专利名称：电网有功和无功综合安全控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电力技术领域的控制系统，具体是一种电网有功和无功综合
安全控制系统。
背景技术：
电力系统的校正控制是电力系统安全监控的重要内容之一，当系统存在线路有功潮流越限时，一般采取调整机组出力(有时也采取切负荷)的方式，来消除线路越限，这种情况就是有功经济安全校正；当系统存在无功潮流越限与母线电压越限时，一般采取调整机组无功出力、并联电容或电抗器的分接头、变压器的抽头的方式，来消除线路越限，这种情况就是无功经济安全校正。这种把完整的再安排问题分解成有功功率再安排和无功功率再安排两个子问题的方法在大多数情况下能够满足电力系统安全校正的要求，但是其存在明显的缺陷为了计算简洁，采用P- 9和Q-V的解耦型必然存在计算精度低的问题；假设条件不合理，支路潮流越陷并不仅仅是有功或无功单方面的影响，应该综合考虑；特别是对于发电机来说，单独调解有功和无功功率可能会超过其热稳定极限，使控制策略难以实行。事实上，之所以采取上述分开校正的方法，还有一个重要的原因是传统有功无功安全校正的潮流越限约束条件无法统一在一起。 经对现有技术的文献检索发现，吴际舜，侯志俭分别在1985年1月和1994年1月的《电力系统自动化》，发表过《电力系统无功安全校正对策》，《带上、下界变量的线性规划法求解有功安全校正问题》两篇文章，对电力系统的有功和无功安全校正进行了相关研究，文章采用线性规划法(LP)求解这一问题，可以避免采用某些非线性规划算法时所出现的收敛性困难，并具具有足够的精度。但是文章对有功无功进行了完全解耦，假设条件过于理想，并且为了得到更高精度的解，还需要进行一次常规的交流潮流计算，增大了计算量和计算时间。现在还没有关于有功和无功综合安全校正方面的文献和专利。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种电网有功和无功综合安全控制系统，通过利用电力网络的支路电流模型进行描述，从而使原本割裂的再安排问题重新统一起来，解决支路潮流越限问题，为电网运行决策提供更加可信的指导。 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括数据接口模块、基础算法模块和综合校正方案计算模块，其中数据接口模块与调度自动化系统相连接以接收电网实施状态，数据接口模块与基础算法模块相连接以输出状态数据文件，基础算法模块将基本计算分析工具以及状态数据文件输出至综合校正方案计算模块，综合校正方案计算模块以发电机输出的有功和无功功率为变量对越限线路的潮流进行调整。 所述的数据接口模块包括文件数据的输入和输出子模块、设备参数与属性设置子模块和潮流越限和调整方案结果查询子模块，其中设备参数与属性设置子模块与文件数据的输入和输出子模块相连接以传输电网数据文件信息和设备属性参数，潮流越限和调整方案结果查询子模块与文件数据的输入和输出子模块相连接并传输数据文件。 所述的文件数据的输入和输出子模块从调度自动化系统的前置机接收电网实施
状态，电网实施状态的报文格式和协议与调度自动化系统所采用的报文格式和协议相同，
并将计算结果输出到状态数据文件中，以备调度人员查询和浏览。 所述的设备参数与属性设置子模块通过人机交互界面允许用户对读入的电网数据文件信息和设备属性参数进行设置和修改，并将修改后的电网数据文件信息和设备属性参数存入状态数据文件中。 所述的潮流越限和调整方案结果查询子模块通过调用状态数据文件中的潮流越
限情况和调整方案，将各种计算分析结果以表单的形式显示，从而进行查询。 所述的基础算法模块包括潮流计算子模块、节点电压-支路电流混合建模子模
块和线性规划计算子模块，其中潮流计算子模块、节点电压_支路电流混合建模子模块和
线性规划计算子模块的输入端并联后与数据结构模块相连接以接收状态数据文件，上述子
