一种电网模型管理及监视系统的制作方法

本发明涉及电网监管领域，具体涉及一种电网模型管理及监视系统。

背景技术：

监视是指对电力系统运行信息的采集、处理、显示、告警和打印，也包括对异常或事故的自动识别。控制是指通过人机联系工具，对断路器、隔离开关、静电电容器组等设备进行远方操作的开环性控制。

在监视系统中如何对电网进行建模并进行模型管理和优化，是目前电网监视系统中的重要工作。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明一种电网模型管理及监视系统，包括：模型管理模块、数据存储模块、监视预警模块和数据处理模块；其中。

所述模型管理模块，用于。

(1)配网图模转换，在系统框架内，建立与其他服务平台包括电网资源管理平台连接的服务平台，该服务平台用于包括对模型数据的管理、电网图形数据的管理、电网特殊区域管理、模型数据分析服务、电网拓扑分析服务、电网图形操作服务及电网业务分析服务。而服务平台内部不维护电网模型，所有的电网模型统一由模型管理模块维护，模型管理模块提供电网模型的服务接口，配电网调用该接口。因此配网图模数据在模型管理模块维护，模型管理模块按照电网规范格式导出配网的模型以及相关图形，配电自动化主站中不再存储图模，而是通过信息交换总线接受模型管理模块导岀的图模信息，并转换到配电自动化主站中。

(2)上级电网模型数据转换，地方电力系统存储有完整的上级电网的图形和模型信息，地方电力系统按照电网规范格式导出上级电网的模型以及相关图形，配电自动化主站通过信息交换总线接受电力系统导出的上级电网图模信息。

(3)电网数据模型耦合，配电自动化主站通过信息交换总线获取配网图模数据和主网图模数据，然后配置馈线模型与站内模型耦合，在配电自动化主站中得到从10kv到22okv完整的电网网络模型，并生成完整的电网模型及拓扑资料。

所述数据存储模块，采用分级存储方式通过数据库存储和管理模型数据。

在第一级，在数据表层面，加入第一模型字段，基于模型索引，在数据库服务器端提供模型索引的支持。在加载过程中，通过指定需要加载电网的模型范围大小，能够通过模型索引定位到指定地理范围的记录，实现按地理范围加载设备，以减少向客户端传送的数据量。

在第二级，在对象字段层面，使用第二模型字段来存储设备的地理坐标点，把数据加载到电网客户端后，在客户端内部进行模型索引。

所述监视预警模块，用于。

(1)监视预警可视化，线路及变配电站数据可视化。潮流断面的显示：可视化潮流的大小和方向，以及沿地理接线图标注出潮流，并显示各个地区负荷分配状态。线路负载率的显示，线路传输容量和线路功率分布因子，对于无功流向，变配电站母线的电压、功角数值以文本信息的显示节点数据，显示系统的整体情况和电压越限情况。负荷数据可视化，包括区域负荷密度、用电特性等。电能质量可视化。包括电网频率趋势、电压偏差趋势和电能质量。停电信息可视化，综合显示各类停电信息，实现故障停电和计划停电影响的范围在地理图上可视化展现。

其中，系统为每个工程设计新建一个设计图层，叠加在表示运行层的节点图上，对于需要修改或者删除的设备，执行局部拷贝操作，从运行层复制到设计层。在设计层进行新建、拆除、修改操作，系统自动在内部记录修改标志，跟踪操作是针对运行层还是新的设计层，从设计层中生成测标单和进行主要材料的统计。这些统计基于内部新建、拆除、改造的标志。在竣工时，根据这些标志，把设计层的图形拓扑和设备属性增量地复制回运行层。

(2)用电定位分析，系统根据用户设定的条件进行计算和分析，并以网格形式生成地区局范围内的历史用电密度分布图，计算条件包括统计数据时间范围、故障次数、电流强度、方格密度。将计算结果折算成标准值，并以指定的颜色显示区域的用电强度。包括基于定位的用电查询及展现，根据线路范围的用电定位及分析，历史用电分布及用电密度分析。

(3)电网监视管理，用于系统监视任务、线路设备数据的定义及导出规则制定；完成终端应用的用户交互过程及监视记录、设备监视过程信息、缺陷记录数据的具体定义；确定无人机移动监视结果数据导入的方式及数据规则定义；确定监视轨迹、监视时间等监视过程信息的图形表现方式、用户交互方式定义。具体包括。

