一种电网安全分析软件测试场景生成方法和系统与流程

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种电网安全分析软件测试场景生成方法。

背景技术：

随着特高压交直流混联大电网和清洁能源的快速发展，电力系统特性发生了深刻变化。电网运行的一体化特征凸显；全局监视、全网防控、集中决策的需求日益突出；电力市场化改革给电网调度运行带来巨大压力。为应对上述挑战，新一代调度控制系统借鉴云计算理念，采用了“物理分布，逻辑统一”整体架构，电网监控功能就地分布部署，电网分析决策功能集中部署，同时大量应用云计算、人工智能、以及大数据分析等新技术，使得新一代调控系统具有完全不同于以往传统调度控制系统的特点。无论是体系架构改变，还是大量新技术的应用，使得新系统的各类应用关联性增强，应用软件功能结构复杂度加大，软件开发量成倍增加，整个系统的软件研发存在着一定的不确定性和管控风险。为了保障新一代调控系统质量和可靠运行，全面的软件测试必不可少。

新一代调控系统力求提升调控系统全局的监控、分析和决策水平，按照“采集控制分布、分析决策集中”的思路设计。一方面，支撑平台的软件架构与传统系统较大差异，调控系统应用数据规模显著增大，各类应用关联性增强，应用软件功能结构复杂度加大，验证难度大大增加；另一方面，为了实现全局分析与预警类应用复杂功能测试效果，需要构建涉及模型数据众多，源荷种类多样，气象环境复杂多变，交直流高度耦合，故障演化模式繁多，应用场景丰富的跨区测试场景。

以往的测试场景往往基于测试者的经验，通过手动设置一些常见设备故障或极端电网运行方式，这种方式已难以满足需求。必须设计和研发智能电网调控系统功能级的测试场景，并采用单个测试场景或结合多个测试场景，对保障调控系统各软件质量进行测试，满足不同测试需求。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明提供基于指标体系的智能电网调控系统安全分析软件测试场景自动生成方法，构建真实、合理同时又包含电网各类安全问题的电网运行场景，可用于评估智能电网调控系统部署的各分析软件是否满足功能规范要求。

本发明提供的技术方案是：

一种电网安全分析软件测试场景生成方法，包括：

根据预设的安全测试要求，设置测试场景搜索空间；

基于电网历史运行变化数据，得到电网连续运行方式数据；

在所述测试场景搜索空间内，基于所述电网连续运行方式数据模拟电网连续闭环运行环境；

基于所述连续闭环运行环境，对预先设定的电网安全指标进行指标值计算，得到电网安全分析软件测试场景。

优选的，所述测试场景搜索空间的建立包括：

基于各测试场景涉及的某一类或多类故障设备，分别为各测试场景设置相应的故障设备搜索空间；

基于各测试场景涉及的一类或多类设备故障类型，分别为各测试场景设置相应的故障类型搜索空间；

基于各测试场景涉及的外部气象特征，分别为各测试场景设置相应的外部气象数据搜索空间；

基于各测试场景涉及的电网运行方式特征，分别为各测试场景设置相应的电网运行方式搜索空间；

基于各测试场景涉及的新能源和柔性负荷的出力及分布特征，分别为各测试场景设置相应的新能源/柔性负荷搜索空间。

优选的，所述基于电网历史运行变化数据，得到电网连续运行方式数据，包括：

对所述电网历史运行变化数据进行插值处理，得到设定时刻的负荷和发电功率值作为电网连续运行方式数据。

优选的，所述基于所述电网连续运行方式数据模拟电网连续闭环运行环境，包括：

基于所述电网连续运行方式数据，采用包含电网自动控制模拟的潮流计算模拟电网的连续闭环运行环境。

优选的，所述基于所述连续闭环运行环境对预先设定的电网安全指标进行计算，得到电网安全分析软件测试场景，包括：

s01：在所述连续闭环运行环境中进行电网仿真计算，得到电网状态变量；

s02：基于所述预先设定的电网安全指标，根据所述电网状态变量计算得到待测试的一个或多个分项指标结果值；

s03：将所述分项指标结果值与预先设置的对应的分项指标阈值进行对比，当所述分项指标结果值达到阈值时把当前电网模型、电网方式、故障情况、控制模式作为测试场景保存，并停止电网仿真计算，否则，重复步骤s01至s03。

