所示。仿真引擎控制模块首先利用初始运行参数对配电网模型进行赋值，利用稳态模型进行一次计算进而使模型进入连续仿真过程。当多状态仿真模型以稳态或动态模型完成一个时间步长的运算后，以该步长内的运算结果更新全部运行参数，同时判断运算过程是否达到预设仿真时长：若已达到预设时长，则终止本次仿真；若未达到预设时长，则再次判断系统运行状态，从而判定下一步长运算中系统的运行状态。
[0033]
本发明中的基于多种参量辨识的引擎控制模块，其主要特征在于针对正常、优化、风险、故障、恢复等5种配电网运行状态设计了不同的特征量及其判别条件作为不同运行状态下仿真引擎切换控制的触发条件：1-2-1）正常状态：当有源配电网运行区域内未出现风险、故障等情况，且系统运行中各节点电压、线路电流以及网损指标处于待优化状态时，视为系统处于正常运行状态。
[0034]
1-2-2）优化状态：配电网运行指标达到优化目标时的运行状态。以网损率为例，当系统通过优化重构等方式使得网损率降至阈值η
opt
以下时，系统转移至优化状态；反之则系统由优化状态转移至正常状态。通常，优化状态阈值η
opt
按正常运行情况下，目标区域平均网损的0.4倍选取。
[0035]
1-2-3）风险状态：系统接近无法保持正常运行的临界状态。当最大电压偏差超过风险阈值u
r
时，系统进入风险状态；反之转移至其他状态。
[0036]
1-2-4）故障状态：当保护装置检测到过流信号或电压偏差超过安全运行极限值时，即判定配电网进入故障状态。设电压故障阈值为u
f
，继电保护整定值为i
f
。1-2-5）恢复状态：当系统发生故障后，故障已被切除，但仍存在失电区域时，系统处于恢复状态；拓扑完整且恢复供电时，系统脱离恢复状态。
[0037]
1-3、时序事件推进模块复杂有源配电网多状态仿真是一个典型的离散状态与连续时间过程的混合仿真问题，针对该问题的求解仿真，本发明专利提出了一种的基于有限状态机与时域仿真相结合的时序时间推进模块，作为复杂有源配电网多状态仿真引擎的牵引模块，为仿真引擎的切换以及持续仿真提供方向。
[0038]
如图6所示，本发明中的时序事件仿真模块所采用的基于有限状态机与时域仿真相结合的时序事件具体结合方式为：有源配电网仿真受时序事件推进模块牵引，沿时间轴持续向前进行时域仿真，在收到每个运行状态（正常状态、优化状态、风险状态、故障状态、
恢复状态）的事件触发时刻t
f
，进行模型以及仿真核心算法引擎切换，并以的数据作为初始化，进行小步长暂态精细化仿真，并持续，之后将仿真引擎调节为大步长仿真或稳态仿真。这样能够实现有源配电网沿时间轴递进的同时实现不同状态之间仿真引擎的离散切换。
[0039]
2、配电网多维分辨率模型优选与自适应匹配机制配电网模型优选与自适应匹配机制主要是解决采用不同状态的仿真引擎计算是如何选择合适的仿真模型，从而实现仿真模型与计算引擎的匹配，针对这种情况，本发明提出了一种配电网多维分辨率模型优选与自适应匹配机制，具体技术实现包括两个步骤：配电网多分辨率仿真模型的优化、仿真模型切换时的参数继承机制。
[0040]
2-1、配电网多分辨率仿真模型的优选方法如图7所示，本发明中构建了包括18类设备模型、17类负荷模型、9类节点模型和12类分布式电源模型组成的有源配电网仿真模型库，针对每个模型，分别构建了其多维分辨率模型，以vsc为例，在模型库中包括细粒度的详细模型、中粒度的开关函数模型以及粗粒度的等效模型，各种模型能够适用不同运行状态的仿真，从而使得仿真误差最小以及仿真速度最快。图8-图10分别为图7中的粗粒度模型、中粒度模型和细粒度模型。
[0041]
本发明中提出的配电网多分辨率仿真模型的优选模型如公式（1）所示：
ꢀꢀ
