專利名稱：一種基于并行計算的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定輔助決策自動搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，涉及一種基于并行計算的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定輔助決策自動搜 索方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)運行過程中，需要保持系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，在系統(tǒng)發(fā)生單一故障時，系統(tǒng) 一般應保持穩(wěn)定；在發(fā)生比較嚴重的故障，采取部分措施后應保持穩(wěn)定。如果提前預知系 統(tǒng)存在的暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定問題，并進行一定的調(diào)整，就能夠改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)，避 免發(fā)生故障后發(fā)生暫態(tài)或動態(tài)失穩(wěn)。因此提前給出輔助調(diào)整措施對系統(tǒng)實際運行有重要的 意義。
現(xiàn)有的技術(shù)方案中，主要采用離線計算的方式，基于典型運行方式，人工進行方式的 調(diào)整、計算分析，給出多個參考指標(斷面的輸電極限、發(fā)電機的出力安排、可能存在的 問題和調(diào)整方案等)，指導實際系統(tǒng)的方式安排；這是常用的方法，需要不斷進行典型方 式和特殊方式的計算。
采用離線計算的方式的基本過程如下-
(1) 采用離線數(shù)據(jù)，結(jié)合電網(wǎng)的實際情況，搭建典型的運行方式(典型運行方式、檢修 方式等)；
(2) 針對調(diào)整好的運行方式，進行多種計算，例如潮流、穩(wěn)定、短路電流等，其中包括 針對預想事故進行穩(wěn)定計算；
(3) 針對運行方式中存在的穩(wěn)定性問題，進行進一步的計算分析，給出可行的調(diào)整方法 和安全穩(wěn)定控制措施；
(4) 針對重要的輸電斷面，計算最大的輸電功率，即穩(wěn)定極限；
(5) 基于計劃的運行方式和系統(tǒng)計算的一些指標和建議，安排實際系統(tǒng)的運行。 現(xiàn)有技術(shù)方案的缺點
(1)采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是典型的離線運行方式數(shù)據(jù)，和實際數(shù)據(jù)有一定的差別，不能完全 反映實際情況，因此其計算結(jié)果用于指導實際運行可能會帶來保守或冒進，帶來系統(tǒng)的安全隱患。
(2)采用的是串行計算方法，計算速度比較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于電網(wǎng)數(shù)據(jù)，針對存在的暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定問題，采用大規(guī)模并行計算處 理技術(shù)，結(jié)合長期計算過程中的人的經(jīng)驗和特定的計算方法，實現(xiàn)可調(diào)整元件的自動識別 和可行調(diào)整方法的自動搜索，以達到輔助電力系統(tǒng)離線暫態(tài)穩(wěn)定分析和指導實際運行的目 的。
因此本發(fā)明提出了一種基于并行計算的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定輔助決策自動搜索方法，其特 征在于該方法是基于離線穩(wěn)定計算分析中人工分析的基本方法，通過主要識別系統(tǒng)發(fā)生暫 態(tài)和動態(tài)發(fā)電機功角失穩(wěn)后系統(tǒng)的振蕩機組群和振蕩中心，根據(jù)機組的擺動和分布情況確 定可調(diào)機組，采用組合的方式，并結(jié)合并行計算技術(shù)來確定可行的調(diào)整方案。
