电网仿真分析算例及其生成方法、生成系统、设备、介质

摘要

本发明公开了一种电网仿真分析算例及其生成方法、生成系统、设备、介质，所述生成方法，包括以下步骤：获取实际电网的物理模型、典型运行方式以及待生成电网仿真分析算例的关键参数；基于获取的实际电网的物理模型获得实际电网的计算模型，对所述计算模型的节点进行等值处理，获得节点数为N的计算模型；设置节点数为N的计算模型的模型参数，获得节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型；进行潮流计算，获得待生成电网仿真分析算例的基态潮流；调整计算模型的节点的电气参数以及支路的电气参数，获得调整后的计算模型。本发明能够实现节点数和新能源装机占比可配置的算例系统的生成。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化领域，特别涉及一种电网仿真分析算例及其生成方法、生成系统、设备、介质。

背景技术

标准算例是开展电力系统特性分析的基础，已被广泛应用于电力系统稳态、暂态分析，控制措施设计、分析和验证等领域。标准算例通常源自实际电力系统的抽象和简化，能反映实际系统存在的各类稳定特征。针对传统电力系统，国际上已经形成丰富的标准算例集，包括装备级和系统级算例。

IEEE标准算例是各类电力系统研究中最为常用的电力系统标准算例。IEEE标准算例集中包含3节点、5节点、9节点、11节点、13节点、14节点、30节点、39节点、43节点、57节点、118节点、145节点、162节点、300节点等各种不同节点数的电网网架模型、模型参数和基态潮流断面。

构建以新能源为主体的新型电力系统，系统结构形态和运行方式将发生重大变化，在电力平衡、安全运行、运行控制等方面面临严峻挑战。目前电力系统标准算例中缺乏标准的体现新型电力系统特征的电网模型。

现有研究采用的电网模型大都基于IEEE标准算例模型或国内实际电网模型。其中，IEEE标准算例模型的电网网架和系统参数是从上个世纪的北美电网抽象设计而来，线路传输能力与当前电网现状存在很大差异，且未能提供机组电源类型；国内实际电网模型的新能源装机比例不足，尚未达到新型电力系统新能源为主体的目标，且实际电网在不断建设中，其电网模型并不固定。为研究面向新型电力系统的电网调控技术，不同的研究对IEEE标准算例模型或实际电网模型进行不同的改造，研究成果无法横向对比。

综上，新型电力系统以大量不确定随机波动电源为主体，系统面临电力平衡保障难度加大的挑战，采用通过常规机组裕度调节的传统调控技术面临巨大挑战，研究模型驱动的多资源、多目标的协调控制方法迫在眉睫；由于现有标准算例和目前实际电网模型均不满足新能源为主体的特征，因此需要新能源装机占比可配置的电网仿真分析算例生成技术，以满足模型驱动的新调控技术研究需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电网仿真分析算例及其生成方法、生成系统、设备、介质，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提供了一种电网仿真分析算例，其满足高比例新能源装机的特征，且拓扑结构具有典型性，模型参数和基态潮流合理，可用于新型电力系统仿真分析；本发明还提供了算例的生成方法及生成系统，能够实现节点数和新能源装机占比可配置的算例系统的生成。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面提供的一种电网仿真分析算例，系统机组参数如表1所示；系统支路参数如表2所示；系统基态潮流如表3所示；

表1.系统机组参数

表2.系统支路参数

表3.系统基态潮流

。

本发明第二方面提供的一种电网仿真分析算例的生成方法，包括以下步骤：

获取实际电网的物理模型、典型运行方式以及待生成电网仿真分析算例的关键参数；其中，所述关键参数包括节点数N和新能源装机占比r；

基于获取的实际电网的物理模型获得实际电网的计算模型，对所述计算模型的节点进行等值处理，获得节点数为N的计算模型；设置节点数为N的计算模型的模型参数，获得节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型；

基于节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型和所述实际电网的典型运行方式进行潮流计算，获得待生成电网仿真分析算例的基态潮流；

