一种基于节点通信及数据传输分析的电力系统的制作方法

1.本发明涉及电力节点管理分析领域，具体涉及一种基于节点通信及数据传输分析的电力系统。


背景技术：

2.电力系统通信为电力系统正常运行提供全面的支撑，如调度和站用内线电话，2m及光纤通信等。其主要作用是为保护、自动化等设备提供优质可用的通道，供站与站之间的设备进行通信，并将站内信号上传到局端。
3.在分布式计算架构中，由于电力通信骨干网中的某些计算节点对整体网络可靠性有着重要影响,需要确定电网网络架构和运行方式，并提供相应通信和数据传输机制，以维护电力系统的安全稳定运行。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明一种基于节点通信及数据传输分析的电力系统，包括：计算节点通信管理模块、数据传输模块、在线运行管理模块和电网分析及实施模块；其中，所述计算节点的计算项目包括暂态稳定、小干扰计算、暂态稳定量化分析以及电压稳定等。
5.所述计算节点通信管理模块，用于管理计算节点与电网平台之间，以及计算节点内部进程之间的通信，具体用于实现。
6.在每次计算开始前，电网平台发送进程将计算数据发送到计算节点上,计算节点接收进程接收完毕后通知本地的计算软件计算数据已经准备就绪。计算软件接收到启动命令后，通知内部计算进程进行计算,所有的故障计算完成后由计算软件进行结果汇总，并将汇总后的结果放在所述主控进程的结果指定目录，同时通知主控进程发送结果到电网平台。
7.所述数据传输模块，用于实现以下数据传输。
8.在每个周期内，数据网关向电网平台发送格式数据，格式数据可以以格式文件的形式发送；电网平台在接收到格式数据后通过组播或广播的方式将此文件分发到所有计算节点；计算节点主控进程在接收到格式数据后，通过ipc通信方式通知所有计算节点数据已经准备好，可以开始计算；计算软件在计算完毕后通知计算节点主控进程,计算主控进程将计算结果（信息或文件）返回电网平台；电网平台将结果发送给数据服务器。
9.所述在线运行管理模块用于提供在线数据刷新服务与计算控制服务。其中在线数据刷新服务是指电网平台通过在线数据接口，向各个计算节点提供当前状态的运行方式数据。计算控制服务是指电网平台在数据刷新完成后，通过调用计算节点进行计算的方式激活计算。在线数据可以以预定的格式文件来生成格式数据。
10.所述电网分析及实施模块，用于。
11.s1.进行电网网络供电运行分析。
12.s2.故障模型预测控制运行实施。
13.优选地，所述通信管理包括平台消息通信和内部接口通信。
14.对于平台消息通信，电网平台与计算节点可以采用进程起停和系统信号两种控制手段。进程起停在每次计算前通过调用命令行的方式调用计算节点,加载计算程序并在计算结束后获取计算结果；系统信号控制通过与计算节点信号交互的方式,控制计算节点中计算软件的启动,并且根据计算软件发出的计算结束信号开始获取计算结果。
15.优选地，电网平台与计算节点交互的信号分为三类：第一类信号表征系统计算正常,且没有需要输出的预警信息；第二类信号表征系统计算正常,但有需要输出的预警信息；第三类信号为在指定时间内未返回任何信号的提示,表征系统计算不正常,此时电网平台将在指定时间内重新启动整个计算进程以确保下一个计算周期内的计算正常进行。
16.优选地，对于内部接口通信，计算节点针对时域仿真程序、小干扰程序、电压稳定评估程序以及裕度评估校核计算程序提供如下几个方面的接口。
17.初始化接口：各个计算软件在计算启动时，通过这个接口完成其启动所需要的各类初始化处理,包括内存申请、工作目录创建以及其他计算准备工作等。
