一种系统保护故障推演系统及推演方法与流程

1.本发明涉及一种系统保护故障推演系统及推演方法，属于电力系统及其自动化技术领域。


背景技术：

2.随着特高压跨区互联电网的快速发展，以及大量电力电子设备接入使用，电网响应特性越来越复杂，安全稳定控制系统(简称安控系统)已成为当前特高压交直流电网安全运行的标准配置，其可靠运行对保障电网安全稳定至关重要。合理配置的安控系统能够大幅度提高电网的输送能力，提高电网的经济运行水平，安控系统投运比未投运情况下，电力系统的输送能力可能相差几倍。安控系统不仅是确保电网能够安全稳定的重要因素，也是保证电网在特殊的情况下仍然能够稳定运行的最可靠的方法。安控系统在区域电网中已经得到了大量的应用，技术也得到了长足的发展，对保证区域电网的安全稳定运行起到了不可或缺的作用。
3.现有装置可靠性的保障措施主要依赖于装置出厂前的测试和现场的联调，而且装置的异常环节和安全隐患难以全部发现。实际系统运行中装置的告警主要由厂站端人员发现并逐级汇报，由方式人员进行分析和安排运维处置，涉及的运维单位众多，周期长效率低，安全隐患难无法及时消除。随着装置规模的扩大，装置策略逻辑功能复杂程度的提高、以及检测手段的缺乏，由安控系统隐患导致的电网运行风险显著增加。为了对这些装置进行集中的统一管理，在电网调度自动化以及在线分析技术发展的推动下，现有智能电网调度控制系统安控集中监视与管理应用已经实现了对安控装置运行状态的实时监视，能够实时采集单一装置的各类信息，如压板状态、通道状态、电气量信息等，可以为安全稳定系统的异常在线识别提供基础信息业务。
4.然而，现有安控装置集中管理系统还停留在装置运行外特性的监视，主要基于策略层面的模型和实时状态进行系统保护在线态的、计及二次影响的一次系统分析，无法监测到装置内部硬件和软件的异常情况，进而对装置异常的本质原因进行分析；同时对于二次系统的考虑不足，缺乏一二次联动的故障分析能力，难以分析一二次交互的通信因素的系统保护复杂故障场景。在特高压交直流耦合、大量电力电子设备接入下，系统故障后稳定形态更加复杂，影响范围大幅拓展，连锁风险不断增加，迫切需要分析多发故障、甚至连锁故障等复杂故障场景、计及多种不确定因素的一二次交互的系统保护全过程，分析预测系统爆发潜在风险隐患，提升系统保护的可靠性。
5.系统保护故障推演模拟系统保护方式或控制措施是否正确，是对电网安全稳定运行和控制的模拟、分析。系统保护故障推演能够提供自然、直观的交互方式，形象、高效的数据展示，全面、及时的信息反馈，通过多方式、多故障场景的推演，快速分析系统保护状态及存在的问题，评估提出优化控制策略，是挖掘系统保护潜在风险、剖析控制机理的有效仿真分析手段。
6.为了解决安控装置集中管理系统存在的不足，需要构建系统保护故障推演系统，
实现对系统保护动作行为进行预判、预警、评测，提升系统保护的可靠性，进而指导系统保护的设计和运行。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种系统保护故障推演系统及推演方法，解决了背景技术中披露的问题。
8.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
9.第一方面，本发明提供了一种系统保护故障推演系统，包括：
10.人机交互模块、电网系统模拟模块、稳控系统功能模拟模块；
11.其中，人机交互模块用于提供人机交互界面，实现系统保护故障推演系统的仿真数据输入设置、二次故障排序、二次故障选择、一次故障选择、推演流程控制、推演结果展示；
12.电网系统模拟模块用于实现电网运行方式模拟、一次电网故障模拟、计及系统保护的稳定评估；
13.稳控系统功能模拟模块用于实现稳控策略模拟及稳控动作模拟。