基于基态潮流调整节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型的节点的电气参数以及支路的电气参数，获得调整后的计算模型；所述基态潮流和调整后的计算模型结合形成满足预设节点数和新能源装机占比、基态潮流合理的电网仿真分析算例。

本发明方法的进一步改进在于，所述实际电网的物理模型为电网物理连接模型，包含发电厂母线、变电站母线、发电机、变压器、开关、线路和负荷设备的连接关系和基本参数信息；实际电网的典型运行方式为一组电网运行潮流值，包含母线电压、机组功率、负荷功率、变压器功率、线路功率和开关状态。

本发明方法的进一步改进在于，所述基于获取的实际电网的物理模型获得实际电网的计算模型的步骤具包括：将所述电网物理连接模型进行网络拓扑接线分析，由电网设备的连接关系和开关设备的分、合状态，把连接在一起的带电节点归并到计算母线，结合设备物理模型参数，形成以计算母线表示的电网拓扑连接关系，获得计算模型。

本发明方法的进一步改进在于，所述对所述计算模型的节点进行等值处理，获得节点数为N的计算模型的步骤包括：

(1)获取常规能源电厂按装机容量的从小到大排序结果；

(2)基于从小到大排序结果，对计算模型中同一常规能源电厂下的多个节点进行两两合并等值处理形成等值计算模型，合并等值处理直至等值计算模型的节点数等于预设的节点数N；

(3)如果所有常规能源电厂合并等值处理后，等值计算模型的节点数仍大于预设的节点数N，则对计算模型中的变电站按变电容量从小到大排序；

(4)基于变电站的从小到大排序，对计算模型中同一变电站下的220kV及以下的对应节点进行两两合并等值处理形成等值计算模型，合并等值处理直至等值计算模型的节点数等于预设的节点数N；

(5)如果经步骤(4)合并等值处理后，等值计算模型的节点数仍大于预设的节点数N，则基于变电站的从小到大排序，对计算模型中同一变电站下的500kV及以下的对应节点进行两两合并等值处理形成等值计算模型，直至等值计算模型的节点数等于预设的节点数N。

本发明方法的进一步改进在于，所述设置节点数为N的计算模型的模型参数，获得节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型的步骤包括：

获取节点数为N的计算模型中的常规能源电厂总装机Mt和新能源总装机Mn；

根据常规能源电厂总装机Mt和预设新能源装机占比r，计算新能源总装机目标Mnt，计算表达式为，Mnt＝r×Mt/(1-r)；

基于新能源总装机和新能源总装机目标，计算获取新能源装机增益Rn，计算表达式为，Rn＝Mnt/Mn；

基于所述新能源装机增益调整每个新能源机组的装机为Pit，表达式为，Pit＝Rn×Pi；式中，Pi为节点数为N的计算模型中的第i个机组装机。

本发明方法的进一步改进在于，所述基于基态潮流调整节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型的节点的电气参数以及支路的电气参数，获得调整后的计算模型的步骤包括：

1)获取待生成电网仿真分析算例的基态潮流中N个节点的电压值和所有支路的有功功率值；

2)获取节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型的节点电气参数中的节点电压上限值和支路电气参数中的支路功率上限值；

3)如果基态潮流中的节点电压值超过节点电压上限值，则将计算模型参数中的节点电压上限值调整为基态潮流中的节点电压值上浮5％；如果基态潮流中的支路有功功率值超过支路功率上限值，则将计算模型参数中的支路功率上限值调整为基态潮流中的支路有功功率值上浮10％，获得调整后的计算模型。

本发明第三方面提供的一种电网仿真分析算例的生成系统，包括：

初始获取模块，用于获取实际电网的物理模型、典型运行方式以及待生成电网仿真分析算例的关键参数；其中，所述关键参数包括节点数N和新能源装机占比r；

计算模型获取模块，用于基于获取的实际电网的物理模型获得实际电网的计算模型，对所述计算模型的节点进行等值处理，获得节点数为N的计算模型；设置节点数为N的计算模型的模型参数，获得节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型；

