基于30秒周期静态分析的电力现货交易安全校核方法

摘要

本发明涉及一种基于30秒周期静态分析的电力现货交易安全校核方法，首先电力调控中心接收电力交易部门发出的现货交易数据并进行在线安全分析数据准备，然后调控中心进行静态安全分析，最后调控中心给出交易中心在线稳控校核结果及辅助服务策略。不仅能提升电网的在线安全分析能力，也能有效应对电力现货交易的快速变化，为我国电力市场发展提供安全稳定运行保障，实现电网安全运行和市场有序运作的协调统一。

说明书

技术领域

本发明属于智能电网调度领域领域，主要是涉及一种基于30秒周期静态分析的电力现货交易安全校核方法。

背景技术

“十二五”期间，国家电网已经基本建成以“三纵三横”特高压电网为骨干网架，是世界上电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进、运行特性最复杂的交直流混联大电网。随着特高压电网建设的推进，以及直流输电、FACTS等大量电力电子元件应用、风电和光伏新能源电源大规模接入，带来的运行压力不断增大，安全稳定水平相互制约，资源优化利用与安全问题矛盾突出。电网运行安排的传统做法，越来越难以适应未来特高压大电网运行的需要，难以适应日趋复杂多变的运行规定，难以适应电网运行方式安排工作量的剧增。而“十三五”期间电力跨区现货交易将全面展开，为缓解弃水、弃风、弃光等问题，国家电网制定了富余可再生能源跨省区现货市场规则，以经济利益为导向的跨区交易直接导致受送端开机方式、潮流、电网静态及暂态稳定性突变。跨省区日内交易需要满足送受端电网和跨省区通道安全约束，市场出清要闭环考虑电网安全约束条件，因此电力调度机构要切实履行交易安全校核责任，认真落实交易计划，保障实时平衡和系统安全，在实施交易方案前需要电网调度部门进行安全校核并给出辅助服务决策，安全校核后将电网阻塞、越限等他情况和辅助服务决策及时返回给交易中心，交易中心根据调度部门的建议修改交易内容，完成交易过程。

本专利针对D5000在线安全分析功能进行完善提升，开展基于30秒周期静态安全分析的电力现货交易安全校核。不仅能提升电网的在线安全分析能力，也能有效应对电力现货交易的快速变化，为我国电力市场发展提供安全稳定运行保障，实现电网安全运行和市场有序运作的协调统一。

发明内容

发明目的：

本发明针对D5000在线安全分析功能进行完善提升，提出了基于30秒周期静态分析的电力现货交易安全校核方法，不仅能提升电网的在线安全分析能力，也能有效应对电力现货交易的快速变化，为我国电力市场发展提供安全稳定运行保障，实现电网安全运行和市场有序运作的协调统一。

技术方案：

一种基于30秒周期静态分析的电力现货交易安全校核方法，首先电力调控中心接收电力交易部门发出的现货交易数据并进行在线安全分析数据准备，然后调控中心进行静态安全分析，最后调控中心给出交易中心在线稳控校核结果及辅助服务策略。

所述基于30秒周期静态分析的电力现货交易安全校核方法，具体步骤如下：

（1）、调控中心接收现货交易数据

跨省区现货交易日内市场每日开市，组织可再生能源日内增量交易，15分钟为一个时段，全天分0:15-8:00，8:15-12:00，12:15-16:00，16:15-20:00，20:15-24:00五个交易段组织，每个交易段前2小时开市；前一日17:00前，送端省调调度台组织省内可再生能源发电企业申报次日日内市场竞标价格，五个交易段，可再生能源发电企业在每个交易段分别报一个单一价格；受端省调调度台申报次日日内日市场竞标价，五个交易段，可再生能源发电企业在每个交易段分别报一个单一价格，所有价格信息均封存于国调中心交易平台；

正式交易前150分钟，国调中心核实临近交易段送受端购售电价价差和跨区通道可用输电能力，当受端省调申报购电价格低于送端省调申报卖电价格或者跨区通道无可用输电能力时，临近交易段不开市；正式交易前120分钟，如临近交易段开市，国调中心、分中心向省调发布跨区、跨省通道可用输电能力；可再生能源发电企业根据交易时段内的剩余发电能力，申报日内各临近交易段的发电曲线；此时，省调D5000系统接收国调下发的跨区、跨省通道可用输电能力、发电曲线和报价等数据信息；

