專利名稱：基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說是涉及一種基于結(jié)構(gòu)化模 型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法。
背景技術(shù)：
作為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)裝備，穩(wěn)控裝置在各級(jí)電網(wǎng)得到了廣 泛應(yīng)用。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，穩(wěn)控裝置根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況和離線策略表，快速匹配控制 策略執(zhí)行。因此，在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析計(jì)算時(shí)，需要考慮穩(wěn)控裝置模型，通過模擬預(yù)想 故障后穩(wěn)控裝置的動(dòng)作情況，一方面評(píng)估預(yù)想故障后電網(wǎng)的安全性，一方面也可對(duì)離線策 略的完備性、正確性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行校核。由于各級(jí)電網(wǎng)的實(shí)際情況，針對(duì)安全穩(wěn)定控制的需求存在較大差異，安全穩(wěn)定控 制相關(guān)的因素和控制對(duì)象復(fù)雜，因此穩(wěn)控裝置是電力系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置中較為復(fù)雜、難以 實(shí)現(xiàn)通用化的裝置。目前，裝置主要存在以下問題一是缺少行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品通用性差， 如文獻(xiàn)一(邵俊松.安全穩(wěn)定控制裝置的軟件硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其發(fā)展歷程.中國(guó)高等學(xué)校 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)第二十二屆學(xué)術(shù)年會(huì)，2006.) ；二是離線策略表的制定基于離線 典型方式數(shù)據(jù)，不可能涵蓋實(shí)時(shí)電網(wǎng)的各種運(yùn)行情況，策略的完備性不能得到保證；三是為 保證安全性，離線策略相對(duì)保守，影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。如文獻(xiàn)二(龔瑛.區(qū)域型穩(wěn)定控制 系統(tǒng)的策略表在線刷新機(jī)制的研究.繼電器，2005，18 (5) =40-44.)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析計(jì)算時(shí)穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬的現(xiàn)狀，提出了一種 基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法。該方法歸納出直接型、順序型、循環(huán) 型、最優(yōu)型四種基本的控制策略結(jié)構(gòu)化模型，能在極短的時(shí)間內(nèi)自動(dòng)識(shí)別出預(yù)想故障下應(yīng) 采取的控制策略，從而為電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析計(jì)算提供真實(shí)的仿真場(chǎng)景，一方面評(píng)估穩(wěn) 控裝置按離線策略動(dòng)作后電網(wǎng)的安全性；另一方面，校核穩(wěn)控離線策略的完備性、正確性和 經(jīng)濟(jì)性，以便及時(shí)對(duì)離線制定的穩(wěn)控策略進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下將穩(wěn)控裝置的模型結(jié)構(gòu)化，穩(wěn)控策 略組織為(故障、運(yùn)行方式、潮流水平、控制策略)四元表結(jié)構(gòu)形式(其中，運(yùn)行方式特指機(jī) 組投停方式和線路接線方式)，并將控制策略分解為控制方式、控制量、控制量實(shí)施原則、控 制對(duì)象隊(duì)列、約束五個(gè)基本元素，歸納出直接型、順序型、循環(huán)型、最優(yōu)型四種基本的控制策 略結(jié)構(gòu)化模型。仿真程序根據(jù)預(yù)想故障及電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行方式，在結(jié)構(gòu)化的穩(wěn)控策略中快速 識(shí)別控制策略，并將此策略追加至該仿真算例的計(jì)算場(chǎng)景中。