基态潮流获取模块，用于基于节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型和所述实际电网的典型运行方式进行潮流计算，获得待生成电网仿真分析算例的基态潮流；

算例获取模块，用于基于基态潮流调整节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型的节点的电气参数以及支路的电气参数，获得调整后的计算模型；所述基态潮流和调整后的计算模型结合形成满足预设节点数和新能源装机占比、基态潮流合理的电网仿真分析算例。

本发明第四方面提供的一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如本发明任一项上述的电网仿真分析算例的生成方法。

本发明第五方面提供的一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明任一项上述的电网仿真分析算例的生成方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出了一种126节点标准电网仿真分析算例，包含电网拓扑结构、系统机组参数、系统支路参数和系统基态潮流，其中电网拓扑结构符合中国典型省级电网网架特征，且新能源装机占比高，可用于新型电力系统的科研、教学和试验。

本发明提出了一种电网仿真分析算例的生成方法，能实现节点数和新能源装机占比可配置的算例系统自动生成，可模拟各种规模的电力系统典型特征，便于开展各类电力系统特性分析。

具体解释性的，本发明提出一种节点等值方法，按一定顺序依次等值计算模型中的节点，因此可实现等值后模型节点数的精确控制；本发明提出一种计算模型参数的调整方法，基于常规能源机组装机计算新能源机组装机增益，可准确调整新能源机组装机使新能源装机占比可控；本发明通过获取实际电网物理模型，对其进行等值等操作生成电网仿真分析算例，因此算例的网络模型特征具有实际电网的典型特征，又因算例的节点数可配置，因此可以模拟各种规模的电力系统典型特征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种用于生成电网仿真分析算例的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中，基于本发明方法生成的126节点电网仿真分析算例的示意图；

图3是本发明实施例的一种用于生成电网仿真分析算例的系统的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

请参阅图1，本发明实施例的一种用于生成电网仿真分析算例的方法，包括以下步骤：

获取实际电网的物理模型、典型运行方式以及待生成电网仿真分析算例的关键参数；其中，所述关键参数包括节点数N和新能源装机占比r；

基于获取的实际电网的物理模型获得实际电网的计算模型，对计算模型的节点进行等值处理，获得节点数为N的计算模型；设置节点数为N的计算模型的模型参数，获得节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型；

基于节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型和实际电网的典型运行方式进行潮流计算，获得待生成电网仿真分析算例的基态潮流；

基于基态潮流调整节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型的节点的电气参数以及支路的电气参数，获得调整后的计算模型；所述基态潮流和调整后的计算模型结合形成满足预设节点数和新能源装机占比、基态潮流合理的电网仿真分析算例。

本发明实施例提供的用于生成电网仿真分析算例的方法，能实现节点数和新能源装机占比可配置的算例系统自动生成，可模拟各种规模的电力系统典型特征，便于开展各类电力系统特性分析。

本发明实施例示例性可选的，实际电网的物理模型即电网物理连接模型，包含发电厂母线、变电站母线、发电机、变压器、开关、线路和负荷设备的连接关系和基本参数信息，典型运行方式即一组电网运行潮流值，包含母线电压、机组功率、负荷功率、变压器功率、线路功率和开关状态。

本发明实施例示例性可选的，基于获取的实际电网的物理模型获得实际电网的计算模型的步骤包括：对实际电网物理模型进行网络拓扑接线分析，由电网设备的连接关系和开关设备的分/合状态，把连接在一起的带电节点归并到计算母线，结合设备物理模型参数，形成以计算母线表示的电网拓扑连接关系，即计算模型。

