本发明属于电力系统自动电压控制技术领域，特别涉及一种用于AVC控制中基于CIM的新能源模型拼接方法。
背景技术：
自动电压控制(以下简称AVC，Automatic Voltage Control)系统是实现电网安全(提高电压稳定裕度)、经济(降低网络损耗)、优质(提高电压合格率)运行的重要手段。AVC系统架构在电网能量管理系统(EMS)之上，能够利用电网实时运行数据，从电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、变电站以及下级电网调度机构执行。AVC系统以电压安全和优质为约束，以系统运行经济性为目标，连续闭环地进行电压的实时优化控制，实现了无功电压协调控制方案的在线生成、实时下发、闭环自动控制等一整套分析、决策、控制，以及再分析，再决策、再控制的无功电压实时追踪控制问题，能够有效地克服传统的电网无功电压控制手段存在的不足，提高电网安全稳定经济运行的水平。
近年来，受全球气候变暖及能源危机的影响，清洁能源的重要性日益凸显，其中风力发电、太阳能光伏发电等新能源由于其巨大的开发潜力以及相对成熟的开发技术，受到世界各国的广泛关注，并以一种前所未有的速度迅猛发展起来；目前我国对风光发电资源多采取是大规模集中式的开发模式，由于新能源发电固有的间歇性特点，大规模新能源并网发电给电网运行调度带来了极大的挑战。又因为风电、光伏发电等新能源并网区域往往缺乏本地负荷，新能源电站发出的电能需要经过高电压等级，长输电线路，送至远方的负荷中心，而这些输送通道往往缺乏常规水火电厂进行有功、无功的支撑，系统短路容量较小，这都导致新能源电站有功发电的变化会引发较大的电压波动，导致新能源并网区域电网运行不稳定，严重时会导致新能源电站并网区域的场站连锁脱网停运故障。为了解决这个问题，迫切需要将新能源场站接入到电网的自动电压控制AVC系统中，由电网AVC系统根据新能源并网区域运行情况对新能源场站内的风力发电机、光伏逆变器、无功补偿设备等进行自动电压无功控制，充分发挥新能源场站自身的无功电压调节能力，有效抑制新能源场站有功出力波动造成的电压波动，保证新能源场站汇集区域电网的稳定运行和清洁能源稳定接纳。
由于我国大部分新能源场站通过110kV和35kV并网，并且多由电网公司以外的新能源投资商等组织进行投资和建设,因此在电网公司侧的调度控制中心并不了解新能源场站内的风机、光伏逆变器等设备情况以及其连接关系，也就是不具备新能源场站的电气模型，而电网AVC需要完整的场站电气模型才能实现对其的自动控制。因此，在将新能源场站接入到电网AVC系统的工程实践中，如何建立将新能源场站模型是一个难点。如果依赖人工在电网调度控制中心建立新能源场站模型，一方面每座新能源场站中的有大量风机、光伏逆变器，工作量十分巨大；另一方面也无法满足我国目前清洁能源快速发展的要求。因此，需要通过技术手段解决新能源场站在AVC系统中的建模问题。
随着电力行业的发展和电网规模的不断扩大，信息量越来越大，电力系统的分析和计算也越来越复杂，迫切需要建立完整准确的电力系统网络模型来模拟实际电网。各电力系统厂家都有各自的电网建模方式，但是由于开发商或系统版本的不同，创建出的模型、图形或数据库在结构上存在很大的差异，形成一定程度的“信息孤岛”，导致不同系统间的信息共享和实现某种程度上的互操作变得非常困难。为此，自2000年以来，国际电工委员会第57届技术委员会(IEC TC57)在美国电力科学院(EPRI)CCAPI项目的基础上制定了IEC 61970系列标准，使能量管理系统(EMS)的应用软件组件化和开放化，能即插即用和互联互通，降低系统集成成本和保护用户资源。公共信息模型(CIM)是IEC 61970系列标准的核心部分，它是一个抽象模型，覆盖了电力企业运行中通常涉及的所有主要对象。通过提供一种用对象类和属性及他们之间的关系来表示电力系统资源的标准方法，CIM方便了实现不同卖方独立开发的能量管理系统(EMS)应用的集成，多个独立开发的完整的EMS系统之间的集成，以及EMS系统和其他涉及电力系统运行的不同方面的系统。通过定义一种基于CIM的公共语言(即语法和语义)，使得这些应用或系统能够不依赖于信息的内容表示而访问公用数据和交换信息。