（1）其中，f为模型优选目标；r为配电网仿真所选用的模型组合；为第l个设备模型的分辨率；表示由状态 转换到状态的过程；表示模型组合为r时状态转换到状态的过程的仿真累积误差；表示模型组合为r时状态转换到状态的过程的仿真耗时；表示模型组合为r时状态 转换到状态的过程的第k次迭代计算的计算值，为第k-1次迭代计算的计算值；表示模型组合为r时状态转换到状态的过程的仿真一次计算的结束时间，为仿真一次计算起始时间；u为配电网的节点电压，为u的下限，为u的上限；为仿真耗时的下
限，为仿真耗时的上限，为仿真累积误差的下限，为仿真累积误差的上限。
[0042]
通过如公式（1）所示的配电网多分辨率仿真模型可以优选出当前状态以及状态转换过程中的模型组合，由于配电网系统级仿真时由多个设备连接构成的，通过这个优选方法，相较于传统单一仿真模型匹配方法，由两个显著的明显的特征：1）优选出来的是系统级组合分辨率模型，确定了各个设备的不同的分辨率，从而最大程度减小了由单个模型构建系统级模型过程的级联误差；2）优选方法中考虑的不同状态迁移过程的中累积误差，相较于传统单一仿真模型仅考虑一个状态的仿真挑选模型，由显著优势：从时间尺度考虑，最大程度避免了状态不断切换带来的累积误差扩散而导致的仿真精度的明显下降。
[0043]
2-2、模型切换与参数集成方法配电网模型跟踪仿真引擎进行切换，除了2-1配电网多分辨率仿真模型的优选外，还必须解决不同仿真模型的参数继承，不合理的模型参数继承容易导致模型切换过程的仿真结果的突变，结果曲线上会产生较多的“毛刺”，从而导致仿真精度的下降。为了解决这个问题，本发明中提出了基于初始参数与继承参数划分的仿真模型参数切换方法，用于协调稳态仿真与动态仿真之间的模型参数平稳过渡。如图11所示，将仿真模型相关参数从初始化参数和继承参数角度进行划分，其中，初始化参数是在每个模型采用阶段的最开始设定的参数，模型切换前后是变化的；继承参数是新旧模型继承的参数，在模型切换前后不变，具体的，将负荷模型、负荷功率即负荷数据、转供预设方案和逆变器控制策略等作为初始化在模型切换后直接加载至新的模型中；将电源点电压、拓扑结构、以及各分布式电源输出功率作为需要继承的参数，保证模型前后各节点电压的误差不出现突变，从而使得仿真结果曲线相对平滑，避免了突变引起的仿真失稳。
[0044]
3、配电网离线/在线一体化仿真系统的多运行状态仿真场景实现配电网离线/在线一体化仿真系统多运行状态仿真场景的实现主要采用基于事件驱动机制以及变步长技术。
[0045]
3-1、基于事件驱动的配电网多状态仿真方法配电网的运行状态不是保持不变的，其5种运行状态分之间的转换关系如图12所示。配电网的运行状态发生改变时，需要切换仿真模型并进行某些初始化。基于有限状态机理论，配电网状态的运行过程可等效为由事件驱动的状态转换过程。本发明基于事件驱动进行配电网多状态仿真方法。通过对典型事件及其对应的特征参数的判定，驱动有源配电网运行状态的保持或转移，进而指导仿真模型随着运行状态的变化而自动切换，实现配电网多状态仿真。基于事件驱动的配电网多运行状态仿真工作原理如图13所示。
[0046]
事件驱动的核心是事件。它是以一系列的事件点为基础，由事件点来触发仿真计算的驱动方式。
[0047]
下面以配电网潮流仿真为例说明由事件点触发仿真的方式。能够改变潮流分布的事件主要包括负荷大小变化、设备参数变化、线路或设备故障等。这些事件有的是仿真开始时就已经给定的，如确定的负荷变化情况、故障情况等；有的是仿真开始时无法完全预知，但仿真过程中可以预见的，如各个可控元件的投切变化情况、在一定条件下随机发生的故障等。对于初始时已经确定的事件点，明确各事件的优先级，将其一一列出并进行排序，作
