基于MATLAB平台的BPA潮流数据分离等效转换方法与流程

本发明涉及电力系统网络数据转换领域，特别涉及一种基于MATLAB平台的BPA潮流数据分离等效转换方法。

背景技术：

BPA数据与Matpower数据是两种广泛应用于潮流计算与分析数据格式，然而两种数据格式无法进行交换的问题一致存在，该发明利用南方电网详细的BPA数据，及Matlab中重要的组件包Matpower，可进行快速准确的潮流计算和电力系统分析。基于此，运用Matpower在Matlab平台进行快速潮流计算，针对计算过程中BPA数据和Matpower的不兼容问题，发明了基于BPA-Matpower的数据接口，找到BPA-Matpower数据接口的转换原理，包括BPA与Matpower数据结构的对应关系及BPA-Matpower的数据接口转换流程，实现BPA数据到Matpower的数据转换。

1984年，由中国电力科学院引进并推广应用的BPA程序在中国得到了迅速的发展，已在我国电力系统规划部门、调度运行部门、试验研究部门得到了管饭的应用，成为了我国电力系统分析计算的重要工具之一。包含详细的发电机模型，线路模型和各种励磁模型，具有计算规模大、计算速度快、数值稳定性好的特点。但是由于在高校科研中可识别的是IEEE潮流格式的数据，因此将基于BPA模型的数据转换成IEEE潮流数据具有了必要性。目前，一些文献对BPA模型的电网潮流数据转换过程中的高抗卡进行了研究，但是没有提供一个完整有效的解决方案来对BPA潮流数据转换过程进行说明。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于MATLAB平台的BPA潮流数据分离等效转换方法。目的在于克服现有技术的转换不彻底及有较大转换误差的缺点和不足。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：。

本发明的于MATLAB平台的BPA潮流数据的分离等效与转换方法，包括以下步骤：

步骤1：读取BPA的.DAT文件；

步骤2：获得所需区域的平衡节点、基准功率、区域分区名；

步骤3：根据分区名再次进行提取，分离出所需要的数据，实现高效提取；

步骤4：获取区域内的交流节点和直流节点数据；

步骤5：获取区域内的发电机数据；

步骤6：获取区域内线路变压器数据；

步骤7：高抗线路数据的等效处理和边界线路的处理；

步骤8：IEEE潮流格式数据输出；

步骤9：BPA潮流数据结果和IEEE潮流格式数据结果对比。

进一步，所述步骤1中，读取BPA的.DTA数据时，主要读取了以下数据：

1BPA潮流控制程序；区域控制数据卡A卡、AC卡、AO卡、I卡；节点数据卡B卡、BD卡、BM卡、+卡、X卡；支路数据卡L卡、LD卡、LM卡、T卡、R卡、E卡、RZ卡；数据修改卡P卡、Z卡、DZ卡。

进一步，所述步骤2中，是将需要得到的区域名由Excel文件读入程序，对步骤1得到的数据进行搜索，匹配到对应的区域控制数据卡、平衡节点名以及该区域内的分区名，从BPA潮流控制程序提取到该电力系统的基准功率。

进一步，所述步骤3中，具体是对步骤1得到的数据根据分区名再次进行提取，分离出所需要的数据，得到该区域的节点数据卡B卡、BD卡、BM卡、+卡、X卡，支路数据卡L卡、LD卡、LM卡、T卡、R卡、E卡、RZ卡，再次减少数据的处理量。

进一步，：所述步骤4中，对第三步得到的数据进行解析，得到区域的节点数据卡B卡、BD卡、BM卡、+卡、X卡，按照两种数据结构的含义，将BPA的节点数据卡转换成对应的IEEE潮流数据格式的节点矩阵，并保留节点名称列表buslist，以供后续的匹配和检索。

进一步，所述步骤5中，对于第三步得到的数据，用第四步得到的buslist列表进行匹配，得到发电机节点数据卡BE卡、BQ卡、BV卡、BF卡，按照两种数据结构的含义，将BPA的节点数据卡转换成对应的IEEE潮流数据格式的发电机矩阵数据。

进一步，所述步骤6中，对第三步得到的数据进行解析，得到对称线路数据卡L卡、LD卡和T卡，判断首末节点名称是否属于buslist，若两者都在区域的节点列表里面，则判断为内部线路，若首末节点只有一个在区域节点列表里面，则为边界线路，若首末节点都不在区域节点列表里面，则为外部线路。如此提取出内部线路和边界线路，再按照两种数据结构的含义，将其作对应的转换。

进一步，所述步骤7具体包括以下步骤：

步骤7.1：初始化；

步骤7.2：取出该行数据，并判断该行数据是否是L+卡数据。若是，将其扩展到72个字符，若不是L+卡，则转步骤7.6；

步骤7.3：判断该L+卡数据行的首末节点是否在区域节点数据列表里面，若两者都在，则根据首末节点名匹配到相对应的节点号，然后将L+卡的前后节点的补偿容量折算到该高抗线路相对应电压等级下的容量，在相应节点的Bs列下加上已经折算的容量值，若只有一个节点在区域节点数据列表里，则只折算相对应的补偿节点的容量，再在相对应节点的Bs列下加上折算的容量值，若两者都不在区域节点数据列表里，则转步骤7.4；

