一种电网运行管理与分析计算系统的制作方法

1.本发明涉及电网调度管理领域，具体涉及一种电网运行管理与分析计算系统。


背景技术：

2.电网调度管理是指为确保电网安全、优质、经济地运行，电网调度机构依据有关规定对电网的生产运行、电网调度系统以及人员职务活动所进行的管理。它一般包括调度运行管理、调度计划管理、继电保护和安全自动装置管理、电网调度自动化管理、电力通信管理、水电厂水库调度管理、电力系统人员培训管理等。
3.包含机组设备的电网运行管理与分析计算更多的是关注电力电量平衡和故障扰动后的系统稳定性计算，对电网在各种概率的故障打击下的停电损失没有一个定量的认识，而以停电损失等可靠性指标来指导电网运行乃至电网规划发展，是电网运行管理人员必须考虑的重要因素。


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，本发明一种电网运行管理与分析计算系统，包括：电网运行分析装置、机组及潮流底图管理装置、分析扫描计算装置和机组设备控制装置；其中。
5.所述电网运行分析装置支持三层结构逻辑框架，采用三层客户机服务器模式，包括数据层、逻辑层和表示层。
6.所述机组及潮流底图管理装置提供了潮流底图的管理功能，机组投产涉及机组数据的增加和修改和电网拓扑的改变。
7.所述分析扫描计算装置，用于。
8.(1)实时方式在线安全性扫描计算。
9.(2)非实时方式在线安全性扫描计算。
10.(3)可靠性指标批量计算。
11.所述机组设备控制装置，用于。
12.s1.建模并初始优化。
13.s2.高效的双重优化控制。
14.s3.机组恢复优化控制。
15.优选地，所述数据层、逻辑层和表示层，用于。
16.(1)数据层。包括方式数据库/数据仓库、数据采集与监视控制scada实时数据库、检修工作票数据库和检修计划管理数据库。
17.(2)逻辑层。由系统运行参数管理、设备参数管理、参数文件生产服务、分布式并行计算管理、共享数据池、业务逻辑模块、消息队列、数据库线程池、日志管理和信息管理模块组成。
18.(3)表示层。表示层由机组业务客户端和管理配置客户端构成。
19.优选地，其特征在于，所述共享数据池模块是在进程中开辟一个内存块存放当日、昨日最新的数据，供业务端直接存取，以加快系统数据传递速度。
20.所述数据库线程池模块在消息队列中监听其他线程需要的数据库操作请求，并获取请求进行处理，可以对数据库进行插入、删除、更新、查询操作，并将结果发送到消息队列中，所有的对方式数据库的操作均通过消息队列完成。
21.所述业务逻辑模块用于处理用户的业务请求，包括潮流观察、回放、统计、潮流计算、稳定计算、n-1计算等业务请求。
22.优选地，管理员可以建立不同尺寸、不同拓扑形式的底图，所述管理程序可以修改建立新的底图并可以保存到系统中，机组业务客户端可以进行编辑，但是不能保存。机组管理通过一个向导功能，一步步提示增加新的机组设备，并配合数据校验功能，提示用户缺失的配置数据，包括网络拓扑的连接提示，防止遗漏，利用底图管理工具更新底图，底图管理工具提供了标准的电气元件图元，管理员通过拖拉即可实现底图的编辑功能，此外用户还可以通过信息校验功能扫描所有的配置信息，找出配置信息不完整的机组设备进行补充。
23.优选地，所述实时方式在线安全性扫描计算，包括。
24.定时启动24小时实时方式在线安全性扫描计算控制程序，自动清洗实测数据，并以清洗后的实测数据为边界条件进行潮流计算，在潮流计算的基础上自动进行输电线路n-1静态安全扫描、母线n-1静态安全扫描、母线故障暂态稳定时域仿真计算以及母线故障暂态稳定裕度计算。
25.优选地，所述非实时方式在线安全性扫描计算，包括。