18.启动接口：各个计算软件在接收到新的在线数据时，通过调用这个接口完成新一轮计算开始时的准备工作，包括在线数据读取、数据转换以及其他计算准备工作。
19.计算接口：各个计算软件在接收新的在线数据准备完成后，通过调用这个接口完成其计算任务。
20.单个计算结束接口：各个计算软件在单个计算进程完成时，通过调用这个接口完成结果处理工作。
21.计算结束接口：各个计算软件在所有计算进程均完成时，通过调用这个接口完成结果处理工作。
22.优选地，对于数据传输，在线运行状态下，在线的格式数据将以广播的形式下发到各个计算节点中去，其中在线数据包括如下内容。
23.整合处理后的在线ems能量管理系统数据，采用广播方式传送到各个计算子节点。
24.在线运行模式具有重复启动能力的监测数据，即在没有重新发出计算配置信号的情况下，在线运行模式接收一次在线数据接口信号,就进行一次安全稳定分析计算扫描监测，获取重复启动能力的监测数据。
25.计算完成之后，通过计算结果收集机制完成汇总的数据，包括系统稳定情况、各个计算稳定分析结果的摘要信息。计算结果收集将所有计算结果进行归类和总结，转换成界面显示所需要的格式发送到界面显示部分。其中，计算稳定分析结果的详细计算结果信息将按照分布式存储的模式放到各个数据服务器中去。
26.优选地，所述故障模型预测控制运行实施，具体步骤如下。
27.s201.判断模拟电网支路是否满足机会约束条件，在模拟电网支路满足机会约束时，进入s202，否则退出。
28.s202.故障后t0时刻，检测到电压处于较低水平，mpc模型预测控制执行动作，令tk=t0,记录第一个采样时刻。
29.s203.在（tk,tk 1）内进行时域仿真，计算tk 1时刻的轨迹灵敏度。判断是否处于第一个采样区间，若是，则根据轨迹灵敏度确定控制变量个数及地点。
30.s204.判断采样区间是否超出控制时域，若否则求解简化的二次规划模型，得到tk时刻的估算控制量并施加到系统中，令k=k 1,进入下一个采样区间，返回步骤s203；若是则计算预测时域内其余采样时刻的轨迹灵敏度。
31.s205.令tk=t0，回到整个预测时域的第一个采样时刻，在预测时域(tk,tk nts)内进行时域仿真，得到电网的系统轨迹。判断电网的系统电压是否达到要求水平，若是则停止模型预测控制；否则求解模型预测控制滚动优化的二次规划模型。
32.s206.在tk时刻将mpc优化结果的第1个控制序列施加到系统中。令k=k l,t0=tk,即整个预测时域向前移动一个采样区间，返回步骤s202,进行下一次的滚动优化，直至所有采样区间遍历完成。
33.优选地，所述判断模拟电网支路是否满足机会约束条件，包括。
34.s2011.给定允许的随机模拟次数nmax。
35.s2012.置机会约束成立计数器n=0。
36.s2013.获取出现新增电源的全部节点i，获取一个节点i,计算该节点i的支路功率p。
37.s2014.当p<=pmax时，置n=n 1。其中，pmax为支路输电容量。否则取下一节点i，返回步骤s2013。
38.s2015.如果n/nmax>=a，a为线路功率约束的置信水平，则模拟满足机会约束，结束模拟；否则取下一个节点i，返回步骤s2013，若此时全部节点i获取完毕，则模拟不满足机会约束，退出模拟。
39.本发明的一种基于节点通信及数据传输分析的电力系统，为多厂家、多类型的计算软件提供一个开放式的接口，并在此基础上，实现各个计算类型的进程管理，以及与电网平台实现消息通信的机制，同时完善了数据传输方式，并能够进行电力系统网络架构的分析和控制实施。
附图说明
40.图1为本发明一种基于节点通信及数据传输分析的电力系统的结构图。
具体实施方式
