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摘要:随着电网的规模不断发展壮大、及系统内设备的种类和数量越来越多新情况新问题不断涌现,任何一个环节出现问题都将直接影响电网的安全稳定运行,因此对电网的安全、稳定、优质运行也就提出更高的标准和要求。本文首先介绍PowerWorld强大的电网分析能力和可视化展示手段,然后研究基于PowerWorld结合短期负荷预测和预先制定的运行方式,分析预测电网未来一段时间内的潮流,让调度人员可以在尽可能短的时间里,直观地了解其线路未来负载状况和电压水平,以评价运行方式的合理性,最终形成了基于PowerWorld的电网潮流预演方法。
关键词:PowerWorld;潮流预演;可视化技术;检修计划;短期负荷预测
作者简介:唐玲明(1982-),男,广西全州人,广西电力工业勘察设计研究院,助理工程师,工学硕士,主要研究方向:数字电网。(广西 南宁 530023)陈普(1982-),男,陕西商南人,华北电力大学控制与计算机学院硕士研究生,主要研究方向:基于人工智能的电力负荷预测。(北京 102206)
PowerWorld具有强大电网计算分析功能和强大的可视化展示手段。其核心是强大的综合电力系统潮流计算,能演算多达100000个节点的系统。[1]
另一方面,EMS的短期负荷预测准确度相当的高,但是对于发电计划和运行方式的安排主要还是依据人工经验,缺乏有效而直观的检验手段来判断所安排的未来运行方式是否科学合理。
因此论文将研究基于PowerWorld结合短期负荷预测和预先制定的运行方式,分析预测电网未来一段时间内的潮流,让调度人员可以在尽可能短的时间里,直观地了解其线路未来负载状况和电压水平,以评价运行方式的合理性。
一、PowerWorld简介
90年代中期,全球可视化技术的专家Thomas Overbye率领其研究组开展了电力系统可视化的系列研究,在其提出的电压等高线(contouring)显示技术的基础上,对节点数据(如:节点电压、电价等)、线路数据(如:线路传输容量、线路负载率等)的显示进行了可视化显示研究。此外,该研究组还对3D应用进行了颇有成效的探索,具体是利用虚拟环境(Virtual environment)技术实现系统数据的3D显示,多出的维数用于显示输电网络可用传输容量(ATC)和发电机无功功率储备等数据。[2]
基于Thomas Overbye的研究成果,美国康滨伊利诺大学和PowerWorld公司合作开发了电力系统可视化分析和培训软件PowerWorld及其系列,目前已发展至13版,并成功应用于美国能源部(DOE)、邦纳维尔电力管理局(BPA)、PJM、田纳西流域管理局(TVA)、南美电力联营机构(SPP)、丹麦、瑞士、澳大利亚等42个不同国家500家国家级电网公司的规划、调度、运行和培训。[3]
国内有关电力系统可视化技术的研究和开发工作才刚刚起步,广西电力工业勘察设计研究院和浙江大学、清华大学、天津大学率先在这方面进行了相关研究。广西电力工业勘察设计研究院率先引进美国PowerWorld公司的这套大型电力系统可视化分析软件并对其进行二次开发和功能扩展,使其适合中国电力系统各个层次的用户。
广西电力工业勘察设计研究院数字电网研究中心基于PowerWorld Simulator离线分析系统成功完成了广西电网二次系统“十一五”规划报告第六卷:安全稳定控制系统的分析计算与编制工作,获得南方电网、广西电网和电力规划院等相关单位的高度评价。同时该中心基于PowerWorld Retriever完成了云南红河供电局、广西电网、广西各地市供电局等在线可视化调度与运行分析项目的实施工作,目前使用效果良好。
二、电网潮流预演方法
