规划电能传输网络的方法、规划装置和计算机程序产品

摘要

本发明涉及一种借助规划装置来规划电能传输网络的方法，包括以下步骤：提供第一输入数据组；借助转换设备将第一输入数据组转换为图形表示，其中图形表示包含关于运行装置互连的拓扑信息、运行装置的数据通信信息和运行装置的参数化信息，其中可以通过第一标识符区分不同的运行装置类型，可以通过第二标识符区分电气连接，可以通过第三标识符区分数据通信连接；借助图案识别设备辨别图形表示中的多次出现的图案；借助图案识别设备确定相应的图案的频繁性；借助图案识别设备将相应的频繁性超过先前规定的阈值的所有图案标记为候选图案；在考虑至少一个选择标准的情况下，从候选图案中选择出典型配置。本发明还涉及一种规划装置和计算机程序产品。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据本发明的用于规划电能传输网络的方法、一种根据本发明的规划装置以及一种根据本发明的计算机程序产品。

背景技术

从西门子股份公司2017年的文章编号为：EMDG-B10125-00-7600--PSSE手册的产品手册“PSS E,High-performance Transmission Planning and Operations Softwarefor the Power Industry(PSS E，用于电力行业的高性能传输规划和运行软件)”已知一种用于电能传输网络的规划软件。补充地，通常还应用从西门子股份公司2018年的文章编号为：EMDG-B90038-00-7600--PSSSINCAL手册的产品手册“PSS SINCAL-All-in-oneSimulation Software for the Analysis and Planning of Power Networks(PSSSINCAL-用于分析和规划能量网络的多合一仿真软件)”中已知的软件。然而，由于多个运行装置联网的复杂性，为了规划能量网络并且为了在实际电网中实施该规划，迄今为止需要通过电网规划专家进行许多手动步骤。在西门子股份公司2018年的传单“Planung von

发明内容

从已知的用于规划电能传输网络的方法出发，本发明要解决的技术问题是，提供一种可以以相对较小的开销并且可较快地执行规划的方法。

本发明通过根据本发明的方法来解决该技术问题。

本发明利用以下事实：能量网络总是具有重复的设置或典型的配置，其中特定的运行装置以相同的方式互连并参数化。迄今为止，如果有的话，由专家来手动辨别这种典型配置并将其用于规划能量网络。例如，专家识别出经常出现的由运行装置组成的群，并且相应于他们的经验知识对保护设备进行参数化。必要时，在故障情况下还关于系统稳定性和规划的电能传输网络的特性进行仿真。在此，如果确定了问题情况，则专家必须手动调整他们的电网规划，并且在仿真中重新进行测试。

取而代之，本发明提出，以图形的方式来表示电能传输网络，以便映射拓扑结构，即诸如断路器、电压互感器、电流互感器、“智能电子设备”等的运行装置的互连。因此，既映射了初级侧技术又映射了次级侧技术。此外，还存储了参数化信息和通信路径。该输入数据组可以借助图形表示进行分析。在此，将运行装置表示为节点；将通信路径和电气连接(以及可能的逻辑关联)表示为边。

在此，通过第一标识符可区分地表示不同的运行装置或节点。例如，第一标识符可以说明运行装置的类型，即例如表示断路器。还可以通过其他标识符来区分边，从而可以区分例如逻辑关联的通信连接(例如，IED“智能电子设备”将数据发送到另外的IED)(IED具有不同功能)或者电气连接(两个运行装置通过例如用于中压的电气线路连接)。

借助找到的典型配置，通过利用典型配置重复使用已经检验的运行装置的配置，可以以简单的方式规划新的电能传输网络。这极大地减少了电网规划中的规划开销以及可能的仿真开销。通过该方法首次可以将电网规划中的历史数据或经验系统地且自动地用于新项目。

另外的应用情况在于：以图形的方式表示现有的电能传输网络，并且根据已知的典型配置提出对网络中的运行装置的互连和/或参数化的优化，并且然后还在网络中实施该优化。例如，优化的目标可以是最大程度地利用现有的初级侧技术并且同时确保n-1可靠性。如果即使在单个重要的运行装置发生故障的情况下也不出现电能传输网络的完全故障，则给出n-1可靠性。根据本发明的这种方法可以例如直接在网络控制中心(例如，SCADA-系统(supervisory control and data acquisition system，监督控制和数据采集系统)，例如来自西门子股份公司的Spectrum Power)中使用。在软件工具中应用以进行自动的电网规划也是有利的。

