基于BPA计算模型和SVG的大电网实时仿真方法
汤伟
svg运行方式有哪些【摘 要】分析了电力系统各级调度现有数据资源及数据管理方法,在此基础上,提出了一种以BPA计算模型为数据载体的大电网实时仿真方法.该方法以BPA文件格式统一构建大电网计算模型,基于SVG(可缩放矢量图形)技术对BPA计算模型进行二次图形化建模,与国产BPA计算软件相结合后,可实现图、模一体化在线编辑及实时仿真分析,实际系统的应用验证了所提方法的有效性.该方法可为电网研究、规划和实际操作提供理论依据.
【期刊名称】《中国电力》
【年(卷),期】2014(047)007
【总页数】6页(P71-76)
【关键词】大电网;BPA计算模型;实时仿真;SVG技术;图模一体化
【作 者】汤伟
【作者单位】安徽电力调度控制中心,安徽省合肥市230022
【正文语种】中 文
【中图分类】TM74
0 引言
我国电网调度机构分为国调、网调、省调、地调、县调，有着分级管理运行的特点，各级调度自动化系统仅建立所辖电网数据[1-5]，对外网数据进行等值处理。当前，电力系统正向大电网时代迈进，“孤网”逐步并入大网，实现电力资源大范围优化配置、走向整体联网融合的大格局[6-8]。
近年来，我国城市建设的快速发展对电力的需求不断扩张，促使地区电网结构复杂、运行方式多变，与省级电网联系更加密切。“十二五”期间，随着特高压目标网架的基本形成，以及智能电网建设的加速推进[9-10]，对提高驾驭大电网能力和实现精益化管理提出了更高的要求，使电网计算不断深入，增加了大电网仿真分析的复杂性。为了提高驾驭大电网能力，需要对各级调度能量管理系统（EMS）数据进行统一建模，在大范围内对电网进行实
时仿真分析。文献[11-14]虽阐述了如何解决各级调度“信息孤岛”的难题，但均未涉及如何对合并后的大电网进行实时仿真分析。随着电力系统数学模型的发展和程序应用的经验积累，国产BPA程序得到了完善和开发，对大规模电网仿真分析提供了很好的支持。
BPA程序计算模型涵盖数据量大，数据结构简单，便于程序解析。BPA程序主要计算模型有潮流数据文件和稳定数据文件。其中，潮流数据文件能够准确描述电网的实际情况，包含电网拓扑结构、主要设备参数及实时运行情况，数据之间关系比较紧密；而稳定数据文件相对比较简单，是电网设备稳定参数的集合。本文在分析BPA计算模型的基础上，基于SVG技术对其进行图形化建模，并与BPA计算软件结合，以实现多级多区域大电网实时在线编辑和仿真计算分析。
1 大电网BPA计算模型重构
我国电网各级调度按照电压等级划分，主要有上、下级调度和同级调度2种调度关系。重构大电网BPA计算模型主要是按照BPA软件数据格式重新构建潮流数据文件及稳定数据文件，以便对各级调度EMS数据进行分析、转化、建模和整合。其中，潮流数据文件可根据文献[15]阐述的方法由EMS数据转换而来，同时做到各级电网潮流文件的拼接、合并；稳
定数据文件则基于潮流数据文件进行构建，两者通过电网调度设备统一命名规范进行唯一关联。
1.1 构建大电网潮流数据文件
1.1.1 构建原则
潮流数据文件主要是由EMS网架拓扑关系、设备数据和量测数据转化而成[15]。其中，虽然电网基础建设、改造工程逐年增多，电网规模逐年增大，但因工程周期比较长，所以网架拓扑关系和设备数据变动相对比较小；而电网发电、用电等电网运行数据时刻都在变化，需要周期性实时采集，使得量测数据的变动是实时的，致使数据变动可能较大，且同一设备在各级调度EMS的重叠部分，其对应的量测数据由于网络传输等原因会有偏差。为了确保数据的准确性，重构大电网潮流文件时，上、下级调度关系的重叠设备实测值一般以下级调度为准，原因是在填写节点负荷实测值时，上级模型不再将下级模型进行等值处理，而是保留完整的下级模型，并将负荷转移到下级；同级调度关系的重叠设备实测值采用“谁管辖、谁建立、谁维护”的原则，以设备管辖端为准。
通过分析上、下级调度及同级调度关系的电网数据可知，电压等级越高，电网越多地呈现环型结构，反之电网则多呈现树型发散式结构。图1所示为调度之间的各种连接关系，从图中可以看出，如果将某些孤网放到整个大电网系统中，就不存在“孤网”。因此在构建电网潮流文件时，需兼顾所有的调度数据，将整个大电网作为处理对象，以避免出现某一“孤网”的调度数据。
图1 各调度联通关系Fig.1 Relations of all levels of the dispatching Unicom
1.1.2 构建流程大电网潮流文件构建流程如图2所示。由于基于智能电网技术和计算机图形算法构建的大电网潮流数据文件涉及各级调度EMS接口，数据加工流程复杂，要求实时性高，所以各级调度数据构建流程要在同一时间触发，自下而上、逐层处理，最终在上级调度进行汇总整合，待数据构建完成后再自上而下、逐层分发大电网潮流数据文件，以达到各级调度数据实时共享的目的。
图2 大电网潮流文件构建流程Fig.2 File building process for big power grid flow
1.2 构建大电网稳定数据文件
1.2.1 构建要求
本文所提大电网实时仿真方法需以BPA计算模型为数据载体，而BPA稳定计算是与BPA潮流计算结合起来运行的，要求稳定文件数据卡与潮流文件数据卡的命名必须一致（由于各级调度对电网设备都有统一命名规范，所以在构建大电网稳定文件时只需数据卡遵循设备统一命名规范即可）。
