[发明专利]一种基于GIS的电网稳定裕度的可视化显示方法

摘要

本发明公开了一种基于GIS的电网稳定裕度的可视化显示方法；其包括如下步骤：获取电力系统广域量测系统WAMS的量测数据；对电力系统广域量测系统WAMS的量测数据进行状态估计；直接读取状态估计修正后的；根据状态估计修正后的数据进行动态建模；将等值电力系统的临界稳定值及稳定裕度进行可视化显示。其有益效果是：本发明摆脱了进行稳定裕度计算时需要全网数据或者需要对研究范围之外的数据进行等值的方式，节省了计算时间和资源，产生了巨大的经济效益。本发明采用地理信息图的方式显示区域的稳定裕度，将原来只能显示和判断“点”和“线”的稳定情况扩展为“面”的角度，使人能够更加直观、有效地从全局上把握电力系统的稳定情况，方便控制人员更好的学习与应用，为了电力系统的稳定运行提供了保证。

主权项

1.一种基于GIS的电网稳定裕度的可视化显示方法，其特征在于包括如下步骤：(1)获取电力系统广域量测系统WAMS的量测数据；(2)对电力系统广域量测系统WAMS的量测数据进行状态估计，利用状态估计消除量测数据中的错误数据，并进行数据修正，得到符合电力系统稳定裕度核心计算所需的数据格式，并将状态估计修正后的数据存储于PI数据库服务器中；(3)从客户端直接登陆PI数据库服务器，直接读取状态估计修正后的数据，并通过千兆局域网将数据传输到客户端上；(4)根据状态估计修正后的数据进行动态建模，对数据进行解析计算；所述动态建模的步骤包括电力系统等值、等值电力系统的参数在线辨识以及电力系统的暂态稳定裕度分析计算；所述电力系统等值的方法如下：将电力系统分为内部系统和外部系统；设内部系统中与外部系统相连的节点为边界节点，边界节点与外部系统相连的线路为连接线路，即边界节点通过连接线路与外部系统相连；设连接线路与外部系统相连的节点为等值节点；在等值节点将外部系统等值为动态的送端系统或受端系统；内部系统、连接线路以及送端系统或受端系统构成等值电力系统；所述等值电力系统的参数在线辨识方法如下：等值电力系统各线路阻抗参数及送端系统或受端系统参数在受到扰动后发生有规律的变化，利用每个时刻线路阻抗参数及送端系统或受端系统参数的测量量不断修正所述等值电力系统的参数，使所述等值电力系统适应实际电力系统运行状态的变化；电力系统的暂态稳定裕度分析计算方法如下：采用的是暂态能量函数法；所述暂态能量函数法就是通过在故障清除时刻的暂态能量V_cl与临界能量V_cr比较，直接判断等值电力系统的暂态稳定性；两者之差称为能量裕度，也即稳定裕度：ΔV＝V_cr‑V_cl当ΔV＞0时,故障期间的动能可以完全被系统吸收,等值电力系统保持稳定；当ΔV＜0时,故障期间的动能不能被系统完全吸收,等值电力系统失稳；当ΔV＝0时,等值电力系统处于临界状态；暂态能量函数表达式如下：其中：式中θ_i＝δ_i‑δ₀；多机系统的惯量中心为：θ_i为发电机i的转子角δ_i与系统惯量中心角度δ₀之差；为发电机i的角速度ω_i与系统惯量中心的角速度ω₀之差；M_i为发电机i转子的惯性常数；M_∑为系统中各发电机机组惯性时间常数的和，是整个系统的惯性时间常数；为故障前系统的稳定平衡点；为紧急控制前各发电机的稳定平衡点；C_ij＝E_iE_jB_ij,D_ij＝E_iE_jG_ij；G_ij和B_ij分别为各发电机自电导和发电机之间的互导纳，E_i为第i台发电机电动势,E_j为第j台发电机电动势，E_i与E_j都为定常数；为相对于角度中心的全部转子动能的变化；为所有支路中磁场储能的变化，θ_ij为第i台发电机与第j台发电机之间的转子角；cosθ_ij为第i台发电机与第j台发电机之间功角差的余弦值，即第i台发电机与第j台发电机之间流动功率的功率因数；为所有支路中耗散能量的变化；暂态能量函数的耗散能量与实际的系统轨迹有关；因此，采用忽略转移电导效应的函数；即(式2)为进行暂态稳定裕度判断的能量函数，为系统暂态动能，V_PE(θ)为系统暂态势能；P_i为第i台发电机的输入机械功率；暂态能量函数法判断系统稳定性的一般步骤为：a.