外網(wǎng)模型不全下的網(wǎng)絡(luò)分析優(yōu)化方案研究與應(yīng)用

寧 劍，張 勇，趙 林，楊立波，王 磊，馬 斌

(1. 國家電網(wǎng)公司 華北分部，北京100053； 2. 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司,北京100192；3. 國網(wǎng)河北省電力公司，河北 石家莊050021； 4. 中國電力科學(xué)研究院，北京100192)

外網(wǎng)模型不全下的網(wǎng)絡(luò)分析優(yōu)化方案研究與應(yīng)用

寧 劍1，張 勇1，趙 林2，楊立波3，王 磊4，馬 斌3

(1. 國家電網(wǎng)公司 華北分部，北京100053； 2. 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司,北京100192；3. 國網(wǎng)河北省電力公司，河北 石家莊050021； 4. 中國電力科學(xué)研究院，北京100192)

為了解決以特高壓電網(wǎng)為代表的跨省、跨大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)持續(xù)加強(qiáng)，導(dǎo)致分中心和省調(diào)等下級調(diào)度維護(hù)的在線模型無法滿足能源互聯(lián)網(wǎng)格局下開斷本網(wǎng)邊界設(shè)備后調(diào)度員潮流等分析結(jié)果準(zhǔn)確性要求的問題，在分析現(xiàn)有國調(diào)—分中心—省調(diào)模型數(shù)據(jù)信息流及現(xiàn)有解決方案的基礎(chǔ)上，提出了基于服務(wù)的上級模型數(shù)據(jù)共享方案，并在華北分中心與河北省調(diào)部署成功，減小了下級電網(wǎng)因外網(wǎng)模型數(shù)據(jù)不全造成本地網(wǎng)絡(luò)分析偏差，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了基于國網(wǎng)總部一級部署的網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)架構(gòu)，可供長遠(yuǎn)解決該問題提供參考。

外網(wǎng)模型不全；網(wǎng)絡(luò)分析誤差；模型數(shù)據(jù)服務(wù)；一級部署

0 引言

為優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和大范圍優(yōu)化配置資源，適應(yīng)清潔能源的大規(guī)模并網(wǎng)消納，以交直流特高壓為代表的500 kV及以上網(wǎng)架建設(shè)持續(xù)推進(jìn)。交直流混聯(lián)的特高壓電網(wǎng)使大區(qū)電網(wǎng)間及省級電網(wǎng)間的耦合越來越緊密，電氣距離越來越短。各級調(diào)控機(jī)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)分析等在線分析的準(zhǔn)確性要求越來越高[1-2]。

目前國網(wǎng)系統(tǒng)省級以上調(diào)度機(jī)構(gòu)均完成D5000系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)平臺和4大類應(yīng)用的橫向集成和縱向貫通，一體化平臺基礎(chǔ)模型共享、運(yùn)行數(shù)據(jù)交換、圖形文件規(guī)范化程度較高。電網(wǎng)在線模型包括設(shè)備命名、穩(wěn)態(tài)參數(shù)、連接關(guān)系等，它是網(wǎng)絡(luò)分析(PAS)、在線安全穩(wěn)定分析(DSA)等各類分析應(yīng)用的底層基礎(chǔ)[3]，直接決定了結(jié)果的準(zhǔn)確性。

為滿足互聯(lián)電網(wǎng)下在線分析的需要，提升省級以上智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)(D5000)網(wǎng)絡(luò)分析等在線分析應(yīng)用的實(shí)用化水平，需加強(qiáng)各級電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)交互能力，保證在線分析的計(jì)算準(zhǔn)確性。

1 在線模型數(shù)據(jù)共享現(xiàn)狀

在模型數(shù)據(jù)交互上，各調(diào)度機(jī)構(gòu)按照“源端維護(hù)”的原則維護(hù)調(diào)管范圍內(nèi)的電網(wǎng)模型。出于專業(yè)管理和上級電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行工作的需要，目前模型數(shù)據(jù)流是下級調(diào)度機(jī)構(gòu)及時(shí)將最新的在線模型傳送給上級調(diào)度機(jī)構(gòu)進(jìn)行模型拼接形成完整的大電網(wǎng)模型[4-5]并實(shí)時(shí)向上級轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 三級調(diào)度在線模型數(shù)據(jù)流圖

