配电网的预操作仿真系统及仿真分析方法

摘要

本发明公开了一种配电网的预操作仿真系统及仿真分析方法，仿真系统包括快速仿真启动模块、预操作执行模块、预操作分析模块、分析结果展示模块，进行仿真分析和迎峰渡夏分析时，根据调度操作方案进行仿真操作，并对仿真操作进行配网潮流计算和配网风险评估，将仿真操作所引起的配电网相关电气量的变化及增加或减少的电网运行风险通过预操作仿真屏进行显示，并与实时界面屏形成对比，提供预操作后对电网的安全性，可靠性，经济性的影响结果信息，为调度员提供辅助决策。

说明书

技术领域

本发明涉及配电自动化系统的仿真技术领域，具体的说，是涉及一种配电网的预操作 仿真系统及仿真分析方法。

背景技术

配电网是电力系统的重要组成部分,其安全可靠性将直接影响着国民经济发展和人民 生活水平。配电网的网络复杂、设备量大、变化频繁，这对配电网网络分析相关的应用功能 造成了许多问题。一方面导致配网调度员无法精确分析出调度操作对电网的影响；另一方面 配网调度人员拟定的操作预案，由于配网运行方式的改变而不再正确。错误的调度操作很容 易导致用户失电，降低电网的可靠性。为保证电力系统的安全运行，对配电网运行调度的监 控功能、配网自动化维护人员素质以及电力系统本身功能都提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配电网的预操作仿真系统及仿真分析和迎峰渡夏分析方 法，对调度操作方案做预操作分析，获取预操作可能导致的风险，为调度员提供辅助决策。

本发明采用的技术方案为：

配电网的预操作仿真系统，与电力监控系统相连，包括以下功能模块：

快速仿真启动模块，负责初始化预操作仿真系统，启动时，会依次检测快速仿真所属态 是否启动，快速仿真功能是否可用，同步模型和数据是否成功，如果启动成功，则系统同时 显示实时界面屏和预操作仿真屏；如果启动失败，则弹出错误提示对话框，提示失败原因；

预操作执行模块，负责人机交互，接收调度员的仿真操作；

预操作分析模块，包括配网潮流计算和配网风险评估两个功能模块，所述配网潮流计算 模块用于统计电网运行方式改变或调整后，电网供电路径上的负荷分布，获取各线路开关的 电流值；所述配网风险评估模块用于电网运行方式改变或调整后，对电网运行进行风险评估；

分析结果展示模块，包括实时界面屏和预操作仿真屏，用于将仿真操作所引起的配电网 相关电气量的变化及增加或减少的风险，通过预操作仿真屏进行显示，并与实时界面屏形成 对比。

采用配电网的预操作仿真系统进行预操作仿真分析的方法，包括如下步骤：

1）启动预操作仿真系统，初始化预操作仿真系统，获取电力监控系统中当前电网的数 据作为仿真的初始化数据来源，并通过实时界面屏和预操作仿真屏进行显示；

2）调度员根据预操作方案，通过预操作执行模块进行仿真操作，仿真操作主要为改变 供电线路上开关的开、合闸状态，以改变或调整电网的运行方式；

3）通过配网潮流计算模块对所述步骤2）的仿真操作进行配网潮流计算，配网潮流计 算采用负荷电流叠加的算法，具体为：

3-1）仿真系统接收到仿真操作指令后，获取供电线路上的变位开关，所述变位开关是 指仿真操作后，开关的开，合状态发生了变化的开关；

3-2）定义供电线路的电源点与变位开关之间为上游供电路径，变位开关与负荷之间为 下游供电路径，利用拓扑搜索获取变位开关下游供电路径；

3-3）如果预操作指令为开关分闸，则原开关状态为合闸，此时上游供电路径的开关电 流值减小，减小幅值为变位开关的电流值，所述变位开关的电流值可通过配电网主站系统自 动获取，下游供电路径上所有设备失电，电流值归0；如果预操作指令为开关合闸，则原开 关状态为分闸，此时上游供电路径上的开关电流值增加，增加幅值为变位开关的电流值，下 游供电路径上的开关电流值的计算公式为：

其中，I_brk为下游供电路径上的开关的电流值，I_ld下游供电路径上的负荷的电流值；

3-4）计算供电线路上的有功功率和无功功率，计算公式如下，

P=UIcosθ

Q=UIsinθ

其中，P为有功功率，Q为无功功率，U为线电压，I为线电流，θ为U和I的夹角；

3-5）将计算得到的上游供电路径的开关电流值，下游供电路径的开关电流值，线路有 功功率和无功功率发送遥测信息，通过预操作仿真屏进行显示，并与实时界面屏形成对比；

4）通过配网风险评估模块对所述步骤2）的仿真操作进行电网运行风险评估，所述风 险评估包括：

N-1分析，对某一馈线进行拓扑搜索，如果通过m个以内的分位线路开关找到别的母线， 则该馈线满足N-1原则；如果通过0个分位线路开关找到别的母线，则线路环网运行，增加 了电网运行风险，所述m根据实际情况设定；

