外網模型不全下的網絡分析優(yōu)化方案研究與應用

寧 劍，張 勇，趙 林，楊立波，王 磊，馬 斌

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

外網模型不全下的網絡分析優(yōu)化方案研究與應用

寧 劍1，張 勇1，趙 林2，楊立波3，王 磊4，馬 斌3

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

為了解決以特高壓電網為代表的跨省、跨大區(qū)互聯(lián)電網持續(xù)加強，導致分中心和省調等下級調度維護的在線模型無法滿足能源互聯(lián)網格局下開斷本網邊界設備后調度員潮流等分析結果準確性要求的問題，在分析現(xiàn)有國調—分中心—省調模型數(shù)據(jù)信息流及現(xiàn)有解決方案的基礎上，提出了基于服務的上級模型數(shù)據(jù)共享方案，并在華北分中心與河北省調部署成功，減小了下級電網因外網模型數(shù)據(jù)不全造成本地網絡分析偏差，并進一步設計了基于國網總部一級部署的網絡分析系統(tǒng)架構，可供長遠解決該問題提供參考。

外網模型不全；網絡分析誤差；模型數(shù)據(jù)服務；一級部署

0 引言

為優(yōu)化能源結構和大范圍優(yōu)化配置資源，適應清潔能源的大規(guī)模并網消納，以交直流特高壓為代表的500 kV及以上網架建設持續(xù)推進。交直流混聯(lián)的特高壓電網使大區(qū)電網間及省級電網間的耦合越來越緊密，電氣距離越來越短。各級調控機構對網絡分析等在線分析的準確性要求越來越高[1-2]。

目前國網系統(tǒng)省級以上調度機構均完成D5000系統(tǒng)的建設，實現(xiàn)了基礎平臺和4大類應用的橫向集成和縱向貫通，一體化平臺基礎模型共享、運行數(shù)據(jù)交換、圖形文件規(guī)范化程度較高。電網在線模型包括設備命名、穩(wěn)態(tài)參數(shù)、連接關系等，它是網絡分析(PAS)、在線安全穩(wěn)定分析(DSA)等各類分析應用的底層基礎[3]，直接決定了結果的準確性。

為滿足互聯(lián)電網下在線分析的需要，提升省級以上智能電網調度控制系統(tǒng)(D5000)網絡分析等在線分析應用的實用化水平，需加強各級電網模型數(shù)據(jù)交互能力，保證在線分析的計算準確性。

1 在線模型數(shù)據(jù)共享現(xiàn)狀

在模型數(shù)據(jù)交互上，各調度機構按照“源端維護”的原則維護調管范圍內的電網模型。出于專業(yè)管理和上級電網調度運行工作的需要，目前模型數(shù)據(jù)流是下級調度機構及時將最新的在線模型傳送給上級調度機構進行模型拼接形成完整的大電網模型[4-5]并實時向上級轉發(fā)數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1 三級調度在線模型數(shù)據(jù)流圖

各省(市)調通過D5000系統(tǒng)圖模工具維護模型后導出省網CIM/E模型文件，發(fā)送至所屬分中心；分中心維護其直調模型，并對省(市)調上傳的CIM/E文件進行校驗拼接入庫，同時導出分中心CIM/E文件發(fā)送至國調進行模型校驗拼接。上下兩級調度均導入上級調度模型拼接返回的數(shù)據(jù)點表，通過DL476協(xié)議上送實時遙測和遙信，實現(xiàn)電網運行狀態(tài)實時匯集。以華北電網為例，2016年7月6日華北分中心向國調中心實時轉發(fā)的遙測已經達到11.719 7萬個數(shù)據(jù)點，遙信達到10.149 1萬個數(shù)據(jù)點，總計21.868 8萬個實時數(shù)據(jù)。隨著華北電網規(guī)模的擴大，電網實時數(shù)據(jù)量還會持續(xù)增長。