进一步的，所述电网状态变量包括：电网电压、功率和频率。

进一步的，所述故障设备包括：线路、变压器、发电机、电容/电抗器、直流线路、储能装置；

所述设备故障类型包括：线路单相故障、线路相间故障、线路同杆故障、直流换相失败故障、直流闭锁故障、主变跳闸故障、母线跳闸故障及连锁设备故障；

所述外部气象特征包括：温度、湿度、风力、降雨量、气压、雷电、台风、覆冰；

所述电网运行方式特征包括：负荷高峰、负荷低谷、设备检修、直流大规模受电、最大/小开机方式；

所述新能源包括：风电、水电、光伏；所述柔性负荷包括：电动汽车、温控负荷、市政照明、商业负荷。

优选的，所述设定的电网安全指标包括：功率平衡指标、网络安全指标、频率安全指标、电压安全指标、功角稳定指标、电压稳定指标和频率稳定指标。

进一步的，所述电网自动控制模拟包括：自动发电控制模拟和自动电压控制模拟。

一种电网安全分析软件测试场景生成系统，所述系统包括：

搜索空间模块，用于根据预设的安全测试要求，设置测试场景搜索空间；

数据处理模块，用于基于电网历史运行变化数据得到电网连续运行方式数据；

环境生成模块，用于在所述测试场景搜索空间内，基于所述电网连续运行方式数据模拟电网连续闭环运行环境；

场景生成模块，用于基于所述连续闭环运行环境，对预先设定的电网安全指标进行计算，得到电网安全分析软件测试场景。

所述搜索空间模块包括：故障设备单元、故障类型单元、外部气象数据单元、电网运行方式单元和新能源/柔性负荷单元；

故障设备单元，用于设置测试场景涉及的某一类或多类故障设备；

故障类型单元，用于设置测试场景涉及的某一类或多类设备故障类型；

外部气象数据单元，用于设置测试场景涉及的外部气象特征；

电网运行方式单元，用于设置测试场景涉及的电网运行方式特征；

新能源/柔性负荷单元，用于设置测试场景涉及的新能源和柔性负荷的出力及分布特征。

所述数据处理模块包括：输入单元和输出单元；

输入单元，用于采集电网历史运行变化数据；

输出单元，用于将采集的电网历史运行变化数据进行插值处理，得到设定时刻的负荷和发电功率值作为电网连续运行方式数据。

所述场景生成模块包括：指标阈值设置单元、指标计算单元和场景单元；

指标阈值设置单元，用于基于预先设定的电网安全指标，按照测试要求设置待测试的分项指标阈值作为测试场景搜索终止标志；

指标计算单元，用于在所述模拟运行过程中进行电网仿真计算，得到滚动更新的电网状态变量，并根据所述滚动更新的电网状态变量计算所述待测试的一个或多个分项指标结果值；

场景单元，用于将指标计算单元计算得到的待测试的一个或多个分项指标结果值与对应的分项指标阈值进行对比，当所述待测试的一个或多个分项指标结果值达到阈值时停止电网仿真计算，并把当前电网模型、电网方式、故障情况、控制模式作为测试场景保存。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供一种电网安全分析软件测试场景生成方法，根据预设的安全测试要求，设置测试场景搜索空间；基于电网历史运行变化数据，得到电网连续运行方式数据；在所述测试场景搜索空间内，基于所述电网连续运行方式数据模拟电网连续闭环运行环境；基于所述连续闭环运行环境，对预先设定的电网安全指标进行计算，得到电网安全分析软件测试场景。本发明提供的技术方案通过电网连续、闭环运行环境构建、场景搜索空间设置和电网安全指标计算，三位一体，自动、快速生成符合电网真实态势、囊括应用功能规范的场景。