該方法的基本步驟如下-
(1) 針對失穩(wěn)的故障，形成相同數(shù)量的計算任務，采用并行計算進行潮流、穩(wěn)定計算， 識別系統(tǒng)的振蕩中心、振蕩區(qū)域和振蕩機組群，形成穩(wěn)定計算結(jié)果文件；
(2) 采用所有故障對應的振蕩中心線路、斷面定義數(shù)據(jù)，對整個網(wǎng)絡進行拓撲分析， 確定可調(diào)整的區(qū)域和元件；
(3) 采用單個故障的振蕩中心線路、斷面定義數(shù)據(jù)，對整個網(wǎng)絡進行拓撲分析，確定 可調(diào)整的區(qū)域；
(4) 針對單個故障對應的可調(diào)區(qū)域，對網(wǎng)絡進行拓撲分析，確定可調(diào)整的元件；
(5) 依據(jù)步驟(2)中的可調(diào)整區(qū)域和元件，對單個故障的可調(diào)整區(qū)域和元件進行修正；
(6) 依據(jù)并行計算的結(jié)果確定單個故障的可行措施調(diào)整范圍；
(7) 確定可行的組合方案，采用并行計算確定可行的調(diào)整措施；
(8) 針對所有的故障，都重復步驟(3)-(7)，獲取所有故障的可行的調(diào)整方法；
(9) 綜合考慮所有故障對應的可行調(diào)整措施，確定適用于多個故障的可行的綜合調(diào)整 方法，并釆用并行計算對所有故障進行驗證。
其中，所述可調(diào)整的元件的確定方法包括以下步驟
(1) 根據(jù)穩(wěn)定計算的結(jié)果，識別振蕩中心、振蕩區(qū)域及其主要的振蕩模式；
(2) 確定振蕩機組群信息，包括振蕩明顯的機組群和不明顯的振蕩機組群；根據(jù)管理區(qū)域劃分的信息、振蕩中心、網(wǎng)絡連接關(guān)系等信息確定可降低發(fā)電機出力的調(diào)整區(qū)域和可 增加出力的區(qū)域。
(3) 針對可調(diào)區(qū)域，確定可以調(diào)整的發(fā)電機組及其優(yōu)先級；
(4) 針對可調(diào)整的發(fā)電機進行組合，采用潮流穩(wěn)定程序進行校驗，確定可行的調(diào)整措施。
其中，所述并行計算包括以下部分-
(1) 失穩(wěn)故障的穩(wěn)定計算針對失穩(wěn)的故障形成相同數(shù)量的計算任務，調(diào)用潮流穩(wěn)定 程序進行計算；
(2) 單個故障輔助調(diào)整措施調(diào)整范圍的確定對于每個故障的所有可調(diào)整的發(fā)電機， 形成的多組初始組合方案，進行潮流穩(wěn)定計算，根據(jù)計算結(jié)果的穩(wěn)定性確定可能的發(fā)電機 組合功率范圍；
(3) 單個故障輔助調(diào)整措施的確定針對每個故障對應的組合功率范圍，形成所有故 障對應的可行的組合方案，進行潮流穩(wěn)定計算，根據(jù)計算結(jié)果確定單個故障的可行的輔助 調(diào)整措施；
(4) 多個故障輔助調(diào)整措施的確定基于單個故障的可行的調(diào)整方案以及所有故障的 可調(diào)整區(qū)域、元件、功率等數(shù)據(jù)，確定符合所有故障的綜合調(diào)整措施。
本發(fā)明的有益效果是-
1. 在系統(tǒng)發(fā)生故障條件下能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行是電網(wǎng)運行過程最為關(guān)注的問題， 在正常運行條件下，能夠提前預知電網(wǎng)存在的問題并且能夠提前給出電網(wǎng)的調(diào)整方向，對 保證電網(wǎng)正常運行的安全性、可靠性具有重要的意義。
