OS2體系下外網(wǎng)等值模型在線生成方法研究與實踐

李世明 崔 波 遲鵬程

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OS2體系下外網(wǎng)等值模型在線生成方法研究與實踐

李世明1崔 波2遲鵬程2

（1. 廣東電網(wǎng)公司電力調度控制中心，廣州 550002； 2. 北京清大高科系統(tǒng)控制有限公司，北京 102208）

外網(wǎng)等值是現(xiàn)代互聯(lián)電網(wǎng)調度運行支撐系統(tǒng)的基礎模塊。一體化智能調度系統(tǒng)平臺（OS2體系）解決了底層數(shù)據(jù)、模型一致性和規(guī)范性的問題，為提升外網(wǎng)等值準確性提供了有利條件。本文首先介紹了OS2體系的基本框架，在此基礎上重點介紹了該體系下區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型在線生成技術的創(chuàng)新發(fā)展，闡明了OS2體系對外網(wǎng)等值的提升作用。該方法在南方電網(wǎng)某地區(qū)電網(wǎng)得到實際應用，提升模型準確率58%以上。

一體化智能調度系統(tǒng)平臺；區(qū)域電網(wǎng)；外網(wǎng)等值模型；在線生成

區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型是電力系統(tǒng)分析計算中的重要基礎數(shù)據(jù)。當前，電網(wǎng)互聯(lián)已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，電力系統(tǒng)運行特性日趨復雜。然而互聯(lián)電網(wǎng)中的各區(qū)域電網(wǎng)，其調度運行控制確實相對獨立的。相互影響的互聯(lián)電網(wǎng)與相對分立的調度模式之間迫切需要技術銜接，而區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型則是其計算分析銜接的基礎[1-2]。

文獻[3]介紹了南方電網(wǎng)基于模型拼接與外網(wǎng)等值的在線模型協(xié)調方法，外網(wǎng)等值作為該技術的重要基礎，主要通過離線方式實現(xiàn)。文獻[4]介紹了一種用于次同步諧振研究的電力系統(tǒng)外網(wǎng)等值方法，主要用于解決次同步振蕩問題，忽略了部分電網(wǎng)信息。文獻[5]介紹了智能調度分布式一體化建模方法，其中外網(wǎng)等值作為重要技術支撐，也是通過離線方式實現(xiàn)。文獻[6]介紹了江西電網(wǎng)考慮外網(wǎng)等值的模型拼接方法。文獻[7-8]介紹了地區(qū)電網(wǎng)外網(wǎng)等值自動生成系統(tǒng)，然而該系統(tǒng)對基礎數(shù)據(jù)提出了較高的要求。

傳統(tǒng)的調度運行技術體系下，區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值所面臨的主要技術難點在于各區(qū)域電網(wǎng)調度運行系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，基礎數(shù)據(jù)和模型不夠統(tǒng)一。而OS2系統(tǒng)則有效的解決了這一問題。依托于OS2體系，各區(qū)域電網(wǎng)的底層數(shù)據(jù)和模型解析難度大幅下降、解析效率顯著提升。為此本文將重點研究OS2體系下的區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型在線生成方法，首先介紹OS2體系架構和主要特點；在此基礎上介紹該體系下外網(wǎng)等值模型在線生成實施流程與要點；最后基于某地區(qū)電網(wǎng)實際應用情況，介紹該方法的實施效益。

1 OS2體系架構與特征

1.1 體系架構

一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)（OS2）旨在通過采用先進的信息通信技術，按照“一體化、模塊化、智能化”的總體技術原則，建設形成的適應復雜互聯(lián)電網(wǎng)調度運行需要的支撐體系[9-11]。

OS2體系的整體架構如圖1所示，該體系包括基于全景建模的數(shù)據(jù)中心、運行服務總線、運行控制系統(tǒng)、運行管理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)運行駕駛艙、鏡像仿真測試系統(tǒng)六大模塊[11-13]。其中基于全景建模的數(shù)據(jù)中心是整個體系的基礎。有別于傳統(tǒng)的調度數(shù)據(jù)庫，OS2體系高度重視底層數(shù)據(jù)模型的一致性、標準性和規(guī)范性。全景建模則是立足于互聯(lián)大電網(wǎng)實際，期望能夠提供更加完整的數(shù)據(jù)信息支撐。

圖1 OS2體系架構

外網(wǎng)等值是OS2體系中基于全景建模的數(shù)據(jù)中心核心功能之一，其目的是將互聯(lián)電網(wǎng)根據(jù)使用者實際需要劃分出其需要關注的區(qū)域電網(wǎng)，并將其他部分等值，保證計算分析的準確性。

除數(shù)據(jù)中心外，OS2還包括運行服務總線、運行控制系統(tǒng)（operation control system, OCS系統(tǒng)）、運行管理系統(tǒng)（operation management system, OMS系統(tǒng)）、電力系統(tǒng)運行駕駛艙、鏡像仿真測試系統(tǒng)等組成部分。其中，OCS系統(tǒng)作為調度運行人員主要的生產控制系統(tǒng)，是其開展計算分析的基礎平臺，也是整個OS2體系下最核心的功能模塊。