设备规范监视项管理，根据设备类型定义并组织规范监视检查项。监视过程中，监视系统可以基于已有设备信息，提示用户检査设备对应项目。设备监视参考知识库管理，建立监视知识库。在监视过程中，监视系统可以根据当前检査项为监视人员提供该项相关参考依据；基于移动线路监视管理，针对配电网络监视的实际情况，制定设备规范监视项。监视系统根据设备数据显示监视项，对于配电线路监视是以位置为基础，进行监视到位情况的监督，并进行监视缺陷的记录。对于配电站所，包括开闭所、配电房和箱式变电站，则通过自动记录站所监视的开始和结束时间作为监视到位情况的参考，并进行监视缺陷的登记；电网设备数据的现场修正，线路监视过程中，用户如果发现电网实际情况与主站数据不符，可以录入或修改主设备状况常用参数，也可以修正设备位置。监视及缺陷管理的现场延伸，以配电工作管理系统为基础，将监视作为主站中线路监视和缺陷管理向工作现场管理的延伸。在主站中进行监视任务的管理，并对现场获取的缺陷记录进行管理，自动产生监视记录并更新相关的缺陷记录。线路故障的监视查询，对线路当前存在的缺陷进行查询，对线路历史上曾经发生的故障进行查询，对线路曾经出现并已经消缺的缺陷进行查询；电力系统运行参数和设备状态的实时显示，以及参数越限和状态变化的报警处理，对测量量和计算数据进行越限判别，对电力系统的参数越限、断路器事故跳闸、通信系统故障进行报警处理，对断路器跳闸所引起的失电元件进行画面显示颜色的改变处理，依据采集到的信息进行故障判断和定位。

所述数据处理模块，用于。

(1)数据采集处理，主站通过远动通道定期对远程的发电厂和变电站内的远动终端进行数据的采集、检错和纠错处理。主站采集的信息包括模拟量、状态量、脉冲量和数字量等，变电站获得的信息包括主站控制电网运行的命令信息以及变电站自动化设备运行的参数信息。数据预处理。主站对变电站所送数据进行预处理，包括测量量的处理、状态量的处理、数据计算和监视点状态标记。

(2)人工远程操作。调度员可通过人机联系工具对变电站主要设备进行远方操作，包括分合隔离开关、断路器，投切负荷或补偿元件，开停发电机组。人机联系。其中，在操作员与计算机之间交换信息的输入和输出设备，包括：操作员控制台打印机、控制台终端、程序员终端、普通打印机、交互型调度控制台、远方操作台、调度员工作站、调度模拟屏以及计算机驱动的输入、输出设备。

(3)统计计算。电力系统运行参数和事件的统计计算包括单项数据统计，包括最大值、最小值、平均值、积分值和合格率，多项数据统计，包括全网总功率、水火电发电量和地区用电量，事件统计，包括正常操作、异常事故、参数越限和监控系统异常。同时进行故障过程信息记录，包括事件顺序记录、事故追忆记录和故障波形记录。

(4)网络数据交换。包括各级调度中心之间以及调度中心与变电站之间通过计算机网络进行的与调度业务有关的数据交换，包括实时数据、统计报表、操作命令、资料文件、数字化图像和语音信息。数据管理。包括对数据进行读写、修改、显示和增删的管理；制表打印。制表打印的种类包括定时的统计报表、调度运行的召唤打印，以及报警信息、故障过程记录、调度操作记录的随机打印。

优选地，所述系统还包括配电优化模块，所述配电优化模块，对网络进行简化分析；通过质子编码随机初始化内部质子群的位置，以得到所述多个可行解；将质子位置代入待优化的多个目标函数中，计算适应度值；对内部质子群中的每个质子进行网络辐射状校验，若不满足校验条件则说明该质子为不可行解；选择内部质子群中的解集所对应的质子位置并存储到外部质子群中，并构造立体空间存放外部质子群；评估解集的空间分布密度，选择空间分布密度最小的质子位置为第一最优解；更新内部质子群中质子的位置，判断是否到达预先设定的停止准则。

本发明的一种电网模型管理及监视系统，覆盖主网以及配网，包括配网图模数据及上级电网图模数据。在配电自动化主站系统完成主、配网模型的拼接以及模型动态变化管理功能，构建完整的配网分析应用模型，对配电网的优化也提出了合理有效的优化方式。