在IEC 61970系列标准(以下简称标准)的CIM模型中，对组成电网的设备以及其相互连接关系，主要定义了2类对象来描述：导电设备(ConductingEquipment)以及结点(ConnectiveNode)，下面对其进行简要说明。
1)导电设备(ConductingEquipment)。
导电设备对应电网中具体的物理设备，从导电设备类对象近一步派生出如下的物理设备：输电线路(ACLineSegment),变压器绕组(TransformerWinding)，母线(Busbarsection)。对变压器，为了描述二绕组或三绕组变压器，在标准中定义了变压器类(PowerTransformer)。在具体的模型实例中，1个变压器对象包括2个或3个变压器绕组类对象。
同时，为了描述设备对外的连接，标准中对定义了端子(Terminal)类，并对导电设 备增加了设备端子的属性，描述设备所具有的端子：输电线路具有二个端子，变压器绕组具有一个端子，母线具有一个端子。
在CIM模型实例中，典型的描述一条交流线路模型的方式如下：
其中，<cim:ACLineSegment表示开始描述一条线路，“rdf:ID”是在一个电网模型中唯一标识一个对象的编号，后面的</cim:ACLineSegment>表示交流线路对象描述完成。这2行中间的内容，就是描述交流线路属性的部分。其中属性“Naming.name”表示了线路的名字；连续2行“ConductingEquipment.Terminals”描述了线路首端和末端的2个端子，分别给出了2个端子对应的“rdf:ID”，通过“rdf:ID”可以找到具体的2个端子对象的描述，即后面“</cim:Terminal>…</cim:Terminal>”的部分。
在CIM模型实例中，典型的描述一台变压器模型的方式如下：
其描述了1台变压器(PowerTransformer)包括2个变压器绕组(TransformerWinding)，2个绕组的电压等级(属性“<cim:TransformerWinding.ratedKV>”)分别是110和35kV，并且每个绕组包含1个端子(Terminal)。
在CIM模型实例中，典型的描述一条母线的方式如下：
2)结点(ConnectiveNode)。
为了描述导电设备之间的连接关系，标准中引入了结点(ConnectiveNode)类，并在端子(Terminal)类中引入了其所属的结点属性(Terminal.ConnectivityNode)。多个端子所属的结点属性值可以相同，即表示这些端子连接在一起，也即表明了这些端子所属的设备连接在一起。
例如，上述示例的CIM模型中，一个结点的描述如下：
<cim:ConnectivityNode rdf:ID＝"3377701543477256">
<cim:Naming.name>195</cim:Naming.name>
</cim:ConnectivityNode>
注意到在1)中给出的线路“交流线路#1”、“二绕组变压器#1-110kV绕组”、“110kV母线#1”三个导电设备中，它们均有一个端子所属的结点的“rdf:ID”是相同的“3377701543477256”，这就表明了“交流线路#1”和“二绕组变压器#1-110kV绕组”2个设备连接到母线“110kV母线#1”上。
IEC61970标准提出后得到了广泛的应用，目前电网调度中心的AVC主站系统，以及各个新能源场站中的AVC子站系统均遵循IEC61970标准开发，并均可以提供符合IEC61970标准的电网CIM模型，以及新能源场站内的CIM模型，这为自动建立包含新能源场站在内的完整的AVC控制模型提供了基础。
技术实现要素：
本发明的目的在于为填补已有技术的空白之处，基于IEC61970标准中的CIM电网公共信息模型，提供一种用于AVC控制中基于CIM的新能源模型拼接方法。该方法可以自动生成AVC所需的包括新能源场站在内的详细电网模型；采用该拼接方法可以实现全自动的模型拼接，能适应新能源场站发展变化的要求。