26.根据今日24点负荷分布和负荷预测设定明日分区域的负荷增长，并在可视化计算方式设定环境中设计好次日电网运行拓扑，导入次日24点的发电计划，可基于今日24点的实测数据对明日24点的计划方式作全故障静态安全扫描计算、基于时域仿真算法的暂态稳定和电压稳定全故障扫描计算等。服务程序自动生成计算任务，发送给各代理计算节点，将收集获得的计算结果显示在机组业务客户端浮动窗口内。
27.优选地，所述可靠性指标批量计算，包括。
28.从菜单或工具栏导入日检修计划或月度检修计划，启动可靠性计算功能，设置好抽样次数、故障重数等参数后，服务程序将根据实测数据生成可靠性计算的输入文件，将计算任务发送给代理计算节点，并将收集到的计算结果显示在机组业务客户端弹出窗口内。
29.优选地，所述机组恢复优化控制，包括。
30.s3-1.非黑启动机组。
31.s3-2.机组恢复路径多目标优化。
32.优选地，所述s3-1.非黑启动机组，包括。
33.(1)首先启动黑启动机组，以便为系统提供黑启动电源。
34.(2)在安排机组启动时，配置具备热启动条件的机组优先启动,并优先安排热启动时限较小的机组热启动。
35.(3)优先恢复爬坡速率较大的机组。
36.(4)若到某时刻已恢复的电源功率不足以恢复具有最大热启动时限的机组，则可以考虑先恢复其他类型机组。
37.(5)若当前已恢复的电源功率足以启动多个机组，则可采用并行恢复策略，否则就
采用串行恢复策略依次恢复相关机组。
38.优选地，所述s3-2.机组恢复路径多目标优化，包括。
39.(1)计算各机组的重要度综合评价指标。
40.(2)以最大化待恢复系统的可用发电容量为目标确定各非黑启动机组的恢复顺序。
41.(3)由黑启动机组启动第一台非黑启动机组，以最大化恢复路径的平均重要度和最小化恢复路径的充电电容为目标，生成初始解细胞组。
42.(4)判断路径恢复是否会导致非黑启动机组恢复推迟，如果恢复时间最短的路径仍会引起机组恢复推迟，则将该机组的最小恢复时刻计入机组恢复顺序优化中，更新待恢复各机组的恢复时刻。根据后续需要恢复的机组执行分裂、分化、组织内凋亡和组织间凋亡操作，生成新的解细胞组。
43.(5)以生成的解细胞组为基础，重复步骤(4)，生成新的解细胞组。
44.(6)重复步骤(5)直到所有机组都得到恢复。
45.本发明的一种电网运行管理与分析计算系统，基于实时和非实时的在线安全性扫描计算，借助批量计算功能，灵活的可视化计算方式设计功能以及强大的机群计算能力，用户可以方便地对更多的计划方式和可能随机出现的预想方式进行校核计算，从而有效地降低计算覆盖面不足带来的安全风险，同时对于机组管理及电网运行，配置了健全的管理方案，增强了系统的鲁棒性。
附图说明
46.图1为本发明一种电网运行管理与分析计算系统的结构图。
具体实施方式
47.如图1所示，本发明一种电网运行管理与分析计算系统，包括：电网运行分析装置、机组及潮流底图管理装置、分析扫描计算装置和机组设备控制装置；其中。
48.所述电网运行分析装置支持三层结构逻辑框架，采用三层客户机服务器模式，包括数据层、逻辑层和表示层。
49.三层客户机服务器模式具有较高的可靠性、稳定性和灵活性，它通过对系统不同性质的功能进行分组，提高了系统的内聚性，同时在系统开发和维护中，也易于添加、修改业务逻辑以及增加新的业务功能。
50.(1)数据层。包括方式数据库/数据仓库、数据采集与监视控制scada实时数据库、检修工作票数据库和检修计划管理数据库。
51.(2)逻辑层。由系统运行参数管理、设备参数管理、参数文件生产服务、分布式并行计算管理、共享数据池、业务逻辑模块、消息队列、数据库线程池、日志管理和信息管理模块组成。其中。
52.所述共享数据池模块是在进程中开辟一个内存块存放当日、昨日最新的数据，供业务端直接存取，以加快系统数据传递速度。