参数化信息例如是保护设备的触发阈值和所谓的互锁规则。数据通信信息例如是对数据通信的说明，即与哪个设备以哪个通信标准在哪个事件下或哪个时钟脉冲中进行通信。在加密通信的情况下，还可以将相应的加密信息参数化。

规划装置具有诸如转换设备和图案识别设备的一系列设备。与规划装置一样，例如将这些设备设计为计算机或计算机网络中的计算机部件。网络例如可以是因特网或LAN(local area network，局域网)。但是，规划装置也可以是云应用程序，其中将各个设备设计为软件模块。在本发明的意义中，云是分布式的计算机和数据库架构，其借助诸如因特网的数据网络使得数据存储器和处理器装置作为在不同位置处的资源可用。

在根据本发明的方法的优选的实施方式中，选择设备用于选择典型配置。例如，这可以通过软件自动执行，该软件根据选择标准来选择特别相关的典型配置，以在其他规划项目中进一步使用。

在根据本发明的方法的优选的实施方式中，第一输入数据组至少包含关于运行装置互连的拓扑信息、运行装置的数据通信信息和运行装置的参数化信息。这是一个优点，因为第一输入数据组由此足够准确地反映了运行装置以及其配置，以便能够实现在要新规划的电能传输网络中进一步使用。第一输入数据组优选地可以由能量网络的配置的数据库提供，或者从诸如开头提到的PSS SINCAL的规划工具导出。替换地，还可以手动创建输入数据组，但这与大的开销相连。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，将对已经安装的电能传输网络的描述用作第一输入数据组。这是一个优点，因为这种能量网络以其配置已经大量地存在于能量网络的运营商和规划者中。此外，还产生一个优点：已经对安装的网络进行了检验，即对日常运行中所使用的配置的适用性进行了检查。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，至少部分地将对已知的典型配置的描述用于第一输入数据组。这是一个优点，因为借助已知的典型配置可以在转换时和后续的方法步骤中节省计算开销。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，将以下标准中的至少一个用作选择标准：关于所包含的运行装置的数量的图案大小、对感兴趣和一般的图案和/或集群的分类、与其他典型配置的可组合性。使用一个或多个选择标准的优点在于，可以排除一般的配置等。此外，通过选择标准可以确保对边界条件的遵守。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，将所确定的典型配置用于对电能传输网络的简化规划和启动。这是一个优点，因为现在可以以相对较小的开销在实际上建立根据本发明规划的电能传输网络。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，在简化的规划中提供了关于要规划的电能传输网络的第二输入数据组，并且根据所选择的典型配置来确定要规划的电能传输网络的第二图形表示，该第二图形表示包含关于运行装置互连的拓扑信息、运行装置的数据通信信息和运行装置的参数化信息，其中可以通过第一标识符来区分不同的运行装置类型，并且可以通过第二标识符来区分电气连接，并且可以通过第三标识符来区分数据通信连接，并且将第二图形表示转换为输出数据组。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中对用户偏好进行考虑。这是一个优点，因为可以更好地遵守客户期望和技术的边界条件。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，用户偏好包括以下偏好中的至少一个：

-通过用户手动创建的典型配置，

-典型配置的列表和/或排名。

特别地，典型配置的排名可以实现，优选地仅将特定的配置用于规划，或者将在排名中具有较高位置的特定的配置比其他配准更频繁地用于规划。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，对输出数据组进行检查，以确定拓扑信息、数据通信信息和参数化信息是否适合于配置要规划的电能传输网络。例如，这涉及对规划的电能传输网络或输出数据组的仿真。例如，可以检查在正常运行时是否可以遵守预先给定的电压带或预先给定的额定电压等。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，对于没有确定合适的输出数据组的情况，在考虑限制性的边界条件的情况下确定新的输出数据组。通过边界条件减小了针对合适的配置的搜索空间，这使自动找到解决方案变得容易。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，对于确定了多个输出数据组的情况，根据用户偏好将这些输出数据组排序，从而选择最对应于用户偏好的输出数据组。这是一个优点，因为选择了最对应于客户期望的解决方案。

在根据本发明的方法的另一种优选的实施方式中，对于没有确定对要规划的整个电能传输网络进行配置的输出数据组的情况，提供了针对输出数据组的部分解决方案。这是一个优点，因为可以自动规划要规划的电能传输网络的至少一个子区域。