附图说明

图1为本发明一种电网模型管理及监视系统的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种电网模型管理及监视系统，包括：模型管理模块、数据存储模块、监视预警模块和数据处理模块；其中。

所述模型管理模块，用于。

(1)配网图模转换，在系统框架内，建立与其他服务平台包括电网资源管理平台连接的服务平台，该服务平台用于包括对模型数据的管理、电网图形数据的管理、电网特殊区域管理、模型数据分析服务、电网拓扑分析服务、电网图形操作服务及电网业务分析服务。而服务平台内部不维护电网模型，所有的电网模型统一由模型管理模块维护，模型管理模块提供电网模型的服务接口，配电网调用该接口。因此配网图模数据在模型管理模块维护，模型管理模块按照电网规范格式导出配网的模型以及相关图形，配电自动化主站中不再存储图模，而是通过信息交换总线接受模型管理模块导岀的图模信息，并转换到配电自动化主站中。

(2)上级电网模型数据转换，地方电力系统存储有完整的上级电网的图形和模型信息，地方电力系统按照电网规范格式导出上级电网的模型以及相关图形，配电自动化主站通过信息交换总线接受电力系统导出的上级电网图模信息。

(3)电网数据模型耦合，配电自动化主站通过信息交换总线获取配网图模数据和主网图模数据，然后配置馈线模型与站内模型耦合，在配电自动化主站中得到从10kv到22okv完整的电网网络模型，并生成完整的电网模型及拓扑资料。

所述数据存储模块，采用分级存储方式通过数据库存储和管理模型数据。

在第一级，在数据表层面，加入第一模型字段，基于模型索引，在数据库服务器端提供模型索引的支持。在加载过程中，通过指定需要加载电网的模型范围大小，能够通过模型索引定位到指定地理范围的记录，实现按地理范围加载设备，以减少向客户端传送的数据量。

在第二级，在对象字段层面，使用第二模型字段来存储设备的地理坐标点，把数据加载到电网客户端后，在客户端内部进行模型索引。

这样通过分级处理方式，满足输配模型统一后的快速图形响应，满足开启影像地图时的快速浏览，增强系统可用性。

配电网运行监视预警可视化仅显示调度员最为关心的多侧面电网薄弱信息，是对电网薄弱信息的整合展示，展示手段需要直观、明了。正常的电网可视化信息不需要展示，薄弱环节的可视化信息可以叠加，调度员通过该模式能够全面掌握电网的薄弱环节。

所述监视预警模块，用于。

(1)监视预警可视化，线路及变配电站数据可视化。潮流断面的显示：可视化潮流的大小和方向，以及沿地理接线图标注出潮流，并显示各个地区负荷分配状态。线路负载率的显示，线路传输容量和线路功率分布因子，对于无功流向，变配电站母线的电压、功角数值以文本信息的显示节点数据，显示系统的整体情况和电压越限情况。负荷数据可视化，包括区域负荷密度、用电特性等。电能质量可视化。包括电网频率趋势、电压偏差趋势和电能质量。停电信息可视化，综合显示各类停电信息，实现故障停电和计划停电影响的范围在地理图上可视化展现。

其中，系统为每个工程设计新建一个设计图层，叠加在表示运行层的节点图上，对于需要修改或者删除的设备，执行局部拷贝操作，从运行层复制到设计层。在设计层进行新建、拆除、修改操作，系统自动在内部记录修改标志，跟踪操作是针对运行层还是新的设计层，从设计层中生成测标单和进行主要材料的统计。这些统计基于内部新建、拆除、改造的标志。在竣工时，根据这些标志，把设计层的图形拓扑和设备属性增量地复制回运行层。

(2)用电定位分析，系统根据用户设定的条件进行计算和分析，并以网格形式生成地区局范围内的历史用电密度分布图，计算条件包括统计数据时间范围、故障次数、电流强度、方格密度。将计算结果折算成标准值，并以指定的颜色显示区域的用电强度。包括基于定位的用电查询及展现，根据线路范围的用电定位及分析，历史用电分布及用电密度分析。

(3)电网监视管理，用于系统监视任务、线路设备数据的定义及导出规则制定；完成终端应用的用户交互过程及监视记录、设备监视过程信息、缺陷记录数据的具体定义；确定无人机移动监视结果数据导入的方式及数据规则定义；确定监视轨迹、监视时间等监视过程信息的图形表现方式、用户交互方式定义。具体包括。