本发明提供的技术方案针对待生成场景，在相应设置的搜索空间内进行电网连续、闭环仿真模拟，通过电网安全类指标反映电网安全状态变化态势。

本发明提供的技术方案计及调度控制系统多时间尺度、多运行场景、多影响因素，适用于简单或复杂测试案例集的构建。

附图说明

图1为本发明的电网安全分析软件测试场景生成方法流程图；

图2为本发明实施例中电网安全指标示意图；

图3为本发明实施例中电网安全分析软件测试场景生成方法结构示意图；

图4为本发明的一种电网安全分析软件测试场景生成系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明作进一步详细说明。

本专利通过电网连续、闭环运行环境构建、场景搜索空间设置和电网安全指标计算，三位一体，自动、快速生成符合电网真实态势、囊括应用功能规范的场景。

实施例1：

本发明实施例提供的电网安全分析软件测试场景生成方法，其具体实施过程如图1所示，包括：

s101：根据预设的安全测试要求，设置测试场景搜索空间；

s102：基于电网历史运行变化数据，得到电网连续运行方式数据；

s103：在所述测试场景搜索空间内，基于所述电网连续运行方式数据模拟电网连续闭环运行环境；

s104：基于所述连续闭环运行环境，对预先设定的电网安全指标进行计算，得到电网安全分析软件测试场景。

具体的，步骤s101，根据预设的安全测试要求，设置测试场景搜索空间，包括：

步骤s101-1，基于各测试场景涉及的某一类或多类故障设备，分别为各测试场景设置相应的故障设备搜索空间；

步骤s101-2，基于各测试场景涉及的一类或多类设备故障类型，分别为各测试场景设置相应的故障类型搜索空间；

步骤s101-3，基于各测试场景涉及的外部气象特征，分别为各测试场景设置相应的外部气象数据搜索空间；

步骤s101-4，基于各测试场景涉及的电网运行方式特征，分别为各测试场景设置相应的电网运行方式搜索空间；

步骤s101-5，基于各测试场景涉及的新能源和柔性负荷的出力及分布特征，分别为各测试场景设置相应的新能源/柔性负荷搜索空间。

具体的，步骤s102，基于电网历史运行变化数据，得到电网连续运行方式数据，包括：

步骤s102-1，获取智能电网调控系统保存的scada应用、状态估计应用以及定周期采样母线负荷、发电等运行断面数据；

步骤s102-2，对断面数据进行插值处理，从离散数据点中获取设定时刻的负荷和发电功率值作为电网连续运行方式数据。

具体的，步骤s103，在所述测试场景搜索空间内，基于所述电网连续运行方式数据模拟电网连续闭环运行环境，包括：

步骤s103-1，基于所述电网连续运行方式数据，连续调用潮流计算模块，进行连续计算，从而构建电网的连续运行效果；

步骤s103-2，在常规潮流计算基础上，引入自动电压控制和自动发电控制调整过程，模拟电网实际运行特性。

具体的，步骤s104，基于所述连续闭环运行环境，对预先设定的电网安全指标进行计算，得到电网安全分析软件测试场景，包括：

s01：在所述连续闭环运行环境中进行电网仿真计算，得到电网状态变量；

s02：基于所述预先设定的电网安全指标，根据所述电网状态变量计算得到待测试的一个或多个分项指标结果值；

s03：将所述分项指标结果值与预先设置的对应的分项指标阈值进行对比，当所述分项指标结果值达到阈值时把当前电网模型、电网方式、故障情况、控制模式作为测试场景保存，并停止电网仿真计算，否则，重复步骤s01至s03。

为了评估智能电网调控系统部署的各分析软件是否满足功能规范要求，首先根据上述步骤构建真实、合理同时又包含电网各类安全问题的电网运行场景；在载入这些电网运行场景后，各分析软件利用自身算法、逻辑可以得到对应的分析反馈结果；根据反馈结果与参考结果的比对、校核最终实现对各分析软件的功能测试和评估。