2. 本方法基于實際電網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)，開展了自動進行搜索輔助調(diào)整策略的方法的研 究和嘗試，將人工長期研究積累的工程經(jīng)驗、必要的計算方法和實際電網(wǎng)系統(tǒng)的特點相結(jié) 合，提出了自動進行調(diào)整策略搜索的方法。該方法同時利用并行計算技術(shù)，設(shè)計了并行計 算的流程，明顯提高了計算的速度。搜索方法和并行計算方法的相結(jié)合，使能夠應用于實 際電網(wǎng)中，滿足實際電網(wǎng)快速性的要求。
3. 本方法改變了傳統(tǒng)的依靠離線人工計算的模式，實現(xiàn)了在線實時的計算和應用， 是對傳統(tǒng)方式的進一步提升，為實際電網(wǎng)運行提供了重要的指導的作用，有助于提高實際 電網(wǎng)運行的安全性。


圖1是本發(fā)明的輔助調(diào)整控制策略自動搜索方法的設(shè)計流程圖； 圖2是基于大規(guī)模并行處理的輔助決策的調(diào)度流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的技術(shù)方案主要包括兩個部分，即輔助調(diào)整控制策略自動搜索方法和并行計算 方法。
1、輔助調(diào)整控制策略自動搜索方法
基于離線穩(wěn)定計算分析中人工分析的基本方法包括主要識別系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)和動態(tài)發(fā) 電機功角失穩(wěn)后系統(tǒng)的振蕩機組群和振蕩中心，根據(jù)機組的擺動和分布情況確定可調(diào)機 組，采用組合的方式確定可行的調(diào)整方案。
(1) 識別振蕩中心
一般系統(tǒng)存在多個振蕩機組群，對應多個振蕩模式，當系統(tǒng)故障發(fā)生后，會激發(fā)這些 振蕩模式，其中的一個或幾個成為主要的振蕩模式，對整個系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要的影響。 振蕩機組群的振蕩中心位置是識別振蕩兩側(cè)機組的重要分界線，是進一步考慮采取措施的 重要基礎(chǔ)。
對于高壓輸電電網(wǎng)，振蕩中心通常表現(xiàn)為系統(tǒng)暫態(tài)過程的振蕩電壓最低，根據(jù)振蕩中 心的特點、結(jié)合具體電網(wǎng)的特點，采用拓撲分析的方法可以識別系統(tǒng)的振蕩機組群和振蕩 中心的位置。同時可以從穩(wěn)定計算分析中獲取計算過程中的發(fā)電機、母線的功角、電壓等 數(shù)據(jù)。
(2) 確定可降低和可增加發(fā)電機出力的區(qū)域
振蕩中心確定后，可以確定振蕩機組群信息，通常分為振蕩明顯的機組群和不明顯的 振蕩機組群。由于振蕩明顯的機組群可能為一個比較大的區(qū)域范圍，可能會包括多個管轄 區(qū)域，而針對特定的故障的調(diào)整機組受到管轄區(qū)域的限制，因此程序需要根據(jù)管理區(qū)域劃 分的信息和振蕩中心信息對系統(tǒng)進行分割，確定可降低發(fā)電機出力的調(diào)整區(qū)域。對于可增 加發(fā)電機出力的區(qū)域，根據(jù)與振蕩明顯網(wǎng)絡的連接關(guān)系確定增加出力的區(qū)域的優(yōu)先級。
(3) 確定可調(diào)機組
針對可調(diào)區(qū)域，需要確定可以調(diào)整的發(fā)電機組，確定可切除的發(fā)電機考慮如下因素->發(fā)電機組連接的電壓等級以及與故障電壓等級的配合關(guān)系；
7>高壓網(wǎng)絡中的發(fā)電機和低壓網(wǎng)絡中的發(fā)電機是否采取措施的原則；
>需要根據(jù)發(fā)電機連接的電壓等級、故障電壓等級、發(fā)電機高壓母線電壓變化、各
地區(qū)網(wǎng)絡的功率平衡等因素確定可調(diào)發(fā)電機的優(yōu)先級。 確定可增加出力的發(fā)電機方法類似，考慮的因素包括 >是否具有可增加出力的能力；
>根據(jù)連接的電壓等級、高壓母線電壓變化情況、所在子網(wǎng)絡的有功交換等因素確