41.如图1所示，本发明一种基于节点通信及数据传输分析的电力系统，包括：计算节点通信管理模块、数据传输模块、在线运行管理模块和电网分析及实施模块；其中，所述计算节点的计算项目包括暂态稳定、小干扰计算、暂态稳定量化分析以及电压稳定等。
42.所述计算节点通信管理模块，用于管理计算节点与电网平台之间，以及计算节点内部进程之间的通信，具体用于实现。
43.在每次计算开始前，电网平台发送进程将计算数据发送到计算节点上,计算节点接收进程接收完毕后通知本地的计算软件计算数据已经准备就绪。计算软件接收到启动命令后，通知内部计算进程进行计算,所有的故障计算完成后由计算软件进行结果汇总，并将汇总后的结果放在所述主控进程的结果指定目录，同时通知主控进程发送结果到电网平台。
44.所述通信管理包括平台消息通信和内部接口通信。
45.对于平台消息通信，电网平台与计算节点可以采用进程起停和系统信号两种控制手段。进程起停在每次计算前通过调用命令行的方式调用计算节点,加载计算程序并在计算结束后获取计算结果；系统信号控制通过与计算节点信号交互的方式,控制计算节点中计算软件的启动,并且根据计算软件发出的计算结束信号开始获取计算结果。
46.其中电网平台与计算节点交互的信号分为三类：第一类信号表征系统计算正常,且没有需要输出的预警信息；第二类信号表征系统计算正常,但有需要输出的预警信息；第三类信号为在指定时间内未返回任何信号的提示,表征系统计算不正常,此时电网平台将在指定时间内重新启动整个计算进程以确保下一个计算周期内的计算正常进行。
47.对于内部接口通信，计算节点针对时域仿真程序、小干扰程序、电压稳定评估程序以及裕度评估校核计算程序提供如下几个方面的接口。
48.初始化接口：各个计算软件在计算启动时，通过这个接口完成其启动所需要的各类初始化处理,包括内存申请、工作目录创建以及其他计算准备工作等。
49.启动接口：各个计算软件在接收到新的在线数据时，通过调用这个接口完成新一轮计算开始时的准备工作，包括在线数据读取、数据转换以及其他计算准备工作。
50.计算接口：各个计算软件在接收新的在线数据准备完成后，通过调用这个接口完成其计算任务。
51.单个计算结束接口：各个计算软件在单个计算进程完成时，通过调用这个接口完成结果处理工作。
52.计算结束接口：各个计算软件在所有计算进程均完成时，通过调用这个接口完成结果处理工作。
53.大规模分布式计算中的核心计算部分包括时域仿真程序、小干扰程序、电压稳定评估程序及裕度评估校核程序等各类计算软件。计算程序软件将以计算节点提供的客户端类库为基础，以文件交互为原则进行接口工作。
54.所述数据传输模块，用于实现以下数据传输。
55.在每个周期内，数据网关向电网平台发送格式数据，格式数据可以以格式文件的形式发送；电网平台在接收到格式数据后通过组播或广播的方式将此文件分发到所有计算节点；计算节点主控进程在接收到格式数据后，通过ipc通信方式通知所有计算节点数据已经准备好，可以开始计算；计算软件在计算完毕后通知计算节点主控进程,计算主控进程将计算结果（信息或文件）返回电网平台；电网平台将结果发送给数据服务器。
56.计算进程触发方式采用了ipc通信方式，这样可以保持计算进程常驻进程，节约了进程创建和销毁时间。
57.在线运行状态下，在线的格式数据将以广播的形式下发到各个计算节点中去，其中在线数据包括如下内容。
58.整合处理后的在线ems能量管理系统数据，采用广播方式传送到各个计算子节点。
59.在线运行模式具有重复启动能力的监测数据，即在没有重新发出计算配置信号的情况下，在线运行模式接收一次在线数据接口信号,就进行一次安全稳定分析计算扫描监测，获取重复启动能力的监测数据。