各省(市)調(diào)通過D5000系統(tǒng)圖模工具維護(hù)模型后導(dǎo)出省網(wǎng)CIM/E模型文件，發(fā)送至所屬分中心；分中心維護(hù)其直調(diào)模型，并對省(市)調(diào)上傳的CIM/E文件進(jìn)行校驗(yàn)拼接入庫，同時(shí)導(dǎo)出分中心CIM/E文件發(fā)送至國調(diào)進(jìn)行模型校驗(yàn)拼接。上下兩級調(diào)度均導(dǎo)入上級調(diào)度模型拼接返回的數(shù)據(jù)點(diǎn)表，通過DL476協(xié)議上送實(shí)時(shí)遙測和遙信，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)匯集。以華北電網(wǎng)為例，2016年7月6日華北分中心向國調(diào)中心實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)的遙測已經(jīng)達(dá)到11.719 7萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，遙信達(dá)到10.149 1萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，總計(jì)21.868 8萬個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。隨著華北電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量還會持續(xù)增長。

2 外網(wǎng)模型不全問題分析

2.1 問題概述

隨著各省級電網(wǎng)間及大區(qū)電網(wǎng)間的緊密耦合，在線分析計(jì)算的準(zhǔn)確性對龐大的模型和數(shù)據(jù)依賴性越來越強(qiáng)。下級調(diào)度因外網(wǎng)模型數(shù)據(jù)不全造成在線分析準(zhǔn)確性不足的問題在省調(diào)逐步暴露。

網(wǎng)絡(luò)分析是智能調(diào)度控制系統(tǒng)的核心功能之一，包括狀態(tài)估計(jì)、調(diào)度員潮流、靜態(tài)安全分析等。狀態(tài)估計(jì)負(fù)責(zé)提供潮流計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)，是其他模塊的基礎(chǔ)[6]。外網(wǎng)模型數(shù)據(jù)不全不會造成狀態(tài)估計(jì)的明顯偏差。但在后續(xù)的潮流計(jì)算中對一次設(shè)備開斷分析全網(wǎng)潮流時(shí)，外網(wǎng)模型數(shù)據(jù)不全會造成潮流轉(zhuǎn)移失真特別是邊界廠站附近結(jié)果不準(zhǔn)確。

河北南網(wǎng)是華北電網(wǎng)的重要組成部分，對外聯(lián)系十分緊密[7],北部通過500 kV房慈雙、保霸雙、驊橋雙與京津唐電網(wǎng)相連，西部通過500 kV神保雙、陽桂雙、潞辛雙與山西電網(wǎng)相連，南部通過500 kV辛洹線與華中電網(wǎng)相連，東部通過500 kV辛聊雙、黃濱雙與山東電網(wǎng)相連，承擔(dān)了北電南送、山西外送潮流以及京津唐電網(wǎng)送山東電網(wǎng)的穿越潮流。

2.2 外網(wǎng)簡單等值下的潮流誤差

為減小外網(wǎng)模型數(shù)據(jù)不全造成的計(jì)算誤差，河北省調(diào)最初在D5000里建立外網(wǎng)廠站，增加等值發(fā)電機(jī)。為模擬外網(wǎng)線路的潮流轉(zhuǎn)移效應(yīng)，在部分本無直接電氣聯(lián)系的外部廠站間建立虛擬線路，如山東聊城站和濱州站之間增加虛擬的濱聊線，相當(dāng)于等效山東電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特性。因該線路為等值模型，參數(shù)較難評估，造成潮流轉(zhuǎn)移計(jì)算不準(zhǔn)確。以2015年5月1日1點(diǎn)44分保霸二線(河北保北站—冀北霸州站)由熱備用轉(zhuǎn)運(yùn)行為例，調(diào)度員潮流模擬值與實(shí)際合環(huán)潮流值誤差如表1。

表1 外網(wǎng)簡單等值下潮流誤差分析(基準(zhǔn)1 082 MW)