定優(yōu)先順序。 (4)確定可行的發(fā)電機調(diào)整措施
針對可調(diào)整的發(fā)電機進行組合，采用PSD一BPA潮流穩(wěn)定程序進行校驗，確定可行的 調(diào)整措施。
2、輔助調(diào)整控制策略并行計算部分
并行計算部分主要任務是完成輔助調(diào)整控制策略中的大量的計算。分為四個階段失 穩(wěn)故障的穩(wěn)定計算、單個故障輔助調(diào)整措施的調(diào)整范圍的確定、單個故障輔助調(diào)整措施的 計算和多個故障輔助調(diào)整措施的確定。
(1) 失穩(wěn)故障的穩(wěn)定計算
針對失穩(wěn)的故障，形成多個計算任務，計算任務數(shù)等于失穩(wěn)的故障數(shù)，穩(wěn)定計算完成 后得到穩(wěn)定計算結(jié)果形成的振蕩中心和區(qū)域數(shù)據(jù)。
(2) 單個故障輔助調(diào)整措施調(diào)整范圍的確定
針對所有單個故障進行計算。對于每個故障的所有可調(diào)整的發(fā)電機，第一組可調(diào)整的 發(fā)電機開始，組合成為多組容量位于第一臺發(fā)電機容量到所有發(fā)電機容量的多組組合，后 面發(fā)電機不作為所有組合的第一臺發(fā)電機。形成的多組組合方案采用并行計算方式計算， 根據(jù)計算結(jié)果的穩(wěn)定性確定可能的發(fā)電機組合功率范圍。
(3) 單個故障輔助調(diào)整措施的計算
針對每個故障對應的組合功率范圍，基于所有可調(diào)整的發(fā)電機，形成所有故障對應的 可行的組合方案。組合過程中按照排序中的分組和排序的序號以組為單位進行組合，并考 慮實際電網(wǎng)中地區(qū)網(wǎng)絡的功率平衡。該部分形成的組合可能比較多，采用并行計算的方式 對所有的組合進行穩(wěn)定計算，針對可行的措施進行排序。
(4) 多個故障輔助調(diào)整措施的確定
基于單個故障的可行的調(diào)整方案以及所有故障的可調(diào)整區(qū)域、元件、功率等數(shù)據(jù)，確定主要的故障作為基本的調(diào)整措施，分別對所有的故障措施進行組合，并進行并行計算， 針對穩(wěn)定的可行方案進行排序。
針對每次并行計算任務，主要進行數(shù)據(jù)的調(diào)整和計算?；居嬎氵^程如下
(1) 根據(jù)管理主進程給的任務號和當前所處的計算階段號，從輸入控制文件中提取計 算任務的相關(guān)數(shù)據(jù)。
(2) 根據(jù)控制文件中的數(shù)據(jù)調(diào)整潮流和穩(wěn)定數(shù)據(jù)，生成新的潮流、穩(wěn)定數(shù)據(jù)文件；
(3) 調(diào)用潮流程序進行潮流計算，然后調(diào)用穩(wěn)定程序進行穩(wěn)定計算；
(4) 返回穩(wěn)定計算結(jié)果。
3、基于并行計算的輔助調(diào)整控制策略自動搜索方法的設(shè)計流程
該方法的完整流程包括數(shù)據(jù)的輸入、穩(wěn)定計算結(jié)果分析、可調(diào)區(qū)域和機組的確定以及 可行措施的確定等部分，如圖1所示。
該方法的基本步驟如下
(1) 針對失穩(wěn)的故障，形成相同數(shù)量的計算任務，采用并行計算進行潮流、穩(wěn)定計算， 識別系統(tǒng)的振蕩中心、振蕩區(qū)域和振蕩機組群，形成穩(wěn)定計算結(jié)果文件；
(2) 采用所有故障對應的振蕩中心線路、斷面定義數(shù)據(jù)，對整個網(wǎng)絡進行拓撲分析， 確定可調(diào)整的區(qū)域和元件；
C3)采用單個故障的振蕩中心線路、斷面定義數(shù)據(jù)，對整個網(wǎng)絡進行拓撲分析，確定 可調(diào)整的區(qū)域；
(4) 針對單個故障對應的可調(diào)區(qū)域，對網(wǎng)絡進行拓撲分析，確定可調(diào)整的元件；
(5) 考慮(2)中的可調(diào)整區(qū)域和元件，對單個故障的可調(diào)整區(qū)域和元件進行修正；
