电力系统N-2仿真分析过程自动化实现的系统及方法

摘要

本发明公开了一种电力系统N-2仿真分析过程自动化实现的系统及方法，该系统具有自动化实现仿真功能，能够自动地对多种不同的运行方法、N-1分析和N-2分析自动化仿真，而无需人工的介入，此外，系统还具有自学习功能，运行结果纳入知识库系统，自动将目标区域电网以及指定的线路一一进行计算分析，最终实现对电网全方位无遗漏的快速仿真；本发明实现对整个电力网络多种不同运行方式的所有故障无遗漏的仿真，其中除初始设置外，不需要人工的介入，节省用户大量的时间；在紧急情况下，可以调用知识库中的内容，快速地对可能发生不稳定的案例进行仿真，在节省时间的前提下，基本能够命中绝大部分的不稳定案例，提高仿真的有效性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统N-2仿真分析过程自动化实现的系统及方法。

背景技术

电力系统的安全性是衡量电网运行的重要指标，尤其是近年来，国内外电网频繁发生停 电事故，相继故障导致的大面积停电事故，给社会生产、生活带来了巨大损失，使得电力工 作者逐步意识到，以往电网安全校验的N-1准则虽然对于多数情况下都能保证电网的安全运 行，但有少数情况有可能会发生严重的后续大事故。特别是现代电网的特高压、直流输电的 引入以及风电场、光伏电场的大规模建设，电力系统更迫切需要从根本上解释和预防元件或 元件组在整个系统中的脆弱属性导致的电网可靠性缺失乃至大面积停电，因而电网的安全稳 定必须按照N-2准则对电网进行更加严苛的校验，进一步提高网络的安全性，预防那些“极 少发生但后果极严重”的情形。

目前N-2仿真分析的过程中面临的主要问题是：

（1）随着电网的规模逐步扩大，运行方式复杂多样，预想事故集数量越来越庞大，故障 种类繁多，常规分析方式只能遍历各种故障，耗时耗力，使得获得分析结果的时间延长，加 大电网运行方式的制定时间。

（2）若只分析部分故障，则非常依赖运行人员的经验。在人工操作经验不够丰富的情况 下，很可能漏掉了一些重要的事故元件组，造成电网长时间带隐患运行，从而对电网运行的 安全性构成威胁。

（3）在电网结构进行了稍微的改动后，需要重新安排人员进行逐个测试，实质上进行了 许多重复性的工作，浪费了人力资源且容易出错。

（4）目前只实现了程序化的N-1分析，N-2分析还没有形成高效而又快速的方案，难以 保证对电网实现全方位的仿真。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种电力系统N-2仿真分析过程自动化实现 的系统及方法，它具有自动化实现仿真功能，能够自动地对多种不同的运行方法、N-1分析 和N-2分析自动化仿真，而无需人工的介入，此外，还具有自学习功能，运行结果纳入知识 库系统，自动将目标区域电网以及指定的线路一一进行计算分析，最终实现对电网全方位无 遗漏的快速仿真。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力系统N-2仿真分析过程自动化实现的系统，包括：

运行方式调整模块，用于实现对用户所需要的不同运行方式的模拟，并将处理结果传输 给数据识别模块；

数据识别模块，对运行方式调整模块的数据进行识别，用于对BPA软件数据格式进行识 别、修改；

数据分发模块，接收数据识别模块提供的数据，对初始电网进行潮流计算及稳定仿真， 在案例稳定的前提下，为每个不同的故障准备仿真数据，将仿真数据传输给案例仿真模块；

参数调整模块，使用户能够对仿真参数进行调整，将调整结果传输给案例仿真模块；

案例仿真模块，接收数据分发模块、参数调整模块和故障维护模块传输过来的数据，用 于对每个案例逐一进行检验，穷尽所有的调整手段或者案例成功稳定位置，并将调整结果分 别传输给数据总结模块和知识库模块；

数据总结模块，接收案例仿真模块提供的中间结果，并汇总以供用户直接查看或打印； 按照电压越限标准或潮流越限标准对电网中的越限元件以及故障进行排序，查找出电网中最 为薄弱的元件以及最为严重的故障，以供用户进一步分析；

知识库模块，接收案例仿真模块提供的数据，进行多次仿真后，提取出每次仿真后的故 障情况；并把故障情况汇总为一个.ftf文件，供后续的使用；

故障维护模块，接收知识库模块的数据，并将不同故障类型的模拟的结果传输给案例仿 真模块；

存档模块，把设置情况以及数据文件存档。

所述运行方式调整模块对运行方式的定义，对线路、变压器以及母线的定义。

所述参数调整模块的仿真参数包括仿真限制时间、指定“本站”母线，监控的线路、对 不稳定案例的调整手段以及最终报告文件的内容和形式。

所述知识库模块中的故障情况包括低电压、潮流越限、电压潮流加权越限、阻尼比越限 和仿真失败，其中低电压、潮流越限、电压潮流加权越限和阻尼比越限的阈值均允许用户自 定义。