從縱向來看，如圖2所示，網(wǎng)省地三級調度機構的業(yè)務系統(tǒng)縱向貫通，保證了底層數(shù)據(jù)在不同區(qū)域電網(wǎng)的縱向一致性[12-13]。

圖2 OS2縱向結構

1.2 體系特點

OS2體系上述體系結構使得在數(shù)據(jù)模型層面具有如下3個特征：

1）模型一致性保證了模型解析的準確性。模式一致性是模型解析的重要基礎。傳統(tǒng)調度系統(tǒng)體系下，不同型號的調度支持系統(tǒng)底層模型不一致，直接導致不同區(qū)域電網(wǎng)不能相互解析模型，進行仿真分析。為了實現(xiàn)模型解析，不得已采用轉換接口，大大降低了模型解析的效率和準確率。大量模型參數(shù)在解析過程中缺失或出錯。這一問題導致傳統(tǒng)的調度體系下外網(wǎng)等值模型難以在線生成。

2）數(shù)據(jù)規(guī)范性保證了數(shù)據(jù)分析的便捷性。數(shù)據(jù)規(guī)范性是區(qū)域電網(wǎng)間進行數(shù)據(jù)分析的重要保障。同類數(shù)據(jù)可以以不同量綱、不同形式存儲。數(shù)據(jù)存儲不規(guī)范，將直接影響數(shù)據(jù)分析結果，不僅影響效率，還將影響準確性。OS2體系下所有的數(shù)據(jù)均需要按照統(tǒng)一標準進行存儲，保證了外網(wǎng)等值模型生產過程中數(shù)據(jù)分析的便捷性。

3）接口統(tǒng)一性保證了信息傳遞的高效性。數(shù)據(jù)接口是數(shù)據(jù)通信的鑰匙。傳統(tǒng)調度系統(tǒng)模式下，不同區(qū)域電網(wǎng)的接口千差萬別。當涉及多個區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一建模分析時，沒有統(tǒng)一的接口，數(shù)據(jù)和模型就沒有傳遞的條件。而在OS2體系下，統(tǒng)一的接口保證了信息傳遞的高效性，為在線生成外網(wǎng)等值模型提供了保障。

2 外網(wǎng)等值模型在線生成實施流程與要點

2.1 實施流程

OS2體系下，不同區(qū)域電網(wǎng)均需要按照“統(tǒng)一標準、統(tǒng)一設計、統(tǒng)一建設”的要求建設實施。OS2體系在模型、數(shù)據(jù)、接口方面的特征為在線高效計算分析提供了條件，使得區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型在線生成成為現(xiàn)實。

充分考慮OS2的基礎特點，本文所提出的外網(wǎng)等值模型計算方法如圖3所示。整個計算流程包括：①系統(tǒng)對時；②數(shù)據(jù)抽?。虎弁饩W(wǎng)等值模型在線生成3個步驟。

圖3 外網(wǎng)等值模型在線生成流程

2.2 系統(tǒng)對時

系統(tǒng)對時的目的在于通過對比待等值分析的不同區(qū)域電網(wǎng)間數(shù)據(jù)系統(tǒng)的系統(tǒng)時間間隔等特征量，保證等值分析是在同一時刻進行的。

2.3 數(shù)據(jù)抽取

2.4 外網(wǎng)等值模型在線生成

外網(wǎng)等值模型在線生成主要實施流程如下。

1）利用擴展Ward等值法，對地區(qū)外網(wǎng)等值數(shù)據(jù)庫中指定地區(qū)的外網(wǎng)電力系統(tǒng)模型進行等值計算，保留指定地區(qū)配置的緩沖網(wǎng)，得到指定地區(qū)外網(wǎng)等值模型，并計算得到指定地區(qū)外網(wǎng)等值設備的潮流值，最后將該指定地區(qū)外網(wǎng)等值模型和指定地區(qū)外網(wǎng)等值設備的潮流值存儲到地區(qū)外網(wǎng)等值數(shù)據(jù)庫中。

3）從地區(qū)外網(wǎng)等值數(shù)據(jù)庫中，讀取優(yōu)化后的指定地區(qū)外網(wǎng)等值模型，導出為“.xml”文件，該文件為基于IEC61970標準的CIM文件。

4）從上一步驟所得的地區(qū)外網(wǎng)等值數(shù)據(jù)庫中，讀取指定地區(qū)緩沖網(wǎng)所包含設備的實時潮流值和等值外網(wǎng)設備潮流值，生成地區(qū)外網(wǎng)等值實時數(shù)據(jù)E語言文件“*_scada.dat”；讀取指定地區(qū)緩沖網(wǎng)設備狀態(tài)估計值和等值外網(wǎng)設備潮流值，生成地區(qū)外網(wǎng)等值狀態(tài)估計數(shù)據(jù)E語言文件“*_se.dat”，所述的E語言即電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)標記語言。