电网潮流预演主要是预测未来一段时间内多个时刻的电网潮流断面,并通过仿真工具依次仿真播放这些预测的断面数据,达到预演效果。调度员通过预演,可以掌握未来一段时间内电网潮流连续变化情况,并通过潮流计算评价运行方式的合理性。为了尽可能科学准确的预测未来的断面,预测断面所采集的基础数据包括当前基础断面(即当前实时断面,包括电网潮流和拓扑)、短期负荷预测和发购电计划、日检修计划。
1.获取数据
如果PowerWorld从SCADA获取当前基础断面,可能会存在以下几个问题。
(1)直接读取SCADA实时数据,不易发现其中可能存在较大偏差的量测值,可以考虑将EMS系统电力系统高级应用(PAS)下的状态估计结果数据作为转换数据源。
(2)广西电网中设备众多、测量点分布广泛,导致SCADA数据量巨大,并且EMS每两分钟进行一次全网状态估计。
(3)在潮流预演的过程中需要进行潮流计算。直接读取SCADA实施数据未经过修正,潮流计算难以收敛。
基于以上考虑,可以选用当前状态估计的数据作为当前基础断面。首先通过电网公司已有的过物理隔离的发送程序,把每次更新的状态估计文件从I区的EMS服器发送到III区的通信服务器上,PowerWorld可以开发数据接口,通过ftp方式登录获取最新的状态估计文件如图1所示。
而广西电网的短期负荷预测、发购电计划以及日检修计划都存储在III区的DMIS中。PowerWorld可以开发数据接口,通过数据库ODBC方式直接访问DMIS获取如图2所示。
2.断面形成方案
未来断面的生成是电网潮流预演准确与否的关键所在。生成断面牵涉到两方面,第一网络拓扑的生成,第二潮流数据的生成。
为了能尽可能科学的生成电网拓扑,论文使用当前基础断面加上某一时刻的日检修计划生成该时刻的电网拓扑。目前广西电网公司已经在开发图形化开票系统,该系统上线之后,所有的操作票将会按照统一的标准格式存放在数据库中。PowerWorld可以开发操作票解析模块,按照图形化开票系统的标准格式解析出操作票所要断开、投运的设备。在单前基础断面的基础上根据检修品开断和投运相关设备,最终形成电网拓扑。
电网的潮流预测主要是依据短期负荷预测、发购电计划。广西电网公司的短期负荷预测会预测第二天96个点的负荷分布,具体到每个变电站。而发购电计划也预测了第二天96个点电厂出力。为了能尽可能接近实际情况来分配负荷以及机组出力,论文将基于预测生成的电网拓扑和基础断面中厂站负荷值比例、机组出力比例来分配每个厂站的预测总加值。
3.总体方案
根据以上介绍的两点,最终形成了电网潮流预演的总体方案如图3所示。(1)以当前时刻EMS状态估计数据作为基础断面。基于PowerWorld开发ftp文件读取接口将状态估计数据读入PowerWorld仿真模型中。(2)基于PowerWorld开发数据库读取接口以及操作票解析模块,从DIMS中读取某一未来时刻将要执行的检修计划,按照图形开票系统的标准格式解析出检修品需要开断和投运的设备,并在仿真模型仿真开断和投运操作。(3)基于PowerWorld开发数据库读取接口以及厂站负荷总加、出力总加分配模块,从DIMS中读取某一未来时刻的短期负荷预测、发购电计划,按照基础断面负荷和机组出力的比例进行分配。(4)利用PowerWorld强大的潮流计算模块,进行潮流计算,并统计出该断面线路越限、电压越限。(5)重复以上操作,直到仿真结束。
三、总结
基于PowerWorld的电网潮流预演方法既能以列表的方式给出所关注的运行结果,也可以在可视化单线图上观看随着运行数据的变化,电网数据发生的变化。此时,同样可以用各种可视化手段生动地展现变化规律,使运行人员迅速掌握电网的变化规律,和出现的不正常情况,例如电压和潮流的越限。为调度人员提供了有效而直观的检验手段来判断所安排的未来运行方式是否科学合理,从而加强电网的安全、稳定、优质运行。
参考文献:
[1]Overbye T J,Weber J D. Visualizing the electric grid[J].IEEE Spectrum,2001,38(2):52258.