本發(fā)明提出的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法包含如下步驟對(duì)穩(wěn)控策略進(jìn)行梳理，采用四元表結(jié)構(gòu)形式將穩(wěn)控策略組織為(故障、運(yùn)行方式、 潮流水平、控制策略)映射表，并將控制策略分解為控制方式、控制量、控制量實(shí)施原則、控 制對(duì)象隊(duì)列、約束五個(gè)基本元素，歸納出直接型、順序型、循環(huán)型、最優(yōu)型四種基本的控制策略模型；2)根據(jù)預(yù)想故障的故障元件、故障類型，識(shí)別該預(yù)想故障是否被穩(wěn)控策略考察；3) 基于電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，匯集運(yùn)行方式相關(guān)一次設(shè)備的投停狀態(tài)，識(shí)別電網(wǎng)所處的運(yùn) 行方式；4)基于電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行工況，匯集穩(wěn)控裝置監(jiān)視斷面的潮流，識(shí)別電網(wǎng)運(yùn)行的潮流 水平；5)根據(jù)故障、電網(wǎng)所處的運(yùn)行方式及潮流水平，得出穩(wěn)控裝置應(yīng)采取的控制策略；6) 根據(jù)控制策略的控制量、控制量實(shí)施原則、控制對(duì)象、約束及相應(yīng)的控制策略模型，搜索具 體的控制策略。
上述步驟1)中，采用四元表結(jié)構(gòu)形式將穩(wěn)控策略組織為(故障、運(yùn)行方式、潮流水 平、控制策略)映射表，并將實(shí)現(xiàn)邏輯最為復(fù)雜的控制策略分解為控制方式、控制量、控制 量實(shí)施原則、控制對(duì)象隊(duì)列、約束五個(gè)基本元素，并歸納出確定型、順序型、最優(yōu)型四種基本 的控制策略模型。其中故障是指制定離線策略依據(jù)的電網(wǎng)嚴(yán)重故障，根據(jù)故障元件、故障類型對(duì)故 障進(jìn)行編碼。單一故障的編碼公式如下f ltcode (elei) = no(elei) >> Kno+f lttype (elei) >> Kflttype,其中，>>為移位操作符，n0(elei)為故障元件i的設(shè)備編號(hào)，Kn。為設(shè)備編號(hào)移位 系數(shù)，f lttype (elei)表示故障元件i的故障類型碼，Kflttype為故障類型移位系數(shù)。復(fù)合故障的編碼公式如下 運(yùn)行方式是指穩(wěn)控策略定義的設(shè)備投停狀態(tài)的組合，設(shè)備i的投停狀態(tài)可用如下 公式來定義 與m個(gè)設(shè)備相關(guān)的運(yùn)行方式可定義為f(ai，...，am) = f (Op mode (a1 . . . , am)) Op mode(a1,...,affl)為一系列自定義的方式判別函數(shù)，它們和“與或非”邏輯運(yùn)算符，共同構(gòu)成
了方式定義公式。具體的方式判別函數(shù)如下 潮流水平是指穩(wěn)控裝置所考察的一組設(shè)備的傳輸潮流所處的區(qū)間范圍，設(shè)備i的有功功率為Pi,則潮流水平的描述公式可定義為
故障、運(yùn)行方式、潮流水平與穩(wěn)控裝置應(yīng)采取的策略組成了策略識(shí)別的映射表。控制策略是指穩(wěn)控裝置所采取的一系列改變電網(wǎng)負(fù)荷需求、發(fā)電量或電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的 控制行為。綜合分析控制策略實(shí)施所考慮的各種因素和邏輯，可分解為控制方式、控制量、 控制量實(shí)施原則、控制對(duì)象隊(duì)列、約束五個(gè)基本元素，并歸納出確定型、順序型、循環(huán)型、最 優(yōu)型四種基本控制策略模型?？刂品绞娇捎梢韵露ㄖ祦矶x。 控制量是指控制裝置所要改變的負(fù)荷需求、發(fā)電量的目標(biāo)量。可由如下公式定 義CtrlVal = fctrlVal (set,, set。，··· sθ)(val1 val2，…valn)其中Seti代表定值，Vali代表電網(wǎng)狀態(tài)量。fctrVal (seti; set2,…setm) (val1; val2，…valn)為穩(wěn)控裝置定值和電網(wǎng)狀態(tài)量 構(gòu)成的運(yùn)算公式。控制量實(shí)施原則規(guī)定了目標(biāo)量和實(shí)際控制量之間的誤差允許原則，僅當(dāng)控制量指
定方式為“指定控制量”時(shí)有效，可由以下定值來定義。 控制對(duì)象隊(duì)列包含三個(gè)要素，控制對(duì)象、控制對(duì)象的優(yōu)先級(jí)、選取控制對(duì)象的規(guī) 貝U，可用如下表達(dá)式定義QueueOnember1Jmember2, '^membern) (Iev1, Iev2,…，Ievn) (selectrule)控制對(duì)象Hiemberi既可以是機(jī)組、負(fù)荷、直流等一次設(shè)備，也可以是控制對(duì)象隊(duì)列。 選取控制對(duì)象規(guī)則selectrule由如下定值來定義 針對(duì)控制對(duì)象，定義相關(guān)的函數(shù)訪問其特征量，如下(1) ctrlval (Hiemberi)控制對(duì)象 i 的控制量
約束則定義了控制策略實(shí)施需滿足的約束條件，主要包括控制量約束和關(guān)系約