14.进一步的，所述人机人机交互模块用于对电网系统模拟模块下发推演系统使用人员选择的一次电网数据、电网运行方式数据、一次电网故障数据，以及对稳控系统功能模拟模块下发推演系统使用人员选择的稳控运行方式数据、稳控装置故障数据；接收稳控系统功能模拟模块上送的稳控装置故障概率数据，并接收电网系统模拟模块上送的计及系统保护的稳定评估结果。
15.进一步的，所述人机交互模块包括一次运行方式选择子模块、稳控运行方式子模块；
16.其中，所述一次运行方式选择子模块负责根据推演系统使用人员选定的配套一次系统数据的电网运行方式数据，将电网运行方式数据下发到电网系统模拟模块；其中，所述电网运行方式是由电力系统调度部门负责编制；
17.所述稳控运行方式选择子模块负责根据推演系统使用人员选定的配套稳控系统数据的稳控运行方式数据，将稳控运行方式数据下发到稳控系统功能模拟模块；其中，所述稳控运行方式是由电力系统管理部门负责编制。
18.进一步的，所述人机交互模块还包括二次故障排序及展示子模块、二次故障选择子模块；
19.其中，所述二次故障排序及展示子模块负责根据推演系统使用人员根据设防的稳控故障集计算稳控故障代价指标计算得到二次故障排序数据集并展示；二次故障排序具体过程如下：以某选定的二次系统为例，记二次系统为：a＝ai(i＝1,l,m)，m为二次系统中稳控装置的数量，ai为二次系统中第i个稳控装置；二次故障记为b＝bi(i＝1,l,n)，n为二次系统中稳控装置发送故障的数量，bi为二次系统中第i个故障的稳控装置；计算b中每个故障损失的电量，查找万元产值电量对应表，得到b中每个故障的代价，记二次故障及其代价为f＝{bi,pi}(i＝1,l,n)，其中，bi,pi分别为b中的第i个故障及其损失代价，对f按照损失代价由大到小排序，即得到二次故障排序结果；
20.所述二次故障选择子模块负责对推演系统使用人员在二次故障排序及展示子模
块展示的二次故障进行选择，并将选择的稳控故障数据下发到稳控系统功能模拟模块。
21.进一步的，所述人机交互模块还包括一次电网故障选择子模块、推演流程控制子模块、推演结果展示子模块；
22.其中，所述一次电网故障选择子模块根据推演系统使用人员选定的一次电网故障进行设置，并将设置的一次电网故障下发到电网系统模拟模块；
23.所述推演流程控制子模块负责根据推演系统使用人员选择的推演流程控制命令下发到电网系统模拟模块和稳控系统功能模拟模块，推演流程控制命令包括仿真开始、仿真暂停、仿真结束；
24.所述推演结果展示子模块是根据电网系统模拟模块上送的稳定评估结果进行界面展示。
25.进一步的，所述电网系统模拟模块用于接收人机交互模块下发的一次运行方式数据、一次电网故障，向稳控系统功能模拟模块发送电网运行数据，并向人机交互模块上送计及系统保护的稳定评估结果。
26.进一步的，所述电网系统模拟模块采用rtds仿真软件对人机交互模块下发的电网运行方式进行等效的实时仿真；并对一次电网设备故障进行设置；采用rtds仿真软件进行计及系统保护的稳定评估。
27.进一步的，所述稳控系统功能模拟模块用于实现稳控策略模拟及稳控动作模拟，接收人机交互模块下发的稳控运行方式数据、稳控装置故障数据，向人机交互模块上送稳控装置故障概率数据，向电网系统模拟模块发送控制措施数据。
28.第二方面，本发明提供一种根据前述任一项所述的系统保护故障推演系统的推演方法，包括：
29.在人机交互模块内置一次运行方式、一次电网故障集，稳控运行方式，电网系统模拟模块部署rtds仿真软件，稳控系统功能模拟模块部署稳控系统数据；
30.推演系统使用人员在人机交互模块，选择一次运行方式数据、稳控运行方式，点击推演流程控制子模块中的开始仿真功能；
31.电网系统模拟模块接收到人机交互模块下发的数据后，开始进行仿真；稳控系统功能模拟模块接收到人机交互模块下发的数据后，开始对稳控系统进行模拟，向人机交互模块上送稳控装置故障概率数据；
32.在人机交互模块中，进行二次故障排序及展示；