从已知的规划装置出发，本发明要解决的技术问题是，提出一种可以以相对较小的开销并且较快地执行对电能传输网络的规划的规划装置。

本发明通过根据本发明的规划装置来解决该技术问题。本发明还给出了优选的实施方式。比照地，给出了与开头针对根据本发明的方法所解释的优点相同的优点。

从已知的规划装置出发，本发明要解决的技术问题是，提出一种可以以相对较小的开销并且可较快地执行对电能传输网络的规划的计算机程序产品。

本发明通过根据本发明的计算机程序产品来解决该技术问题。比照地，给出了与开头针对根据本发明的方法所解释的优点相同的优点。

附图说明

为了更好地解释本发明，根据示意性图示示出了实施例。附图中：

图1示出了输入数据组的示例，并且

图2示出了将输入数据组转换为图形表示的第一实施例，并且

图3示出了基于示例网络自动辨别典型配置的第二实施例，并且

图4示出了基于多个示例网络自动辨别典型配置的第三实施例，并且

图5示出了示例网络的自动优化的第四实施例。

具体实施方式

图1示出了输入数据组的示例。将电能分配网络的两条母线SS1、SS2表示为所谓的“单线图”，即(在假定有对称负载的相的情况下)表示为代表所有三个相的单个相。母线SS1、SS2通过线路4连接。在线路4上设置有终端3，终端3具有断路器(未示出)、电流互感器和保护设备。

此外，在输入数据组中存储有以下信息：

拓扑结构

数量表

SS1

SS2

终端1

初级侧技术关联

断路器 终端1线路

电流互感器 终端1线路

50/51

I>>2.0A

t>>0.5s

I>1.5A

t>0.9s

这些详细的信息允许以抽象形式来描述真实构建的示例网络。

图2示出了将输入数据组60转换19为图形表示50的第一实施例。在示例中简化且示意性地示出了输入数据组60，即作为通过线路7连接的两条母线SS1、SS2。该图示又对应于所谓的“单线”图，该“单线”图仅利用一相简化地示出了电能传输网络。对于线路7，类似于图1的示例，存储有详细的参数化信息。在示例中，线路7的长度为1km、电阻为0.3Ohm/km、电抗为0.2Ohm/km、并且电容为235nF/km。

将各两个保护终端或保护设备5、6、8、9与每个母线SS1、SS2相关联。以类似的方式，如根据图2的示例，存储了关于保护设备、所安装的连接到保护设备的运行装置等的大量另外的信息。例如可以从开头提到的软件“PSS SINCAL”导出输入数据组60的这种类型的表示。

随后是将输入数据组60转换为图形表示50的步骤。在转换步骤19中，对输入数据组中的数据进行分析，以识别逻辑关联10、电气连接12和数据通信连接11。此外，在输入数据组60中辨别出母线SS1、SS2、线路L以及另外连接的运行装置：断路器(Circuit BreakerCB)、IED(Intelligent ElectronicDevice，智能电子设备)、电压互感器(VoltageTransformer VT)和电流互感器(Current Transformer CT)。此外，在所示示例中还规定了，可以识别到分别与IED相关联的两个功能，其在图示中用附图标记14至17标记。在此例如，这些功能是IED关于其保护设备功能的工作原理的互锁规则等。电能传输网络的电压电平(其例如为20kV)在逻辑上设置在母线SS1、SS2的上级。与IED相关联的功能14至17的其他示例例如是距离保护功能或功率差保护功能。

图3示出了基于示例网络自动辨别典型配置的第二实施例。将具有两条母线SS1、SS2的电能传输网络的新示例用作输入数据组39，这两条母线SS1、SS2通过线路33、35和变压器34连接。在该示例中连接有一系列另外的运行装置30、31、33、36、37、38。如之前的示例一样，在输入数据组39中设置有关于运行装置互连或者关于拓扑、关于运行装置之间的数据通信和关于各个运行装置30、31、32、35、37、38的参数化的另外的信息。在第一步骤19中将输入数据组39转换为图形表示50。该图形表示50对应于对根据图2的图形表示的简化理解。在下一步骤40中，对图形表示50进行处理：识别图形表示中的图案。特别地，辨别出多次出现的图案。在所示示例中，可以将图形表示50划分为三个图案，即线路L以及两个候选图案52、53，线路L在逻辑上与中压网络13相关联，候选图案52、53分别独立地具有与相应的母线SS1、SS2相关联的运行装置。在另外的步骤41中，对图案进行分析：可以将两个图案描述为单个图案54，其具有与相应的母线相关联的运行装置。换言之，系统自动识别出：两个候选图案52、53镜像对称地构造并且区别仅在于设置不同的母线。相应地，可以自动识别到：典型配置54两次隐藏于图形表示50中。在所示示例中，已经可以将简单的一次出现作为相应的图案的频繁性，指定为用于提供候选图案的阈值。相应地，还已经将一次出现的元素51(线路与20kV电网相关联)识别为候选图案。例如在图形表示50中多次出现的图案适合作为用于辨别最终作为典型配置辨别的图案54的选择标准。