束ο(1)控制量約束是指控制量必須滿足允控約束、保留約束等。由如下邏輯表達(dá)式定 義 (2)關(guān)系約束特指控制對(duì)象之間避免滿足的約束關(guān)系，如互斥等?？捎扇缦逻壿嫳?達(dá)式定義 控制量約束、關(guān)系約束和運(yùn)行方式、潮流水平通過“與或非”邏輯運(yùn)算符共同組合， 可用來描述各類約束。用如下表達(dá)式定義Constrain (ctrlvalconsj, …ctrlvalconsv) (concerncons” ··· concerconsc) (opm” ··· opm0) (Pf1, ···, pfp)其中Opmi指運(yùn)行方式，Pfj指潮流水平?？刂撇呗缘倪壿嬆Ｐ涂蓺w納為確定型、順序型、循環(huán)型、最優(yōu)型四種基本模型。(1)直接型，直接指定具體的控制設(shè)備，無需任何計(jì)算?？啥x為Direct (queue" constrain》(2)順序型，根據(jù)指定的順序，依次遍歷隊(duì)列，在滿足約束的前提下，直至滿足控制 量為止，可定義為sequence (Ctrlvalsettypei, Ctrlvali, Ctrlvalrulei, queue" constrain》(3)循環(huán)型，針對(duì)控制對(duì)象為隊(duì)列的控制對(duì)象隊(duì)列，循環(huán)遍歷每個(gè)子隊(duì)列，在滿足 約束的前提下，直至滿足控制量為止，可定義為optimum(Ctrlvalsettypei, Ctrlvali, Ctrlvalrulei, Queuei, constrain》(4)最優(yōu)型，根據(jù)控制量實(shí)施原則，從控制對(duì)象隊(duì)列中選取最優(yōu)的組合，可定義為:loop (ctrIvalsettypei Ctrlvali, Ctrlvalrulei, queue" constrain)實(shí)際的控制策略為以上四種模型的組合或嵌套。上述步驟2)中，將預(yù)想故障的故障元件、故障類型代入故障編碼公式，得出其對(duì) 應(yīng)的故障編碼，若在穩(wěn)控策略考察的故障集中匹配到與之相同的編碼，則繼續(xù)搜索控制策 略；反之，終止搜索。上述步驟3)中，將電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的一次設(shè)備的投停狀態(tài)代入方式定義公式，若公 式返回值為1，表示與該方式匹配；若為0，表示不匹配。上述步驟4)中，將穩(wěn)控裝置監(jiān)視的斷面在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行方式下的傳輸潮流代入 潮流水平描述公式，若公式返回1，表示與該潮流水平匹配；若公式返回0，則表示不匹配。
上述步驟5)中，根據(jù)故障、電網(wǎng)所處的運(yùn)行方式及潮流水平，得出穩(wěn)控裝置應(yīng)采取的控制策略。上述步驟6)中，根據(jù)步驟5)得到的控制策略所包括的五個(gè)基本元素和所屬的策 略模型，將其轉(zhuǎn)化為具體的控制動(dòng)作。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)采用四元表結(jié)構(gòu)形式將穩(wěn)控策略組織為(故障、運(yùn)行方式、 潮流水平、控制策略)映射表，并將控制策略分解為控制方式、控制量、控制量實(shí)施原則、控 制對(duì)象隊(duì)列、約束五個(gè)基本元素，歸納出直接型、順序型、循環(huán)型、最優(yōu)型四種基本的控制策 略模型，可以適用于不同離線穩(wěn)控策略的模擬。


圖1為本發(fā)明方法的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真流程圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附表并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。但是本發(fā)明不限于所給出 的例子。本實(shí)例中，表1為由步驟1)得到的穩(wěn)控策略表，表中包含了兩個(gè)故障(Fltl、 Flt2)。每個(gè)故障分別考察兩個(gè)運(yùn)行方式，分別為Opmodel和0pmOde2。每一個(gè)運(yùn)行方式下 需考慮兩檔潮流水平(Pfl、Pf2)，對(duì)應(yīng)每檔潮流水平，均要采取相應(yīng)的控制策略。假定預(yù)想 故障Flt為元件1三相永久故障，則對(duì)應(yīng)的故障編碼為0101 (設(shè)備編碼為01，故障類型編碼 為01)；當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行方式下，元件1、2、3均投運(yùn)，則由方式定義公式可知當(dāng)前匹配的運(yùn)行 方式為Opmodel ；元件1、2、3的傳輸潮流為1200MW，根據(jù)潮流水平定義可知，當(dāng)前處于的潮 流水平為Pf2。由預(yù)想故障Fltl (根據(jù)編碼0101匹配得到)、當(dāng)前匹配的運(yùn)行方式Opmodel、當(dāng)前 處于的潮流水平Pf2，得到對(duì)應(yīng)的控制策略1，表2為控制策略1的具體定義?？刂撇呗?為順序模型，控制量為切除兩臺(tái)機(jī)，控制對(duì)象隊(duì)列為gnl、gn2、gn3、gn4 四臺(tái)機(jī)，選取原則為挑選優(yōu)先級(jí)最高的機(jī)組，約束為保留1臺(tái)機(jī)，所以最終得到切除gnl、 gn2兩臺(tái)機(jī)的控制行為。實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明提出的基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法切實(shí) 有效，速度快。表 1 表權(quán)利要求