为潮流计算的触发点；对于在仿真中可以预见到的事件点，可以在预见到该事件时将这一事件插入到后续事件的队伍中，以适时触发潮流计算。这样，在每个事件点处计算更新完毕后，仿真程序应该已经知道下一个事件点的发生时刻。由于在仿真中发生的所有事件都是由仿真程序产生的，即都是由既定的外部输入或内部参数决定的，因此不会遗漏未预见到的事件。因此，除随机事件外，所有事件都是可以准确预见的。而随机事件虽然无法准确预见，但可以完全枚举出其可能发生的时间点，从而杜绝遗漏随机事件的可能性。
[0048]
事件驱动方式在触发计算时，对各个事件进行排序的依据一般是其发生时刻，用发生时刻来对各个事件进行标记，可以方便地对事件进行管理。因此，在事件驱动方式下，需设定一个时间轴，将事件点根据其发生时刻一一插入时间轴上的对应刻度。时间驱动方式如图14所示。
[0049]
如果2 个或多个事件在同一时间点发生，按照一定的优先级对这些事件进行处理。具体而言，当出现一些重要的事件同时出现时，其优先级逻辑由软件系统规定，其它不重要的事件同时出现时，其优先级逻辑采用软件系统的默认设定。
[0050]
3-2、变步长技术在线仿真过程中，针对某一断面的时序数据进行仿真，对仿真对象进行采样计算的频率必须小于仿真对象的波动频率。配电网潮流的波动主要是由负荷变化引起的：在高峰时段和低谷时段，负荷变化较为缓慢；而在峰谷交替的时段中，负荷变化则较为剧烈。在分布式能源大量接入的配电网中，负荷的变化更加剧烈而难以预测。因此，如果采取定步长的仿真方式，必然要求极小的仿真步长，从而极大地降低仿真速度、浪费计算资源。
[0051]
在配电网离线/在线一体化仿真系统中，使用变步长仿真技术。
[0052]
变步长仿真技术是指在仿真进行中，仿真步长随着仿真对象波动情况的变化而改变，自动适应其要求，以缩短仿真时间、提高仿真精度的技术。变步长技术要求在仿真计算中时刻关注仿真对象的变化情况，计算其陡度，并依此调整仿真步长。变步长仿真可以有效解决定步长仿真下仿真精度与仿真速度之间的矛盾，并有效节省计算资源。
[0053]
当配电网运行状态发生某些改变时，需进行仿真模型切换，并执行相应的初始化过程：3-2-1）当配电网从正常状态切换至风险状态或故障状态时，仿真模型需从稳态模型切换至动态模型，切换后的电源点电压以及分布式光伏输出功率的初始值等于切换前最后一个时间断面中稳态模型的计算结果。
[0054]
3-2-2）当配电网从风险状态、故障状态或恢复状态切换至正常状态时，仿真模型需从动态模型切换至稳态模型，切换后的各节点电压以及分布式光伏输出功率的初始值等于模型切换前最后一个步长的计算结果。
[0055]
4、配电网离线/在线一体化仿真方法配电网离线/在线一体化仿真系统针对配电网络，通过配电自动化终端即da终端采集系统各点量测数据作为在线数据源，在仿真系统中形成配电网的数字仿真模型，执行配电网在线潮流、故障、可靠性、风险、状态估计、网络重构，生产辅助决策信息，供能源系统运行评估、故障快速供电恢复提供决策依据。
[0056]
配电网离线/在线一体化仿真系统由服务器端、客户端与数据接口组成。服务器端部署在服务器群上，其包含三部分功能，即基本数据处理、支撑功能与应用功能。其中基本
数据处理由基本数据处理模块实现，支撑功能包括三相潮流模块、故障分析模块、状态估计模块与可靠性计算模块，应用功能包含风险扫描模块、网络重构模块等。客户端可以部署在用户台式机或显示大屏上，包括图模一体化系统、数据可视化模块。配电网在线/离线一体化仿真系统的主要功能模块如图15所示。
[0057]
