电网仿真系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种电网仿真系统和方法，该系统包括：创建模块，用于根据电网创建配电网络仿真模型；参数输入模块，用于将电网中一个或多个现场监测点所测得的参数信息，输入配电网络仿真模型中对应的模拟监测点，在配电网络仿真模型选取一个或多个数据取样点，并设置数据取样点的电气参数的输出类别；运行模块，用于根据所述模拟监测点的参数信息运行配电网络仿真模型；仿真输出模块，用于输出配电网络仿真模型在运行过程中的数据取样点的电气参数。本发明可实现对电网进行电磁暂态分析和长期电压跌落监测，可开展实时典型故障模拟仿真，可评估影响用户的电压凹陷域以及电压暂态峰值。
【专利说明】
电网仿真系统和方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电力系统仿真领域，特别地，涉及一种电网仿真系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着社会、经济的发展，电网对供电可靠性和电能质量提出了更高的要求。
[0003]由电力系统某处发生故障而引起的电压跌落会通过输电网向各个电压等级传播，大范围内的用户都可能受到电压跌落的影响。一般采用电压跌落的电磁暂态仿真计算来研究系统中发生故障引起电压跌落，从而识别和发现相关敏感负荷不能正常工作的故障点区域。
[0004]目前大多数方案是借助现有的电网仿真软件(如：PSCAD/EMTDC或Matlab/Simulink)针对一段线路或几条线路进行电磁暂态仿真，无法对电网整体进行准确的故障模拟。
【发明内容】
[0005]本发明目的在于提供一种电网仿真系统和方法，以解决现有仿真方案无法对电网整体进行准确的故障模拟的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种电网仿真系统，包括：
[0007]创建模块，用于根据电网创建配电网络仿真模型；
[0008]参数输入模块，用于将所述电网中一个或多个现场监测点所测得的参数信息，输入所述配电网络仿真模型中对应的模拟监测点，在所述配电网络仿真模型中选取一个或多个数据取样点，并设置所述数据取样点的电气参数的输出类别；
[0009]运行模块，用于根据所述模拟监测点的参数信息运行所述配电网络仿真模型；
[0010]仿真输出模块，用于输出所述配电网络仿真模型在运行过程中的所述数据取样点的电气参数。
[0011]进一步地，所述仿真输出模块还用于记录所述配电网络仿真模型的运行过程中的所述数据取样点的电气参数。
[0012]进一步地，所述系统还包括：
[0013]输出监测模块，与所述仿真输出模块相连接，并用于将所述仿真输出模块记录的所述数据取样点的电气参数与预设阈值范围进行匹配，当所述电气参数超出所述预设阈值范围时进行报警。
[0014]进一步地，所述仿真输出模块包括：
[0015]记录单元，用于记录所述配电网络仿真模型的运行过程中所述数据取样点的电气参数；
[0016]图形输出单元，用于将第一预设时间内的所述记录单元记录的电气参数绘制成电气参数波动曲线图并输出；
[0017]表格输出单元，用于将第二预设时间内的所述记录单元记录的电气参数整合成数据表格并输出。
[0018]进一步地，所述创建模块根据所述电网的配置信息创建所述配电网络仿真模型，
[0019]所述电网的配置信息包括一个或多个电压层面的配电网络的电气元件信息和电网连接信息。
[0020]进一步地,所述系统还包括：
[0021]校验模块，用于校验所述配电网络仿真模型中的电网连接以及电气元件适用环境是否正确，当不正确时在所述配电网络仿真模型中进行标示。
[0022]进一步地，所述系统还包括：
[0023]元件库，与所述创建模块相连接，并用于导入并存储或者创建并存储所述电气元件信息。
[0024]进一步地，所述电气元件包括发电设备、500kV单相变压设备、输电线路设备、无功补偿设备以及用户负荷。
[0025]作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种电网仿真方法，包括以下步骤：
[0026]步骤SI :根据电网创建配电网络仿真模型；
[0027]步骤S2 :将电网中一个或多个现场监测点所测得的参数信息，输入所述配电网络仿真模型中对应的模拟监测点，在所述配电网络仿真模型选取一个或多个数据取样点，并设置所述数据取样点的电气参数的输出类别；
[0028]步骤S4 :根据所述模拟监测点的参数信息运行所述配电网络仿真模型；