用于建立故障模板，实现不同故障类型的模拟，后续能够手动添加更多的类型；能够根 据故障模板，生成特定区域或者整个电网的所有故障；后续过程允许选择部分以及全部故障 进行仿真模拟。

上述系统所采用的工作方法，主要分为知识库的形成和知识库的调用两大部分：

知识库的形成，用于对多种运行方式、多种故障进行遍历性仿真，以找出较为严重的故 障；

知识库的调用，用于需要快速仿真的尝试，对知识库中已有的严重故障进行仿真，形成 汇总的word文件，供用户阅读和参考。

所述知识库的形成包括以下步骤：

步骤（1）：并发进行BPA数据识别和BPA数据修改、故障类型模板定制和不稳定案例调 整手段预定义三个步骤；

步骤（2）：故障列表生成和故障列表维护；根据步骤（1-2）的故障模板，选择一个或多 个故障列表，自动生成需要仿真的故障列表；用户能够选择故障列表中的全部或部分故障进 行仿真；

步骤（3）：形成各个单独的故障仿真案例；利用已有的无故障.swi文件，以及故障列表 中用户指定需要仿真的故障，形成多个包含故障的.swi文件，每个.swi文件只包含一个故障， 连同初始潮流.bse文件、.dat文件，放入一个文件夹内，形成单独的仿真案例；

步骤（4）：对各个案例进行仿真；调用BPA以及文件夹内的数据文件，进行暂态稳定仿 真。

步骤（5）：判断案例是否稳定，如果是就进入步骤（6）,如果否就进入步骤（7）；判断 稳定的标准可以由用户指定，具体的参数包括：频率的上下限，功角的上限；

步骤（6）：案例仿真结果信息汇总；

步骤（7）：将案例加入一般事故集合；

步骤（8）：按调整手段顺序尝试对案例进行调整，直到稳定或者穷尽调整手段；

根据步骤（1-3）中预定义的手段尝试进行调整，调整的具体过程为：根据预定义修改.dat 文件，以新的.dat文件进行潮流和暂态稳定仿真。判断案例调整后是否稳定，如果是就进入 步骤（9），如果否且调整手段未穷尽则就进入步骤（8），采用下一手段；如果否且调整手段 已穷尽，进入步骤（10）；

步骤（9）：给出调整手段并报告于用户，返回步骤（6）；报告用户用何种手段可以使原 本不稳定的案例调整为稳定，以供用户作为参考；

步骤（10）：将案例加入严重事故集合，返回步骤（6）；列为严重故障，指出在预定义的 方法手段内，无法使得案例保持稳定，指示用户应该尤其关注此故障；

步骤（11）：统计仿真过程中存在越限情况的元件，发生越限情况进行排序，找出最严重 的故障；进入步骤（12）；排序的依据有：故障中电压越限的严重程序，多次仿真中被命中的 次数；潮流越限的严重程序，多次仿真中被命中的次数；电压和潮流加权的越限严重程度， 多次仿真中被命中的次数；以此可以找出系统中比较薄弱的环节；

步骤（12）：统计案例的越限数目与越限程度并加入到知识库；进入步骤（13）；排序的 依据有：故障中电压越限的严重程序，以及越限元件的数目；潮流越限的严重程序，以及越 限元件的数目；电压和潮流加权的越限严重程度，以及越限元件的数目；阻尼比的大小；以 此找出系统中容易出现意外的故障；

步骤（13）：汇总知识库，结束。

所述BPA数据识别和BPA数据修改是实现对BPA软件的.dat和.swi数据导入到本软件， 以实现在本软件内直观地阅读和修改，且修改后保存为兼容BPA程序的.dat和.swi文件；

所述故障类型模板定制是预定义若干种不同的故障类型，用户选定所需要的故障类型后， 用替代法列出某个节点附近区域或者整个网络所有同种故障，并形成故障列表，以供后续步 骤使用；

所述不稳定案例调整手段预定义是当仿真时遇到不稳定的案例时，需要使用某些方法尝 试进行调整，目前的方法有：切除距离故障点用户指定范围内的负荷、减少用户指定范围内 的机组出力或者切除用户指定范围内的机组。

所述知识库的调用包括如下步骤：

步骤（14）：选取某个母线作为“本站”节点；以校验“本站”周围的元件，而并非整个 网络的元件；

步骤（15）：从知识库中提取“本站”附近可能发生的最严重的故障；由用户指定，参数 包括：历史仿真中曾出现电压、潮流或者二者加权、或者阻尼比超过某个阈值的故障，或者 出现故障且无法利用已知手段进行调整的严重故障；