在与电网设备对应关系上，稳定数据卡和潮流数据卡则不同，它们之间并不是完全的一一对应的关系。其中，设备与潮流数据卡一般是一对一关系，稳定数据卡一般是一对多关系（稳定文件数据卡种类多，在描述某些设备稳定参数和设备故障时，一般采用一组多张数据卡形式表达）。以某一发电机和某一线路设备为例，其潮流数据卡与稳定数据卡的对应关系如图3所示。
1.2.2 构建流程
通过以上分析可知，大电网稳定文件的构建需要基于各级调度的潮流文件，考虑到稳定数据文件对实时性要求不高的特点，故可对稳定数据卡按功能分类分组，与计算机软件结合，
以人机交互方式构建各级调度自身的稳定数据卡，并通过数据共享来实现各级调度之间的互通有无、实时更新，使某个调度稳定数据有所变化时，能更新至全网，以便始终保持各级调度电网稳定数据文件的完整性。大电网稳定数据文件的构建流程如图4所示。
基于以上对BPA计算模型的分析可知，大电网潮流数据文件能够清晰地描述实际电网结构，且实时性强；稳定数据文件与潮流数据文件通过实际设备名称进行关联后，可完整地结合在一起，使得重构后的BPA计算模型包含了完整的电网拓扑数据、电网实时数据、设备参数数据、设备故障模拟数据以及稳定参数数据。
图3 潮流卡和稳定卡的对应关系Fig.3 Corresponds relationship between flow card and stable card
图4 大电网稳定文件构建流程Fig.4 The big power grid stable file building process
2 BPA计算模型转化为SVG拓扑数据
SVG可伸缩矢量图形（Scalable Vector Graphics）是基于可扩展标记语言（XML）、用来描述二维图形和绘图程序的语言，SVG继承了XML的跨平台性、可扩展性和动态交互性，
图形元素丰富，可满足各种电网图形元素的构建和绘制。
基于SVG技术对BPA计算模型进行图形化建模时，需要通过SVG元素构建各种状态的厂站、设备图形元素，并将BPA计算模型转化为SVG拓扑数据，将潮流文件所描述的电网拓扑关系转化为图形连接关系。由于BPA计算模型的潮流文件主要由节点数据卡和支路数据卡构成，其中：节点数据卡主要由母线、发电机设备转化而来；支路数据卡主要由线路、变压器转化而来。所以在图形化建模过程中，可以用节点数据卡和支路数据卡构建SVG拓扑图的节点和支路；用潮流文件中的参数数据、设备数据转化为图形节点、支路属性数据；将稳定故障模拟数据和稳定参数数据通过设备名称转化为设备属性数据，与SVG图形元素建立关系。计算机软件可以对SVG电网拓扑图通过保存节点、标签等图形元素坐标信息，保存各个历史时期电网网架模型；拓扑图坐标数据与BPA计算模型数据相分离，支持多种绘图方式，用户可以将多个站点合并绘制或者单个站点分开绘制。至此，通过计算机软件处理，SVG拓扑数据便可完全包含BPA计算模型。下面以2个站点为例，给出两者的转化关系（关联度）如图5所示。
图5 SVG图形数据与BPA计算模型的关联度Fig.5 Relation of SVG data and BPA model
3 电网实时仿真计算流程
大电网实时仿真需要有周期性的潮流文件、稳定文件及SVG图形数据作为基础数据，考虑到潮流文件压缩存储的效率以及满足电网研究的需求，本文采用5 min为周期形成大电网潮流文件；而稳定数据文件和SVG图形数据由于变动幅度小、变动周期长，故使用增量式变化存储方式对数据进行保存，以便用户对历史数据的查询和研究。
通过以上对大电网计算数据的重构、存储和展现，对单个调度用户来说，外网数据已经完全透明，且通过SVG拓扑图展示外网数据方式多样，易于操作，数据实时性高，用户可以选择任意历史时刻的大网数据进行图模一体化编辑，与国产BPA软件相结合后，可做到实时调用BPA计算软件和以多种方式展示计算结果。
从全网大电网角度来看，通过电力调度网共享全网数据后，各级调度在全网大电网范围内进行实时仿真分析，可减少外网数据等值处理，提高电网仿真分析的准确性，让用户在第一时间即可了解全网情况。大电网实时仿真示意流程如图6所示。
图6 大电网仿真流程Fig.6 Simulation process of large power system
4 实际应用情况及分析
基于BPA计算模型和SVG技术的大电网实时仿真方法已成功地应用于安徽省电力公司省地一体化电网协同分析管理系统中，构建的大电网BPA计算模型涵盖500kV国调、华东网调数据、220kV及以上华东电网各省调数据以及110kV及以下安徽16个地调数据。其中，安徽电网省调、地调数据采用实时方式形成计算文件，其他外网数据采用一年四季定期更换计算文件，通过文件拼接形成大电网计算模型。
在安徽省地、县运行方式一体化技术平台系统中，用户直接基于SVG电网拓扑图便可模拟各种方式的计算分析，通过某些固定条件设置、策略配置，便可进行批量计算、自动生成报表，可以更直观、更实时地展示计算结果，为各种电网日常实际调度操作、电网规划研究等提供仿真计算和理论依据。

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