（2）、静态在线安全校核数据准备

为实现不同调度中心的在线计算数据的自动使用和拼接，首先需要建立设备名称及其属性的自动映射；基本原理为：根据在线/离线设备名称、连接关系、编号、元件参数以及人工定制的信息动态地形成各类设备映射表，支持多对多映射，支持不同类型设备之间的映射；

在当前电力系统运行模式下，多源数据主要由离线数据和在线数据组成；在线计算数据主要包含了电力系统主网的电网结构、设备参数以及运行信息，能够相对准确地描述某时刻电力系统主网的运行状态；离线数据包含了相对完整的典型电网结构，以及电网设备的模型和参数的数据，适合详细、深入地分析电网的物理特性；电网的在线计算数据和离线数据是对同一个电力系统的描述，但由于建模的载体、目的不同，建模过程相对独立等原因，形成了两套从不同角度描述电力系统的数据；

根据电网的实际情况和规律，采用的动态智能映射策略的方法如下：

1）以厂站为基本映射单位的动态设备映射；

2）采用以厂站和设备的标准命名为核心的技术实现动态映射；主要从厂站名称，设备名称进行动态映射；参照如下规则：

厂站名称相同或相似；当前在线主要使用调度命名，而离线数据使用方式命名；

设备名称序号相同或相似；调度名称及离线名称的设备编号基本一致；

设备邻接已映射设备进行动态映射；对于无法通过编号确认映射的设备，通过已映射上的设备进行智能匹配；

通过阻抗比进行映射；对于双回线路映射，由于没法准确映射，需通过在线离线数据源阻尼比值进行比较确认；

3）根据联络设备和设备的等值属性实现等值设备和等值网络的复杂映射；由于离线数据与在线计算数据建模不一致，在一些情况下，在线计算数据尚未建模；另一些情况下，实际系统存在提前投运的厂站，在线计算数据具有详细的厂站建模，而离线数据相对比较简单；在这类在线/离线数据不一致的情况下，需要建立复杂的映射关系，保证等值设备、等值电网的在线量测能够在整合潮流中得到准确、完整的体现；

（3）、静态安全分析

根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷元件的运行条件及给定的切除方案，确定切除某些元件是否危及系统的安全；

静态安全分析的主要功能包括：

可选择进行全网，某区域网或某电压等级网的N-1计算，以及对指定切除方案的计算；

切除方案信息的给定，一个方案是交流线、变压器、发电机或负荷中的某个元件，或是其中多个元件的任意组合；

以潮流计算为基础，其基本数据包括所基于潮流的全部数据和发电机及其调速器的部分数据；

结果输出的内容和形式多种多样；既能分别输出每个切除方案的多种信息，也能对所有切除方案作各种形式的统计输出；

计算方法支持PQ分解法、牛顿法、最佳乘子法、牛顿法、PQ分解转牛顿法；

静态安全分析计算在潮流算法方面进行了优化，优化方法如下：

因子表局部修正技术：

当电力网络结构或参数发生局部变化时，重新建立网络方程再求解是低效的，采用网络方程修正解法，只计算发生变化的部分，能够大大提高速度；

动态网络接线分析技术

支路开断或投入以及电网的拓扑结构发生变化，可能使电气岛的数目发生变化，功率再分配的范围也相应变化；对实用的静态安全分析系统需采用网络接线分析方法；

在对变化后的网络进行接线分析时，通过限制分析的范围减小计算时间，同时在分析中充分利用变化前的接线分析成果，利用基态潮流下建立的拓扑主表和辅助表，只针对故障后电网变化部分进行动态网络接线分析，能够极大地提高接线分析速度。

（4）、稳控策略在线校核

主要实现稳控装置策略的校核，系统自动采集安自装置的运行状态、信息以及EMS实时数据，并生成实时的电网稳定计算数据文件、预想故障集、装置故障动作稳定卡，用静态稳定分析程序，进行全网故障的扫描计算；若某一故障触发装置动作，将会纳入装置的动作逻辑进行电网稳定计算，给出装置的动作行为以及动作之后电网热稳水平；若装置正确动作，电网仍然出现不稳定的情况，稳控装置的策略可能存在问题，需分析稳控策略是否满足实时方式下的电网稳定性的要求，从而全面分析作为电网第二道防线的安自装置策略的适应性。