33.推演人员选择一二次故障，人机交互模块将二次故障数据发送到稳控系统功能模拟模块，一次故障数据下发到电网系统模拟模块；
34.电网系统模拟模块接收到人机交互模块发送的一次故障，以及稳控系统功能模拟模块发送的控制措施后，进行计及系统保护的稳定评估计算，并将稳定评估结果上送到人机交互模块；
35.人机交互模块在接收到电网系统模拟模块上送的稳定评估结果后，将结果进行展示。
36.进一步的，在推演过程中，推演流程控制子模块可发送仿真暂停和仿真结束命令，电网系统模拟模块和稳控系统功能模拟模块接收到仿真暂停和仿真结束命令后，可暂停仿真和结束仿真；同时，推演结束后可再次进行系统保护故障推演。
37.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
38.本发明提供一种系统保护故障推演系统及推演方法，通过人机交互模块负责提供人机交互界面，实现系统保护故障推演系统的仿真数据输入设置、二次故障排序、二次故障选择、一次故障选择、推演流程控制、推演结果展示；电网系统模拟模块负责实现电网运行方式模拟、一次电网故障模拟、计及系统保护的稳定评估；稳控系统功能模拟模块负责实现稳控策略模拟及稳控动作模拟，可为系统保护动作行为预判、预警、评测提供技术及平台支撑，进而指导系统保护的设计和运行。
附图说明
39.图1是本发明实施例提供的一种系统保护故障推演系统功能组成结构图；
40.图2是本发明实施例提供的一种系统保护故障推演系统的推演方法流程图。
具体实施方式
41.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
42.实施例1
43.本实施例介绍一种系统保护故障推演系统，包括：
44.推演系统包括基于计算机的人机交互模块(下面简称人机交互模块)、基于rtds的电网系统模拟模块(下面简称电网系统模拟模块)、稳控系统功能模拟模块，功能组成结构如图1所示；
45.人机交互模块负责提供人机交互界面，实现系统保护故障推演系统的仿真数据输入设置、二次故障排序、二次故障选择、一次故障选择、推演流程控制、推演结果展示；
46.电网系统模拟模块负责实现电网运行方式模拟、一次电网故障模拟、计及系统保护的稳定评估；
47.稳控系统功能模拟模块负责实现稳控策略模拟及稳控动作模拟；
48.系统保护故障推演系统部署在3个终端中；
49.系统保护故障推演系统具有一定的推演流程。
50.推演系统包括基于计算机的人机交互模块(下面简称人机交互模块)、基于rtds的电网系统模拟模块(下面简称电网系统模拟模块)、稳控系统功能模拟模块。
51.人机交互模块负责提供人机交互界面，实现系统保护故障推演系统的仿真数据输入设置、二次故障排序、二次故障选择、一次故障选择、推演流程控制；具体地：
52.人机交互模块对电网系统模拟模块下发推演系统使用人员选择的一次电网数据、电网运行方式数据、一次电网故障数据，以及对稳控系统功能模拟模块下发推演系统使用人员选择的稳控运行方式数据、稳控装置故障数据；人机交互模块接收稳控系统功能模拟模块上送的稳控装置故障概率数据(此处故障概率数据可根据《mil-hdbk-217f》(美国电子产品可靠性预计手册)计算得到)，并接收电网系统模拟模块上送的计及系统保护的稳定评估结果；
53.人机交互模块具体包括一次运行方式选择子模块、稳控运行方式子模块、二次故障排序及展示子模块、二次故障选择子模块、一次电网故障选择子模块、推演流程控制子模
块、推演结果展示子模块；
54.一次运行方式选择子模块负责根据推演系统使用人员选定的配套一次系统数据的电网运行方式数据，将电网运行方式数据下发到电网系统模拟模块；此处电网运行方式是由电力系统调度部门负责编制；
55.稳控运行方式选择子模块负责根据推演系统使用人员选定的配套稳控系统数据的稳控运行方式数据，将稳控运行方式数据下发到稳控系统功能模拟模块；此处稳控运行方式是由电力系统管理部门负责编制；