总之，在图3中描述了多个方法步骤，即将输入数据组39转换19为图形表示50；还辨别40在图形表示中多次出现的图案；并且确定相应的图案的频繁性。将相应的频繁性超过先前规定的阈值(在这种情况下为零)的图案51、52、53识别为候选图案。在最后的步骤41中，在考虑至少一个选择标准的情况下(候选图案在图形表示50中多次出现)，从候选图案51、52、53中选择出典型配置54。

在此，根据运行装置之间的功能依赖关系或者基于集群或图案内的紧密的连接数量来识别图形表示50内的图案。换言之，首先将在彼此之间具有很多(逻辑、电气或通过通信的)连接并且只有很少连接与图形中的其他节点的连接的这种运行装置组合成图案。此外，作为选择标准还可以考虑根据大小(节点和边的数量)的过滤、对同构候选图案的过滤(在图形理论中，图形的同构是两个图形的性质在结构上相同)或者对一般和复杂图案的区分。

图4示出了基于示例网络自动辨别典型配置的第三实施例。根据多个不同的输入数据组或对电能传输网络61的描述，通过转换19为图形表示50、62、63、64、65、66形成了不同图形表示的集合。还可以使用这种多样的图形表示的集合，以便在步骤67中辨别出多次出现的图案。产生一系列不同的候选图案68至80，现在可以再次借助选择步骤82将这些候选图案用作用于选择典型配置85、70、79的基础。根据在此使用的选择标准，例如频繁性与复杂性的组合，产生了三个辨别出的典型配置70、79、85。在此，在先前的步骤中已经将典型配置70、79识别为候选图案。通过进一步的处理步骤，在选择82的框架下根据候选图案81和80通过组合形成了成图案85。这种将候选图案组合成新的典型配置是特别有利的，从而可以提供用于电网规划的特别大的典型配置库。

此外，在图4中还应注意，在更清楚起见，省略了边的附图标记并且还部分地省略了节点的标识。

图5示出了示例网络的自动优化的第四实施例。

在步骤19中，将第一输入数据组90转换为图形表示50。此外，提供了数据库91，其具有先前已经自动辨别或手动给出的许多典型配置。此外，在另外的数据库中还提供了一系列用户偏好92(通过不同的符号：太阳、禁止、桃心、笑脸表示)。用户偏好例如可以是对于典型配置、特别是对已经由用户手动创建的配置的偏爱，或者是典型配置的列表或排名。特别地，可以利用用户偏爱哪种配置的排名或列表来影响对典型配置的自动选择。

根据图5的方法的目的在于，在步骤93中根据已知的典型配置91和用户偏好92来创建第二图形表示94。该表示94由来自数据库91的先前已知的典型配置95、96、97、98(简化示出)组成。通过使用已知并且已经检验的典型配置95、96、97、98，新的图形表示94具有优化的互连、参数化和通信连接的建立，并且因此具有比根据输入数据组90的初始的电能传输网络更高的稳定性。

为了检查，所找到的第二图形表示94的解决方案是否真正满足要求并且相比于输入数据组90是否被优化，在步骤99中执行将第二图形表示94转换为输出数据组。利用例如执行潮流计算和电网稳定性计算的仿真软件100来分析输出数据组。还可以执行保护方面和短路仿真。如果以这种方式利用仿真软件100已经将输出数据组识别为优化的且可用的，则该方法例如在该位置结束。

但是，如果仿真指出了问题，例如非最佳的短路特性或潮流中的问题，则舍弃根据输出数据组或第二图形表示94的解决方案，并且返回到步骤93。为了现在在步骤93中相对于第一次尝试实现不同的并且可能是更好的结果，可以自动地或由用户来执行对用户偏好的改变。自动的改变可以在于，现在在优选的典型配置的排名中选择下一个条目，从而形成稍微改变的第二图形表示94。

在借助仿真软件100进行检查之后，可选地还可以在步骤101中进一步处理输出数据组。在此，由用户执行手动分析，并且必要时在步骤102中设置用于在电能传输网络中实施的输出数据组。然而，用户103也可以舍弃输出数据组，并且在步骤104中在改变偏好92的情况下再次执行新的尝试以借助步骤93在建立新的图形表示94的情况下进行优化。

因此，在此所示的根据图5的方法与先前所示的实施例的区别在于，在正在进行的运行中还可以对根据输入数据组90形成的电能传输网络进行优化，方法是，例如利用输出数据组提供关于可用性和可靠性而优化的保护配置。