稳控策略在线校核方法步骤如下：

步骤一 加载电力系统运行数据，记录与稳控策略相关的设备状态量。

步骤二 遍历稳控策略索引表中的条目，根据运行数据，逐一确定条目所包含的四类条件是否满足；根据稳控策略的唯一性原则，一旦四类条件全部满足，则说明匹配成功，无须进一步搜索，转至步骤三；

稳控策略唯一性原则，在确定的电力系统运行状态下，发生某一故障时，稳控系统有且只有一组与之匹配的稳控动作，含无动作策略；

步骤三 根据步骤二的匹配结果，若未找到匹配策略，则发生失配，需及时预警；若找到匹配策略，则把对应的稳控动作加入暂态稳定仿真，如果系统失稳则给出预警信息；

（5）、辅助服务决策

辅助服务决策是根据已经建立的安控策略模型和安控在线校核结果，结合当前的电网实际运行工况，针对所有安控系统和所有安控策略，判断是否满足故障约束、方式约束和潮流约束条件，如果满足条件，则进行控制策略、执行策略和控制措施的解析、进行控制量的分配，直到获取所有满足控制要求的控制措施，给出安控装置在当前电网运行工况下，设定预想故障下的动作决策建议。

优点及效果：

本发明这种基于30秒周期静态分析的电力现货交易安全校核方法，具有以下优点和有益效果：

本发明通过对D5000在线安全分析功能进行完善提升，开展基于30秒周期静态安全分析的电力现货交易安全校核。不仅能提升了省级电网的在线安全分析能力，也能有效应对新形势下弃水弃风弃光的电力跨区现货交易，合理校验和审核电网的可靠送出和可靠受入，为我国电力市场发展提供安全稳定运行保障，实现电网安全运行和市场有序运作的协调统一。

附图说明

图1是动态设备名称映射图。

图2是多源数据映射图。

图3是安控策略校核原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

D5000是新一代的智能电网调度技术支持系统基础平台，适应了国家电网公司“大运行”体系中五级调度控制体系的要求，实现了“远程调阅、告警直传、横向贯通、纵向管理”的功能。D5000系统把调度计划、来水情况、气象变化等各项数据都融合在一起，将零散的数据整合成一个大数据库，可对电网进行全面分析。

本发明提出了基于30秒周期静态分析的电力现货交易安全校核方法，首先电力调控中心接收电力交易部门发出的现货交易数据并进行在线安全分析数据准备，然后调控中心进行静态安全分析，最后调控中心给出交易中心在线稳控校核结果及辅助服务策略。

所述基于30秒周期静态分析的电力现货交易安全校核方法，具体步骤如下：

（1）、调控中心接收现货交易数据

跨省区现货交易日内市场每日开市，组织可再生能源日内增量交易，全天分0:15-8:00,8:15-12:00,12:15-16:00,16:15-20:00,20:15-24:00五个交易段（15分钟为一个时段）组织，每个交易段前2小时开市。前一日17:00前，送端省调调度台组织省内可再生能源发电企业申报次日日内市场竞标价格（五个交易段，可再生能源发电企业在每个交易段分别报一个单一价格）；受端省调调度台申报次日日内日市场竞标价（五个交易段，可再生能源发电企业在每个交易段分别报一个单一价格），所有价格信息均封存于国调中心交易平台。

正式交易前150分钟，国调中心核实临近交易段送受端购售电价价差和跨区通道可用输电能力，当受端省调申报购电价格低于送端省调申报卖电价格或者跨区通道无可用输电能力时，临近交易段不开市。正式交易前120分钟，如临近交易段开市，国调中心、分中心向省调发布跨区、跨省通道可用输电能力；可再生能源发电企业根据交易时段内的剩余发电能力，申报日内各临近交易段的发电曲线。此时，省调D5000系统接收国调下发的跨区、跨省通道可用输电能力、发电曲线和报价等数据信息；

（2）、静态在线安全校核数据准备

为实现不同调度中心的在线计算数据的自动使用和拼接，首先需要建立设备名称及其属性的自动映射。基本原理为：根据在线/离线设备名称、连接关系、编号、元件参数以及人工定制等信息动态地形成各类设备映射表，支持多对多映射，支持不同类型设备之间的映射；