2.5 算法特點

區(qū)域電網(wǎng)的外網(wǎng)等值模型生產方法本身已經(jīng)是電力系統(tǒng)較為成熟的技術。然而在傳統(tǒng)的調度運行技術支持系統(tǒng)架構上，由于不同區(qū)域電網(wǎng)間數(shù)據(jù)、模型、接口等層面所存在的不規(guī)范、不一致的問題，導致在線生成外網(wǎng)等值模型必須進行復雜的數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)轉換、通信校對等工作，造成延時較長，不能滿足在線生成的時效性要求。

而基于OS2體系，開展區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型在線生成時，與傳統(tǒng)的方法相比具有流程簡單、算法復用性高的特點，特別是不需要進行數(shù)據(jù)校驗和轉換，縮短了區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型生成的時間。

3 系統(tǒng)開發(fā)與實踐效果

3.1 系統(tǒng)開發(fā)

本文所提出的區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型在線生成方法已在南方電網(wǎng)某地區(qū)電網(wǎng)得到了實際應用。該方法內置于OS2平臺體系中，作為平臺的一個核心功能模塊支撐調度優(yōu)化。

該模塊在整個OS2平臺體系下的系統(tǒng)架構和數(shù)據(jù)交互如圖4所示。該模塊作為地區(qū)電網(wǎng)OS2系統(tǒng)中OCS的一個組成模塊，所需要的本地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)來源于地區(qū)電網(wǎng)OCS系統(tǒng)；而所需的外網(wǎng)邊界數(shù)據(jù)則來源于省級主網(wǎng)OCS系統(tǒng)。省級主網(wǎng)OS2系統(tǒng)作為整個省全網(wǎng)的中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

圖4 外網(wǎng)等值模型在線生成模塊架構

3.2 實踐效果

本文所提出的區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型在線生成方法已經(jīng)在南方電網(wǎng)某地區(qū)電網(wǎng)實際應用超過一年，將該地區(qū)電網(wǎng)傳統(tǒng)的離線型外網(wǎng)等值計算為主要特征的安全穩(wěn)定分析逐步轉化為以在線型外網(wǎng)等值計算為主要特征的計算分析，其實施效益主要體現(xiàn)在如下方面。

1）提升了外網(wǎng)等值模型本身的準確程度，為電力系統(tǒng)仿真分析提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎。傳統(tǒng)離線型的外網(wǎng)等值模型生成方式由于數(shù)據(jù)校核工作量巨大，客觀上降低了對模型對時的要求，對時誤差較大。以該區(qū)域電網(wǎng)使用前后相比，在線生成的對時準確較離線型提升了58%，外網(wǎng)等值計算分析時間通過自動生成，已不需要額外人工統(tǒng)計分析。這一數(shù)據(jù)提升保證了區(qū)域電網(wǎng)間數(shù)據(jù)的準確性，為更加準確的運行計算分析提供了基礎。

2）提升了外網(wǎng)等值模型生成的效率，大大縮短了優(yōu)化計算分析的工作時間。上述外網(wǎng)等值模型在線生成方法可完全由自動化系統(tǒng)實現(xiàn)，不需要調度運行人員參與，計算流程簡單，同時計算工作量較低。該技術實際應用以來，調度運行分析人員在生成外網(wǎng)等值模型的工作量由原來每周需要花費2～3h下降為基本不需要花費任何時間，可隨時獲取，使工作效率大幅提升。

3）改變了傳統(tǒng)離線型安全穩(wěn)定分析模式，使得調度運行控制要求更加準確。該技術的推廣應用，改變了傳統(tǒng)以離線分析為主要特征的電網(wǎng)運行分析模式，使得電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析逐步向在線型過渡，更加適應未來電力市場的要求。

4 結論

本文介紹了基于OS2系統(tǒng)的區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型在線生成技術與實踐的相關情況。外網(wǎng)等值模型計算是電力系統(tǒng)較為成熟的技術，但是缺乏有力的數(shù)據(jù)支撐，在實際中往往難以通過在線方式實現(xiàn)。本文基于OS2系統(tǒng)架構，設計了在線生成方法，并將其在南方電網(wǎng)某地區(qū)電網(wǎng)實際應用，效果顯著，有力地提升了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算分析的能力。

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Research and practice of online generation method of power grid equivalent model based on OS2 system

Li Shiming1Cui Bo2Chi Pengcheng2

(1. Guangdong Power Grid Dispatching Center, Guangzhou 530007;2. Beijing King Star High-Tech System Control Co., Ltd, Beijing 102208)

External network equivalence is the basic module of modern interconnected power grid dispatching operation support system. The integrated intelligent scheduling system platform (OS2 system) solves the problems of underlying data, model consistency and standardization and provides favorable conditions for improving the accuracy of external network equivalence. Firstly, this paper introduces the basic framework of OS2. Then the online generation method of power grid equivalent model based on OS2 system is analyzed and the promotion effect on this method by the OS2 system is illustrated. At last, This method has been applied to a power grid in a certain area of China Southern Power Grid and the accuracy of the model has been improved by over 58%.

OS2 system; regional power grid; external network equivalent model; online generation

2018-06-05

李世明（1984-），男，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)調度自動化工作。