实施例2：

本发明实施例的电网安全分析软件测试场景生成方法，分为三个主要环节，其主要结构示意图如图3所示。

1、电网连续运行方式数据构建

智能电网调控系统会实时采集电网的运行变化数据，并且在运行过程中会定周期保存电网的运行断面。如scada应用、状态估计应用会在每整点时刻保存当时断面数据，同时scada系统会定周期采样母线负荷、发电数据，保存在历史数据库中。由于现有的变化曲线是以分钟或小时为间隔单位的数据点，如果需要更为精细的数据点，可以对由离散点构成的负荷或发电曲线进行插值处理，通过插值法将松散的电网方式数据形成较为紧密的可供电网连续、闭环仿真的电网方式数据。插值处理可以支持线性插值，二次插值，样条插值等三种方式，来从离散数据点中获取当前时刻负荷、发电功率值。发电负荷曲线由离散点组成，曲线横坐标为时间，纵坐标为功率值。

2、电网连续、闭环运行环境构建

在获得电网连续运行方式数据后可通过潮流计算来模拟电网的连续运行效果。由于在制定发电负荷曲线时，采用插值法获取新的发电负荷值。一方面，其形成的断面合理性有待校验；另一方面，在案例实施过程中相应的操作触发后，电压、频率可能偏移限值，真实系统中相应的自动电压控制、自动发电控制将进行实时控制。本实施例在构建自动电压控制和自动发电控制以外的案例过程中需要计及这一过程。因此需要在常规潮流计算基础上，引入自动电压控制和自动发电控制调整过程，模拟电网实际运行特性，为形成较为真实的电网案例集提供基础保证。根据给出的策略，实现负荷、发电自动调节，电容/电抗器自动投切、变压器档位自动调整等。此外，具备线路、变压器、发电机、直流等设备故障自动模拟和外部气象数据自动调节等功能。

3、搜索空间设置

由于智能电网调控系统各分析软件关注电网安全的角度不同，其测试案例集涉及的测试目的、测试对象以及测试手段都不尽相同。在测试案例集的生成过程中，结合各应用功能规范、现场调度经验以及历史故障数据，设置有限的案例搜索空间，通过有限的典型场景搜索空间设置，在确保生成符合电网真实态势、囊括应用功能规范的场景的前提下，尽可能减小场景的搜索和生成时间，在设置的搜索空间内实现设备的自动调节、故障的自动触发等，为测试场景的自动、快速生成提供助力。搜索空间主要包含但不限于以下几个部分：

(1)故障设备搜索空间，包含线路、变压器、发电机、电容/电抗器、直流线路、储能装置等。该搜索空间用于指定待生成案例涉及的故障设备，可以是某一具体设备或某一/多类设备。生成案例时，可人为设置或从历史数据库中导入的典型故障场景中选取对应故障设备。

(2)故障类型搜索空间，包含线路单相故障、线路相间故障、线路同杆故障、直流换相失败故障、直流闭锁故障、主变跳闸故障、母线跳闸故障及连锁设备故障等。该搜索空间用于指定待生成案例涉及的设备故障类型，可以是单一或多个类型的集合。生成案例时，可人为设置或从历史数据库中导入的典型故障场景中选取对应故障类型。

(3)外部气象数据搜索空间，包含温度、湿度、风力、降雨量、气压、雷电、台风、覆冰等。该搜索空间用于指定待生成案例涉及的外部气象特征。生成案例时，可从外部气象数据库中导入的典型外部气象场景(如晴天、阴雨、雷暴雨、台风、覆冰、高温、大风、雾霾等)中选择对应的外部气象集。

(4)电网运行方式搜索空间，包含负荷高峰、负荷低谷、设备检修、直流大规模受电、最大/小开机方式等。该搜索空间用于指定待生成案例涉及的电网运行方式特征。在生成案例时,可从历史数据库中的典型运行方式中选取。