模块的输出端并联后与综合校正方案计算模块相连接以输出线路潮流、灵敏度矩阵、基本
计算分析工具以及状态数据文件。 所述的潮流计算子模块采用牛顿法、PQ解耦法或直流潮流法根据状态数据文件，使用支路分裂、节点编号优化、稀疏存储和快速前代回代方法计算得到电力系统的线路潮流。。 所述的节点电压-支路电流混合建模子模块根据状态数据文件中的电力网络方程线性化后生成支路电流针对发电机有功和无功的灵敏度矩阵，从而将有功与无功安全校正问题综合在一起进行考虑。 所述的线性规划计算子模块将状态数据文件中的有功无功安全约束问题表达成
标准的线性规划问题后，采用线性规划算法进行求解并得出状态数据文件。 所述的综合校正方案计算模块根据基础算法模块输出的基本计算分析工具以及
状态数据文件对当前系统进行潮流计算并根据潮流越限判定将线路潮流和灵敏度矩阵返
回基础算法模块进行调整方案的计算。 本发明的工作过程如下文件数据接口子模块将数据文件(由调度自动化系统转发)读入计算所需的数据，并将其存入数据文件，根据用户需要可以调用设备参数与属性设置子模块对读入的系统和设备信息进行修改，并可以将其保存以备调用。综合校正方案计算模块则利用数据文件中的各项数据，分别调用基础算法模块中的各子模块，计算出系统的目前潮流，并根据潮流越限情况计算调整方案，并可将方案存入数据文件，供用户随时调用。 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果将发电机有功与无功安全校正统一在一起，达到电力系统有功与无功潮流进行综合安全校正综合目的，并且减少了原来安全校正的假设条件。以往的有功安全校正假设发电机的无功功率是确定的，无功安全校正假设发电机的有功出力是确定的，以有功-线路潮流和无功_节点电压之间的耦合度为5%计算，本发明将使计算准确度提高5%;并且，因为同时兼顾发电机的有功和无功出力，避免发电机出力超过其安全极限的现象发生，也使最终方案不需要再做调整，更加可行。本发明可以高效地给出安全校正的方案，计算精度满足要求，给出的校正方案对于电网的安全运行有重要的指导作用。
图l本发明与调度自动化系统的接口示意图。
图2本发明的计算流程图。
具体实施例方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 如图1所示，本实施例包括数据接口模块、基础算法模块和综合校正方案计算模 块，其中数据接口模块与调度自动化系统相连接以接收电网实施状态，数据接口模块与基 础算法模块相连接以输出状态数据文件，基础算法模块将基本计算分析工具以及状态数据 文件输出至综合校正方案计算模块，综合校正方案计算模块以发电机输出的有功和无功功 率为变量对越限线路的潮流进行调整。 所述的数据接口模块包括文件数据的输入和输出子模块、设备参数与属性设置
子模块和潮流越限和调整方案结果查询子模块，其中设备参数与属性设置子模块与文件
数据的输入和输出子模块相连接以传输电网数据文件信息和设备属性参数，潮流越限和调
整方案结果查询子模块与文件数据的输入和输出子模块相连接并传输数据文件。 所述的文件数据的输入和输出子模块从调度自动化系统的前置机接收电网实施
状态，电网实施状态的报文格式和协议与调度自动化系统所采用的报文格式和协议相同，
并将计算结果输出到状态数据文件中，以备调度人员查询和浏览。 所述的设备参数与属性设置子模块通过人机交互界面允许用户对读入的电网数 据文件信息和设备属性参数进行设置和修改，并将修改后的电网数据文件信息和设备属性 参数存入状态数据文件中。 所述的潮流越限和调整方案结果查询子模块通过调用状态数据文件中的潮流越
限情况和调整方案，将各种计算分析结果以表单的形式显示，从而进行查询。
所述的基础算法模块包括潮流计算子模块、节点电压_支路电流混合建模子模
块和线性规划计算子模块，其中潮流计算子模块、节点电压_支路电流混合建模子模块和