[0029]步骤S5 :输出所述配电网络仿真模型在运行过程中的所述数据取样点的电气参数。
[0030]进一步地，所述步骤S5还包括记录所述配电网络仿真模型的运行过程中所述数据取样点的电气参数，所述方法还包括：
[0031]步骤S6 :将所述步骤S5记录的所述数据取样点的电气参数与预先设定的阈值范围进行匹配，当所述电气参数超出所述阈值范围时进行报警。
[0032]进一步地，所述步骤SI包括根据所述电网的配置信息创建所述配电网络仿真模型，所述电网的配置信息包括一个或多个电压层面的配电网络的电气元件信息和电网连接信息。
[0033]进一步地，在进行所述步骤S4之前，所述方法还包括：
[0034]步骤S3 :校验所述配电网络仿真模型中的电网连接以及电气元件适用环境是否正确，当不正确时在所述配电网络仿真模型中标示。
[0035]本发明具有以下有益效果：
[0036]本发明通过建立电网的配电网络仿真模型，可通过输入电网的参数信息至模拟监测点，并在仿真过程中将数据取样点的电气参数输出，可实现对电网进行电磁暂态分析和长期电压跌落监测，可开展实时典型故障模拟仿真，可评估影响用户的电压凹陷域以及电压暂态峰值，可全面分析可能对客户供电可靠性和供电质量带来负面影响的各种风险因素，为电网的建设、监测及维护提供手段和依据。
[0037]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0039]图I是本发明优选实施例的电网仿真系统的组成结构示意图；
[0040]图2是本发明优选实施例的电网仿真方法的处理流程示意图；
[0041]图3是本发明优选实施例I的北京电网的现场监测点测得的220kV的吕芦线故障芦城母线B相电压波动示意图；以及
[0042]图4是本发明优选实施例I的北京电网仿真系统的数据取样点获取的京西宾馆380V母线三相电压波动示意图。
[0043]图例说明：
[0044]11、创建模块；12、参数输入模块；13、运行模块；14、仿真输出模块；141、记录单元；142、图形输出单元；143、表格输出单元；15、校验模块；16、元件库；17、输出监测模块。
【具体实施方式】
[0045]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0046]参见图1，本发明的电网仿真系统，包括创建模块11、参数输入模块12、运行模块13和仿真输出模块14。其中，创建模块11用于根据电网创建电网配电网络仿真模型；参数输入模块12用于将电网中一个或多个现场监测点所测得的参数信息，输入配电网络仿真模型中对应的模拟监测点，在配电网络仿真模型选取一个或多个数据取样点，并设置数据取样点的电气参数的输出类别；运行模块13用于根据模拟监测点的参数信息运行配电网络仿真模型；仿真输出模块14用于输出配电网络仿真模型的运行过程中的数据取样点的电气参数。
[0047]本发明通过建立电网的配电网络仿真模型，可通过仿真过程中通过输入电网的参数信息至模拟监测点，并不断将数据取样点的电气参数并输出，实现对电网进行电磁暂态分析和长期电压跌落监测，可开展实时典型故障模拟仿真，可评估影响用户的电压凹陷域以及电压暂态峰值，可全面分析可能对客户供电可靠性和供电质量带来负面影响的各种风险因素。
[0048]优选地，仿真输出模块14还用于记录配电网络仿真模型的运行过程中的数据取样点的电气参数。
[0049]优选地，系统还包括：
[0050]输出监测模块17,与仿真输出模块14相连接,并用于将仿真输出模块14记录的数据取样点的电气参数与预设阈值范围进行匹配，当电气参数超出预设阈值范围时进行报
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[0051]优选地，仿真输出模块14包括记录单元141、图形输出单元142和表格输出单元143。记录单元141，用于记录配电网络仿真模型的运行过程中数据取样点的电气参数；图形输出单元142，用于将第一预设时间内的记录单元141记录的电气参数绘制成电气参数波动曲线图并输出；表格输出单元143，用于将第二预设时间内的记录单元141记录的电气参数整合成数据表格并输出。
[0052]优选地，创建模块11根据电网的配置信息创建配电网络仿真模型，电网的配置信息包括一个或多个电压层面的配电网络的电气元件信息和电网连接信息。
[0053]优选地，系统还包括校验模块15，校验模块15用于校验配电网络仿真模型中的电网连接以及电气元件适用环境是否正确，当不正确时在配电网络仿真模型中进行标示。