2.3 適量擴(kuò)充外網(wǎng)模型下的潮流誤差

2015年7月，為繼續(xù)減小外網(wǎng)潮流計(jì)算誤差，經(jīng)華北分中心同意，河北省調(diào)在本地系統(tǒng)中繼續(xù)人工擴(kuò)充京津唐電網(wǎng)8座、山西電網(wǎng)15座、山東電網(wǎng)10座，總計(jì)33座500 kV廠站的模型，并通過人工維護(hù)計(jì)算機(jī)通信鏈路從華北分中心實(shí)時(shí)接收部分外網(wǎng)數(shù)據(jù)。外網(wǎng)模型數(shù)據(jù)擴(kuò)充后，河北南網(wǎng)潮流計(jì)算準(zhǔn)確性有了較大提高，以2015年11月25日陽北二線(山西陽泉站—河北石北站)跳閘為例，調(diào)度員潮流模擬值與實(shí)際跳閘后潮流值誤差如表2。

由此可見，適量擴(kuò)充外網(wǎng)模型范圍可大幅度提高在線潮流計(jì)算精度，外網(wǎng)潮流計(jì)算平均最大誤差為5%左右，比之前簡單等值的誤差率降低了約4%。

表2 擴(kuò)充外網(wǎng)模型后潮流誤差(基準(zhǔn)1 082 MW)

3 方案比較及優(yōu)化

3.1 可選方案比較

為提升類似河北省調(diào)的網(wǎng)絡(luò)分析潮流計(jì)算準(zhǔn)確度，在目前技術(shù)條件下有如下可選方案，優(yōu)缺點(diǎn)如表3。

表3 方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

方案一：外網(wǎng)等值。由國調(diào)或分中心周期性定時(shí)下發(fā)外網(wǎng)等值模型和數(shù)據(jù)。此方案需上級調(diào)度部署外網(wǎng)等值模塊，針對不同省市調(diào)形成等值模型[8]。

方案二：大數(shù)據(jù)QS文件。利用現(xiàn)有國調(diào)中心在線安全穩(wěn)定分析(DSA)每15 min下發(fā)的全數(shù)QS文件[9]，按聯(lián)絡(luò)線關(guān)系將外網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)導(dǎo)入實(shí)時(shí)庫，與省網(wǎng)模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一計(jì)算潮流。

方案三：CIM/E模型文件。CIM/E是在CIM/XML基礎(chǔ)上發(fā)展起來的適用于電網(wǎng)模型在線交換的標(biāo)準(zhǔn)[10]。可由上級調(diào)度機(jī)構(gòu)共享大電網(wǎng)CIM/E文件，省調(diào)按聯(lián)絡(luò)線關(guān)系將外網(wǎng)模型拼接入關(guān)系庫或者實(shí)時(shí)庫中，并增加計(jì)算機(jī)通信鏈路通過476協(xié)議從上級調(diào)度接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3.2 華北—河北模型數(shù)據(jù)共享方案

通過外網(wǎng)人工建模和476協(xié)議實(shí)時(shí)接收上級調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)的外網(wǎng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)有方案既增加了上級調(diào)度的系統(tǒng)運(yùn)行壓力，也給下級調(diào)度系統(tǒng)的運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲帶來負(fù)擔(dān)，同時(shí)下級調(diào)度需人工維護(hù)原本不熟悉的外網(wǎng)模型，容易造成在線外網(wǎng)模型錯誤?？紤]到下級調(diào)度并無外網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視的需求，本文中的方案不采用現(xiàn)有的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的模式，而是通過在上級調(diào)度部署電網(wǎng)模型服務(wù)和實(shí)時(shí)量測服務(wù)來實(shí)現(xiàn)。下級調(diào)度遠(yuǎn)程調(diào)用這2個(gè)服務(wù)，在本地網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算有需求時(shí)才獲取外網(wǎng)模型和量測數(shù)據(jù)。

華北—河北模型數(shù)據(jù)共享方案流程如圖2所示。

(a)電網(wǎng)模型服務(wù)