重载分析，线路电源点的出线电流超过线路重载阈值，则线路重载，增加了电网运行风 险；

5）将所述步骤4）分析得到的增加或减少的电网运行风险通过预操作仿真屏进行显示， 为调度员提供辅助决策；

6）重复步骤2）至5），直至所有的预操作方案都完成。

通过采用上述技术手段，本发明的优点为：预操作仿真系统提供配网潮流计算功能和 配网风险评估功能，配网调度人员在对实际电网进行调度操作前，通过预操作仿真系统进行 预演，根据潮流计算和风险评估对预操作进行分析，校验调度操作是否合理，是否会影响电 网的安全性和可靠性，并将分析结果多样化的展示方式给配网调度人员，为调度员提供辅助 决策；配网调度人员根据分析结果能够提前预知调度操作对电网的影响，选择执行、修改、 或放弃该项调度操作，从而保证电网的安全、可靠运行。

说明书附图

图1为本发明预操作仿真分析的框架结构示意图；

图2为本发明预操作仿真系统启动流程图；

图3为本发明配网潮流分析算法流程图；

图4为本发明实时界面屏和预操作仿真屏对比显示示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

整个电力监控系统需要将实际的电网抽象成一个个具体的设备例如开关、负荷、电源 等，这些设备之间存在拓扑连接关系。

如图1所示，本发明的预操作仿真操作系统与电力监控系统相连，包括4大模块：快 速仿真启动模块、预操作执行模块、预操作分析模块、分析结果展示模块。

快速仿真启动模块负责初始化预操作仿真系统，如图2所示，快速仿真启动模块启动 后，会依次检测快速仿真所属态是否启动，快速仿真功能是否可用，同步模型和数据是否成 功，如果启动成功，则系统同时显示实时界面屏和预操作仿真屏；如果启动失败，则弹出错 误提示对话框，提示失败原因。

预操作执行模块负责人机交互，接收调度员的仿真操作，仿真操作主要为改变供电线 路上开关的开、合闸状态，以改变或调整电网的运行方式。

预操作分析模块是预操作系统的核心模块，提供预操作后对电网的安全性，可靠性， 经济性的影响结果信息，具体包括如下内容：运行人员调整电网运行方式后的电网运行方式 究竟效果如何，是否会导致电网异常例如产生线路重载或者降低了电网可靠性；进行各种操 作方案后增加或减少的电网风险。

预操作分析模块分为2大部分：配网潮流计算模块和配网风险评估模块，

其中，配网潮流计算模块用于统计电网运行方式改变或调整后，电网供电路径上的负 荷分布，获取各线路开关的电流值；配网风险评估模块是电网方式改变合理性的重要校验工 具，用于分析改变或调整后的电网运行方式是否会导致电网可靠性降低。

分析结果展示模块，包括实时界面屏和预操作仿真屏，用于将仿真操作所引起的配电 网相关电气量的变化及增加或减少的风险，通过预操作仿真屏进行显示，并与实时界面屏形 成对比。

采用本发明的配电网的预操作仿真系统进行预操作仿真分析的方法，包括如下步骤：

1）启动预操作仿真系统，初始化预操作仿真系统，获取电力监控系统中当前电网数据 作为仿真的初始化数据来源，并通过实时界面屏和预操作仿真屏进行显示；当前电网数据包 括当前电网模型和当前方式，其中当前电网模型就是电网目前的所有设备和连接关系的集 合，当前方式就是电网最新的方式数据，即电网中的开关设备的状态，开关、负荷上的电流 的大小这些信息。

2）调度员根据预操作方案，通过预操作执行模块进行仿真操作，主要为改变供电线路 上开关的开、合闸状态，以改变或调整电网的运行方式。

3）通过配网潮流计算模块对所述步骤2）的仿真操作进行配网潮流计算，配网潮流计 算对配网模型进行一定理想化：负荷的功率因数一致，即配网潮流计算采用负荷电流叠加的 算法。采用该算法原因在于：1）配网网络情况复杂，基于牛顿-拉夫逊算法的潮流计算方法 不满足预操作仿真的实时性要求；2）配电网设备量大、变化频繁，配网设备参数维护缓慢， 无法获取精确的阻抗信息，不满足牛顿-拉夫逊算法的数据要求；3）经实际现场测试，负荷 电流叠加算法的计算精度已满足需求。