56.二次故障排序及展示子模块负责根据推演系统使用人员根据设防的稳控故障集计算稳控故障代价指标计算得到二次故障排序数据集并展示；二次故障排序具体过程如下：以某选定的二次系统为例，记二次系统为：a＝ai(i＝1,l,m)，m为二次系统中稳控装置的数量，ai为二次系统中第i个稳控装置；二次故障记为b＝bi(i＝1,l,n)，n为二次系统中稳控装置发送故障的数量，bi为二次系统中第i个故障的稳控装置；计算b中每个故障损失的电量，查找万元产值电量对应表，得到b中每个故障的代价，记二次故障及其代价为f＝{bi,pi}(i＝1,l,n)，其中，bi,pi分别为b中的第i个故障及其损失代价，对f按照损失代价由大到小排序，即得到二次故障排序结果；
57.二次故障选择子模块负责对推演系统使用人员在二次故障排序及展示子模块展示的二次故障进行选择，并将选择的稳控故障数据下发到稳控系统功能模拟模块；
58.一次电网故障选择子模块根据推演系统使用人员选定的一次电网故障进行设置，并将设置的一次电网故障下发到电网系统模拟模块；
59.推演流程控制子模块负责根据推演系统使用人员选择的推演流程控制命令下发到电网系统模拟模块和稳控系统功能模拟模块，推演流程控制命令包括仿真开始、仿真暂停、仿真结束；
60.推演结果展示子模块是根据电网系统模拟模块上送的稳定评估结果进行界面展示。
61.电网系统模拟模块负责实现电网运行方式模拟、一次电网故障模拟、计及系统保护的稳定评估；具体地：
62.电网系统模拟模块接收人机交互模块下发的一次运行方式数据、一次电网故障，向稳控系统功能模拟模块发送电网运行数据，并向人机交互模块上送计及系统保护的稳定评估结果；
63.电网系统模拟模块指采用rtds仿真软件对人机交互模块下发的电网运行方式进行等效的实时仿真；并对一次电网设备故障进行设置；采用rtds仿真软件进行计及系统保护的稳定评估。
64.稳控系统功能模拟模块负责实现稳控策略模拟及稳控动作模拟，接收人机交互模块下发的稳控运行方式数据、稳控装置故障数据，向人机交互模块上送稳控装置故障概率数据，向电网系统模拟模块发送控制措施数据。
65.人机交互模块、电网系统模拟模块、稳控系统功能模拟模块分别部署在3个终端中，通过推演系统使用人员在人机交互模块中来实施推演。
66.实施例2
67.本实施例提供一种根据实施例1中任一项所述的系统保护故障推演系统的推演方
法，其应用过程具体涉及如下步骤：
68.首先，在人机交互模块内置一次运行方式、一次电网故障集，稳控运行方式；电网系统模拟模块部署rtds仿真软件；稳控系统功能模拟模块部署稳控系统数据；
69.推演系统使用人员在人机交互模块，选择一次运行方式数据、稳控运行方式，点击推演流程控制子模块中的开始仿真功能；
70.电网系统模拟模块接收到人机交互模块下发的数据后，开始进行仿真；稳控系统功能模拟模块接收到人机交互模块下发的数据后，开始对稳控系统进行模拟，向人机交互模块上送稳控装置故障概率数据；
71.在人机交互模块中，进行二次故障排序及展示；
72.推演人员选择一二次故障，人机交互模块将二次故障数据发送到稳控系统功能模拟模块，一次故障数据下发到电网系统模拟模块；
73.电网系统模拟模块接收到人机交互模块发送的一次故障，以及稳控系统功能模拟模块发送的控制措施后，进行计及系统保护的稳定评估计算，并将稳定评估结果上送到人机交互模块；
74.人机交互模块在接收到电网系统模拟模块上送的稳定评估结果后，将结果进行展示。
75.在推演过程中，推演流程控制子模块可发送仿真暂停和仿真结束命令，电网系统模拟模块和稳控系统功能模拟模块接收到仿真暂停和仿真结束命令后，可暂停仿真和结束仿真；同时，推演结束后可再次进行系统保护故障推演。
76.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。