60.计算完成之后，通过计算结果收集机制完成汇总的数据，包括系统稳定情况、各个计算稳定分析结果的摘要信息。计算结果收集将所有计算结果进行归类和总结，转换成界
面显示所需要的格式发送到界面显示部分。其中，计算稳定分析结果的详细计算结果信息将按照分布式存储的模式放到各个数据服务器中去。
61.所述在线运行管理模块用于提供在线数据刷新服务与计算控制服务。其中在线数据刷新服务是指电网平台通过在线数据接口，向各个计算节点提供当前状态的运行方式数据。计算控制服务是指电网平台在数据刷新完成后，通过调用计算节点进行计算的方式激活计算。在线数据可以以预定的格式文件来生成格式数据。
62.所述电网分析及实施模块，用于。
63.s1.进行电网网络供电运行分析。
64.s101.配置电网网络结构。所述电网网络结构包括电网全接线方式，采用高峰运行模式和最大高峰运行模式。配置机组及负荷数据。所述机组及负荷数据包括当前电网机组和备用电网机组的发电数据，当前电网的高峰负荷、最大高峰负荷数据，备用电网的高峰负荷、最大高峰负荷数据。
65.s102.进行稳定计算分析。针对电网的网络、发电机数据和负荷数据做电网安全稳定分析，包括三个方面的稳定计算，即功角稳定、热稳定和电压稳定。对于功角稳定和热稳定，由电网运行人员采用电网控制断面来进行稳定计算分析，所述控制断面包括热稳定和暂态稳定，以所述热稳定和暂态稳定中的限额较大值作为所述稳定控制断面的潮流极限，以使得电网调度运行人员控制电网潮流分布；对于电压稳定，所述电压稳定与无功功率相关联，采用就近安装无功电源的方式来实现，包括就地安装并联电容器、静止补偿器svc等。
66.目前无论从电网规划来说，还是从电网实际调度运行来说，在电网网络结构中并没有将电压稳定作为决定性的因素进行考虑。在制定电网规划时，最重要的考虑暂态稳定和热稳定，因此由于电压稳定对电网结构和规划造成的影响不作详细阐述。
67.s103.对于环网形式的输电网，判断热稳定限额或暂稳限额是否大于传输功率。稳定计算的限额既包括输电向受电区的限额，也包括环网之间或区域之间的输电断面传输功率。如果热稳定限额或暂稳限额不大于传输功率，则输出的稳定限额不满足传输功率的要求，此时转s101调整网络,否则进入s104。
68.s104.判断电网是否输出受端电网和热稳定限额，如果输出了受端电网和热稳定限额，则转s105判断电网是否存在结构问题；如果输出的是暂态稳定限额或者是非受端电网，则此时电网已满足限额大于输电功率要求，结束分析。
69.s105.在输出受端电网和热稳定限额时，判断传输功率限额是否大于用电负荷，若传输限额大于用电负荷，则结束分析；否则在受端通过电网控制措施进行配置控制，所述电网控制措施可以直接采用默认的控制措施，所述默认的控制措施包括倒负荷、配置低一级电网的网络结构。若受端电网通过电网调节手段进行配置控制后，传输功率限额仍小于受端电网用电负荷时，则对电网进行网络优化重新调整网络，然后转s101。
70.所述电网网络的优化为现有技术，在此不再赘述。
71.s2.故障模型预测控制运行实施，具体步骤如下。
72.s201.判断模拟电网支路是否满足机会约束条件，在模拟电网支路满足机会约束时，进入s202，否则退出。
73.s202.故障后t0时刻，检测到电压处于较低水平，mpc模型预测控制执行动作，令tk=t0,记录第一个采样时刻。
74.s203.在（tk,tk 1）内进行时域仿真，计算tk 1时刻的轨迹灵敏度。判断是否处于第一个采样区间，若是，则根据轨迹灵敏度确定控制变量个数及地点。
75.s204.判断采样区间是否超出控制时域，若否则求解简化的二次规划模型，得到tk时刻的估算控制量并施加到系统中，令k=k 1,进入下一个采样区间，返回步骤s203；若是则计算预测时域内其余采样时刻的轨迹灵敏度。