2 外網模型不全問題分析

2.1 問題概述

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

網絡分析是智能調度控制系統(tǒng)的核心功能之一，包括狀態(tài)估計、調度員潮流、靜態(tài)安全分析等。狀態(tài)估計負責提供潮流計算的輸入數(shù)據(jù)，是其他模塊的基礎[6]。外網模型數(shù)據(jù)不全不會造成狀態(tài)估計的明顯偏差。但在后續(xù)的潮流計算中對一次設備開斷分析全網潮流時，外網模型數(shù)據(jù)不全會造成潮流轉移失真特別是邊界廠站附近結果不準確。

河北南網是華北電網的重要組成部分，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相連，西部通過500 kV神保雙、陽桂雙、潞辛雙與山西電網相連，南部通過500 kV辛洹線與華中電網相連，東部通過500 kV辛聊雙、黃濱雙與山東電網相連，承擔了北電南送、山西外送潮流以及京津唐電網送山東電網的穿越潮流。

2.2 外網簡單等值下的潮流誤差

為減小外網模型數(shù)據(jù)不全造成的計算誤差，河北省調最初在D5000里建立外網廠站，增加等值發(fā)電機。為模擬外網線路的潮流轉移效應，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，相當于等效山東電網的網絡特性。因該線路為等值模型，參數(shù)較難評估，造成潮流轉移計算不準確。以2015年5月1日1點44分保霸二線(河北保北站—冀北霸州站)由熱備用轉運行為例，調度員潮流模擬值與實際合環(huán)潮流值誤差如表1。

表1 外網簡單等值下潮流誤差分析(基準1 082 MW)

2.3 適量擴充外網模型下的潮流誤差

2015年7月，為繼續(xù)減小外網潮流計算誤差，經華北分中心同意，河北省調在本地系統(tǒng)中繼續(xù)人工擴充京津唐電網8座、山西電網15座、山東電網10座，總計33座500 kV廠站的模型，并通過人工維護計算機通信鏈路從華北分中心實時接收部分外網數(shù)據(jù)。外網模型數(shù)據(jù)擴充后，河北南網潮流計算準確性有了較大提高，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，調度員潮流模擬值與實際跳閘后潮流值誤差如表2。

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

表2 擴充外網模型后潮流誤差(基準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的網絡分析潮流計算準確度，在目前技術條件下有如下可選方案，優(yōu)缺點如表3。

表3 方案優(yōu)缺點比較

方案一：外網等值。由國調或分中心周期性定時下發(fā)外網等值模型和數(shù)據(jù)。此方案需上級調度部署外網等值模塊，針對不同省市調形成等值模型[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)絡線關系將外網模型和數(shù)據(jù)導入實時庫，與省網模型進行關聯(lián)，實現(xiàn)全網統(tǒng)一計算潮流。

方案三：CIM/E模型文件。CIM/E是在CIM/XML基礎上發(fā)展起來的適用于電網模型在線交換的標準[10]。可由上級調度機構共享大電網CIM/E文件，省調按聯(lián)絡線關系將外網模型拼接入關系庫或者實時庫中，并增加計算機通信鏈路通過476協(xié)議從上級調度接收實時數(shù)據(jù)。

3.2 華北—河北模型數(shù)據(jù)共享方案

通過外網人工建模和476協(xié)議實時接收上級調度轉發(fā)的外網數(shù)據(jù)的現(xiàn)有方案既增加了上級調度的系統(tǒng)運行壓力，也給下級調度系統(tǒng)的運行和數(shù)據(jù)存儲帶來負擔，同時下級調度需人工維護原本不熟悉的外網模型，容易造成在線外網模型錯誤。考慮到下級調度并無外網實時數(shù)據(jù)監(jiān)視的需求，本文中的方案不采用現(xiàn)有的實時轉發(fā)數(shù)據(jù)的模式，而是通過在上級調度部署電網模型服務和實時量測服務來實現(xiàn)。下級調度遠程調用這2個服務，在本地網絡分析計算有需求時才獲取外網模型和量測數(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)電網模型服務

模型不需下級調度實時獲取，按設定周期(如1 d)或當模型發(fā)生變化時下發(fā)最新電網模型文件的方式實現(xiàn)上級調度向下級調度提供電網模型。電網模型來自SCADA，為CIM/E格式的文本文件。

(b)實時量測服務

按設定周期(如5 min)或由下級調度根據(jù)需要調用下發(fā)實時量測文件的方式實現(xiàn)上級調度向下級調度提供實時量測數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)來自SCADA，為CIM/E格式的文本文件。