设备规范监视项管理，根据设备类型定义并组织规范监视检查项。监视过程中，监视系统可以基于已有设备信息，提示用户检査设备对应项目。设备监视参考知识库管理，建立监视知识库。在监视过程中，监视系统可以根据当前检査项为监视人员提供该项相关参考依据；基于移动线路监视管理，针对配电网络监视的实际情况，制定设备规范监视项。监视系统根据设备数据显示监视项，对于配电线路监视是以位置为基础，进行监视到位情况的监督，并进行监视缺陷的记录。对于配电站所，包括开闭所、配电房和箱式变电站，则通过自动记录站所监视的开始和结束时间作为监视到位情况的参考，并进行监视缺陷的登记；电网设备数据的现场修正，线路监视过程中，用户如果发现电网实际情况与主站数据不符，可以录入或修改主设备状况常用参数，也可以修正设备位置。监视及缺陷管理的现场延伸，以配电工作管理系统为基础，将监视作为主站中线路监视和缺陷管理向工作现场管理的延伸。在主站中进行监视任务的管理，并对现场获取的缺陷记录进行管理，自动产生监视记录并更新相关的缺陷记录。线路故障的监视查询，为了提高线路故障监视的针对性及工作效率，减少停电损失，在系统中增加线路故障分析查询，在线路出现故障时进行有针对性的数据分析，对线路当前存在的缺陷进行查询，对线路历史上曾经发生的故障进行查询，对线路曾经出现并已经消缺的缺陷进行查询；电力系统运行参数和设备状态的实时显示，以及参数越限和状态变化的报警处理，对测量量和计算数据进行越限判别，对电力系统的参数越限、断路器事故跳闸、通信系统故障进行报警处理，对断路器跳闸所引起的失电元件进行画面显示颜色的改变处理，依据采集到的信息进行故障判断和定位。

所述数据处理模块，用于。

(1)数据采集处理，主站通过远动通道定期对远程的发电厂和变电站内的远动终端进行数据的采集、检错和纠错处理。主站采集的信息包括模拟量、状态量、脉冲量和数字量等，变电站获得的信息包括主站控制电网运行的命令信息以及变电站自动化设备运行的参数信息。数据预处理。主站对变电站所送数据进行预处理，包括测量量的处理、状态量的处理、数据计算和监视点状态标记。

(2)人工远程操作。调度员可通过人机联系工具对变电站主要设备进行远方操作，包括分合隔离开关、断路器，投切负荷或补偿元件，开停发电机组。人机联系。其中，在操作员与计算机之间交换信息的输入和输出设备，包括：操作员控制台打印机、控制台终端、程序员终端、普通打印机、交互型调度控制台、远方操作台、调度员工作站、调度模拟屏以及计算机驱动的输入、输出设备。

(3)统计计算。电力系统运行参数和事件的统计计算包括单项数据统计，包括最大值、最小值、平均值、积分值和合格率，多项数据统计，包括全网总功率、水火电发电量和地区用电量，事件统计，包括正常操作、异常事故、参数越限和监控系统异常。同时进行故障过程信息记录，包括事件顺序记录、事故追忆记录和故障波形记录。为了分析发生事故的原因以及事故的发展过程，并从中吸取教训，需要对电力系统事故发生和发展过程中各种设备的动作和运行参数的变化进行记录，记录结果可显示和打印，供事后分析。

(4)网络数据交换。包括各级调度中心之间以及调度中心与变电站之间通过计算机网络进行的与调度业务有关的数据交换，包括实时数据、统计报表、操作命令、资料文件、数字化图像和语音信息。数据管理。包括对数据进行读写、修改、显示和增删的管理；制表打印。制表打印的种类包括定时的统计报表、调度运行的召唤打印，以及报警信息、故障过程记录、调度操作记录的随机打印。

具体地，所述配电优化模块，用于完成。

对网络进行简化分析。

确定配电网中所有的基本环路。删除不在基本环路上的所有支路。合并解环效果相同的支路。

通过质子编码随机初始化内部质子群的位置，以得到所述多个可行解。

所述通过质子编码随机初始化内部质子群的位置，包括。

对每一个基本环内所包含的开关进行编号，然后以配电网络的基本环数为质子在搜索空间的维数，以基本环内开关的编码号为质子的内容进行质子编码。

首先选择将第一个环路中任一个开关置为断开，同时在其他环路中将该开关置为不可操作；随后选择将第二个环路中任一个开关置为断开，在剩下的环路中将该开关置为不可操作；重复上述步骤直到所有环路中都有开关断开为止，此时一个质子初始化完成。按照这个过程初始化所有的质子。