对于跨区大电网来说，由于数据涉及范围广，数据量大，对应关系复杂，采用传统人工维护的方法难以解决电网设备动态映射的问题；根据电网的实际情况和规律，采用以下原则和方法实现电网设备的动态智能映射；

1）以厂站为基本映射单位的动态设备映射；在电网计算数据中，厂站位于电网层次结构中的中间层，其数量相对有限，不同数据之间的厂站映射相对易于维护；同时形成厂站映射后，厂内/外的电网设备映射的形成也大为简化；

2）采用以厂站和设备的标准命名为核心的技术实现动态映射；

3）根据联络设备（线路或变压器）和设备的等值属性实现等值设备和等值网络的复杂映射；由于离线数据与在线计算数据建模不一致，一些情况下，在线计算数据只有厂站出线的等值量测；另一些情况下，实际系统存在提前投运的厂站，在线计算数据具有详细的厂站建模，而离线数据相对比较简单；在这类在线/离线数据不一致的情况下，需要建立复杂的映射关系，保证等值设备、等值电网的在线量测能够在整合潮流中得到准确、完整的体现；映射关系如图1所示；

在当前电力系统运行模式下，多源数据主要由离线数据和在线数据组成；在线计算数据主要包含了电力系统主网的电网结构、设备参数以及运行信息，能够相对准确地描述某时刻电力系统主网的运行状态；离线数据包含了相对完整的典型电网结构，以及电网设备的模型和参数的数据，可以适合详细、深入地分析电网的物理特性；可见，电网的在线计算数据和离线数据是对同一个电力系统的描述，但由于建模的载体、目的不同，建模过程相对独立等原因，形成了两套从不同角度描述电力系统的数据；

根据电网的实际情况和规律，提出动态智能映射策略的基本方法：

1）以厂站为基本映射单位的动态设备映射；在电网计算数据中，厂站位于电网层次结构中的中间层，其数量相对有限，不同数据之间的厂站映射相对易于维护；同时形成厂站映射后，厂内/外的电网设备映射的形成也大为简化；

2）采用以厂站和设备的标准命名为核心的技术实现动态映射；主要从厂站名称，设备名称等进行动态映射；参照如下规则：

厂站名称相同或相似。当前在线主要使用调度命名，而离线数据使用方式命名，对于两种数据命名格式发现两种厂站基本类似，如调度名为国调.三峡左岸电厂，离线名为鄂三峡左。

设备名称序号相同或相似。调度名称及离线名称的设备（发电机、三绕组等）编号基本一致，如国调.三峡左岸电厂.#1号电厂与鄂三峡左#1号；

设备邻接已映射设备进行动态映射；对于无法通过编号确认映射的设备，通过已映射上的设备进行智能匹配；

通过阻抗比进行映射；对于双回线路映射，由于没法准确映射，需通过在线离线数据源阻尼比值进行比较确认；

3）根据联络设备（线路或变压器）和设备的等值属性实现等值设备和等值网络的复杂映射；由于离线数据与在线计算数据建模不一致，在一些情况下，在线计算数据尚未建模；另一些情况下，实际系统存在提前投运的厂站，在线计算数据具有详细的厂站建模，而离线数据相对比较简单；在这类在线/离线数据不一致的情况下，需要建立复杂的映射关系，保证等值设备、等值电网的在线量测能够在整合潮流中得到准确、完整的体现；多源数据映射如图2所示；

（3）、静态安全分析

静态安全分析是根据给定的电网结构、参数和发电机、负荷等元件的运行条件及给定的切除方案，确定切除某些元件是否危及系统的安全（即系统中所有母线电压是否在允许的范围内，系统中所有发电机的出力是否在允许的范围内，系统中所有线路、变压器是否过载等等）；

静态安全分析的主要功能包括：

可选择进行全网，某区域网或某电压等级网的N-1计算，以及对指定切除方案的计算；

切除方案信息的给定简单、方便、灵活，一个方案可以是交流线、变压器、发电机或负荷中的某个元件，也可是其中多个元件的任意组合；

以潮流计算为基础，其基本数据包括所基于潮流的全部数据和发电机及其调速器的部分数据；

结果输出的内容和形式多种多样；既能分别输出每个切除方案的多种信息（如各种物理量的越限信息等），也能对所有切除方案作各种形式的统计（如可按一个物理量、一个范围、一个母线，一个交流线或一个变压器）输出；