(c)下級機構網絡分析改造

圖2 華北—河北模型數(shù)據(jù)共享方案流程圖

下級調度獲得外網模型數(shù)據(jù)后，先與本地電網模型和實時量測數(shù)據(jù)進行拼接，形成完整的電網模型和實時量測數(shù)據(jù)，然后進行狀態(tài)估計得出全網斷面，再提供給調度員潮流、靜態(tài)安全分析等應用。下級電網本身模型范圍的計算結果在潮流圖和廠站圖上查看，外網設備計算結果通過列表查看。

(d)部署方案

以華北—河北為例，電網模型服務、實時量測服務部署于華北ncg-scd1、ncg-scd2兩臺SCADA服務器，遠程代理部署于ncg-net3、ncg-net4兩臺前置網關服務器，通過代理對外提供服務。模型、實時量測服務的客戶端部署于河北省調he1-pas1、he1-pas2兩臺PAS服務器，通過代理獲取實時量測數(shù)據(jù)及電網模型，河北遠程代理部署于he1-fes1、he1-fes2兩臺前置網關服務器,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 網絡分析一級部署設計

隨著交直流特高壓電網的陸續(xù)建設投運，特別是隨著國家電網公司逐步落實關于東西部同步電網和能源互聯(lián)網的遠期規(guī)劃[11]，大區(qū)電網間及大區(qū)電網內部的省級電網間的電氣聯(lián)系愈發(fā)緊密。分中心也將和省調一樣面臨著上述類似問題。

從互聯(lián)大電網一體化運行監(jiān)視和分析的需求出發(fā)，長遠考慮智能電網調度控制系統(tǒng)架構的優(yōu)化調整，可考慮分析決策類的功能逐步集中。通過數(shù)據(jù)和應用功能的服務化改造，實現(xiàn)按需使用的應用效果，同時降低功能構建和運維的成本。國調中心完備的模型和數(shù)據(jù)可為在線分析計算的準確性提供堅實保障。因此未來可考慮在國網總部側建立覆蓋全國家電網的模型數(shù)據(jù)服務功能，并提供研究態(tài)潮流、靜態(tài)安全分析、短路電流計算等服務。分中心和省調作為用戶可按需靈活選擇使用遠方或本地數(shù)據(jù)和計算服務資源。

在國網總部層面構建大規(guī)模的由多個節(jié)點組成的網絡分析應用服務化集群(網絡分析云服務)，每個節(jié)點上可以建立多個態(tài)(虛擬應用環(huán)境)，每個態(tài)可以支撐一個調度機構的計算需求，各個態(tài)彼此獨立互不干擾。各個態(tài)之間的模型數(shù)據(jù)相同，開斷設備、故障集、穩(wěn)控策略等不同，并支持下級調度機構通過界面遠程進行操作交互。分中心和省調的客戶端通過廣域服務(消息)總線[12]提交網絡分析計算請求，網絡分析云服務解析計算請求，并基于全網模型進行分析計算，并把計算結果返回給客戶端用戶，流程如圖4。

圖4 網絡分析一級部署流程圖

總部通過如圖5所示架構實現(xiàn)網絡分析服務集群一級部署并通過廣域云總線提供網絡分析服務。但下級調度仍需做好本地功能應用的維護，確保短時失去外網模型數(shù)據(jù)或一級部署網絡分析功能時，本地系統(tǒng)各項分析功能可正常運轉保障調度運行。

圖5 網絡分析一級部署系統(tǒng)架構圖

4 結論

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

在不涉及邊界聯(lián)絡設備開斷時可優(yōu)先采用基于本地模型的在線分析功能；在涉及外網設備開斷分析應用場景且本地模型計算準確度已無法滿足需求時，可調用基于外網模型數(shù)據(jù)的計算。未來在條件具備的情況下，也可利用本文設計的國網總部一級部署網絡分析服務完成調度員潮流、靈敏度分析等應用，獲取更精確的計算結果。

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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，研究方向為調度自動化技術，E-mail:ning.jian@nc.sgcc.com.cn。

TM732

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2016.12.013