(6) 基于并行計算確定單個故障的可行措施調(diào)整范圍；
(7) 確定可行的組合方案，采用并行計算確定可行的調(diào)整措施；
(8) 針對所有的故障，都重復步驟(3)-(7)，獲取所有故障的可行的調(diào)整方法；
(9) 綜合考慮所有故障對應的可行調(diào)整措施，確定適用于多個故障的可行的綜合調(diào)整 方法，并采用并行計算對所有故障進行驗證。
本發(fā)明的技術(shù)方案在華北電網(wǎng)公司的在線穩(wěn)定分析與預警系統(tǒng)中得到應用，其中的實 現(xiàn)流程如下
(1)每隔一定時間間隔(目前為15分鐘)，獲取一次電網(wǎng)的實時數(shù)據(jù)，整合成為指定 格式的可用的數(shù)據(jù)；(2) 針對實時數(shù)據(jù)和指定的故障集，進行穩(wěn)定計算，挑選出存在問題的故障；
(3) 平臺調(diào)度服務器向輔助決策管理節(jié)點程序發(fā)送控制信號；
(4) 管理節(jié)點程序接收到信號后，對上一階段計算結(jié)果進行分析，程序準備計算任務， 形成新的控制文件，向調(diào)度服務器程序發(fā)送消息，告知其數(shù)據(jù)準備完成；
(5) 調(diào)度服務器接收到信號后，將相關(guān)的文件廣播到各個計算節(jié)點；
(6) 計算節(jié)點的服務器接收文件后，讀取計算任務，并逐個分配給計算任務線程；
(7) 計算線程接收到任務號后，根據(jù)任務號讀取控制數(shù)據(jù)；
(8) 根據(jù)控制信息，對潮流數(shù)據(jù)和穩(wěn)定數(shù)據(jù)進行調(diào)整，形成新的潮流穩(wěn)定數(shù)據(jù)，進行 潮流和穩(wěn)定計算，形成計算結(jié)果文件；
(9) 所有線程計算完畢后，將計算結(jié)果匯總成為一個文件，回傳給調(diào)度服務器；
(10) 調(diào)度服務器收集齊結(jié)果文件，返回給管理節(jié)點。
(11) 管理節(jié)點的調(diào)度輔助決策程序?qū)τ嬎憬Y(jié)果進行分析，如果是最后一個階段，程序 結(jié)束；否則，返回(4)進行下一階段計算。
(12) 讀取計算結(jié)果，存入數(shù)據(jù)庫，并將計算結(jié)果顯示給調(diào)度員，指導電網(wǎng)的實際運行 工作。
該步驟中(4) (11)的流程圖如圖2所示。
此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實施例對本發(fā)明進行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不 脫離本發(fā)明的范圍下進行適當?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證 性的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1. 一種基于并行計算的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定輔助決策自動搜索方法，其特征在于該方法是基于離線穩(wěn)定計算分析中人工分析的基本方法，通過主要識別系統(tǒng)發(fā)生暫態(tài)和動態(tài)發(fā)電機功角失穩(wěn)后系統(tǒng)的振蕩機組群和振蕩中心，根據(jù)機組的擺動和分布情況確定可調(diào)機組，采用組合的方式，并結(jié)合并行計算技術(shù)來確定可行的調(diào)整方案。