如图3所示，图中，黑色显示的开关为闭合状态，白色显示的开关为断开状态，当电网 的运行方式改变或调整后，图3中为配网开关A1合闸，配网潮流计算模块重新统计供电路 径上的负荷分布，通过叠加计算获取各线路开关的电流值，具体计算方法为：

3-1）仿真系统接收到预操作指令后，获取供电线路上的变位开关，所述变位开关是指 预操作后，开关的开，合状态发生了变化的开关，本实施例中指配网开关A1；

3-2）定义供电线路的电源点与变位开关之间为上游供电路径，变位开关与负荷之间为 下游供电路径，利用拓扑搜索获取变位开关下游供电路径，本实施例中，两侧均为电源点， 由于右侧存在一个断开的开关，故电流的流向为由左侧的电源点向右，左侧电源点到A1之 间为上游供电路径，存在配网开关A1到负荷ld2，配网开关A1到负荷ld3两条下游供电路 线；

3-3）如果预操作指令为开关分闸，则原开关状态为合闸，此时上游供电路径的开关电 流值减小，减小幅值为变位开关的电流值，所述变位开关的电流值可通过配电网主站系统自 动获取，下游供电路径上所有设备失电，电流值归0；如果预操作指令为开关合闸，则原开 关状态为分闸，此时上游供电路径上的开关电流值增加，增加幅值为变位开关的电流值，下 游供电路径上的开关电流值的计算公式为：

其中，I_brk为下游供电路径上开关电流值，I_ld下游供电路径上的负荷的电流值；

本实施例中开关合闸，则上游供电路径上的开关电流值增加，通过配电网主站系统获得 变位开关A1的电流值为20A，则上游供电路径上断路器Brk1的电流值由30A变为30A+20A； 下游供电路径上，流经开关A1的有两个负荷ld2和ld3，则I_A1=I_ld2+I_ld3，为20A，流经开 关A2的有一个负荷ld3，则I_A2=I_ld3，为10A；

3-4）计算供电线路上的有功功率和无功功率，公式如下，

P=UIcosθ

Q=UIsinθ

其中，P为有功功率，Q为无功功率，U为线电压，I为线电流，θ为U和I的夹角； 线电压，线电流和夹角θ通过配电网主站系统自动获得；

3-5）将计算得到的上游供电路径的开关电流值，下游供电路径的开关电流值，有功功 率和无功功率发送遥测，通过预操作仿真屏进行显示，并与实时界面屏形成对比。

4）通过配网风险评估模块对所述步骤2）的仿真操作进行电网运行风险评估，分析改 变或调整后的电网运行方式是否会导致电网可靠性降低，所述风险评估包括：

N-1分析，对某一馈线进行拓扑搜索，如果通过m个以内的分位线路开关找到别的母线， 则该馈线满足N-1原则；如果通过0个分位线路开关找到别的母线，则线路环网运行，增加 了电网运行风险；所述m根据实际情况设定。其中，馈线指配电网中与任意配网节点相连接 的支路；N-1原则是判定电力系统安全性的一种准则，又称单一故障安全准则，按照这一 准则，电力系统的N个元件中的任一独立元件（发电机、输电线路、变压器等）发生故障而 被切除后，应不造成因其他线路过负荷跳闸而导致用户停电，不破坏系统的稳定性，不出现 电压崩溃等事故。

重载分析，线路电源点的出线电流超过线路重载阈值，则线路重载，增加了电网运行风 险。线路重载指配电网线路用户增加、故障负荷转供等原因导致线路负载量超过额定值的 70%。

5）将所述步骤4）分析得到的增加或减少的电网运行风险通过预操作仿真屏进行显示， 为调度员提供辅助决策。

6）重复步骤2）至5），直至所有的预操作方案都完成。

图4显示了实时界面屏和预操作仿真屏对比结果，预操作仿真屏上可以通过框定、箭头 指示、tip指示、高亮显示、闪烁等手段对敏感数据做提示，还能够依据调度员的要求，在 仿真过程中对仿真过程中的关键点进行标记，在仿真结束后，可将这些关键点进行追踪回放。 图4所示为仿真操作指令：线路开关D合闸的分析结果。通过实时界面屏和预操作仿真屏对 比结果能够清晰看到线路开关D合闸带来的风险：出现2条供电路径环网运行，预操作仿真 屏通过高亮显示的方式提示用户环网运行的线路；通过tip指示提示环网运行的2个电源点 和产生风险的原因。

本发明以优选实施例进行了说明，应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡 采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。