一种基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法及系统与流程

本发明属于配电自动化领域，尤其是一种基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法。

背景技术：

1、现阶段随着分布式电源广泛接入配电网络，传统单向供电配电网络逐步转变为灵活可变的双向供电有源配电网络，以高分布式电源渗透率、高控制要求为特征的主动配电网概念应运而生。主动配电网可综合运用灵活的网络结构(控制开关)、各种分布式电源(如光伏、风机、储能装置等)以及电压调节设备(如无功补偿装置、有功移相调节器、有载调压变压器等)，通过管理系统的调度管理实现配电网在正常状态下安全稳定运行和故障状态下的调控恢复。随着主动配电网建设的不断推进，关于主动配电网的新理论与实践蓬勃发展，亟需通过合理的试验手段与方法进行验证，以确保技术的可实现性与可落地性。

2、由于安全性与可靠性要求，主动配电网相关高级应用实验如功率控制、无功优化、源荷预测等常受到诸多限制，不可能进行充分广泛的试验，相关试验甚至在实际系统中无法运行。然而目前关于主动配电网的模拟试验系统研究多集中于对单一资源的并网功能验证，对于主动配电网的不同类型高级应用无法开展合理高效的测试以验证相关技术方案。

3、主动配电网具有较强的灵活性和不确定性，目前缺少一个能接入各种已知的与未知的分布式电源系统且能对主动配电网相关前瞻性课题与新技术进行研究的平台，可构建多种运行场景，且针对不同场景灵活开展高级应用测试验证。本发明公开了一种基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法，涉及配电自动化领域，解决了主动配电网高级应用测试缺少灵活平台的问题，可实现主动配电网新技术新理论的有效测试验证。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。本发明通过仿真和测试高级应用功能，优化配电网的运行参数，降低能源损耗，提高电力系统的经济性和可靠性；模拟各种突发情况下主动配电网的运行状态，评估其稳定性，为实际运行提供安全保障；通过分析测试结果，找出主动配电网存在的问题，提出优化方案，改善电网结构；利用动模仿真技术对新型主动配电网技术进行测试和验证，为未来主动配电网的发展提供技术支持。

2、因此，提供了一种基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法。

3、为解决上述技术问题，提出了一种基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法，包括：

4、利用动模仿真平台构建主动配电网模型进行主动配电网高级应用测试，采集动模网架数据，并形成网络拓扑文件传输至高级应用模型库；动模仿真平台一键设置电网运行环境，源荷出力曲线，形成主动配电网运行场景，通过算法服务接口设置网络运行参数与算法控制参数，输入至高级应用模块；利用一键式启停控制按钮启动高级应用模块，对网络进行高级应用潮流计算，验证高级应用测试的可行性。

5、作为本发明所述的基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法的一种优选方案，其中：所述主动配电网高级应用测试包括通过采集的数据和主动配电网的运行信息，利用动模平台构建主动配电网络拓扑，设置设备出力的初始值，将获取的实时量测数据通过规约转换，更新高级应用模型历史库与实时库，形成经济调度运行、有功协调控制以及无功电压优化控制的多种配电网基础运行场景，由高级应用算法对整体网络进行全局预优化，优化结果下发至主动配电网内部各区域，由动模平台中的能量管理系统高级应用模块完成并采用馈线控制误差实现目标控制。

6、主动配电网高级应用功能包括针对主动配电网的运行控制开展最优潮流计算、状态估计、运行方式优化、全局优化以及有功与无功优化协调控制，测量值包括节点电压、有功功率、无功功率以及线路电流，元素类型包括母线节点、线路以及变压器。

7、作为本发明所述的基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法的一种优选方案，其中：所述状态估计包括电压状态估计、电流状态估计及功率状态估计；

8、所述运行方式优化包括对网络中设备的运行方式进行优化，对系统运行方式进行优化包括对开关的开合状态以及设备的投入进行运行方式优化，在进行运行方式优化时，在高级应用模块中增加约束，包括设备运行方式的选择以及开关开合的组合方案表达为：

9、

10、s＝{s1,s2,...,sn},sn＝{a1,a2,...,an}

11、选取开关初始组合以及设备运行方式组合，形成设备运行与开关状态组合方案集，存入高级应用数据库，依次遍历方案集，利用经济性目标以及最优潮流计算方法进行计算求解，选取周期内经济性最优的设备运行方式以及开关开闭状态，作为运行方式预优化结果，经由动模仿真平台通过分层分布控制器以及就地控制器下发至网络内各台设备及开关状态，其中，s为开关状态组合，a为0-1变量，0为闭合，1为打开，s为开关组合方案集。