2. 如權(quán)利要求l所述的自動搜索方法，其特征在于該方法的基本步驟如下(1) 針對失穩(wěn)的故障，形成相同數(shù)量的計算任務，采用并行計算進行潮流、穩(wěn)定計算， 識別系統(tǒng)的振蕩中心、振蕩區(qū)域和振蕩機組群，形成穩(wěn)定計算結(jié)果文件；(2) 采用所有故障對應的振蕩中心線路、斷面定義數(shù)據(jù)，對整個網(wǎng)絡進行拓撲分析， 確定可調(diào)整的區(qū)域和元件；(3) 采用單個故障的振蕩中心線路、斷面定義數(shù)據(jù)，對整個網(wǎng)絡進行拓撲分析，確定 可調(diào)整的區(qū)域；(4) 針對單個故障對應的可調(diào)區(qū)域，對網(wǎng)絡進行拓撲分析，確定可調(diào)整的元件；(5) 依據(jù)步驟(2)中的可調(diào)整區(qū)域和元件，對單個故障的可調(diào)整區(qū)域和元件進行修正；(6) 依據(jù)并行計算的結(jié)果確定單個故障的可行措施調(diào)整范圍；(7) 確定可行的組合方案，采用并行計算確定可行的調(diào)整措施；(8) 針對所有的故障，都重復步驟(3)-(7)，獲取所有故障的可行的調(diào)整方法；(9) 綜合考慮所有故障對應的可行調(diào)整措施，確定適用于多個故障的可行的綜合調(diào)整 方法，并采用并行計算對所有故障進行驗證。
3. 如權(quán)利要求2所述的自動搜索方法，其特征在于所述可調(diào)整的元件的確定方法包括以 下步驟(1) 根據(jù)穩(wěn)定計算的結(jié)果，識別振蕩中心、振蕩區(qū)域及其主要的振蕩模式；(2) 確定振蕩機組群信息，包括振蕩明顯的機組群和不明顯的振蕩機組群；根據(jù)管理 區(qū)域劃分的信息、振蕩中心、網(wǎng)絡連接關(guān)系等信息確定可降低發(fā)電機出力的調(diào)整區(qū)域和可 增加出力的區(qū)域。(3) 針對可調(diào)區(qū)域，確定可以調(diào)整的發(fā)電機組及其優(yōu)先級；(4) 針對可調(diào)整的發(fā)電機進行組合，采用潮流穩(wěn)定程序進行校驗，確定可行的調(diào)整措施。
4.如權(quán)利要求3所述的自動搜索方法，其特征在于所述并行計算包括以下部分(1) 失穩(wěn)故障的穩(wěn)定計算針對失穩(wěn)的故障形成相同數(shù)量的計算任務，調(diào)用潮流穩(wěn)定 程序進行計算；(2) 單個故障輔助調(diào)整措施調(diào)整范圍的確定對于每個故障的所有可調(diào)整的發(fā)電機， 形成的多組初始組合方案，進行潮流穩(wěn)定計算，根據(jù)計算結(jié)果的穩(wěn)定性確定可能的發(fā)電機 組合功率范圍；(3) 單個故障輔助調(diào)整措施的確定針對每個故障對應的組合功率范圍，形成所有故 障對應的可行的組合方案，進行潮流穩(wěn)定計算，根據(jù)計算結(jié)果確定單個故障的可行的輔助 調(diào)整措施；(4) 多個故障輔助調(diào)整措施的確定基于單個故障的可行的調(diào)整方案以及所有故障的 可調(diào)整區(qū)域、元件、功率等數(shù)據(jù)，確定符合所有故障的綜合調(diào)整措施。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于并行計算的暫態(tài)、動態(tài)穩(wěn)定輔助決策自動搜索方法，該方法是基于電網(wǎng)潮流穩(wěn)定數(shù)據(jù)，針對存在的暫態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定問題，采用大規(guī)模并行計算處理技術(shù)，結(jié)合長期計算過程中的人的經(jīng)驗和特定的計算方法，實現(xiàn)可調(diào)整元件的自動識別和可行調(diào)整方法的自動搜索，以達到輔助電力系統(tǒng)離線暫態(tài)穩(wěn)定分析和指導實際運行的目的。
文檔編號G06F17/00GK101436779SQ20081023961
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
發(fā)明者侯俊賢, 寧文遠, 宋新立, 哲 張, 張雪軒, 毅 王, 許曉菲, 旭 謝, 超 鄭, 馬世英 申請人:中國電力科學研究院;華北電網(wǎng)有限公司