（1）图模库一体化系统：用于将仿真图形和与之在数据库中对应的信息作为一个整体，使得图形和数据按照一定关系关联在一起，关联数据和仿真图形通过操作仿真图形，把数据库中的数据当作图形的属性来定义和修改，实现数据与图形的绑定。
[0058]
（2）状态估计：当量测数据中出现不良数据时，仿真系统基于量测数据进行状态估计，识别不良数据、剔除不良数据并计算出其正确值，支撑电力系统高级应用。
[0059]
（3）潮流仿真：针对能源系统中运行状态、负荷波动等参数的变化，实现在线、离线一体化潮流仿真，展示系统中各个节点电气量的变化与趋势。
[0060]
（4）可靠性分析：对影响供电可靠性指标的相关因素进行灵敏度分析，获得对供电可靠性指标较敏感的相关特征量。
[0061]
（5）风险扫描：利用电网运行数据，能够实现配电网风险批量扫描和薄弱点分析、风险源统计评级以及风险预警，快速扫描目标区域的运行风险、外部风险、设备本体风险，针对扫描到的风险可以针对性的开展运维策略，提升配电网健壮性。
[0062]
（6）故障分析：能够模拟系统因物理攻击、人为破坏、线路及设备问题而导致的各种短路和断线故障，计算出系统发生故障时的电压、电流水平，评估系统发生故障时的严重程度，并生成故障隔离方案，从而为故障的应急处置提供辅助决策依据。
[0063]
（7）网络重构：通过改变系统中的各位置的开关的开、合状态，实现对系统的拓扑结构的改变，当系统中一点或多点发生故障时，利用网络中的备用线路和开关，生成网络重构恢复供电方案，完成负荷转供，最大程度保证系统负荷供电。
[0064]
采用在线/离线一体化仿真系统可以进行在线和离线仿真，其主要过程如下：4-1、在线仿真在线/离线一体化仿真系统网络连接方式采用双总线方式，在数据读写和外部数据源抽取上采用独立网络，保证数据传输的实时性。通信总线连接仿真客户端与仿真服务器，客户端基于开放的接口使用dcom组件调用服务器提供的仿真服务，仿真协调服务器将待处理任务分发到每一个集群节点上。若网络规模较大，则需调用任务切割服务，将网络自动分区实现并行计算。
[0065]
仿真系统服务器端数据流如图16所示，服务器端提供统一的仿真服务，具体包括以下步骤：4-1-1）通过指定的方式从分布式集群中定义一台协调服务器，该服务器的主要功能是响应客户端访问请求，维持一个待处理任务队列a={a1,a2,a3⋯
}并基于动态轮询法分配仿真任务，具体选取过程按以下步骤：4-1-1a)对所有参与仿真的节点（节点数量为n）进行轮询，获取各节点实时性能与当前任务量，预估当前任务量时间为t
q
(q<n)。
[0066]
4-1-1b)计算所有节点的当前任务预估时间t={t1,t2,t3⋯
}和性能系数
휕
={
휕1,
휕
,
휕3⋯
}，得到待分配任务节点集合re=f
min
(t
×
휕
,m)，这里的f
min
(s,m)表示取集合s的最小的m个数。
[0067]
4-1-1c)根据集合re分配m个任务，更新待处理任务队列。
[0068]
4-1-2）从数据库读取任务队列中的目标网络，进行统一拓扑并共享到每一台仿真服务器上，同时协调服务器对各个服务器的持续监控，并且不断更新，基于每一个仿真服务器的实时性能分析将任务合理分配到集群中。若发现某个任务网络节点数量超过阈值，则跳转至步骤4-1-3），否则跳转步骤4-1-4）。
[0069]
4-1-3）将网络规模复杂、节点较多的仿真任务进行切割，分发到空闲仿真服务器中，同时维持一个协调通信进程，然后通过整合各个节点的中间结果,得到最终结果。
[0070]
4-1-4）仿真计算结束，返回仿真结果。
[0071]
4-2、离线仿真在线/离线一体化仿真系统基于某一时刻断面数据进行仿真分析。在线/离线一体化仿真系统与电网配合开展在线仿真的工作原理为基于在线运行数据进行分析、预测、控制，在线/离线一体化仿真系统独立于电网开展离线仿真的工作原理为基于历史数据和用户输入数据进行分析、预测、仿真。