基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法，其特征在于，包括如下步驟1)對(duì)穩(wěn)控策略進(jìn)行梳理，采用四元表結(jié)構(gòu)形式將穩(wěn)控策略組織為故障、運(yùn)行方式、潮流水平、控制策略映射表，并將控制策略分解為控制方式、控制量、控制量實(shí)施原則、控制對(duì)象隊(duì)列、約束五個(gè)基本元素，歸納出直接型、順序型、循環(huán)型、最優(yōu)型四種結(jié)構(gòu)化的控制策略模型；2)根據(jù)預(yù)想故障的故障元件、故障類型，識(shí)別該預(yù)想故障是否被穩(wěn)控策略考察；3)基于電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，匯集運(yùn)行方式相關(guān)一次設(shè)備的投停狀態(tài)，識(shí)別電網(wǎng)所處的運(yùn)行方式；4)基于電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行工況，匯集穩(wěn)控裝置監(jiān)視斷面的潮流，識(shí)別電網(wǎng)運(yùn)行的潮流水平；5)根據(jù)故障、電網(wǎng)所處的運(yùn)行方式及潮流水平，得出穩(wěn)控裝置應(yīng)采取的控制策略；6)根據(jù)控制策略的控制量、控制量實(shí)施原則、控制對(duì)象、約束及相應(yīng)的控制策略模型，具體實(shí)施控制策略。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法，其特征 是步驟1)中，將穩(wěn)控策略四元表結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)邏輯最為復(fù)雜的控制策略分解為控制方式、控 制量、控制量實(shí)施原則、控制對(duì)象隊(duì)列、約束五個(gè)基本元素，歸納出確定型、順序型、最優(yōu)型 四種結(jié)構(gòu)化的控制策略模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法，其特征 是步驟2)中，將預(yù)想故障的故障元件、故障類型代入故障編碼公式，得出其對(duì)應(yīng)的故障編 碼，若在穩(wěn)控策略考察的故障集中匹配到與之相同的編碼，則繼續(xù)搜索控制策略；反之，終 止控制策略的搜索。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法，其特征 是步驟3)中，基于電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行方式，將穩(wěn)控策略所涉及的一次設(shè)備投停狀態(tài)代入方式定 義公式，若公式返回值為1，表示與該方式匹配；若為0，表示不匹配。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法，其特征 是步驟4)中，將穩(wěn)控裝置監(jiān)視的斷面在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行方式下的傳輸潮流代入潮流水平描 述公式，若公式返回1，表示與該潮流水平匹配；若公式返回0，則表示不匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法，其特征 是步驟5)中，根據(jù)步驟2)得到的穩(wěn)控策略考察的故障、步驟3)得到的電網(wǎng)運(yùn)行方式、步驟 4)得到的潮流水平，得出穩(wěn)控裝置應(yīng)采取的控制策略。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法，其特征 是步驟6)中，根據(jù)步驟5)得到的控制策略所包括的五個(gè)基本元素和所屬的策略模型，將其 轉(zhuǎn)化為具體的控制動(dòng)作。
全文摘要
本發(fā)明了公開了基于結(jié)構(gòu)化模型驅(qū)動(dòng)的穩(wěn)控裝置動(dòng)作模擬仿真方法，將穩(wěn)控裝置的模型結(jié)構(gòu)化，穩(wěn)控策略組織為(故障、運(yùn)行方式、潮流水平、控制策略)四元表結(jié)構(gòu)形式(其中，運(yùn)行方式特指機(jī)組投停方式和線路接線方式)，并將控制策略分解為控制方式、控制量、控制量實(shí)施原則、控制對(duì)象隊(duì)列、約束五個(gè)基本元素，歸納出直接型、順序型、循環(huán)型、最優(yōu)型四種基本的控制策略結(jié)構(gòu)化模型。仿真程序根據(jù)預(yù)想故障及電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行方式，在結(jié)構(gòu)化的穩(wěn)控策略中快速識(shí)別控制策略，并將此策略追加至該仿真算例的計(jì)算場(chǎng)景中。本發(fā)明的有益效果在于可以適用于不同離線穩(wěn)控策略的模擬。
文檔編號(hào)G05B17/00GK101881942SQ201010213160
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月29日
發(fā)明者余文杰, 劉韶峰, 徐泰山, 徐海波, 方勇杰, 汪馬翔, 沈鳳杰, 許劍冰 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院;南京南瑞集團(tuán)公司