53.所述数据库线程池模块在消息队列中监听其他线程需要的数据库操作请求，并获取请求进行处理，可以对数据库进行插入、删除、更新、查询操作，并将结果发送到消息队列
中，所有的对方式数据库的操作均通过消息队列完成。
54.所述业务逻辑模块用于处理用户的业务请求，包括潮流观察、回放、统计、潮流计算、稳定计算、n-1计算等业务请求。
55.(3)表示层。表示层由机组业务客户端和管理配置客户端构成。
56.所述机组及潮流底图管理装置提供了潮流底图的管理功能，管理员可以建立不同尺寸、不同拓扑形式的底图，所述管理程序可以修改建立新的底图并可以保存到系统中，机组业务客户端可以进行编辑，但是不能保存。
57.机组投产涉及机组数据的增加和修改，电网拓扑的改变，机组管理通过一个向导功能，一步步提示增加新的机组设备，并配合数据校验功能，提示用户缺失的配置数据，包括网络拓扑的连接提示，防止遗漏，利用底图管理工具更新底图，底图管理工具提供了标准的电气元件图元，管理员通过拖拉即可实现底图的编辑功能，此外用户还可以通过信息校验功能扫描所有的配置信息，找出配置信息不完整的机组设备进行补充。
58.所述分析扫描计算装置，用于。
59.(1)实时方式在线安全性扫描计算。
60.定时启动24小时实时方式在线安全性扫描计算控制程序，自动清洗实测数据，并以清洗后的实测数据为边界条件进行潮流计算，在潮流计算的基础上自动进行输电线路n-1静态安全扫描、母线n-1静态安全扫描、母线故障暂态稳定时域仿真计算以及母线故障暂态稳定裕度计算。
61.所有计算任务由服务器自动生成计算文件，并发送给各代理计算节点，服务程序从计算结果中读取线路、母线故障后其他设备的事故后电流，与数据库中给定的设备允许电流表格比较，将过载设备及其过载情况显示在机组业务客户端浮动窗口内，同时将暂态稳定裕度低于40%的裕度结果和对应的暂态时域仿真的结论显示在机组设备客户端在线安全分析报告的专用浮动窗口内。
62.24小时实时方式在线安全性扫描计算功能核心目的是通过全方位跟踪扫描，对日方式安排中的预分析进行补缺补漏，搜索并帮助运行分析人员消除预分析中遗漏的危险点。
63.24小时实时方式在线安全性扫描计算功能的主要作用是在不影响实时控制系统可靠性的情况下，能够在线对电网实际运行状态进行全方位的安全性扫描计算，帮助运行方式分析人员完成两项高强度工作：其一是跟踪实际运行方式，扫描运行方式预分析中未曾校核到的预想故障是否确实不存在安全稳定问题；其二是跟踪校核未曾校核的运行方式，比如因负荷预计偏差或其他电网运行临时状态变化造成的未曾校核的运行方式，或根据经验分析认为不需校核而未曾校核的运行方式，从而改进分析经验。
64.(2)非实时方式在线安全性扫描计算。
65.根据今日24点负荷分布和负荷预测设定明日分区域的负荷增长，并在可视化计算方式设定环境中设计好次日电网运行拓扑，导入次日24点的发电计划，可基于今日24点的实测数据对明日24点的计划方式作全故障静态安全扫描计算、基于时域仿真算法的暂态稳定和电压稳定全故障扫描计算等。服务程序自动生成计算任务，发送给各代理计算节点，将收集获得的计算结果显示在机组业务客户端浮动窗口内。
66.24小时未来方式在线安全性扫描计算功能的主要目的是对次日方式的全程扫描
提供一个方便的工具，其工程用途主要是对拟安排的次日电网运行方式做全方位的安全性扫描计算，检查是否存在安全稳定问题，并根据存在的问题重新修订次日电网的检修方式、发电计划供电方式。
67.(3)可靠性指标批量计算。
68.从菜单或工具栏导入日检修计划或月度检修计划，启动可靠性计算功能，设置好抽样次数、故障重数等参数后，服务程序将根据实测数据生成可靠性计算的输入文件，将计算任务发送给代理计算节点，并将收集到的计算结果显示在机组业务客户端弹出窗口内。