[0072]
5、接口配电网离线/在线一体化仿真系统具备与数据采集与监视控制系统scada的接口，该接口部署在服务器端，主要包括与配电自动化的“三遥”数据的接收接口。数据接口通过三遥模块实现配电网离线/在线一体化仿真系统与物理电网之间的数据交换，配电网离线/在线一体化仿真系统使用的数据存储在服务器中。根据需要，配电网离线/在线一体化仿真系统可以设置与设备管理系统pms、地理信息系统gis等系统的接口。
[0073]
实施例2：基于同一发明构思，本申请还提供了一种配电网离线/在线一体化仿真方法，如图17所示，包括：步骤1：服务器端从客户端获取仿真请求，并从物理电网获取配电网参数；步骤2：服务器端基于配电网参数和仿真请求，采用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和对应的配电网多维分辨率模型，基于事件驱动的方式进行离线/在线连续状态的仿真，并将仿真结果发送至客户端；其中，复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括多个不同层级的仿真内核算法引擎；配电网多维分辨率模型包括多个不同分辨率的配电网仿真模型。
[0074]
步骤2包括：步骤2-1：基于仿真请求选择支撑功能子系统或应用功能子系统；步骤2-2：通过支撑功能子系统或应用功能子系统，调用有源配电网仿真模型库，基于配电网状态，以仿真累积误差和仿真耗时最小为目标，从配电网多维分辨率模型选择不同分辨率的配电网仿真模型组合；步骤2-3：同时调用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎基于事件、配电网状态和有源配电网仿真模型库选择的仿真模型组合，根据配电网参数和仿真请求进行离线/在线连续状态的仿真，得到配电网在下一时刻的状态；支撑功能包括：三相潮流计算、故障分析、状态估计与可靠性计算；应用功能包括：风险扫描和应用重构。
[0075]
本发明提供的一种配电网离线/在线一体化仿真系统和方法，具有以下优点：
（1）配电网离线/在线一体化仿真系统能够支撑配电网运行过程中的在线辅助决策、离线运行断面推演仿真，实现非精确信息、复杂工况等条件下能源系统风险扫描、故障隔离、供电恢复策略的生成与处置方案效果的仿真验证评估。
[0076]
（2）配电网离线/在线一体化仿真系统能够实现档案数据、运行数据和拓扑数据管理等，确保配电网数据一致性；（3）实现可靠性计算、风险分析、故障转供分析等相关仿真计算功能，为调度人员以及运维人员提供辅助决策，提高配电网运行经济性以及运行可靠性；（4）通过在软件模块对建设改造目标电网进行版本化管理，实现对未来电网的多方案编制；（5）通过多种电气计算和网架分析实现对建设改造方案的评估，对比不同方案的技术指标，确定最优方案，实现辅助决策。
[0077]
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
[0078]
本发明是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0079]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0080]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0081]
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。