[0054]优选地，系统还包括元件库16，元件库16与创建模块11相连接，并用于导入并存储或者创建并存储电气元件信息。其中，电气元件包括发电设备、500kV单相变压设备、输电线路设备、无功补偿设备以及用户负荷。因而可针对不同电压等级、不同故障发生时刻、运行变化等多种运行方式变化时刻对用户电能质量进行较为精确的仿真分析。系统运行前，可通过运行模块设置运行所需参数。现有的大多数电网电磁暂态仿真只能实现仿真一条或几条线路，并且不能对对完成的电网运行情况进行长期的监测，存在不能完全反映电网实际情况的问题。本发明可建立从500kV到380V的电网仿真模型，并能够实时、长期的监测和计算，保证了仿真的准确性。
[0055]参见图2，本发明的电网仿真方法，包括以下步骤：
[0056]步骤SI :根据电网创建配电网络仿真模型；
[0057]步骤S2 :将电网中一个或多个现场监测点所测得的参数信息，输入配电网络仿真模型中对应的模拟监测点，在配电网络仿真模型选取一个或多个数据取样点，并设置数据取样点的电气参数的输出类别；
[0058]步骤S4 :根据模拟监测点的参数信息运行配电网络仿真模型；
[0059]步骤S5 :输出配电网络仿真模型在运行过程中的数据取样点的电气参数。
[0060]优选地，步骤SI包括根据电网的配置信息创建配电网络仿真模型，电网的配置信息包括一个或多个电压层面的配电网络的电气元件信息和电网连接信息。
[0061]优选地，在进行步骤S4之前，方法还包括步骤S3 :校验配电网络仿真模型中的电网连接以及电气元件适用环境是否正确，当不正确时在配电网络仿真模型中标示。
[0062]优选地，步骤S5还包括记录配电网络仿真模型的运行过程中数据取样点的电气参数，方法还包括步骤S6 :将步骤S5记录的数据取样点的电气参数与预先设定的阈值范围进行匹配，当电气参数超出阈值范围时进行报警。
[0063]以下通过具体实施例对本发明进行进一步的阐述和验证。
[0064]实施例I :
[0065]本实施例是根据北京电网的实际配置信息，并依据上述方法建立真实反映了北京电网实际设备及连接关系的北京电网仿真系统，并通过该北京电网仿真系统，对电网金属性单相接地故障情况下的用户电能质量进行仿真分析。本实施例中，该仿真系统是在现有的 ADPSS (Advanced Digital Power System Simulator,电力系统全数字仿真装置）的基础上进行改进优化而实现的。
[0066]由仿真结果可知：
[0067]I)分区内220kV枢纽线路发生故障时(如图3所示，将现场监测点测得的220kV的吕芦线故障芦城母线B相电压输入到北京电网仿真系统的模拟监测点)，线路两侧电压跌落到的幅值约为30%-40%，对于线路两侧站点直接带出的380V重要用户，380V侧电压最低相跌落到的幅值约为40?50% ;对于线路两侧站点非直接带出的380V重要用户（如图4所示，北京电网仿真系统相应的数据取样点的京西宾馆380V母线三相电压波形示意图），380V侧电压最低相跌落到的幅值约为50?70%。
[0068]2)分区内220KV负荷线路发生故障时，线路两侧电压跌落到的幅值约为20%?30%，对于线路两侧站点直接带出的380V重要用户，380V侧电压最低相跌落到的幅值约为30?40% ;对于线路两侧站点非直接带出的380V重要用户，380V侧电压最低相跌落到的幅值约为60?70%。
[0069]3)分区内110KV线路发生故障时，110KV线路两侧电压跌落到的幅值约为20%?30%，对于线路两侧站点直接带出的380V用户，380V侧电压最低相跌落到的幅值约为40%?50% ;对于属于110KV同一母线所带的380V重要用户，380V侧电压最低相跌落到基本不变。
[0070]4)电压跌落的传递与变压器有重要关系，经过不同绕组连接方式、不同中性点接地方式时，电压跌落幅值和跌落相都发生了变化。由于IlOkV变压器绕组接线方式是Y/Δ 11，IOkV变压器绕组接线方式是Λ 1/Υ0，经过转换后，电网220kV单相接地故障相别为Α、B、C相时对应的380V故障相别分别为C、A、B相。
[0071]5)重要线路如八宝双、门宝双、阳西双、太朝双等线路如发生故障，会影响多个重要用户。
[0072]综上可知，本发明通过建立电网的配电网络仿真模型,可通过仿真过程中不断记录数据取样点的电气参数并输出，可实现对电网进行电磁暂态分析和长期电压跌落监测，在500kV到380V的电压层面开展典型故障仿真计算，评估影响用户的电压凹陷域以及暂态峰值，可全面分析可能对客户供电可靠性和供电质量带来负面影响的各种风险因素，为电网的建设、监测及维护提供手段和依据。