[2]PowerWorld Corporation. PowerWorld simulator userps Guide [DB/OL].http://www.powerworld.com.
[3]王丽丽,艾欣,白文光,等.配电网可视化供电能力计算软件开发及应用[J].现代电力,2006,23(2):84-87.
(责任编辑:刘辉)
关键词:PowerWorld;潮流预演;可视化技术;检修计划;短期负荷预测
作者简介:唐玲明(1982-),男,广西全州人,广西电力工业勘察设计研究院,助理工程师,工学硕士,主要研究方向:数字电网。(广西 南宁 530023)陈普(1982-),男,陕西商南人,华北电力大学控制与计算机学院硕士研究生,主要研究方向:基于人工智能的电力负荷预测。(北京 102206)
PowerWorld具有强大电网计算分析功能和强大的可视化展示手段。其核心是强大的综合电力系统潮流计算,能演算多达100000个节点的系统。[1]
另一方面,EMS的短期负荷预测准确度相当的高,但是对于发电计划和运行方式的安排主要还是依据人工经验,缺乏有效而直观的检验手段来判断所安排的未来运行方式是否科学合理。
因此论文将研究基于PowerWorld结合短期负荷预测和预先制定的运行方式,分析预测电网未来一段时间内的潮流,让调度人员可以在尽可能短的时间里,直观地了解其线路未来负载状况和电压水平,以评价运行方式的合理性。
一、PowerWorld简介
90年代中期,全球可视化技术的专家Thomas Overbye率领其研究组开展了电力系统可视化的系列研究,在其提出的电压等高线(contouring)显示技术的基础上,对节点数据(如:节点电压、电价等)、线路数据(如:线路传输容量、线路负载率等)的显示进行了可视化显示研究。此外,该研究组还对3D应用进行了颇有成效的探索,具体是利用虚拟环境(Virtual environment)技术实现系统数据的3D显示,多出的维数用于显示输电网络可用传输容量(ATC)和发电机无功功率储备等数据。[2]
基于Thomas Overbye的研究成果,美国康滨伊利诺大学和PowerWorld公司合作开发了电力系统可视化分析和培训软件PowerWorld及其系列,目前已发展至13版,并成功应用于美国能源部(DOE)、邦纳维尔电力管理局(BPA)、PJM、田纳西流域管理局(TVA)、南美电力联营机构(SPP)、丹麦、瑞士、澳大利亚等42个不同国家500家国家级电网公司的规划、调度、运行和培训。[3]
国内有关电力系统可视化技术的研究和开发工作才刚刚起步,广西电力工业勘察设计研究院和浙江大学、清华大学、天津大学率先在这方面进行了相关研究。广西电力工业勘察设计研究院率先引进美国PowerWorld公司的这套大型电力系统可视化分析软件并对其进行二次开发和功能扩展,使其适合中国电力系统各个层次的用户。
广西电力工业勘察设计研究院数字电网研究中心基于PowerWorld Simulator离线分析系统成功完成了广西电网二次系统“十一五”规划报告第六卷:安全稳定控制系统的分析计算与编制工作,获得南方电网、广西电网和电力规划院等相关单位的高度评价。同时该中心基于PowerWorld Retriever完成了云南红河供电局、广西电网、广西各地市供电局等在线可视化调度与运行分析项目的实施工作,目前使用效果良好。
二、电网潮流预演方法
电网潮流预演主要是预测未来一段时间内多个时刻的电网潮流断面,并通过仿真工具依次仿真播放这些预测的断面数据,达到预演效果。调度员通过预演,可以掌握未来一段时间内电网潮流连续变化情况,并通过潮流计算评价运行方式的合理性。为了尽可能科学准确的预测未来的断面,预测断面所采集的基础数据包括当前基础断面(即当前实时断面,包括电网潮流和拓扑)、短期负荷预测和发购电计划、日检修计划。
1.获取数据
如果PowerWorld从SCADA获取当前基础断面,可能会存在以下几个问题。