步骤7.4：从BPA的PFO文件里面提取出边界线路L卡和L+卡传输的有功功率和无功功率；

步骤7.5：匹配边界线路L卡和L+卡对应的内部节点，将边界线路上传输的功率等效到该节点的有功和无功负荷上。

步骤7.6：结束。

进一步，所述步骤8具体包含以下步骤：

步骤8.1：基准功率输出；

步骤8.2：Case版本输出；

步骤8.3：节点数据输出；

步骤8.4：发电机节点数据输出；

步骤8.5：线路数据输出；

步骤8.6：结束；

其中，线路的数据包括输电线路的输出和变压器等效支路输出；输电线路在输出时，按照IEEE格式要求，需要将其电阻、电抗和对地电纳处理成为标幺值；变压器等效支路在输出时，需要将BPA的.DAT文件中的变压器数据处理成含变压器变比的IEEE的变压器模型，变压器变比为支路首端电压和末端电压之比。

进一步，所述步骤9具体包括以下步骤：

步骤9.1：对BPA的潮流运行结果文件PFO文件进行解析；

步骤9.2：每一行节点数据时候能在区域节点数据列表中匹配到，若否，则转步骤9.7，若是，则继续下面的步骤；

步骤9.3：对数据进行字段处理，以空格作为隔断符，将其分成若干段；

步骤9.4：提取数据行的节点的电压基准值和实际电压值，计算该节点的电压标幺值，再匹配到对应节点的IEEE数据结构行；

步骤9.5：判断该节点时候为PV节点，若否，则转步骤9.6，若是，提取该发电机节点的有功输出功率、无功输出功率，节点电压数据，再匹配到对应发电机节点的IEEE数据结构行；

步骤9.6：提取对应的线路行数据，若线路的首末节点都是区域节点数据列表中，则提取其有功传输功率和无功传输功率，并利用其他数据，计算出反方向上传输的有功和无功功率，再匹配到对应线路的IEEE数据结构行；

步骤9.7：结束。

本发明的有益效果是：采用本发明的方法，转换等效的数据与现有的技术相比更加准确，并且转换时间时间更短，转换效率更快，可以用于电力系统实时数据转换和跟踪。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为基于MATLAB平台的BPA潮流数据的分离等效与转换的方法流程图；

图2为BPA潮流计算结果与IEEE潮流计算结果对比分析程序流程图；

图3为BPA的B节点数据卡数据结构图；

图4为BPA的BD节点数据卡数据结构图；

图5为IEEE潮流数据的节点矩阵数据结构图；

图6为BPA的发电机节点数据卡数据结构图；

图7为IEEE潮流数据的发电机矩阵数据结构图；

图8为BPA的线路数据卡数据结构图；

图9为BPA的两端直流线路数据卡数据结构图；

图10为BPA的变压器数据卡数据结构图；

图11为IEEE潮流数据的支路矩阵数据结构图；

图12为BPA的线路高抗参数数据卡数据结构图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的基于MATLAB平台的BPA潮流数据分离等效转换方法，包括以下步骤：

步骤1：读取BPA的.DAT文件；本步骤中，由于.DAT文件是文本格式的所以在进行读取的时候直接采用了普通文件读取的方式，并且根据BPA的.DAT文件特点直接对数据进行预处理，得到有用数据信息，而忽略注释行信息，为后续的搜索匹配减少数据量，加快转换速度，也更加符合数据转换的需求，读取BPA的.DTA数据时，主要读取了以下数据：1BPA潮流控制程序；区域控制数据卡A卡、AC卡、AO卡、I卡；节点数据卡B卡、BD卡、BM卡、+卡、X卡；支路数据卡L卡、LD卡、LM卡、T卡、R卡、E卡、RZ卡；数据修改卡P卡、Z卡、DZ卡；

步骤2：获得所需区域的平衡节点、基准功率、区域分区名；具体是将需要得到的区域名由Excel文件读入程序，对步骤1得到的数据进行搜索，匹配到对应的区域控制数据卡、平衡节点名以及该区域内的分区名，从BPA潮流控制程序提取到该电力系统的基准功率；

步骤3：根据分区名再次进行提取，分离出所需要的数据，实现高效提取；具体是对步骤1得到的数据根据分区名再次进行提取，分离出所需要的数据，得到该区域的节点数据卡B卡、BD卡、BM卡、+卡、X卡，支路数据卡L卡、LD卡、LM卡、T卡、R卡、E卡、RZ卡，再次减少数据的处理量；

步骤4：获取区域内的交流节点和直流节点数据；具体是对步骤3得到的数据进行解析，得到区域的节点数据卡B卡、BD卡、BM卡、+卡、X卡，按照两种数据结构的含义，将BPA的节点数据卡转换成对应的IEEE潮流数据格式的节点矩阵，并保留节点名称列表buslist，以供后续的匹配和检索。图3、图4和图5分别是BPA的节点数据卡数据结构和IEEE潮流数据的节点矩阵数据结构图。