[0073]本发明简洁明了、操作方便，可针对不同电压等级、不同故障发生时刻、运行变化等多种运行方式变化时刻进行较为精确的仿真分析。并且，本发明综合考虑了电网接线方式、接地方式、变压器接线方式、保护方式等多种因素共同作用下电网故障对用户电能质量的影响，真实模拟了电网故障对用户电能质量的影响，符合电网实际情况及发展趋势，对探索电网发展与提高用户电能质量有重要的理论与实践意义。
[0074]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电网仿真系统，其特征在于，包括： 创建模块（11)，用于根据电网创建配电网络仿真模型； 参数输入模块（12)，用于将所述电网中一个或多个现场监测点所测得的参数信息，输入所述配电网络仿真模型中对应的模拟监测点，在所述配电网络仿真模型中选取一个或多个数据取样点，并设置所述数据取样点的电气参数的输出类别； 运行模块（13)，用于根据所述模拟监测点的参数信息运行所述配电网络仿真模型； 仿真输出模块（14)，用于输出所述配电网络仿真模型在运行过程中的所述数据取样点的电气参数。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述仿真输出模块（14)还用于记录所述配电网络仿真模型的运行过程中的所述数据取样点的电气参数。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括： 输出监测模块（17)，与所述仿真输出模块（14)相连接，并用于将所述仿真输出模块(14)记录的所述数据取样点的电气参数与预设阈值范围进行匹配，当所述电气参数超出所述预设阈值范围时进行报警。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述仿真输出模块（14)包括： 记录单元（141)，用于记录所述配电网络仿真模型的运行过程中所述数据取样点的电气参数； 图形输出单元（142)，用于将第一预设时间内的所述记录单元（141)记录的电气参数绘制成电气参数波动曲线图并输出； 表格输出单元（143)，用于将第二预设时间内的所述记录单元（141)记录的电气参数整合成数据表格并输出。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的系统，其特征在于， 所述创建模块（11)根据所述电网的配置信息创建所述配电网络仿真模型， 所述电网的配置信息包括一个或多个电压层面的配电网络的电气元件信息和电网连接信息。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括： 校验模块（15)，用于校验所述配电网络仿真模型中的电网连接以及电气元件适用环境是否正确，当不正确时在所述配电网络仿真模型中进行标示。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括： 元件库（16)，与所述创建模块（11)相连接，并用于导入并存储或者创建并存储所述电气兀件信息。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于， 所述电气元件包括发电设备、500kV单相变压设备、输电线路设备、无功补偿设备以及用户负荷。
9.一种电网仿真方法，其特征在于，包括： 步骤SI :根据电网创建配电网络仿真模型； 步骤S2 :将电网中一个或多个现场监测点所测得的参数信息，输入所述配电网络仿真模型中对应的模拟监测点，在所述配电网络仿真模型选取一个或多个数据取样点，并设置所述数据取样点的电气参数的输出类别； 步骤S4 :根据所述模拟监测点的参数信息运行所述配电网络仿真模型； 步骤S5 :输出所述配电网络仿真模型在运行过程中的所述数据取样点的电气参数。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤S5还包括记录所述配电网络仿真模型的运行过程中所述数据取样点的电气参数，所述方法还包括： 步骤S6 :将所述步骤S5记录的所述数据取样点的电气参数与预先设定的阈值范围进行匹配，当所述电气参数超出所述阈值范围时进行报警。
【文档编号】G06F17/50GK104166743SQ201310182276
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年5月16日 优先权日:2013年5月16日
【发明者】丁屹峰, 孙健, 王健, 钱叶牛, 李伟 申请人:国家电网公司, 北京市电力公司