(1)直接读取SCADA实时数据,不易发现其中可能存在较大偏差的量测值,可以考虑将EMS系统电力系统高级应用(PAS)下的状态估计结果数据作为转换数据源。
(2)广西电网中设备众多、测量点分布广泛,导致SCADA数据量巨大,并且EMS每两分钟进行一次全网状态估计。
(3)在潮流预演的过程中需要进行潮流计算。直接读取SCADA实施数据未经过修正,潮流计算难以收敛。
基于以上考虑,可以选用当前状态估计的数据作为当前基础断面。首先通过电网公司已有的过物理隔离的发送程序,把每次更新的状态估计文件从I区的EMS服器发送到III区的通信服务器上,PowerWorld可以开发数据接口,通过ftp方式登录获取最新的状态估计文件如图1所示。
而广西电网的短期负荷预测、发购电计划以及日检修计划都存储在III区的DMIS中。PowerWorld可以开发数据接口,通过数据库ODBC方式直接访问DMIS获取如图2所示。
2.断面形成方案
未来断面的生成是电网潮流预演准确与否的关键所在。生成断面牵涉到两方面,第一网络拓扑的生成,第二潮流数据的生成。
为了能尽可能科学的生成电网拓扑,论文使用当前基础断面加上某一时刻的日检修计划生成该时刻的电网拓扑。目前广西电网公司已经在开发图形化开票系统,该系统上线之后,所有的操作票将会按照统一的标准格式存放在数据库中。PowerWorld可以开发操作票解析模块,按照图形化开票系统的标准格式解析出操作票所要断开、投运的设备。在单前基础断面的基础上根据检修品开断和投运相关设备,最终形成电网拓扑。
电网的潮流预测主要是依据短期负荷预测、发购电计划。广西电网公司的短期负荷预测会预测第二天96个点的负荷分布,具体到每个变电站。而发购电计划也预测了第二天96个点电厂出力。为了能尽可能接近实际情况来分配负荷以及机组出力,论文将基于预测生成的电网拓扑和基础断面中厂站负荷值比例、机组出力比例来分配每个厂站的预测总加值。
3.总体方案
根据以上介绍的两点,最终形成了电网潮流预演的总体方案如图3所示。(1)以当前时刻EMS状态估计数据作为基础断面。基于PowerWorld开发ftp文件读取接口将状态估计数据读入PowerWorld仿真模型中。(2)基于PowerWorld开发数据库读取接口以及操作票解析模块,从DIMS中读取某一未来时刻将要执行的检修计划,按照图形开票系统的标准格式解析出检修品需要开断和投运的设备,并在仿真模型仿真开断和投运操作。(3)基于PowerWorld开发数据库读取接口以及厂站负荷总加、出力总加分配模块,从DIMS中读取某一未来时刻的短期负荷预测、发购电计划,按照基础断面负荷和机组出力的比例进行分配。(4)利用PowerWorld强大的潮流计算模块,进行潮流计算,并统计出该断面线路越限、电压越限。(5)重复以上操作,直到仿真结束。
三、总结
基于PowerWorld的电网潮流预演方法既能以列表的方式给出所关注的运行结果,也可以在可视化单线图上观看随着运行数据的变化,电网数据发生的变化。此时,同样可以用各种可视化手段生动地展现变化规律,使运行人员迅速掌握电网的变化规律,和出现的不正常情况,例如电压和潮流的越限。为调度人员提供了有效而直观的检验手段来判断所安排的未来运行方式是否科学合理,从而加强电网的安全、稳定、优质运行。
参考文献:
[1]Overbye T J,Weber J D. Visualizing the electric grid[J].IEEE Spectrum,2001,38(2):52258.
[2]PowerWorld Corporation. PowerWorld simulator userps Guide [DB/OL].http://www.powerworld.com.
[3]王丽丽,艾欣,白文光,等.配电网可视化供电能力计算软件开发及应用[J].现代电力,2006,23(2):84-87.
(责任编辑:刘辉)