步骤（16）：从知识库中提取“本站”附近可最薄弱的环节，假设其发生故障；由用户指 定，选择校验特定的元件，所述特定的元件包括但不限于线路、发电机、母线；

步骤（17）：汇总故障列表；利用步骤（15）和步骤（16）的设置，从知识库中选择某些 用户认为需要校验的故障，汇总成为一个总的故障列表；

步骤（18）：对各个案例进行仿真，并对不稳定案例给出调整方案；实质上为上述的步骤 （4）-（13），同时此次仿真也增强了知识库中内容；

步骤（19）：给出各个案例的功角、频率、电压的监视曲线；利用开源的GUN_PLOT绘图 软件，读取仿真结束后的数据文件，实现对上述参数的绘图；

步骤（20）：将所有信息汇总成为直接能够打印的WORD文档。

本发明的有益效果：

1该方法拥有自动化实现仿真功能，能够自动地对多种不同的运行方法、N-1分析和N-2 分析自动化仿真，而无需人工的介入，此外，还具有自学习功能，运行结果纳入知识库系统， 自动将目标区域电网以及指定的线路一一进行计算分析，最终实现对电网全方位无遗漏的快 速仿真；

2在计算机空闲且时间允许时，可以实现对整个电力网络多种不同运行方式的所有故障 无遗漏的仿真，其中除初始设置外，不需要人工的介入；可以节省用户大量的时间；

3在紧急情况下，可以调用知识库中的内容，快速地对可能发生不稳定的案例进行仿真， 在节省时间的前提下，基本能够命中绝大部分的不稳定案例，提高仿真的有效性。

附图说明

图1为本发明的系统框图；

图2为本发明的知识库的形成流程图；

图3为本发明的知识库的调用流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种电力系统N-2仿真分析过程自动化实现的系统，包括：

运行方式调整模块，用于实现对用户所需要的不同运行方式的模拟，对运行方式的定义， 对线路、变压器以及母线的定义，并将处理结果传输给数据识别模块；

数据识别模块，对运行方式调整模块的数据进行识别，用于对BPA数据格式进行识别， 以实现对BPA数据文件的读取和修改；

数据分发模块，接收数据识别模块提供的数据，对初始电网进行潮流计算及稳定仿真， 在案例稳定的前提下，为每个不同的故障准备仿真数据，包括.bse文件及带有故障的.swi文 件，将数据传输给案例仿真模块；

参数调整模块，使用户能够对仿真的参数进行调整，例如仿真限制时间、指定“本站” 母线，监控的线路、对不稳定案例的调整手段以及最终报告文件的内容和形式，并将调整结 果传输给案例仿真模块；

案例仿真模块，接收数据分发模块、参数调整模块和故障维护模块传输过来的数据，用 于对每个案例逐一进行检验，对于不稳定的案例，尝试使用指定的调整手段进行调整，直至 穷尽所有的调整手段或者案例成功稳定位置，并将调整结果分别传输给数据总结模块和知识 库模块；

数据总结模块，接收案例仿真模块提供的中间结果，对所有案例的仿真结果进行收集， 并汇总成为一个.doc文档，以供用户直接查看或打印；按照指定的方式对电网中的越限元件 以及故障进行排序，查找出电网中最为薄弱的元件以及最为严重的故障，以供用户进一步分 析；

知识库模块，接收案例仿真模块提供的数据，进行多次仿真后，提取出每次仿真后的故 障情况；所述故障情况包括低电压、潮流越限、电压潮流加权越限、阻尼比越限和仿真失败， 其中低电压、潮流越限、电压潮流加权越限和阻尼比越限的阈值均允许用户自定义，并把故 障汇总为一个.ftf文件，供后续的使用；

故障维护模块，接收知识库模块的数据，并将出来后的结果传输给案例仿真模块，用于 建立故障模板，实现不同故障类型的模拟，后续能够手动添加更多的类型；能够根据故障模 板，生成特定区域或者整个电网的所有故障；后续过程允许选择部分以及全部故障进行仿真 模拟。

存档模块，把设置情况以及数据文件保留一个副本，下次使用能够直接载入，不需要重 新设置；连续设置若干个存档，以后不需要人工介入地进行若干次仿真。

如图2所示，上述系统所采用的工作方法，主要分为知识库的形成和知识库的调用两大 部分。知识库的形成，用于对多种运行方式、多种故障进行遍历性仿真，以找出较为严重的 故障；知识库的调用，用于需要快速仿真的尝试，对知识库中已有的严重故障进行仿真。