模型不需下級調(diào)度實(shí)時(shí)獲取，按設(shè)定周期(如1 d)或當(dāng)模型發(fā)生變化時(shí)下發(fā)最新電網(wǎng)模型文件的方式實(shí)現(xiàn)上級調(diào)度向下級調(diào)度提供電網(wǎng)模型。電網(wǎng)模型來自SCADA，為CIM/E格式的文本文件。

(b)實(shí)時(shí)量測服務(wù)

按設(shè)定周期(如5 min)或由下級調(diào)度根據(jù)需要調(diào)用下發(fā)實(shí)時(shí)量測文件的方式實(shí)現(xiàn)上級調(diào)度向下級調(diào)度提供實(shí)時(shí)量測數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來自SCADA，為CIM/E格式的文本文件。

(c)下級機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分析改造

圖2 華北—河北模型數(shù)據(jù)共享方案流程圖

下級調(diào)度獲得外網(wǎng)模型數(shù)據(jù)后，先與本地電網(wǎng)模型和實(shí)時(shí)量測數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，形成完整的電網(wǎng)模型和實(shí)時(shí)量測數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)得出全網(wǎng)斷面，再提供給調(diào)度員潮流、靜態(tài)安全分析等應(yīng)用。下級電網(wǎng)本身模型范圍的計(jì)算結(jié)果在潮流圖和廠站圖上查看，外網(wǎng)設(shè)備計(jì)算結(jié)果通過列表查看。

(d)部署方案

以華北—河北為例，電網(wǎng)模型服務(wù)、實(shí)時(shí)量測服務(wù)部署于華北ncg-scd1、ncg-scd2兩臺SCADA服務(wù)器，遠(yuǎn)程代理部署于ncg-net3、ncg-net4兩臺前置網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，通過代理對外提供服務(wù)。模型、實(shí)時(shí)量測服務(wù)的客戶端部署于河北省調(diào)he1-pas1、he1-pas2兩臺PAS服務(wù)器，通過代理獲取實(shí)時(shí)量測數(shù)據(jù)及電網(wǎng)模型，河北遠(yuǎn)程代理部署于he1-fes1、he1-fes2兩臺前置網(wǎng)關(guān)服務(wù)器,如圖3所示。

圖3 華北—河北模型數(shù)據(jù)共享功能部署示意圖

3.3 網(wǎng)絡(luò)分析一級部署設(shè)計(jì)

隨著交直流特高壓電網(wǎng)的陸續(xù)建設(shè)投運(yùn)，特別是隨著國家電網(wǎng)公司逐步落實(shí)關(guān)于東西部同步電網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)期規(guī)劃[11]，大區(qū)電網(wǎng)間及大區(qū)電網(wǎng)內(nèi)部的省級電網(wǎng)間的電氣聯(lián)系愈發(fā)緊密。分中心也將和省調(diào)一樣面臨著上述類似問題。

從互聯(lián)大電網(wǎng)一體化運(yùn)行監(jiān)視和分析的需求出發(fā)，長遠(yuǎn)考慮智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，可考慮分析決策類的功能逐步集中。通過數(shù)據(jù)和應(yīng)用功能的服務(wù)化改造，實(shí)現(xiàn)按需使用的應(yīng)用效果，同時(shí)降低功能構(gòu)建和運(yùn)維的成本。國調(diào)中心完備的模型和數(shù)據(jù)可為在線分析計(jì)算的準(zhǔn)確性提供堅(jiān)實(shí)保障。因此未來可考慮在國網(wǎng)總部側(cè)建立覆蓋全國家電網(wǎng)的模型數(shù)據(jù)服務(wù)功能，并提供研究態(tài)潮流、靜態(tài)安全分析、短路電流計(jì)算等服務(wù)。分中心和省調(diào)作為用戶可按需靈活選擇使用遠(yuǎn)方或本地?cái)?shù)據(jù)和計(jì)算服務(wù)資源。