本发明实施例具体解释性的，所述对计算模型的节点进行等值处理，获得节点数为N的计算模型的步骤包括：对发电厂母线和变电站母线进行合并或等值，使计算模型节点数等于预设节点数；其具体步骤包括：(1)对电网模型中的常规能源电厂按装机容量从小到大排序；(2)按常规能源电厂排序，对计算模型中同一常规能源电厂下的多个节点进行两两合并等值，形成等值计算模型，直至等值计算模型的节点数等于预设节点数N；(3)如果所有常规能源电厂等值后，等值计算模型的节点数仍大于预设节点数N，则对计算模型中的变电站按变电容量从小到大排序；(4)按变电站排序，对计算模型中同一变电站下的220kV及以下的对应节点进行两两合并等值，形成等值计算模型，直至等值计算模型的节点数等于预设节点数N；(5)按变电站排序，对计算模型中同一变电站下的500kV及以下的对应节点进行两两合并等值，形成等值计算模型，直至等值计算模型的节点数等于预设节点数N。

本发明实施例上述计算模型等值方法，按步骤中的顺序依次等值计算模型中的节点，按发电厂装机容量从小到大和变电站变电容量从小到大进行等值，可最大程度保留原实际电网模型特征，且计算模型等值到节点数为N即停止，因此可实现等值后模型节点数的精确控制。

本发明实施例具体解释性的，设置节点数为N的计算模型的模型参数，获得节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型的步骤包括：

(1)计算节点数为N的计算模型中的常规能源电厂总装机Mt和新能源总装机Mn；

(2)根据常规能源电厂总装机Mt和预设新能源装机占比r，计算新能源总装机目标Mnt：Mnt＝r×Mt/(1-r)；

(3)计算新能源装机增益Rn：Rn＝Mnt/Mn；

(4)调整每个新能源机组的装机为Pit：Pit＝Rn×Pi(Pi为节点数为N的计算模型中的第i个机组装机)。

本发明实施例上述新能源机组装机的调整方法，基于常规能源机组装机计算新能源机组装机增益，通过等比例调整新能源机组装机使新能源装机总占比可控。

本发明实施例具体解释性的，基于基态潮流调整节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型的节点的电气参数和支路的电气参数，获得调整后的计算模型的步骤包括：

(1)基于实际电网典型运行方式和节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型，进行交流潮流计算，计算结果即为算例的基态潮流；

(2)获取基态潮流中N个节点的电压值和所有支路的有功功率值；

(3)获取节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型的节点电气参数中的节点电压上限值和支路电气参数中的支路功率上限值；

(4)如果基态潮流中的节点电压值超过节点电压上限值，则将计算模型参数中的节点电压上限值调整为基态潮流中的节点电压值上浮5％；如果基态潮流中的支路有功功率值超过支路功率上限值，则将计算模型参数中的支路功率上限值调整为基态潮流中的支路有功功率值上浮10％。

本发明实施例上述计算模型参数调整方法，基于实际电网典型运行方式通过潮流计算方法获得算例的基态潮流，再通过潮流值与算例模型参数限值的对比，调整越限的模型电气参数值，使得算例的模型电气参数与基态潮流相匹配，确保生成算例的合理性。

下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种电网仿真分析算例的生成系统，包括：

初始获取模块，用于获取实际电网的物理模型、典型运行方式以及待生成电网仿真分析算例的关键参数；其中，所述关键参数包括节点数N和新能源装机占比r；

计算模型获取模块，用于基于获取的实际电网的物理模型获得实际电网的计算模型，对所述计算模型的节点进行等值处理，获得节点数为N的计算模型；设置节点数为N的计算模型的模型参数，获得节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型；

基态潮流获取模块，用于基于节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型和所述实际电网的典型运行方式进行潮流计算，获得待生成电网仿真分析算例的基态潮流；

算例获取模块，用于基于基态潮流调整节点数为N且新能源装机占比为r的计算模型的节点的电气参数以及支路的电气参数，获得调整后的计算模型；所述基态潮流和调整后的计算模型结合形成满足预设节点数和新能源装机占比、基态潮流合理的电网仿真分析算例。