对于多时段条件下的配电网优化，所述通过质子编码随机初始化内部质子群的位置，还包括。

将前一次多时段优化控制的最优解集以及第二最优解中的各个子串分离出来存放在一个可行解库中，每一个子串就代表一个可行并且较好的网络拓扑结构。

从可行解库中随机选取子串组成符合当前多时段优化控制要求的质子编码形式，形成当前多时段优化控制时的初始质子群。

将质子位置代入待优化的多个目标函数中，计算适应度值。

在内部质子群初始化后需要进行潮流计算，以得到符合辐射状约束的质子的适应度函数值。适应度函数的值是质子群算法指导搜索方向的依据，配电网优化控制的目标函数为网络损耗函数、电压偏移率函数和开关动作次数函数，所述适应度函数即为上述三个目标函数。所述计算适应度值包括计算满足辐射状约束的质子位置的网络损耗、最大电压偏移和开关动作次数。

对内部质子群中的每个质子进行网络辐射状校验，若不满足校验条件则说明该质子为不可行解。

检验辐射状结构，从根节点开始逐步遍历下游节点。开始搜索的开关为第一层开关，如果搜索到的开关闭合，那么这个开关的下游所连区域可搜索到，记为“1”；如果开关打开，那么这个开关的下游区域不可遍历，记为“0”。在第一层的开关全部搜索完成后，记为“1”的区域用列表存储。与列表中带电区域直接相连的开关记为第二层开关，遍历所有第二层开关，确定带电区域，更新所述列表然后与列表中带电区域直接相连的开关记为第三层开关，不断重复这个过程，直到所有的开关都遍历过为止。

在搜索过程中如果任一区域被搜索到的次数超过一次，则存在环路，辐射状检验不成立。

选择内部质子群中的解集所对应的质子位置并存储到外部质子群中，并构造立体空间存放外部质子群。

评估解集的空间分布密度，选择空间分布密度最小的质子位置为第一最优解；在内部质子群中根据第二最优解更新策略选择每个质子的第二最优解

将目标空间用多维立体网格等分成若干个区域，以每个区域中包含的质子数作为质子的密度值。质子所在网格中包含的质子数越多，其密度值越大，反之越小。如果新加入的解超出了当前网格的边界，那么网格信息将被重新计算并且每一个质子将会被重新定位。依据得到的内部质子空间分布密度选择第一最优解的位置；所在的质子位置空间分布密度值越低，其被选择的概率就越大，反之越小。

第一最优解的选择方法为：首先计算每个立体空间网格里面所含质子的个数，将它作为网格的密度，并使用轮盘赌的方法选择最低密度的网格；然后在这个空间网格中随机选择一个质子位置作为第一最优解。

在内部质子群中根据第二最优解更新策略选择每个质子的第二最优解，包括：如果当前质子的位置被其第二最优解所支配，那么第二最优解不更新；如果第二最优解被当前质子的位置所支配，则当前质子的位置会替换第二最优解；如果两者都没有相互支配，则随机选择其中的一个作为第二最优解。

更新内部质子群中质子的位置，判断是否到达预先设定的停止准则(通常设置为最大迭代次数)，若是，停止迭代；否则，返回对内部质子群中的每个质子进行网络辐射状校验。

优选地，所述质子编码的编码信息包括三部分，第一部分代表质子在搜索空间中的位置，其作用是通过质子群位置及其运动速度对质子群进行更新；第二部分代表质子在目标空间中的位置，即各个目标函数的值，其作用是确定内部质子群中的解集；第三部分代表质子的密度信息，所述密度信息包括质子密度和质子所在网格的编号，所述密度信息用于选择质子第一最优解以及删除外部质子群中多余的质子。

其中，上述模型管理模块、数据存储模块、监视预警模块和数据处理模块以及配电优化模块通过对应的进程和线程实现模块功能，各模块之间通过逻辑连接或电连接，各模块具体功能可由物理处理器执行存储器中存储的程序代码实现。

本发明的一种电网模型管理及监视系统，覆盖主网以及配网，包括配网图模数据及上级电网图模数据。在配电自动化主站系统完成主、配网模型的拼接以及模型动态变化管理功能，构建完整的配网分析应用模型，对配电网的优化也提出了合理有效的优化方式。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。