69.可靠性指标批量计算功能，可实现基于实测电网运行方式的可靠性指标批量计算，对于给定的检修计划，可以在线给出实测运行方式下电网中、短期可靠性指标的变化曲线。借助该功能，用户可以参考可靠性指标的优劣，比较不同的中、短期检修方案实施后系统的可靠性水平变化，用可靠性的定量指标作为一个参考条件，结合电网安全稳定计算等运行方式分析计算结果，确定电网中、短期检修计划。
70.所述机组设备控制装置，用于。
71.s1.建模并初始优化，包括。
72.(1)建立热量系统数学模型，确定模型参数的初始值。
73.(2)确定目标函数。参数优化目标是使热量系统数学模型的稳态误差小于规定的要求,即求目标函数的最小值。目标函数可以表示为。
74.。
75.式中：i=l,2,
…
,n，t代表热量系统的参数，包括例如过热器出口蒸汽温度、出口烟气温度、一级减温水流量、二级减温水流量等；为第i个现场运行数值；为第i个模型计算值；为仪表量程。
76.(3)确定进行优化的参数。影响过热器稳态误差的参数包括模型的烟气导热常数、烟气对流常数、蒸汽导热常数、蒸汽对流常数和散热系数。上述参数的初始值根据传热学公式计算得出，其中蒸汽和烟气参数取100%负荷下的数值。
77.(4)产生初始染色体种群，进行寻优，淘汰最差个体，产生新一代染色体种群；包括：随机产生一组可行解，并由他们构建初始染色体种群作为当前种群，将最优解从当前种群复制到新种群；对当前种群中的染色体两两配对，产生新染色体，在配对中，对染色体使用变异和交叉算子；删除适应度不满足要求的种群成员；并将新染色体放入到新种群。
78.(5)新种群重复步骤(4)，直到满足误差要求或达到进化代数。
79.(6)给出最优参数和误差。
80.s2.高效的双重优化控制，包括。
81.在变负荷过程初期，通过改变除氧器水位调节阀开度，以加快机组的负荷响应速度，同时通过调节燃料量来辅助调节主蒸汽压力；当负荷逐渐趋稳（负荷波动在预定范围内），燃料量和锅炉发热量已跟踪上负荷指令时，通过优化燃料量以维持主蒸汽压力稳定，再通过对汽轮机调节阀开度寻优，维持机组实际负荷跟目标值较小的偏差，同时逐渐将除氧器水位回调至正常值，以便下一个变负荷周期再次进行优化。
82.其中，负荷双重优化控制分3个阶段进行。
83.(1)在机组变负荷阶段，利用负荷预测模型，根据过、再热蒸汽参数、主蒸汽压力及汽轮机调节阀实时开度，对除氧器水位调节阀开度进行寻优计算，以使负荷的预测值与设定值偏差最小。程序中设有设定值实时修正模块，使得设定值始终有偏差地跟踪除氧器的实际水位，以避免除氧器水位实际值与设定值偏差超过预定值导致水位调节切手动。同时，程序中设置了除氧器水位高低限值，当除氧器水位达上限时，利用除氧器溢流阀把多余的凝结水暂时排放到疏水扩容器。当除氧器水位达低限时，利用凝汽器储水箱的除氧器补水门维持水位不低于低限值。以避免除氧器水位超限威胁机组运行安全。
84.(2)当负荷设定值到达目标值，负荷逐渐趋稳时，调用神经网络预测模型，根据当前过、再热蒸汽参数及除氧器水位调节阀实际开度，对汽轮机调节阀开度进行寻优，以保持机组实际负荷与目标值偏差在允许范围，同时将除氧器水位设定值平滑过渡到原始值。
85.(3)当除氧器水位回到原始值，且机组实际负荷达到目标值并逐渐稳定时，所有补偿信号归零，主蒸汽压力也趋于稳定（主蒸汽压力波动在预定范围内），机组切回原控制。
86.(4)主蒸汽压力优化与负荷优化同时实施，首先读取负荷指令、主蒸汽压力设定值、燃料量指令信号，根据当前指令判断是否满足优化条件,若满足主蒸汽压力设定值和实际值的偏差大于0.1，且优化控制开关选择处于打开状态，则优化开始。根据当前负荷指令，计算出负荷稳定时的前馈指令，基于前馈指令和压力偏差，确定煤量的搜索范围。调用主蒸汽压力预测模型，计算出不同燃料量指令下的压力预测值，找出压力预测值和设定值中最小的差值对应的指令为最优指令，计算燃料量补偿信号送到锅炉主控。在程序中设置了燃料量的高低限值，防止蒸汽压力出现大幅度波动。