在國網(wǎng)總部層面構(gòu)建大規(guī)模的由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用服務(wù)化集群(網(wǎng)絡(luò)分析云服務(wù))，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上可以建立多個(gè)態(tài)(虛擬應(yīng)用環(huán)境)，每個(gè)態(tài)可以支撐一個(gè)調(diào)度機(jī)構(gòu)的計(jì)算需求，各個(gè)態(tài)彼此獨(dú)立互不干擾。各個(gè)態(tài)之間的模型數(shù)據(jù)相同，開斷設(shè)備、故障集、穩(wěn)控策略等不同，并支持下級調(diào)度機(jī)構(gòu)通過界面遠(yuǎn)程進(jìn)行操作交互。分中心和省調(diào)的客戶端通過廣域服務(wù)(消息)總線[12]提交網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算請求，網(wǎng)絡(luò)分析云服務(wù)解析計(jì)算請求，并基于全網(wǎng)模型進(jìn)行分析計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果返回給客戶端用戶，流程如圖4。

圖4 網(wǎng)絡(luò)分析一級部署流程圖

總部通過如圖5所示架構(gòu)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)集群一級部署并通過廣域云總線提供網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)。但下級調(diào)度仍需做好本地功能應(yīng)用的維護(hù)，確保短時(shí)失去外網(wǎng)模型數(shù)據(jù)或一級部署網(wǎng)絡(luò)分析功能時(shí)，本地系統(tǒng)各項(xiàng)分析功能可正常運(yùn)轉(zhuǎn)保障調(diào)度運(yùn)行。

圖5 網(wǎng)絡(luò)分析一級部署系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 結(jié)論

本文中基于服務(wù)的模型數(shù)據(jù)共享方案已在華北分中心和河北省調(diào)系統(tǒng)上部署成功，河北省調(diào)可在網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算時(shí)根據(jù)需要有選擇地獲取外網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)，并與本地?cái)?shù)據(jù)融合形成了更加完備的計(jì)算基礎(chǔ)，供后續(xù)狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算等使用，提升了網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算準(zhǔn)確性，經(jīng)過實(shí)地測算，誤差百分比在2.3節(jié)基礎(chǔ)上下降2%～2.5%，取得了預(yù)期效果。該優(yōu)化方案針對互聯(lián)大電網(wǎng)中下級電網(wǎng)因互聯(lián)電網(wǎng)模型不全，造成的網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用不準(zhǔn)確的問題有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用意義。

在不涉及邊界聯(lián)絡(luò)設(shè)備開斷時(shí)可優(yōu)先采用基于本地模型的在線分析功能；在涉及外網(wǎng)設(shè)備開斷分析應(yīng)用場景且本地模型計(jì)算準(zhǔn)確度已無法滿足需求時(shí)，可調(diào)用基于外網(wǎng)模型數(shù)據(jù)的計(jì)算。未來在條件具備的情況下，也可利用本文設(shè)計(jì)的國網(wǎng)總部一級部署網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)完成調(diào)度員潮流、靈敏度分析等應(yīng)用，獲取更精確的計(jì)算結(jié)果。

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Study and Application of Optimal Network Analysis Schemes Under Incomplete External Model

NING Jian1, ZHANG Yong1, ZHAO Lin2, YANG Libo3, WANG Lei4, MA Bin3

(1. North China Branch of State Grid Corporation of China, Beijing 100053, China;2. Beijing Kedong Electric Power Control System Co.Ltd.,Beijing 100192, China;3. State Grid Hebei Electric Power Corporation, Shijiazhuang 050021, China;4. China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)

As the interconnected grid represented by ultra-high voltage grid between provinces and large regions is strengthened, the subordinate dispatch center model cannot guarantee the accuracy of dispatcher power flow(DPF) after disconnecting boundary equipment. By the analysis of the model and data stream between dispatch centers and disadvantages about feasible programs, a service-based model and data sharing scheme is designed and deployed in North China and Hebei dispatch centers, which reduces the error of network analysis in subordinate center caused by incomplete external grid model. Besides, the system architecture of centralized network analysis function is designed further, which provides a new reference for a long-term solution for this problem.

incomplete external grid model; error of network analysis; model and data service; centralized deployment

2016-07-15。

寧劍(1986-)，男，工程師，研究方向?yàn)檎{(diào)度自動化技術(shù)，E-mail:ning.jian@nc.sgcc.com.cn。

TM732

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2016.12.013