76.s205.令tk=t0，回到整个预测时域的第一个采样时刻，在预测时域(tk,tk nts)内进行时域仿真，得到电网的系统轨迹。判断电网的系统电压是否达到要求水平，若是则停止模型预测控制；否则求解模型预测控制滚动优化的二次规划模型。
77.s206.在tk时刻将mpc优化结果的第1个控制序列施加到系统中。令k=k l,t0=tk,即整个预测时域向前移动一个采样区间，返回步骤s202,进行下一次的滚动优化，直至所有采样区间遍历完成。
78.所述判断模拟电网支路是否满足机会约束条件，包括。
79.s2011.给定允许的随机模拟次数nmax。
80.s2012.置机会约束成立计数器n=0。
81.s2013.获取出现新增电源的全部节点i，获取一个节点i,计算该节点i的支路功率p。
82.s2014.当p<=pmax时，置n=n 1。其中，pmax为支路输电容量。否则取下一节点i，返回步骤s2013。
83.s2015.如果n/nmax>=a，a为线路功率约束的置信水平，则模拟满足机会约束，结束模拟；否则取下一个节点i，返回步骤s2013，若此时全部节点i获取完毕，则模拟不满足机会约束，退出模拟。
84.所述方法还包括，利用具备单向加密的卫星通信技术来传输电力信息，具体步骤如下。
85.s301.获取卫星通信系统的用户信息。
86.s302.请求并接受卫星用户机的授时。
87.s303.请求卫星用户机的id及地理位置信息。
88.s304.按照设定模式进行有选择地将数据信息上传给卫星用户机。
89.s305.厂站端卫星用户机通过卫星单向加密通道，将电力信息数据加密封装后送至卫星指挥中心，指挥中心对接收到的用户机发送的数据进行安全性检查，确认数据安全完整后转发至调度主站端的卫星指挥机。
90.s306.调度主站端指挥机对收到的信息进行解密，并按照标准格式存储到平台数据库中。整个数据传输过程中采用vpn的加密技术和卫星指挥中心的数据安全性检查来确保传输数据的安全性。
91.通过调度主站端信息管理平台对整个电网的系统进行集中配置管理。所述配置管理包括：厂站数据采集管理、用户机和指挥机管理和接口管理。厂站数据采集管理用于设置各个智能采集终端编号、有功、无功(遥测点、系数、偏移量)、电表参数等。用户机和指挥机管理用于配置用户机ic卡编码、指挥机ic卡编码等。接口管理包括设置互联系统的服务器1p地址、对应信息类型、对象地址等信息。
92.调度主站端信息管理平台向电网的调度控制系统提供数据，实现对非统调电厂的
运行监控以及全网网损的统计分析。平台与智能电网的调度控制系统采用以下两种交互方式。
93.响应总召，当接收到总召命令时.将平台上所有需要上传到电网的调度控制系统的数据以响应总召的方式全部上传。
94.触发上传，即当信息平台接收到变化数据时，通过触发数据库触发器，向电网的调度控制系统发送变化数据，同时平台也定期自动检测数据库的数据变化，将变化的数据通过触发上传的方式发送到智能电网调度控制系统。
95.其中，上述计算节点通信管理模块、数据传输模块、在线运行管理模块和电网分析及实施模块通过对应的进程和线程实现模块功能，各模块之间通过逻辑连接或电连接，各模块具体功能可由物理处理器执行存储器中存储的程序代码实现。
96.本发明的一种基于节点通信及数据传输分析的电力系统，为多厂家、多类型的计算软件提供一个开放式的接口，并在此基础上，实现各个计算类型的进程管理，以及与电网平台实现消息通信的机制，同时完善了数据传输方式，并能够进行电力系统网络架构的分析和控制实施。
97.以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。