12、作为本发明所述的基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法的一种优选方案，其中：所述构建主动配电网模型包括设计主动配电网高级应用测试模型架构，所述架构包括主动配电网仿真电网、就地控制器、分层分布控制器、主动配电网动模仿真平台以及主动配电网能量管理系统高级应用模块；

13、动模仿真平台根据电网参数和运行条件，构建实际电网的运行环境，模拟各种工况下的电网运行状态，此时，就地控制器采集主动配电网中电源的实时数据以及开关开合状态，并将数据上传至分层分布控制器，分层分布控制器在接收就地控制器上传的电网设备实时数据后，进行汇总和处理，并将数据通过规约接口转发至动模平台的能量管理系统，同时动模网架中的ftu与dtu设备也通过规约接口上传就地控制器未能覆盖的数据，作为高级应用的测试数据输入，动模仿真平台根据需求进行一键网络设置，对主动配电网进行运行监控，同时提供历史数据与实时数据模拟案例，构建不同的高级应用测试场景：功率控制、无功电压控制及电压越限场景，高级应用模块根据不同场景进行算法准确性和其他性能的测试验证：将高级应用测试结果即目标值通过数据传输接口经由分层分布控制器传输至就地控制器，就地控制器下发目标指令至电网中各源荷设备及开关进行测试验证：

14、所述验证高级应用测试的可行性包括当电网运行状态达到预期目标时，就地控制器将执行结果反馈至分层分布控制器，再由分层分布控制器反馈至动模仿真平台，最后由动模仿真平台反馈至高级应用模块，此时，各级模块评估实际运行状态与预期状态一致，当未达到预期目标、电网发生异常情况时，就地控制器将实时数据和运行状态反馈至分层分布控制器、动模仿真平台和高级应用模块，此时各级模块评估实际运行状态与预期状态不一致，各级模块进行内部原因分析，调整算法和策略，重新进行调控。

15、作为本发明所述的基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法的一种优选方案，其中：所述基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法包括利用就地控制器采集主动配电网动模网架的分布式电源数据，并通过规约接口上传至分层分布控制器，包括网络内部开关、分布式电源、可控负荷、储能等设备的历史数据与实时数据。

16、利用动模仿真平台与分层分布控制器及网架内部的终端设备进行通信交互，通过规约接口获取整体区域的可控设备与网架数据，并采用一键式网络设置，自动生成主动配电网仿真网架，输出至主动配电网运行监控模块，动模仿真平台根据仿真网架对主动配电网拓扑进行建模，并且生成对应网络拓扑文件，输入至高级应用模型历史库，通过参数设置接口对仿真网络中的模拟设备功率、电压进行初始值设定，并通过案例制作生成负荷预测数据与电源出力预测数据，通过数据处理服务接口输入至高级应用模块，and模型参数、采集参数、算法控制参数通过算法服务接口传输至高级应用模块，进行高级应用的启停控制等操作。

17、高级应用模块采用一键式启停控制方式，根据动模仿真平台提供的网络数据，验证算法的准确性，同时将结果通过算法服务接口输出至指定路径，完成高级应用测试算法部分准确性验证。

18、动模仿真平台读取输出结果目标值，经由规约转换接口下发至分层分布控制器及终端设备，分层分布控制器经由规约转发下发目标值指令至就地控制器，就地控制器验证目标值对于分布式电源实时控制的有效性，验证基于动模仿真的高级应用测试闭环能力。

19、作为本发明所述的基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法的一种优选方案，其中：所述高级应用潮流计算包括结合配电网络节点功率与电压，其节点功率模型如下：

20、

21、进一步转换可得：

22、

23、各节点功率平衡方程如下：

24、

25、利用雅可比矩阵求得节点电压、相角以及功率的修正量，并更新网络各节点功率、电压以及相角，进而采用内点法迭代得到最优解并利用牛顿法进行二阶泰勒展开并进入潮流计算，获取周期内的最优潮流优化结果，其中，yij为线路阻抗的导纳矩阵，ui为节点i的电压，pi和qi分别为节点i注入的有功和无功功率。

26、作为本发明所述的基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法的一种优选方案，其中：所述数据通信与算法模块包括分为数据传输规约接口以及算法参数接口。

