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(shí)踐

李世明1崔 波2遲鵬程2

（1. 廣東電網(wǎng)公司電力調(diào)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(diào)度運(yùn)行支撐系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊。一體化智能調(diào)度系統(tǒng)平臺(tái)（OS2體系）解決了底層數(shù)據(jù)、模型一致性和規(guī)范性的問(wèn)題，為提升外網(wǎng)等值準(zhǔn)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(chǔ)上重點(diǎn)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(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，闡明了OS2體系對(duì)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(shí)際應(yīng)用，提升模型準(zhǔn)確率58%以上。

一體化智能調(diào)度系統(tǒng)平臺(tái)；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(jì)算中的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)前，電網(wǎng)互聯(lián)已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)。隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)運(yùn)行特性日趨復(fù)雜。然而互聯(lián)電網(wǎng)中的各區(qū)域電網(wǎng)，其調(diào)度運(yùn)行控制確實(shí)相對(duì)獨(dú)立的。相互影響的互聯(lián)電網(wǎng)與相對(duì)分立的調(diào)度模式之間迫切需要技術(shù)銜接，而區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型則是其計(jì)算分析銜接的基礎(chǔ)[1-2]。

文獻(xiàn)[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(diào)方法，外網(wǎng)等值作為該技術(shù)的重要基礎(chǔ)，主要通過(guò)離線方式實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[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(wèn)題，忽略了部分電網(wǎng)信息。文獻(xiàn)[5]介紹了智能調(diào)度分布式一體化建模方法，其中外網(wǎng)等值作為重要技術(shù)支撐，也是通過(guò)離線方式實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)[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(xiàn)[7-8]介紹了地區(qū)電網(wǎng)外網(wǎng)等值自動(dòng)生成系統(tǒng)，然而該系統(tǒng)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提出了較高的要求。

傳統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行技術(shù)體系下，區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值所面臨的主要技術(shù)難點(diǎn)在于各區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，基礎(chǔ)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(wèn)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(diǎn)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(gòu)和主要特點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上介紹該體系下外網(wǎng)等值模型在線生成實(shí)施流程與要點(diǎn)；最后基于某地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用情況，介紹該方法的實(shí)施效益。

1 OS2體系架構(gòu)與特征

1.1 體系架構(gòu)

一體化電網(wǎng)運(yùn)行智能系統(tǒng)（OS2）旨在通過(guò)采用先進(jìn)的信息通信技術(shù)，按照“一體化、模塊化、智能化”的總體技術(shù)原則，建設(shè)形成的適應(yīng)復(fù)雜互聯(lián)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行需要的支撐體系[9-11]。

OS2體系的整體架構(gòu)如圖1所示，該體系包括基于全景建模的數(shù)據(jù)中心、運(yùn)行服務(wù)總線、運(yùn)行控制系統(tǒng)、運(yùn)行管理系統(tǒng)、電力系統(tǒng)運(yùn)行駕駛艙、鏡像仿真測(cè)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(gè)體系的基礎(chǔ)。有別于傳統(tǒng)的調(diào)度數(shù)據(jù)庫(kù)，OS2體系高度重視底層數(shù)據(jù)模型的一致性、標(biāo)準(zhǔn)性和規(guī)范性。全景建模則是立足于互聯(lián)大電網(wǎng)實(shí)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(gòu)

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(shí)際需要?jiǎng)澐殖銎湫枰P(guān)注的區(qū)域電網(wǎng)，并將其他部分等值，保證計(jì)算分析的準(zhǔn)確性。

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

從縱向來(lái)看，如圖2所示，網(wǎng)省地三級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)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(jié)構(gòu)

1.2 體系特點(diǎn)

OS2體系上述體系結(jié)構(gòu)使得在數(shù)據(jù)模型層面具有如下3個(gè)特征：

1）模型一致性保證了模型解析的準(zhǔn)確性。模式一致性是模型解析的重要基礎(chǔ)。傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)體系下，不同型號(hào)的調(diào)度支持系統(tǒng)底層模型不一致，直接導(dǎo)致不同區(qū)域電網(wǎng)不能相互解析模型，進(jìn)行仿真分析。為了實(shí)現(xiàn)模型解析，不得已采用轉(zhuǎn)換接口，大大降低了模型解析的效率和準(zhǔn)確率。大量模型參數(shù)在解析過(guò)程中缺失或出錯(cuò)。這一問(wèn)題導(dǎo)致傳統(tǒng)的調(diào)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(jìn)行數(shù)據(jù)分析的重要保障。同類(lèi)數(shù)據(jù)可以以不同量綱、不同形式存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不規(guī)范，將直接影響數(shù)據(jù)分析結(jié)果，不僅影響效率，還將影響準(zhǔn)確性。OS2體系下所有的數(shù)據(jù)均需要按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行存儲(chǔ)，保證了外網(wǎng)等值模型生產(chǎn)過(guò)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(diào)度系統(tǒng)模式下，不同區(qū)域電網(wǎng)的接口千差萬(wàn)別。當(dāng)涉及多個(gè)區(qū)域電網(wǎng)統(tǒng)一建模分析時(shí)，沒(méi)有統(tǒng)一的接口，數(shù)據(jù)和模型就沒(méi)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(shí)施流程與要點(diǎn)

2.1 實(shí)施流程

OS2體系下，不同區(qū)域電網(wǎng)均需要按照“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一建設(shè)”的要求建設(shè)實(shí)施。OS2體系在模型、數(shù)據(jù)、接口方面的特征為在線高效計(jì)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(shí)。

充分考慮OS2的基礎(chǔ)特點(diǎn)，本文所提出的外網(wǎng)等值模型計(jì)算方法如圖3所示。整個(gè)計(jì)算流程包括：①系統(tǒng)對(duì)時(shí)；②數(shù)據(jù)抽取；③外網(wǎng)等值模型在線生成3個(gè)步驟。