线性规划计算子模块的输入端并联后与数据结构模块相连接以接收状态数据文件，上述子
模块的输出端并联后与综合校正方案计算模块相连接以输出基本计算分析工具以及状态
数据文件。 所述的潮流计算子模块采用牛顿法、PQ解耦法或直流潮流法根据状态数据文件， 使用支路分裂、节点编号优化、稀疏存储和快速前代回代方法计算得到电力系统的线路潮流。。 所述的节点电压_支路电流混合建模子模块根据状态数据文件中的电力网络方 程线性化后生成支路电流针对发电机有功和无功的灵敏度矩阵表达式，从而将有功与无功 安全校正问题综合在一起进行考虑。 所述的线性规划计算子模块，是将有功无功安全约束问题表达成标准的线性规划 问题后，采用线性规划算法进行求解，线性规划子模块采用卡玛卡方法进行计算；该线性规划的目标函数为采用增量模型的有功发电成本与无功可控元件偏离初始运行状态最少之和最小；等式约束条件为不计网损和负荷变化的情况下，各发电机组出力总增量为0 ;不等式约束包括发电机有功无功上限约束，节电电压约束以及以电流表示的支路潮流约束。其中，通过支路电流的引入，将综合安全问题描述为数学模型，将有功与无功的安全约束条件
统一在了一起。 所述的综合校正方案计算模块，首先调用基础算法模块中的潮流计算子模块，对当前系统进行潮流计算，若没有发生潮流越限，则不进行安全校正方案的计算；若发生潮流越限，则调用基础算法模块中的节点电压_支路电流混合分析子模块形成线路潮流与发电机有功及无功的灵敏度矩阵，再调用线性规划计算子模块进行调整方案的计算，并将计算结果存入数据文件。 本实施例工作过程如下文件数据接口子模块将数据文件(由调度自动化系统转发)读入计算所需的数据，并将其存入数据文件，根据用户需要可以调用设备参数与属性设置子模块对读入的系统和设备信息进行修改，并可以将其保存以备调用。综合校正方案计算模块则利用数据文件中的各项数据，分别调用基础算法模块中的各子模块，计算出系统的目前潮流，并根据潮流越限情况计算调整方案，并可将方案存入数据文件，供用户随时调用。 如图2所示，综合校正方案计算模块利用数据文件中的各项数据，分别调用基础算法模块中的各子模块，计算出系统的目前潮流，并根据潮流越限情况计算调整方案，并可将方案存入数据文件，供用户随时调用。本发明根据线路电流判断系统潮流是否存在越限，判断标准是根据线路铭牌参数标注的线路额定电流，也可以由用户自行定义。调整方案包括发电机组的有功出力调整量和无功出力调整量。 综合校正计算模块启动后，首先根据读取的数据，调用基础计算模块的节点电压-支路电流混合分析模块和潮流计算模块，生成灵敏度矩阵，对于本发明有AI =AnAP+A^AQ，其中An， A12即为系统的灵敏度矩阵。灵敏度矩阵的计算与系统的结构和设备以及线路参数有关。根据潮流计算结果判断系统存在潮流越线的支路时，记录下这些电流越线的支路编号，计算支路的越线百分比，其计算方法为越线百分比=(支路电流实际值_支路电流额定值)/支路电流额定值。将越线百分比最大的支路的潮流约束放入线性规划(LP)问题集。线性规划(LP)问题集包括一个目标函数以及若干等式约束和不等式约束，根据这些约束条件，在可行域范围内搜索目标函数的最优解。根据图2所示的计算流程，计算有功无功综合安全校正方案。通常，对越线最大的支路处理结束后，系统的安全性将有所改善，然后循环以上步骤，直到系统不存在越线支路为止。当系统不存在越线支路或者系统提示LP问题无解时，安全校正结束。 最后调用基础算法模块的潮流计算模块进行一次潮流计算，以确认安全校正的结果，并将安全校正方案写入数据文件。根据对计算精度和计算时间的需要，用户可以选择以何种方式进行潮流计算，包括牛顿法、PQ解耦法和直流潮流法。根据线路的铭牌参数标注判断安全校正的结果。
权利要求
一种电网有功和无功综合安全控制系统，其特征在于，包括数据接口模块、基础算法模块和综合校正方案计算模块，其中数据接口模块与调度自动化系统相连接以接收电网实施状态，数据接口模块与基础算法模块相连接以输出状态数据文件，基础算法模块将基本计算分析工具以及状态数据文件输出至综合校正方案计算模块，综合校正方案计算模块以发电机输出的有功和无功功率为变量对越限线路的潮流进行调整。