27、所述数据传输规约接口包括modbus规约与iec104规约的转换工具，实现控制器与动模仿真平台的数据交互，动模仿真平台将仿真电网运行状态转换成物理信号，通过iec104规约传递给分层分布控制器、就地控制器以及网架终端设备，同时，就地控制器的物理信息通过接口转换成仿真信号，传递给动模仿真平台中的可控分布式电源模拟控制器对被控单元的控制过程。

28、所述算法参数接口将模型参数、采集参数、算法控制参数、算法启动、计算分析结果信息传递至高级应用模块，作为主动配电网高级应用测试的数据输入。

29、所述就地控制模块包括与上层的分层分布控制器通信时，就地控制器接收上层控制器的命令，通过规约转发，根据命令的类型做出合适的响应：如果是数据召唤命令，则从实时数据库中取得需要的数据发送给分层分布控制器。

30、如果是遥调控制命令，则将有功控制目标根据104规约的格式从报文中解析出来，发送具有特定id的消息给所在区域，然后，控制策略插件根据有功和控制目标从调度层实时数据库读取需要的信息，对分布式电源进行相应的控制，将每个分布式电源的控制目标以命令的方式发送给调度层，最后，主站规约读取调度层中的命令，根据命令的具体信息，以104规约的方式将命令发送给各个分布式电源。

31、本发明的另外一个目的是提供了一种基于动模仿真的主动配电网高级应用测试方法的系统，本发明为了测试和验证主动配电网的高级应用功能和性能。通过模拟真实环境下的配电网运行状况。

32、一种基于动模仿真的主动配电网高级应用测试系统，其特征在于，包括主动配电网动模网架模块、就地控制模块、分层分布控制模块、动模仿真模块、高级应用模块及数据通信与算法模块。

33、所述主动配电网动模网架模块，包含光伏电源模拟器、风机模拟器、储能模拟器、可编程rlc负荷多种分布式源荷设备，同时也接入了ftu、dtu等终端设备进行数据的采集与网络运行监测，动模网架中的分布式电源通过通信规约接口与就地控制器进行信息交互，上传网络历史数据与实时数据，其中的模拟设备均通过动模平台进行初值设定，以模拟网架中不同源荷的运行状态。

34、所述就地控制模块，负责主动配电网的就地控制，对下根据上级指令协调其负责控制的分布式电源的功率输出，对上则获取动模网架中的分布式电源实时运行数据上传至分层分布控制器。

35、所述分层分布控制模块，负责与管辖区域内的就地控制器进行通信控制，对下实时采集区域与馈线的交换功率并通过规约转换，协调区域中的就地控制器的输入，对上将整个区域的就地控制器采集得到的分布式电源信息汇总后经规约接口上传至动模仿真平台。

36、所述动模仿真模块，提供一键式网络设置与生成，可实现主动配电网动模网架的自动识别生成，并输出对应的网络拓扑文件至高级应用模块；同时动模仿真平台可通过数据交互接口实现对于模拟设备的处理改变，并通过算法接口以及主动配电网运行监控模块提供主动配电网模型参数、采集参数、实时数据信息、算法控制参数、算法启动、计算分析结果的信息交互，同时动模仿真平台也支持历史数据与实时数据的案例制作与生成，可通过一键式环境、曲线设置构建不同电网运行工况，作为高级应用测试场景。

37、所述高级应用模块，接收算法接口传递的网络参数以及模型库中的历史数据与实时数据，开展潮流计算、状态估计、运行优化多种高级应用计算，可实现的功能包括算法准确性验证以及网络控制目标值的输出，控制目标值保存至动模仿真平台设置的算法输出路径，并经过规约接口下发至分层分布控制器及动模网架中的各类终端设备，分层分布控制器将目标值下发至就地控制器，与ftu、dtu终端获取的目标值一起对主动配电网进行优化协调控制，以完成对高级应用测试功能的闭环验证。

38、所述数据通信与算法模块，通过数据传输规约接口和算法参数接口，实现了控制器与动模仿真平台、高级应用模块之间的数据交互和信息传递，以模拟和测试主动配电网的运行和控制过程。

39、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时一种基于动模仿真的主动配电网高级应用测试所述的方法的步骤。

40、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时一种基于动模仿真的主动配电网高级应用测试所述的方法的步骤。

41、本发明的有益效果：本发明可实现多源环状主动配电网的高级应用测试；可提供灵活多样的主动配电网运行场景模拟，并且实现不同场景的叠加；对于主动配电网的网络拓扑可实现自动识别与自动生成，快速形成实验环境且运行方式可控；可提供一键式高级应用测试功能。