步骤5：获取区域内的发电机数据；具体是对于步骤3得到的数据，用步骤4得到的buslist列表进行匹配，得到发电机节点数据卡BE卡、BQ卡、BV卡、BF卡，按照两种数据结构的含义，将BPA的节点数据卡转换成对应的IEEE潮流数据格式的发电机矩阵数据。图6和图7分别是BPA的发电机节点数据卡数据结构和IEEE潮流数据的发电机矩阵数据结构图。

步骤6：获取区域内线路变压器数据；具体是对步骤3得到的数据进行解析，得到对称线路数据卡L卡、LD卡和T卡，判断首末节点名称是否属于buslist，若两者都在区域的节点列表里面，则判断为内部线路，若首末节点只有一个在区域节点列表里面，则为边界线路，若首末节点都不在区域节点列表里面，则为外部线路。如此提取出内部线路和边界线路，再按照两种数据结构的含义，将其作对应的转换。图8、图9、图10和图11分别是BPA的线路数据卡数据结构图、BPA的两端直流线路数据卡数据结构图、BPA的变压器数据卡数据结构图和IEEE潮流数据的支路矩阵数据结构图。

步骤7：高抗线路数据的等效处理和边界线路的处理；步骤7具体包括以下步骤：

步骤7.1：初始化；

步骤7.2：取出该行数据，并判断该行数据是否是L+卡数据。若是，将其扩展到72个字符，若不是L+卡，则转步骤7.6；

步骤7.3：判断该L+卡数据行的首末节点是否在区域节点数据列表里面，若两者都在，则根据首末节点名匹配到相对应的节点号，然后将L+卡的前后节点的补偿容量折算到该高抗线路相对应电压等级下的容量，在相应节点的Bs列下加上已经折算的容量值，若只有一个节点在区域节点数据列表里，则只折算相对应的补偿节点的容量，再在相对应节点的Bs列下加上折算的容量值，若两者都不在区域节点数据列表里，则转步骤7.4；

步骤7.4：从BPA的PFO文件里面提取出边界线路L卡和L+卡传输的有功功率和无功功率；

步骤7.5：匹配边界线路L卡和L+卡对应的内部节点，将边界线路上传输的功率等效到该节点的有功和无功负荷上；

步骤7.6：结束。

图12是BPA的线路高抗参数数据卡数据结构图；

步骤8：IEEE潮流格式数据输出；步骤8具体包含以下步骤：

步骤8.1：基准功率输出；

步骤8.2：Case版本输出；

步骤8.3：节点数据输出；

步骤8.4：发电机节点数据输出；

步骤8.5：线路数据输出；

步骤8.6：结束；

其中，线路的数据包括输电线路的输出和变压器等效支路输出；输电线路在输出时，按照IEEE格式要求，需要将其电阻、电抗和对地电纳处理成为标幺值；变压器等效支路在输出时，需要将BPA的.DAT文件中的变压器数据处理成含变压器变比的IEEE的变压器模型，变压器变比为支路首端电压和末端电压之比。

步骤9：BPA潮流数据结果和IEEE潮流格式数据结果对比；如图2所示，步骤9具体包括以下步骤：

步骤9.1：对BPA的潮流运行结果文件PFO文件进行解析；

步骤9.2：每一行节点数据时候能在区域节点数据列表中匹配到，若否，则转步骤9.7，若是，则继续下面的步骤；

步骤9.3：对数据进行字段处理，以空格作为隔断符，将其分成若干段；

步骤9.4：提取数据行的节点的电压基准值和实际电压值，计算该节点的电压标幺值，再匹配到对应节点的IEEE数据结构行；

步骤9.5：判断该节点时候为PV节点，若否，则转步骤9.6，若是，提取该发电机节点的有功输出功率、无功输出功率，节点电压数据，再匹配到对应发电机节点的IEEE数据结构行；

步骤9.6：提取对应的线路行数据，若线路的首末节点都是区域节点数据列表中，则提取其有功传输功率和无功传输功率，并利用其他数据，计算出反方向上传输的有功和无功功率，再匹配到对应线路的IEEE数据结构行；

步骤9.7：结束。

本发明将有字母名表示的按地理分区的各类节点，线路，发电机，变压器之间的连接关系转换成由拓扑节点和拓扑节点间带阻抗的电器元件连接的母线/支路模型(潮流计算模型)。在转换的过程中，采用了按分区名提取数据分离数据的方法，减少了后续数据解析和匹配时的搜索量，加快了转换的速度，节省了数据转换的时间。同时，处理边界线路时，和高抗线路时，根据高抗线路对前后节点的无功补偿进行了处理，保证了转换结果的正确。不仅如此，在数据转换后，还通过将转换的IEEE潮流计算结果和BPA的潮流计算结果进行了对比分析，验证了其准确性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。