计算方法支持PQ分解法、牛顿法（功率式）、最佳乘子法（非线性规划法）、牛顿法（电流式）、PQ分解转牛顿法等；

与传统的静态安全分析相比，本发明中的静态安全分析计算在潮流算法方面进行了优化，主要体现在如下两种关键技术：

因子表局部修正技术。

当电力网络结构或参数发生局部变化时，重新建立网络方程再求解是低效的，采用网络方程修正解法，只计算发生变化的部分，可以大大提高速度。常用修正法一种是补偿法，另一种是因子表修正算法。因子表修正算法包括秩因子修正和局部因子再分解。因子表修正算法特别适用于网络变化时永久性的场合，比如故障后的潮流分析。因子表修正算法可以利用稀疏矢量技术，因此计算量相当小。对需要多次应用网络变化后因子表的情况，因子表修正算法可以得到新的因子表。当网络变化引起网络方程阶次变化时，也有相应的处理办法，而且利用稀疏矢量技术可以使技术速度大大提高，能够适用于复杂故障下的静态安全分析。

动态网络接线分析技术

支路开断或投入以及电网的拓扑结构发生变化，可能使电气岛的数目发生变化，功率再分配的范围也相应变化。因而网络接线分析对实用的静态安全分析系统必不可少。

随着电网规模扩大，一次静态安全分析需要处理的故障数目巨大，相应网络接线分析的次数也增加。减少这部分的用时对提高静态安全分析的总体速度越来越重要。常用的网络接线分析方法可分为2大类：1）基于邻接矩阵和自乘矩阵的方法；2）基于图搜索的方法，包括深度优先和广度优先。第1类方法速度较慢，不适于静态安全分析；第2类方法已经发展出只针对包含变化部分的电网局部进行拓扑分析的局部拓扑方法。在对变化后的网络进行接线分析时，通过限制分析的范围减小计算时间，同时在分析中充分利用变化前的接线分析成果，利用基态潮流下建立的拓扑主表和辅助表，只针对故障后电网变化部分进行动态网络接线分析，可以极大地提高接线分析速度。

（4）、稳控策略在线校核

该功能主要实现稳控装置策略的校核，系统自动采集安自装置的运行状态、信息以及EMS实时数据，并生成实时的电网稳定计算数据文件、预想故障集、装置故障动作稳定卡，用静态稳定分析程序，进行全网故障的扫描计算。若某一故障触发装置动作，将会纳入装置的动作逻辑进行电网稳定计算，给出装置的动作行为以及动作之后电网热稳水平。若装置正确动作，电网仍然出现不稳定的情况，稳控装置的策略可能存在问题，需分析稳控策略是否满足实时方式下的电网稳定性的要求，从而全面分析作为电网第二道防线的安自装置策略的适应性。

稳控策略在线校核方法主要步骤如下：

步骤一 加载电力系统运行数据，记录与稳控策略相关的设备状态量。

步骤二 遍历稳控策略索引表中的条目，根据运行数据，逐一确定条目所包含的四类条件是否满足。根据稳控策略的唯一性原则，一旦四类条件全部满足，则说明匹配成功，无须进一步搜索，转至步骤三。

稳控策略唯一性原则，在确定的电力系统运行状态下，发生某一故障时，稳控系统有且只有一组与之匹配的稳控动作（含无动作策略）。

步骤三 根据步骤二的匹配结果，若未找到匹配策略，则发生失配，需及时预警；若找到匹配策略，则把对应的稳控动作加入暂态稳定仿真，如果系统失稳则给出预警信息。安控策略校核原理如图3所示。

（5）、辅助服务决策

辅助服务决策是根据已经建立的安控策略模型和安控在线校核结果，结合当前的电网实际运行工况，针对所有安控系统和所有安控策略，判断是否满足故障约束、方式约束和潮流约束等约束条件，如果满足条件，则进行控制策略、执行策略和控制措施的解析、进行控制量的分配，直到获取所有满足控制要求的控制措施，给出安控装置在当前电网运行工况下，设定预想故障下的动作决策建议。