圖3 外網(wǎng)等值模型在線生成流程

2.2 系統(tǒng)對(duì)時(shí)

系統(tǒng)對(duì)時(shí)的目的在于通過(guò)對(duì)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(shí)間間隔等特征量，保證等值分析是在同一時(shí)刻進(jìn)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(shí)施流程如下。

1）利用擴(kuò)展Ward等值法，對(duì)地區(qū)外網(wǎng)等值數(shù)據(jù)庫(kù)中指定地區(qū)的外網(wǎng)電力系統(tǒng)模型進(jìn)行等值計(jì)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(jì)算得到指定地區(qū)外網(wǎng)等值設(shè)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(shè)備的潮流值存儲(chǔ)到地區(qū)外網(wǎng)等值數(shù)據(jù)庫(kù)中。

3）從地區(qū)外網(wǎng)等值數(shù)據(jù)庫(kù)中，讀取優(yōu)化后的指定地區(qū)外網(wǎng)等值模型，導(dǎo)出為“.xml”文件，該文件為基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)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(kù)中，讀取指定地區(qū)緩沖網(wǎng)所包含設(shè)備的實(shí)時(shí)潮流值和等值外網(wǎng)設(shè)備潮流值，生成地區(qū)外網(wǎng)等值實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)E語(yǔ)言文件“*_scada.dat”；讀取指定地區(qū)緩沖網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)估計(jì)值和等值外網(wǎng)設(shè)備潮流值，生成地區(qū)外網(wǎng)等值狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)E語(yǔ)言文件“*_se.dat”，所述的E語(yǔ)言即電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)記語(yǔ)言。

2.5 算法特點(diǎn)

區(qū)域電網(wǎng)的外網(wǎng)等值模型生產(chǎn)方法本身已經(jīng)是電力系統(tǒng)較為成熟的技術(shù)。然而在傳統(tǒng)的調(diào)度運(yùn)行技術(shù)支持系統(tǒng)架構(gòu)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(wèn)題，導(dǎo)致在線生成外網(wǎng)等值模型必須進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)校核、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、通信校對(duì)等工作，造成延時(shí)較長(zhǎng)，不能滿足在線生成的時(shí)效性要求。

而基于OS2體系，開(kāi)展區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型在線生成時(shí)，與傳統(tǒng)的方法相比具有流程簡(jiǎn)單、算法復(fù)用性高的特點(diǎn)，特別是不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)和轉(zhuǎn)換，縮短了區(qū)域電網(wǎng)外網(wǎng)等值模型生成的時(shí)間。

3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐效果

3.1 系統(tǒng)開(kāi)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(shí)際應(yīng)用。該方法內(nèi)置于OS2平臺(tái)體系中，作為平臺(tái)的一個(gè)核心功能模塊支撐調(diào)度優(yōu)化。

該模塊在整個(gè)OS2平臺(tái)體系下的系統(tǒng)架構(gòu)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(gè)組成模塊，所需要的本地區(qū)電網(wǎng)數(shù)據(jù)來(lái)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(lái)源于省級(jí)主網(wǎng)OCS系統(tǒng)。省級(jí)主網(wǎng)OS2系統(tǒng)作為整個(gè)省全網(wǎng)的中心，實(shí)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(gòu)

3.2 實(shí)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(shí)際應(yīng)用超過(guò)一年，將該地區(qū)電網(wǎng)傳統(tǒng)的離線型外網(wǎng)等值計(jì)算為主要特征的安全穩(wěn)定分析逐步轉(zhuǎn)化為以在線型外網(wǎng)等值計(jì)算為主要特征的計(jì)算分析，其實(shí)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(zhǔn)確程度，為電力系統(tǒng)仿真分析提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。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(duì)模型對(duì)時(shí)的要求，對(duì)時(shí)誤差較大。以該區(qū)域電網(wǎng)使用前后相比，在線生成的對(duì)時(shí)準(zhǔn)確較離線型提升了58%，外網(wǎng)等值計(jì)算分析時(shí)間通過(guò)自動(dòng)生成，已不需要額外人工統(tǒng)計(jì)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(zhǔn)確性，為更加準(zhǔn)確的運(yùn)行計(jì)算分析提供了基礎(chǔ)。

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(jì)算分析的工作時(shí)間。上述外網(wǎng)等值模型在線生成方法可完全由自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，不需要調(diào)度運(yùn)行人員參與，計(jì)算流程簡(jiǎn)單，同時(shí)計(jì)算工作量較低。該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用以來(lái)，調(diào)度運(yùn)行分析人員在生成外網(wǎng)等值模型的工作量由原來(lái)每周需要花費(fèi)2～3h下降為基本不需要花費(fèi)任何時(shí)間，可隨時(shí)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(diào)度運(yùn)行控制要求更加準(zhǔn)確。該技術(shù)的推廣應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)以離線分析為主要特征的電網(wǎng)運(yùn)行分析模式，使得電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析逐步向在線型過(guò)渡，更加適應(yīng)未來(lái)電力市場(chǎng)的要求。

4 結(jié)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(shù)與實(shí)踐的相關(guān)情況。外網(wǎng)等值模型計(jì)算是電力系統(tǒng)較為成熟的技術(shù)，但是缺乏有力的數(shù)據(jù)支撐，在實(shí)際中往往難以通過(guò)在線方式實(shí)現(xiàn)。本文基于OS2系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)了在線生成方法，并將其在南方電網(wǎng)某地區(qū)電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用，效果顯著，有力地提升了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計(jì)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(diào)度自動(dòng)化工作。