构造一个暂态能量函数b.根据受扰运动方程式计算出函数对时间的导函数c.计算满足的离平衡点最近的点X₁；d.将X₁代入V(X)，求得V_cr＝V(X₁)；e.如受扰后系统的初始运行点X₀有V(X₀)＜V_cr，则系统稳定；反之，则判断发生事故；f.若多机系统发生事故，则寻找事故后的暂态能量函数V(X)的临界值V_cr；g.对事故后系统的暂态方程式做数值积分，直至V(X)＝V_cr；这段时间即为临界切除时间t_cr；(5)将等值电力系统的临界稳定值及稳定裕度进行可视化显示，其方法如下：a.将临界稳定值及稳定裕度的数据分为静态数据和动态数据；对于静态数据，采用对象‑关系型数据库来进行数据的组织和管理，将空间数据存储在地理数据库Geodatabase中，包括电力设备的名字、形状、位置信息，属性数据采用SQL数据库进行管理，电力设备有唯一的ID号，保证空间数据与属性数据进行良好的一一映射关系，通过GIS中间数据库与Shape地图上的图形进行关联；对于动态数据，即WAMS系统所测量的实时数据，利用C Sharp语言及AE组件技术的开发集成接口，使实时数据存储在GIS数据服务器中；b.采用ESRI公司的Arc/Info作为开发平台；c.采用C/S模式体系结构；所述C/S模式体系结构分别为数据层、业务逻辑层和应用层；所述应用层面向用户，用户对电力系统信息进行查询、统计、分析及可视化显示；所述业务逻辑层基于AE组件技术和ADO.NET与数据服务器进行交互，对空间数据和属性数据进行交互处理，并将数据结果显示在用户界面中；所述数据层为系统提供基本的数据服务，包括空间数据、属性数据及数据接口；属性数据为设备属性数据，在Access和SQL Server里存储；空间数据为地理信息和拓扑信息，在空间数据库Geodatabase中以shape格式存储；采用空间数据引擎对shape格式文件进行访问；d.空间数据和属性数据通过标识码ID实现空间数据和属性数据的连接；空间数据用于表示电力设备、变电站、输电线路、用户的地理位置、大小、宽度、颜色信息，由点、线、面对象表示；属性数据表征电力设备的名称、型号、电压、电流的数据，属性数据库由关系数据库SQL Server 2005管理；e.Arc/Info平台对空间数据以分层形式进行管理，把具有相同地理特征的空间实体组织为一个层，层次关系分为地图Map、图层Layer和图层上的对象Object；每一个图层上都有基本对象Object，基本对象Object包括点、线、面、标注；将点、线、面、标注单独进行分层管理；每一个基本对象Object都有一个唯一标识码ID，与属性数据库里ID一一对应，实现属性数据与空间数据的关联；电子地图包括地理背景图和电力信息图，以分层形式进行管理，电子地图的分层包括杆塔层、开关层、线路层、街道层、河流层、居民区层，所述杆塔层、开关层、线路层、街道层、河流层、居民区层之间既有几何上的关联，又有电气上的关联；在图层的显示中，图层的最底端是点图层，其上层是线图层，最上面一层是面图层；在Geodatabase模型中可以用Relation来表示各个对象之间物理上的连接，用几个网络来表示电力对象的电气联系；f.在电子地图中，用圆点的大小显示节点电压的稳定裕度；g.将数值相等的点连接成曲线，其具有不能相交、不能分支的特性，对一定区域节点电气量的运行情况进行分析，根据等值线的走向，显示区域节点电气量的分布情况；h.进行栅格渲染，根据节点电气量数据，用空间插值的方法对数据进行渲染，形成栅格的图形，显示电网的整体运行状况。