本发明实施例中，根据实际电网模型生成电网仿真分析算例计算模型的步骤包括：选择中国某省级电网，对电网220kV以上电压等级的模型进行拓扑分析，根据电网设备连接关系和断路器、刀闸的分合状态，形成电网节点-支路计算模型，建立计算模型节点与实际电网机组和负荷的映射关系。计算模型包含节点和支路的连接关系、节点所连机组和负荷设备、支路电气参数(支路限值、电阻、电抗等)和节点电气参数(机组容量、电压限值等)。判断电网220kV以上电压等级的计算模型的节点数量，如果节点数量小于预设节点数N，则对电网110kV以上电压等级的模型进行拓扑分析，形成电网节点-支路计算模型，使计算模型的节点数大于等于预设节点数N。

本发明实施例中，计算模型节点等值的步骤具体包括：对电网模型中的火电厂按装机容量从小到大排序；按常规能源电厂排序，对计算模型中同一常规能源电厂下的多个节点进行两两合并等值，形成等值计算模型，直至等值计算模型的节点数等于预设节点数N；如果所有常规能源电厂等值后，等值计算模型的节点数仍大于预设节点数N，则对电网模型中的变电站按变电容量从小到大排序；按变电站排序，对计算模型中同一变电站下的220kV及以下的节点进行两两合并等值，形成等值计算模型，直至等值计算模型的节点数等于预设节点数N；按变电站排序，对计算模型中同一变电站下的500kV及以下的节点进行两两合并等值，形成等值计算模型，直至等值计算模型的节点数等于预设节点数N。

本发明实施例中，所述设置计算模型的模型参数，包括以下步骤：计算等值计算模型中的常规能源电厂总装机Mt和新能源总装机Mn；根据常规能源电厂总装机Mt和预设新能源装机占比r，计算新能源总装机目标Mnt：Mnt＝r×Mt/(1-r)；计算新能源装机增益Rn：Rn＝Mnt/Mn；计算每个新能源机组的装机目标Pit：Pit＝Rn×Pi(Pi为等值计算模型中的机组装机)。

本发明实施例中，设置电网仿真分析算例的基态潮流，包括以下步骤：获取所选中国某省级电网的实际运行数据，计算总负荷有功功率，获取总负荷有功功率最大时刻的所有机组和负荷的功率；基于计算模型节点与实际电网机组和负荷的映射关系，将各机组和负荷的功率分配到计算模型的各节点上；基于计算模型和各节点功率，进行电网潮流计算，潮流计算结果包括节点电压、线路功率、机组功率等，潮流计算结果即为电网仿真分析算例的基态潮流；如果节点电压和线路功率不满足计算模型中的电压限值和支路限值，机组功率不满足机组容量限制，则修改电压限值为潮流计算节点电压，修改支路限值为潮流计算线路功率，修改机组容量为潮流计算机组功率，修改后的计算模型即为电网仿真分析算例的电网模型。

请参阅图3，本发明实施例提供的一种126节点标准电网仿真分析算例，其电网拓扑结构如图3所示，由126个节点构成，包含18个新能源机组、36个常规能源机组、91个负荷，194个支路；系统的电压基准值取为100kV，功率基准值取为100MW；其中，系统机组参数如上述的表1所示；系统支路参数如上述的表2所示；系统基态潮流如上述的表3所示。

本发明实施例提出一种126节点电网仿真分析算例，通过对实际电网计算模型的抽象、等值与参数设置，实现预设节点数的符合新型电力系统特征的电网仿真分析算例的生成，并提出一种标准的126节点电网仿真分析算例。

综上所述，本发明提出一种符合新型电力系统特征的电网仿真分析算例及生成方法，可以为新型电力系统的科研、试验等工作提供标准模型支撑，其中包括符合新型电力系统特征的电网网架和模型参数数据。本发明的成果对新型电力系统相关研究具有重要支撑作用，基于电网仿真分析算例的基础网架和各类典型设备模型参数等信息，可以用于研究高比例新能源系统电力、电量平衡的规划和优化控制技术，通过构建反映不同类型稳定主导特征的典型场景，可用于研究新型电力系统的稳定机理及优化控制技术。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。