本发明提出的一种用于AVC控制中基于CIM的新能源模型拼接方法，其特征在于，该方法在每个控制周期，首先收集完整的省级电网CIM模型文件和各个新能源场站的CIM模型文件，然后通过人工指定线路、主变以及对应的参数，将新能源场站的CIM模型拼接到省级电网的CIM模型中，形成新的包含新能源场站的完整电网模型，最终实现自动电压控制系统对于新能源场站的控制。该方法具体包括以下步骤：
1)预先设定自动电压控制系统AVC的控制周期为T；
2)当自动电压控制系统AVC的一个控制周期到来时，首先从电网能量管理系统获取完整的省级电网CIM模型，模型内容包括：省级电网调度的500kV和220kV输电线路，以及电厂、变电站内的母线、发电机、变压器和断路器的设备模型，以及所述省级电网CIM模型内各设备模型的拓扑连接关系；将得到的省级电网CIM模型存入数据缓冲区中；
3)从新能源场站i获取场站i的CIM模型Ci，内容包括：1条或多条新能源送出交流输电线路、母线、升压变压器、断路器、场内集电线路以及风力发电机或光伏逆变器的设备模型，以及所述模型Ci内各设备模型的拓扑连接关系；将得到的场站i的CIM模型Ci存入数据缓冲区中；
4)对新能源场站i的CIM模型Ci中的每条新能源送出交流输电线路Lj，执行如下步骤：
4-1)根据预先人工编写的新能源场站并网点信息表，确定交流输电线路Lj的上级变电站Sk中的110kV母线Bk，并在省级电网CIM模型中找到Bk包含的端子Tk，将Tk的属性 中描述的结点记为Nk,并记录Nk在CIM模型中的rdf:ID为Ridk；
4-2)检查新能源送出交流输电线路Lj的电压等级；如果Lj为110kV电压等级，则执行步骤4-3)；如果Lj为35kV电压等级，则执行步骤4-4)；
4-3)当Lj为110kV电压等级时，则：
4-3-1)确定线路Lj悬空的一端的端子为Tj；查找方法是：检查交流输电线路Lj的2个端子，若其中一个端子的属性为空，则确定该端子为Tj，执行步骤4-3-2)；否则，报警并进入步骤4-5)；
4-3-2)将端子Tj的属性的值设置为Ridk；
4-4)当Lj为35kV电压等级时，则：
4-4-1)确定线路Lj悬空的一端的端子为Tj；查找方法是：检查交流输电线路Lj的2个端子，若其中某一个端子的属性为空，则确定该端子为Tj，执行步骤4-4-2)；否则，报警并进入步骤4-5)；
4-4-2)在存储CIM模型的数据缓冲区中，增加一个变压器模型记为Trfmj，该变压器模型包含2个变压器绕组,一个绕组为110kV记为Twj-110,其包含的端子记为Tmj-110；另一个绕组为35Kv记为Twj-35,其包含的端子记为Tmj-35；
4-4-3)在存储CIM模型的数据缓冲区中，增加一个结点模型记为Nj-35，并设置Nj-35在CIM模型中的rdf:ID为Ridj-35；
4-4-4)将端子Tmj-110的属性的值设置为Ridk；将端子Tmj-35的属性的值设置为Ridj-35；将端子Tj的属性的值设置为Ridj-35；
4-5)重新返回步骤4-1)，对新能源场站模型Ci中的下一条新能源送出交流输电线路Lj+1进行处理，直至该新能源场站模型中全部新能源送出交流输电线路处理完成；
5)重新返回步骤3)，对下一个新能源场站模型Ci+1.进行处理，直至全部新能源场站模型处理完成；数据缓冲区中每座新能源场站模型通过线路与省级电网模型中的上级变电站母线相连接，完整电网模型拼接完成；
6)将数据缓冲区中的完成拼接的完整电网模型导入到自动电压控制系统中，由自动电压控制系统计算各个新能源场站的电压控制指令并进行下发；
7)当下一个控制周期到来时，重新返回步骤2)，开始下一个周期的计算。
本发明的特点和有益效果在于：
本发明实现了一种用于AVC控制中基于CIM的新能源模型拼接方法，使用此方法可以把新能源场站拼接到主网模型中，拼接完成后自动生成AVC所需的包括新能源场站在内的详细电网模型，满足AVC控制的需求；从而提高了电网电压稳定性和电压质量，以及新能 源电厂的电压控制问题。
附图说明
图1是本发明的方法流程框图。
具体实施方式
本发明提出的一种用于AVC控制中基于CIM的新能源模型拼接方法，下面将结合附图以及具体实施例进一步详细说明如下。
本发明提出的一种用于AVC控制中基于CIM的新能源模型拼接方法，其特征在于，该方法在每个控制周期，首先收集完整的省级电网CIM模型文件和各个新能源场站的CIM模型文件，然后通过人工指定线路、主变以及对应的参数，将新能源场站的CIM模型拼接到省级电网的CIM模型中，形成新的包含新能源场站的完整电网模型，最终实现自动电压控制系统对于新能源场站的控制。