所述知识库的形成的具体步骤为：

步骤（1-1）：BPA数据识别和BPA数据修改；实现对BPA软件的.dat和.swi数据导入 到本软件，以实现在本软件内直观地阅读和修改，且修改后保存为兼容BPA程序的.dat和.swi 文件；

步骤（1-2）：故障类型模板定制；预定义若干种不同的故障类型，用户选定特定的故障 类型后，用替代法列出特定区域或者整个网络所有同种故障，并形成故障列表（一个包含需 要仿真的案例的汇总列表），以供后续步骤使用；

步骤（1-3）：不稳定案例调整手段预定义；当仿真时遇到不稳定的案例时，需要使用某 些方法尝试进行调整。目前的方法有：切除特定范围内负荷、减少特定范围内机组出力、切 除特定范围内机组；

步骤（2）：故障列表生成和故障列表维护；根据步骤（1-2）的故障模板，选择一个或多 个故障列表，自动生成需要仿真的故障列表；用户能够选择故障列表中的全部或部分故障进 行仿真；

步骤（3）：形成各个单独的故障仿真案例；利用已有的无故障.swi文件，以及故障列表 中用户指定需要仿真的故障，形成多个包含故障的.swi文件，每个.swi文件只包含一个故障， 连同初始潮流.bse文件、.dat文件，放入一个文件夹内，形成单独的仿真案例；

步骤（4）：对各个案例进行仿真；调用BPA以及文件夹内的数据文件，进行暂态稳定仿 真。

步骤（5）：判断案例是否稳定，如果是就进入步骤（6）,如果否就进入步骤（7）；判断 稳定的标准可以由用户指定，具体的参数包括：频率的上下限，功角的上限；

步骤（6）：案例仿真结果信息汇总；

步骤（7）：将案例加入一般事故集合；

步骤（8）：按调整手段顺序尝试对案例进行调整，直到稳定或者穷尽调整手段；

根据步骤（1-3）中预定义的手段尝试进行调整，调整的具体过程为：根据预定义修改.dat 文件，以新的.dat文件进行潮流和暂态稳定仿真。判断案例调整后是否稳定，如果是就进入 步骤（9），如果否且调整手段未穷尽则就进入步骤（8），采用下一手段；如果否且调整手段 已穷尽，进入步骤（10）；

步骤（9）：给出调整手段并报告于用户，返回步骤（6）；报告用户用何种手段能够使原 本不稳定的案例调整为稳定，以供用户作为参考；

步骤（10）：将案例加入严重事故集合，返回步骤（6）；列为严重故障，指出在预定义的 方法手段内，无法使得案例保持稳定，指示用户应该尤其关注此故障；

步骤（11）：统计仿真过程中存在越限情况的元件，发生越限情况进行排序，找出最严重 的故障；进入步骤（12）；排序的依据有：故障中电压越限的严重程序，多次仿真中被命中的 次数；潮流越限的严重程序，多次仿真中被命中的次数；电压和潮流加权的越限严重程度， 多次仿真中被命中的次数；以此找出电力系统中比较薄弱的环节；

步骤（12）：统计案例的越限数目与越限程度并加入到知识库；进入步骤（13）；排序的 依据有：故障中电压越限的严重程序，以及越限元件的数目；潮流越限的严重程序，以及越 限元件的数目；电压和潮流加权的越限严重程度，以及越限元件的数目；阻尼比的大小；以 此找出电力系统中容易出现意外的故障；

步骤（13）：汇总知识库，结束。

如图3所示，所述知识库的调用分为如下步骤：

步骤（14）：选取某个母线作为“本站”节点；以校验“本站”周围的元件，而并非整个 网络的元件；

步骤（15）：从知识库中提取“本站”附近可能发生的最严重的故障；由用户指定，参数 包括：历史仿真中曾出现电压、潮流或者二者加权、或者阻尼比超过某个阈值的故障，或者 出现故障且无法利用已知手段进行调整的严重故障；

步骤（16）：从知识库中提取“本站”附近可最薄弱的环节，假设其发生故障；

步骤（17）：汇总故障列表；利用步骤（15）和步骤（16）的设置，从知识库中提取出网 络中可能会导致严重后果的故障，汇总成为一个总的故障列表；

步骤（18）：对各个案例进行仿真，并对不稳定案例给出调整方案；实质上为上述的步骤 （4）-（13），同时此次仿真也增强了知识库中内容；

步骤（19）：给出各个案例的功角、频率、电压的监视曲线；利用开源的GUN_PLOT绘图 软件，读取仿真结束后的数据文件，实现对上述参数的绘图；

步骤（20）：将所有信息汇总成为直接能够打印的WORD文档。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限 制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付 出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。