一种基于pmu数据的电网动态可观方法
【专利摘要】本发明提供一种基于PMU数据的电网动态可观方法，在实现PMU优化布点的基础上，结合EMS/SCADA（能量管理系统/数据采集与监视控制系统）状态估计后的网络拓扑信息，实现PMU数据的全网动态可观，从而为电网高级应用分析功能提供完整、可靠和实时的信息，最后，结合C/S和B/S架构，将动态监测和分析的结果以二维或三维的形式直观地展示给调度员，辅助决策。本发明结合电网模态分析方法，考虑到了有功和电压相角之间的耦合关系，采用最小支配集算法，实现的PMU布点方法能比较真实准确的反映当前电网稳定的薄弱区域；通过解析状态估计后的EMS/SCADA数据，并与PMU配置数据进行映射关联，形成的混合数据，为后续分析提供了可靠精确的数据源。
【专利说明】—种基于PMU数据的电网动态可观方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统【技术领域】，具体涉及一种基于PMU数据的电网动态可观方法。
【背景技术】
[0002]随着大区互联电网的形成，电网容量和规模不断扩大，系统动态过程复杂性日益增加。近年来，WAMS系统可在同一时间坐标下获取各节点的实时稳态和动态信息，且具有很高的精度、同步性和准确性，为互联电力系统的动态分析和控制提供了新的手段和视角。
[0003]因此，为实现对电网的同步监测、分析电力系统的动态过程、物理过程以及稳定性等；一方面，需要对电力系统电压、电流等电气状态量进行监测，另一方面，要对电力系统机械量和电气量的相互作用进行观测。当前的主要矛盾是:尽管PMU提供了大量的、高精度、高密度的数据，造成大量的数据信息冗余，但现有的高级应用算法还无法正确使用这些数据，有可能得不出正确的结论，不能有效的应用到实时在线系统中。另外，PMU的采样速度很快，要实时应用这些数据，数据传输必须保证可靠。考虑经济因素，目前还不能在所有节点配置PMU，所以，PMU布点是WAMS系统建设的基础工作，其布点的合理与否直接影响到采集到的信息量和对电网的监测程度。
[0004]目前电网调度自动化系统(EMS/SCADA系统)理论和工程应用相对成熟，它主要以电网稳态运行的监测为主，不能够满足动态监测过程的要求，而广域测量系统的数据类型、刷新频率、传送速率和信息处理能力使之能够提供电力系统的动态信息，但EMS系统的信息量较多，这也是目前WAMS的弱点，因此，广域量测系统和SCADA系统之间的数据交换可以使两系统优势互补，如何实现PMU数据的动态可观，从而提高整个电网的监测水平，是亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于PMU数据的电网动态可观方法，在实现PMU优化布点的基础上，需要结合EMS/SCADA (能量管理系统/数据采集与监视控制系统)状态估计后的网络拓扑信息，实现PMU数据的全网动态可观，从而为电网高级应用分析功能提供完整、可靠和实时的信息，最后，结合C/S和B/S架构，将动态监测和分析的结果以二维或三维的形式直观地展示给调度员，辅助决策。
[0006]本发明提供一种基于PMU数据的电网动态可观方法，所述方法包括以下步骤:
[0007]步骤1:根据离线方式数据，获取电网拓扑结构，得到关键节点和关键机组的权重因子，结合最小支配集对PMU进行布点，形成PMU配置文件；
[0008]步骤2:读取E格式数据文件，与PMU配置文件进行映射关联，形成数据映射文件；
[0009]步骤3:根据形成的数据映射文件，循环监听接收解析PMU数据；
[0010]步骤4:根据获取的电网拓扑结构，结合B/S、C/S架构，以二维和三维的形式展示PMU数据和分析结果。[0011]所述步骤I包括以下步骤:
[0012]步骤1-1:读入离线方式数据，形成节点邻接矩阵，构造包含η个节点、b条边的图G = (V，E)，其中V为节点集合，E为支路集合；布尔变量&为:
[0013]
【权利要求】
1.一种基于PMU数据的电网动态可观方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤1:根据离线方式数据，获取电网拓扑结构，得到关键节点和关键机组的权重因子，结合最小支配集对PMU进行布点，形成PMU配置文件； 步骤2:读取E格式数据文件，与PMU配置文件进行映射关联，形成数据映射文件； 步骤3:根据形成的数据映射文件，循环监听接收解析PMU数据； 步骤4:根据获取的电网拓扑结构，结合B/S、C/S架构，以二维和三维的形式展示PMU数据和分析结果。
2.根据权利要求1所述的基于PMU数据的电网动态可观方法，其特征在于:所述步骤I包括以下步骤: 步骤1-1:读入离线方式数据，形成节点邻接矩阵，构造包含η个节点、b条边的图G =(V, E)，其中V为节点集合，E为支路集合；布尔变量^ Jj:
3.根据权利要求2所述的基于PMU数据的电网动态可观方法，其特征在于:所述步骤1-2包括以下步骤: 步骤1-2-1:获取发电机节点，分别计算Q-V雅可比矩阵Jkqv和P- Θ雅可比矩阵Jkp0的特征值λΜ和λΡ?，得到模态方阵，并对各自的左、右特征向量进行单位化处理； 步骤1-2-2:对母线节点，计算第k个节点U k在模态t下的权重系数Wkt，有
4.根据权利要求2所述的基于PMU数据的电网动态可观方法，其特征在于:所述步骤1-3中，经过模态分析后，将母线节点和发电机节点的权重系数由大到小排列，得到基于模态分析的PMU布点策略。
5.根据权利要求2所述的基于PMU数据的电网动态可观方法，其特征在于:所述步骤1-4中，从代数可观和拓扑可观两方面判断所述PMU布点策略是否满足可观性，包括以下步骤: 步骤1-4-1:判断PMU布点策略是否满足代数可观； 对于η个节点，若电力系统中功率、电压之间线性化关系的雅可比矩阵H是满秩的矩阵，即满足Rank(H)=2n-l，则认为PMU布点策略代数可观，否则，认为其代数不可观； 步骤1-4-2:判断PMU布点策略是否满足拓扑可观； 构造子图G' = (Y'，E')，并有V' eV，E' eE;若G'与G的关系满足Ve V'，即Gi包含G的所有节点，则认为PMU布点策略拓扑可观；否则，认为其拓扑不可观； 步骤1-4-3:若PMU布点策略同时满足代数可观和拓扑可观，则认为该PMU布点策略满足可观性。
6.根据权利要求1所述的基于PMU数据的电网动态可观方法，其特征在于:所述步骤2包括以下步骤: 步骤2-1:读入PMU配置信息，提取PMU通道信息；如涉及读入多个PMU配置信息，需执行合并操作，合并次序按照PMU物理设备的物理接入顺序进行； 步骤2-2:读入E格式数据，进行拓扑分析得到电网拓扑结构； 步骤2-3:配置厂站地理位置信息，实现厂站名与经纬度信息的关联； 步骤2-4:根据PMU配置信息，匹配E格式数据文件中的厂站名，根据PMU通道名称，匹配E格式数据文件中设备类型和设备名称，自动生成设备对应的拓扑节点信息； 步骤2-5:重复步骤2-4，从而生成所有PMU物理设备下所有PMU通道和E格式厂站拓扑关系映射的数据映射文件，保存成PMU配置文件。
7.根据权利要求6所述的基于PMU数据的电网动态可观方法，其特征在于:所述步骤2-2中的电网拓扑结构中，厂站通过电气岛名从属于某个岛中；拓扑节点通过电气岛名从属于某个岛，拓扑节点通过拓扑名前缀从属于某个厂站，PMU物理设备通过拓扑名从属于某个拓扑节点；电网拓扑结构从电气岛、厂站、拓扑节点和PMU物理设备来看是无根倒立的多叉树；所述PMU物理设备包括母线、交流线路和发电机。
8.根据权利要求7所述的基于PMU数据的电网动态可观方法，其特征在于:所述步骤2-2中的拓扑分析包括站内拓扑分析和全网拓扑分析，其中，搜索完开关或者母线就完成了站内拓扑分析，采用广度优先搜索法完成全网拓扑分析，具体包括以下步骤:步骤2-2-1:对全网拓扑节点编号，并初始化堆栈和各节点标志位； 步骤2-2-2:从当前节点搜索与其相连的所有节点，压入堆栈，并置已读标志位； 步骤2-2-3:节点出栈，重复步骤2-2-2 ； 步骤2.2.4:若堆栈为空，则拓扑分析结束。
9.根据权利要求6所述的基于PMU数据的电网动态可观方法，其特征在于:所述步骤3包括以下步骤: 步骤3-1:启动数据接收主/备服务，基于心跳机制，循环接收多个PMU子站的动态数据； 步骤3-2:根据生成的PMU配置信息，在实时能量管理系统拓扑结构数据的基础上，注入PMU数据，以数据帧的格式组装，从而得到某时间点的混合数据； 步骤3-3:形成的混合数据，以一帧或多帧的形式，推送到前台，供B/S服务器和C/S服务器调用； 步骤3-4:按时间顺序将接收到的多帧混合数据循环组装后插入数据库表结果中，形成历史数据，供离线分析使用。
10.根据权利要求9所述的基于PMU数据的电网动态可观方法，其特征在于:所述步骤4包括以下步骤: 步骤4-1:接收上传的混合数据，根据混合帧格式对PMU数据进行解析；B/S服务器和C/S服务器分别定时或手动地读取PMU配置信息，绘制地理接线图；` 步骤4-2:将解析后得到的PMU数据与地理接线图进行关联，动态刷新； 所述PMU数据包括母线电压、频率、线路有功功率、线路无功功率、发电机内电势、功角和转速； 步骤4-3:从功角稳定、电压稳定、频率稳定、动态稳定和热稳定四个角度对当前电网状态进行可视化； 其中，当前电网的最大功角差采用极坐标方式以仪表盘的形式对功角稳定进行可视化；采用等高线实现对电压稳定和频率稳定的可视化，基于频谱分析实现动态稳定可视化，采用不同颜色表示线路负荷情况实现热稳定可视化。
【文档编号】G06Q50/06GK103632313SQ201310651766
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】王述仲, 郭健, 施秀萍, 王英涛, 范宁宁, 杜向楠 申请人:国家电网公司, 南京南瑞集团公司