该方法流程框图如图1所示，具体包括以下步骤：
1)预先设定自动电压控制系统AVC的控制周期为T；一般自动电压控制系统的控制周期为1分钟到5分钟不等，此周期可根据实际情况和需求人工设定；
2)当自动电压控制系统AVC的一个控制周期到来时，首先从电网能量管理系统获取完整的省级电网CIM模型，模型内容包括：省级电网调度的500kV和220kV输电线路，以及电厂、变电站内的母线、发电机、变压器和断路器的设备模型，以及所述省级电网CIM模型内各设备模型的拓扑连接关系；将得到的省级电网CIM模型存入数据缓冲区中；
3)从新能源场站i获取场站i的CIM模型Ci，内容包括：1条或多条新能源送出交流输电线路、母线、升压变压器、断路器、场内集电线路以及风力发电机或光伏逆变器的设备模型，以及所述模型Ci内各设备模型的拓扑连接关系；将得到的场站i的CIM模型Ci存入数据缓冲区中；
4)对新能源场站i的CIM模型Ci中的每条新能源送出交流输电线路Lj，执行如下步骤：
4-1)根据预先人工编写的新能源场站并网点信息表，包含线路的名称及连接的首末端点，确定交流输电线路Lj的上级变电站Sk中的110kV母线Bk，并在省级电网CIM模型中找到Bk包含的端子(Terminal)Tk，将Tk的属性Terminal.ConnectivityNode中描述的结点(ConnectiveNode)记为Nk,并记录Nk在CIM模型中的rdf:ID为Ridk；
4-2)检查新能源送出交流输电线路Lj的电压等级；如果Lj为110kV电压等级，则执行步骤4-3)；如果Lj为35kV电压等级，则执行如步骤4-4)；
4-3)当Lj为110kV电压等级时，则：
4-3-1)确定线路Lj悬空的一端的端子(Terminal)为Tj；查找方法是：检查交流输电线路Lj的2个端子(Terminal)，若其中一个端子(Terminal)的属性Terminal.ConnectivityNode为空，则确定该端子为Tj，执行步骤4-3-2)；否则，报警并进入步骤4-5)；
4-3-2)将端子Tj的属性Terminal.ConnectivityNode的值设置为Ridk；
4-4)当Lj为35kV电压等级时，则：
4-4-1)确定线路Lj悬空的一端的端子(Terminal)为Tj；查找方法是：检查交流输电线路Lj的2个端子(Terminal)，若其中某一个端子(Terminal)的属性Terminal.ConnectivityNode为空，则确定该端子为Tj，执行步骤4-4-2)；否则，报警并进入步骤4-5)；
4-4-2)在存储CIM模型的数据缓冲区中，增加一个变压器(PowerTransformer)模型记为Trfmj，该变压器模型包含2个变压器绕组(TransformerWinding),一个绕组为110kV记为Twj-110,其包含的端子记为Tmj-110；另一个绕组为35Kv,记为Twj-35,其包含的端子记为Tmj-35；
4-4-3)在存储CIM模型的数据缓冲区中，增加一个结点(ConnectivityNode)模型记为Nj-35，并设置Nj-35在CIM模型中的rdf:ID为Ridj-35；
4-4-4)将端子Tmj-110的属性Terminal.ConnectivityNode的值设置为Ridk；将端子Tmj-35的属性Terminal.ConnectivityNode的值设置为Ridj-35；将端子Tj的属性Terminal.ConnectivityNode的值设置为Ridj-35；
4-5)重新返回步骤4-1)，对新能源场站模型Ci中的下一条新能源送出交流输电线路Lj+1进行处理，直至该新能源场站模型中全部新能源送出交流输电线路处理完成。
5)重新返回步骤3)，对下一个新能源场站模型Ci+1.进行处理，直至全部新能源场站模型处理完成；数据缓冲区中已经包括了省级电网模型和全部新能源场站模型，并且每座新能源场站模型已经通过线路与省级电网模型中的上级变电站母线相连接，完整电网模型拼接完成；