87.s3.机组恢复优化控制，包括。
88.s3-1.非黑启动机组。
89.(1)首先启动黑启动机组，以便为系统提供黑启动电源。
90.(2)在安排机组启动时，配置具备热启动条件的机组优先启动,并优先安排热启动时限较小的机组热启动。
91.(3)优先恢复爬坡速率较大的机组。
92.(4)若到某时刻已恢复的电源功率不足以恢复具有最大热启动时限的机组，则可以考虑先恢复其他类型机组。
93.(5)若当前已恢复的电源功率足以启动多个机组，则可采用并行恢复策略，否则就采用串行恢复策略依次恢复相关机组。
94.s3-2.机组恢复路径多目标优化。
95.(1)计算各机组的重要度综合评价指标。
96.(2)以最大化待恢复系统的可用发电容量为目标确定各非黑启动机组的恢复顺序（在第一次优化时由于相关恢复路径未知,故不考虑线路恢复时间的影响）。
97.(3)由黑启动机组启动第一台非黑启动机组，以最大化恢复路径的平均重要度和最小化恢复路径的充电电容为目标，生成初始解细胞组。
98.(4)判断路径恢复是否会导致非黑启动机组恢复推迟，如果恢复时间最短的路径仍会引起机组恢复推迟，则将该机组的最小恢复时刻计入机组恢复顺序优化中，更新待恢复各机组的恢复时刻。根据后续需要恢复的机组执行分裂、分化、组织内凋亡和组织间凋亡操作，生成新的解细胞组。
99.(5)以生成的解细胞组为基础，重复步骤(4)，生成新的解细胞组。
100.(6)重复步骤(5)直到所有机组都得到恢复。
101.所述分析扫描计算装置还用于机组故障信息警报处理，具体包括。
102.1)区分断路器的合闸与分闸警报。
103.对收集到的断路器动作警报，区分出断路器合闸警报和断路器分闸警报。对于断路器分闸警报要进行与保护的关联性判断和压缩处理,而断路器合闸警报则不需要特别处理。
104.2)建立保护逻辑事件。
105.根据保护与断路器的配置关系,对收集到的所有保护动作警报都建立各自的保护逻辑事件。保护逻辑事件的内容包括该保护的信息和由该保护驱动应该分闸的所有断路器信息，以及这些断路器实际动作情况。
106.3)保护逻辑事件的完整性判断。
107.对于给定的保护逻辑事件，若保护逻辑事件中的所有应该分闸的断路器都存在于收集到的断路器分闸警报中，则认为该保护逻辑事件是完整的；若只有部分断路器分闸警报存在，则判断为有部分断路器分闸警报丢失；若所有断路器分闸警报都不存在，则判断为该保护警报属于误传或者断路器分闸警报丢失。
108.4)正常倒闸的断路器分闸警报判断。
109.对于与所有保护逻辑事件都无关的断路器分闸警报,判断是否存在该断路器所在厂站的事故总信号，如果存在则认为该断路器分闸警报是事故产生的,而与它相应的保护动作警报丢失，否则可认为该断路器分闸警报是正常倒闸操作产生的。
110.其中，上述电网运行分析装置、机组及潮流底图管理装置、分析扫描计算装置和机组设备控制装置以及装置包含的模块通过对应的进程和线程实现相应功能，各装置之间以及模块之间通过逻辑连接或电连接，各装置和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。
111.本发明的一种电网运行管理与分析计算系统，基于实时和非实时的在线安全性扫描计算，借助批量计算功能，灵活的可视化计算方式设计功能以及强大的机群计算能力，用户可以方便地对更多的计划方式和可能随机出现的预想方式进行校核计算，从而有效地降低计算覆盖面不足带来的安全风险，同时对于机组管理及电网运行，配置了健全的管理方案，增强了系统的鲁棒性。
112.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。