(5)新能源、柔性负荷搜索空间，包含风电、水电、光伏等新能源和电动汽车、温控负荷、市政照明、商业负荷等柔性负荷的出力及分布特征。在生成案例时，可从历史数据库中的典型分布及出力方式中选取。

智能电网调控系统会实时采集电网的运行变化数据，并且在运行过程中会定周期保存电网的运行断面。如scada应用、状态估计应用会在每整点时刻保存当时断面数据，同时scada系统会定周期采样母线负荷、发电数据，保存在历史数据库中。由于现有的变化曲线是以分钟或小时为间隔单位的数据点，如果需要更为精细的数据点，可以对由离散点构成的负荷或发电曲线进行插值处理，插值处理可以支持线性插值，二次插值，样条插值等三种方式，来从离散数据点中获取当前时刻负荷、发电功率值。发电负荷曲线由离散点组成，曲线横坐标为时间，纵坐标为功率值。

4、电网安全指标计算

电网安全指标定位于对反映电网运行状态的不同侧面进行评价。简单来说按照电网运行的各个方面将电网分为：功率平衡指标、网络安全指标、频率安全指标、电压安全指标、以及功角稳定指标、电压稳定指标、频率稳定指标。各类指标详细划分见附图2。

智能电网调控系统安全分析软件本质上是对电网各项安全指标进行分析并实施控制。为了对其分析准确性及控制效果进行测试，需构建对应的测试场景，即出现一项或多项电网安全指标异常的电网运行场景。由此，可以看出，构建电网安全分析软件测试场景和搜索相应电网安全异常指标的目标类同。

本实施例通过设置电网安全指标值，作为测试场景搜索终止标志。在设置的搜索空间范围内，通过电网连续、自动、闭环仿真实现电网状态变量更新，实现电网安全指标体系建立的各分项指标值滚动更新，当指标值达到待生成场景要求的门槛值时，完成场景搜索，并将其保存至场景数据库。

实施例3：

基于同一发明构思，本发明还提供一种电网安全分析软件测试场景生成系统，如图4所示，所述系统包括：

搜索空间模块，用于根据预设的安全测试要求，设置测试场景搜索空间；

数据处理模块，用于基于电网历史运行变化数据得到电网连续运行方式数据；

环境生成模块，用于在测试场景搜索空间内，基于电网连续运行方式数据模拟电网连续闭环运行环境；

场景生成模块，用于基于连续闭环运行环境，对预先设定的电网安全指标进行计算，得到电网安全分析软件测试场景。

其中，搜索空间模块包括：故障设备单元、故障类型单元、外部气象数据单元、电网运行方式单元和新能源/柔性负荷单元；

故障设备单元，用于设置测试场景涉及的某一类或多类故障设备；

故障类型单元，用于设置测试场景涉及的某一类或多类设备故障类型；

外部气象数据单元，用于设置测试场景涉及的外部气象特征；

电网运行方式单元，用于设置测试场景涉及的电网运行方式特征；

新能源/柔性负荷单元，用于设置测试场景涉及的新能源和柔性负荷的出力及分布特征。

其中，数据处理模块包括：输入单元和输出单元；

输入单元，用于采集电网历史运行变化数据；

输出单元，用于将采集的电网历史运行变化数据进行插值处理，得到设定时刻的负荷和发电功率值作为电网连续运行方式数据。

其中，场景生成模块包括：指标阈值设置单元、指标计算单元和场景单元；

指标阈值设置单元，用于基于预先设定的电网安全指标，按照测试要求设置待测试的分项指标阈值作为测试场景搜索终止标志；

指标计算单元，用于在模拟运行过程中进行电网仿真计算，得到滚动更新的电网状态变量，并根据滚动更新的电网状态变量计算待测试的一个或多个分项指标结果值；

场景单元，用于将指标计算单元计算得到的待测试的一个或多个分项指标结果值与对应的分项指标阈值进行对比，当待测试的一个或多个分项指标结果值达到阈值时停止电网仿真计算，并把当前电网模型、电网方式、故障情况、控制模式作为测试场景保存。

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。

本申请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。

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。

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。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。