2. 根据权利要求1所述的电网有功和无功综合安全控制系统，其特征是，所述的数据 接口模块包括文件数据的输入和输出子模块、设备参数与属性设置子模块和潮流越限和 调整方案结果查询子模块，其中设备参数与属性设置子模块与文件数据的输入和输出子 模块相连接以传输电网数据文件信息和设备属性参数，潮流越限和调整方案结果查询子模 块与文件数据的输入和输出子模块相连接并传输数据文件。
3. 根据权利要求2所述的电网有功和无功综合安全控制系统，其特征是，所述的文件数据的输入和输出子模块从调度自动化系统的前置机接收电网实施状态，电网实施状态的 报文格式和协议与调度自动化系统所采用的报文格式和协议相同，并将计算结果输出到状 态数据文件中。
4. 根据权利要求2所述的电网有功和无功综合安全控制系统，其特征是，所述的设备 参数与属性设置子模块通过人机交互界面允许用户对读入的电网数据文件信息和设备属 性参数进行设置和修改，并将修改后的电网数据文件信息和设备属性参数存入状态数据文 件中。
5. 根据权利要求2所述的电网有功和无功综合安全控制系统，其特征是，所述的潮流越限和调整方案结果查询子模块通过调用状态数据文件中的潮流越限情况和调整方案，将 各种计算分析结果以表单的形式显示。
6. 根据权利要求1所述的电网有功和无功综合安全控制系统，其特征是，所述的基础算法模块包括潮流计算子模块、节点电压支路电流混合建模子模块和线性规划计算子模 块，其中潮流计算子模块、节点电压支路电流混合建模子模块和线性规划计算子模块的输 入端并联后与数据结构模块相连接以接收状态数据文件，上述子模块的输出端并联后与综 合校正方案计算模块相连接以输出线路潮流、灵敏度矩阵、基本计算分析工具以及状态数 据文件。
7 根据权利要求6所述的电网有功和无功综合安全控制系统，其特征是，所述的潮流 计算子模块采用牛顿法、PQ解耦法或直流潮流法根据状态数据文件，使用支路分裂、节点编号优化、稀疏存储和快速前代回代方法计算得到电力系统的线路潮流。
8. 根据权利要求6所述的电网有功和无功综合安全控制系统，其特征是，所述的节点 电压支路电流混合建模子模块根据状态数据文件中的电力网络方程线性化后生成支路电 流针对发电机有功和无功的灵敏度矩阵。
9. 根据权利要求6所述的电网有功和无功综合安全控制系统，其特征是，所述的线性 规划计算子模块将状态数据文件中的有功无功安全约束问题表达成标准的线性规划问题 后，采用线性规划算法进行求解并得出状态数据文件。
10. 根据权利要求1所述的电网有功和无功综合安全控制系统，其特征是，所述的综合 校正方案计算模块根据基础算法模块输出的基本计算分析工具以及状态数据文件对当前 系统进行潮流计算并根据潮流越限判定将线路潮流和灵敏度矩阵返回基础算法模块进行调整方案的计算c
全文摘要
一种电力技术领域的电网有功和无功综合安全控制系统，包括数据接口模块、基础算法模块和综合校正方案计算模块，其中数据接口模块与调度自动化系统相连接以接收电网实施状态，数据接口模块与基础算法模块相连接以输出状态数据文件，基础算法模块将基本计算分析工具以及状态数据文件输出至综合校正方案计算模块，综合校正方案计算模块以发电机输出的有功和无功功率为变量对越限线路的潮流进行调整。本发明通过利用电力网络的支路电流模型进行描述，从而使原本割裂的再安排问题重新统一起来，解决支路潮流越限问题，为电网运行决策提供更加可信的指导。
文档编号H02J3/00GK101728829SQ20091031132
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月11日 优先权日2009年12月11日
发明者张焰, 李宏仲, 林一, 王承民, 祝达康 申请人:上海交通大学;上海市电力公司