6)将数据缓冲区中的完成拼接的完整电网模型导入到自动电压控制系统中，由自动电压控制系统计算各个新能源场站的电压控制指令并进行下发；
7)当下一个控制周期到来时，重新返回步骤2)，开始下一个周期的计算。
实施例：
本发明实施例为两座新能源站连接到主网中，主网包含：1座500kV变电站、一座220kV 变电站，分别为D、E，E为新能源上网的汇集站。两座新能源风电场B、F；
主网CIM模型如下：
新能源B场站CIM模型如下：
新能源F场站CIM模型如下：
执行以下步骤：
1)预先设定自动电压控制系统AVC的控制周期为5分钟；
2)当自动电压控制系统AVC的一个控制周期到来时，首先从电网能量管理系统获取完整的省级电网CIM模型，模型内容包括：省级电网调度的500kV和220kV输电线路，以及电厂、变电站内的母线、发电机、变压器和断路器的设备模型，以及所述设备模型的拓扑连接关系；将获取得到的省级电网CIM模型存入数据缓冲区中。
3)从新能源场站B获取场站B的CIM模型Cb，内容包括：一台发电机、一台主变、一条110kV母线和一条110kV出线Lb的设备模型，以及所述设备模型的拓扑连接关系；将场站B的CIM模型Cb存入数据缓冲区中。
4)对新能源场站B中的新能源送出交流输电线路Lb，执行如下步骤：
4-1)根据预先人工编写的新能源场站并网点信息表，确定交流输电线路Lb的上级变电站E中的110kV母线E1，并在省级电网CIM模型中找到E1包含的端子(Terminal)”25005097002"，将25005097002的属性Terminal.ConnectivityNode中描述的结点(ConnectiveNode)记为N1,并记录N1在CIM模型中的rdf:ID为230000571；
4-2)检查新能源送出交流输电线路Lb的电压等级，Lb为110kV电压等级；
4-3)Lb为110kV电压等级，则：
4-3-1)找到线路Lb悬空的一端的端子(Terminal)为LB_T2。
4-3-2)将端子LB_T2的属性Terminal.ConnectivityNode的值设置为230000571；
5)对新能源场站F中的新能源送出交流输电线路Lf，执行如下步骤：
5-1)根据预先人工编写的新能源场站并网点信息表，确定交流输电线路Lf的上级变电站E中的110kV母线E1，并在省级电网CIM模型中找到E1包含的端子(Terminal)”25005097002"，将25005097002的属性Terminal.ConnectivityNode中描述的结点(ConnectiveNode)记为N1,并记录N1在CIM模型中的rdf:ID为230000571；
5-2)检查新能源送出交流输电线路Lf的电压等级，Lf为35kV电压等级；
5-3)Lf为35kV电压等级，则：
5-3-1)找到线路Lf悬空的一端的端子(Terminal)为LF_T2；
5-3-2)在存储CIM模型的缓冲区中，增加一个变压器(PowerTransformer)模型记为Trfmf，该变压器模型包含2个变压器绕组(TransformerWinding),一个绕组110kV记为Twf-110,其包含的端子记为Tmf-110；另一个绕组为35kV记为Twf-35,其包含的端子记为Tm f-35；
5-3-3)在存储CIM模型的缓冲区中，增加一个结点(ConnectivityNode)模型，记为Nf-35并设置Nf-35在Cim模型中的rdf:ID为Ridf-35；
5-3-4)将端子Tmf-110的属性Terminal.ConnectivityNode的值设置为230000571；
5-3-5)将端子Tmf-35的属性Terminal.ConnectivityNode的值设置为Ridf-35；
5-3-6)将端子LF_T2的属性Terminal.ConnectivityNode的值设置为Ridf-35；
6)将数据缓冲区中的完成拼接的完整电网模型导入到自动电压控制系统中，由自动电压控制系统计算各个新能源场站的电压控制指令并下发。
7)当下一个控制周期到来，重新返回步骤2)，开始下一个周期的计算。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。