基於大規模並行處理的在線調度輔助決策方法和系統的製作方法
2023-05-16 06:32:46 1
專利名稱：基於大規模並行處理的在線調度輔助決策方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電網技術，尤其涉及一種基於大規模並行處理的在線調度 輔助決策方法和系統。
背景技術：
電力工業是國家的經濟命脈，電力系統的安全、穩定與國家建設與穩定休 戚相關。與發達國家相比，近十年來，我國在電網結構和技術裝備相對薄弱的 情況下，通過加強電網安全管理，落實電網安全穩定的技術措施，沒有發生大 的停電事故。但是總體來說，我國電網屬於弱聯繫系統，電網安全還沒有實現 長治久安的局面，電網運行安全形勢依然嚴峻。為了保證電網的安全、穩定、 經濟運行，需要不斷跟蹤國內外新技術的發展，開發新的電力系統數字仿真技 術應用於電網運行的管理，這對於加強電網應對各種風險的能力，實現人員素 質、科研手段、調度水平等方面的全面提高具有重要意義。
電力系統調度輔助決策長期以來依賴於對仿真曲線的定性分析、依賴於調 度運行人員的經驗和大量的離線試算。就控制結果而言，控制措施欠保守，且 不適應電網結構和運行方式的迅速變化。因此，為了確保電網，尤其是大型^爭 區互聯電網的安全穩定運行，迫切需要開發在線的調度輔助決策算法。
調度輔助決策的主要任務是尋找一個滿足穩定性的靜態運行點，以提高系 統對故障的承受能力。從控制時間的角度，調度輔助決策從屬於預防控制範疇。 在現有技術中，尋找穩定運行點是才艮據電力系統計算人員的經驗進行的，如何 開發滿足系統運行和規劃要求的輔助決策在線計算方法是一個亟待解決的課 題。調度輔助決策通常的解決辦法是將上述動態調度問題轉化成一個靜態的 考慮穩定約束的非線性優化問題，計算規模大、求解困難、實用化程度低。
從電力系統的發展現狀來看，在現有的實時監測系統和仿真計算中，存在 著豐富的運行信息，可以全面地反映電力系統的運行場景。^f旦長期以來，對此 沒有實現有效的利用，從而影響了調度輔助決策的準確度。
發明內容
本發明的實施例提供了一種基於大規模並行處理的在線調度輔助決策方 法和系統，可解決現有技術不能充分利用電力系統的運行信息，從而影響了調 度輔助決策的準確度的問題。
本發明的實施例提供了一種基於大規模並行處理的在線調度輔助決策方
法，包括如下步驟
收集並分析動態安全評估結果，並根據所述評估結果確定失穩作業；
根據對失穩作業的各動態元件的軌跡信息，計算電力系統狀態量對各運行 參數的軌跡靈敏度；
根據得到的軌跡靈敏度信息調整元件的調整限值以及設定的調整步長，形 成調整方案，並將該調整方案以計算作業形式下發給各計算節點；
計算節點對各調整方案進行計算分析，並將計算分析結果回傳到管理節
點；
管理節點根據計算節點返回的計算分析結果對電網進行決策。
所述計算節點對調整方案進行計算分析具體包括
根據調整步長，形成具體的調整措施及對應的計算數據文件； 計算數據應用於當前運行方式上，進行潮流計算，得到調整後新的運行方
式數據；
進行暫態穩定校核。
在所述管理節點根據計算節點返回的計算分析結果對電網進行決策之後， 還執行步驟管理節點負責匯總比較所有調整方案的計算結果，並在人機界面上顯示該計算結果。
本發明實施例還提供了 一種基於大規模並行處理的在線調度輔助決策裝
置，包括管理節點和計算節點；
所述管理節點，用於收集並分析動態安全評估結果，並根據所述評估結果
確定失穩作業；根據對失穩作業的各動態元件的軌跡信息，控制電力系統狀態 量對各運行參數的軌跡靈敏度計算；根據得到的軌跡靈敏度信息調整元件的調 整限值以及設定的調整步長，形成調整方案，並將該調整方案以計算作業形式 下發給各計算節點；接收計算節點返回的計算分析結果，並4艮據該計算分析結 果對電網進行決策；
計算節點，用於對各調整方案進^f亍計算分析，並將計算分析結果回傳到管 理節點。
所述管理節點包括
確定單元，用於收集並分析動態安全評估結果，並糹艮據所述評估結果確定 失穩作業；
計算單元，用於根據對失穩作業的各動態元件的軌跡信息，控制電力系統
狀態量對各運行參數的軌跡靈敏度計算；
下發單元，用於根據得到的軌跡靈敏度信息調整元件的調整限值以及設定
的調整步長，形成調整方案，並將該調整方案以計算作業形式下發給各計算節 點；
接收單元，用於接收計算節點返回的計算分析結果；
決策單元，用於根據所述接收單元接收的計算分析結果對電網進行決策。
所述計算節點包括
接收單元，用於接收管理節點下發的調整方案；
調整單元，用於根據調整步長，形成具體的調整措施及對應的計算數據文
件；
獲得單元，用於計算數據應用於當前運行方式上，進行潮流計算，獲得調整後新的運行方式數據；
校核單元，用於進行暫態穩定4吏核；
回傳單元，用於將計算分析結果回傳到管理節點。
所述管理節點還包括顯示單元用於負責匯總比較所有調整方案的計算結 果，並在人機界面上顯示該計算結果。
本發明主要是提供一種在線調度輔助決策計算方法。這種方法以軌跡靈敏 度為計算主體，以並行計算技術為計算手段，對危害電力系統的某一失穩隱患， 計算系統的可調量與系統危險量的相互關係，在線得到針對此故障的預防控制 方案。
圖l示出了本發明實施例
法；
圖2示出了本發明實施例統。
具體實施例方式
為了便於本領域一般技術人員理解和實現本發明，現結合附圖描繪本發明 的實施例。 實施例一
本實施例提供了一種基於大規模並行處理的在線調度輔助決策方法，其基 本思想是，通過計算電力系統狀態和運行參數之間的軌跡靈敏度，研究二者之 間的相互關係，以此作為調度輔助決策的依據，實現針對當前故障預警的在線 調度輔助決策。同時還兼顧決策的經濟性，通過劃分相應的調整檔位，以枚舉 並行的計算方式，給出確保針對當前故障，系統穩定運行的最小控制代價。如 圖l所示，下面參照圖l詳細描述各個步驟
步驟11-12、承接動態安全評估階段工作，收集並分析動態安全評估結果，
一的基於大規模並行處理的在線調度輔助決策 二的基於大規模並行處理的在線調度輔助決策系挑選出其中的危害電力系統穩定運行的失穩作業。此部分功能通過常用的電力 系統仿真計算軟體完成，計算數據及結果(包括潮流數據、穩定計算數據和結
杲數據)作為調度輔助決策計算的輸入。對於判斷為穩定的作業，執行步驟16: 直接輸出其計算結果，然後執行步驟21:並結束。
步驟13、對失穩作業，才艮據上述評估階段得到的各動態元件的軌跡信息， 計算電力系統狀態量對各運行參數的軌跡靈敏度。
軌跡靈敏度是通過研究系統的動態響應對某些參數或初始條件甚至系統 模型的靈敏度來定量分析這些因素對動態品質的影響。軌跡靈壽文度是隨時間動 態變化的，是動態靈敏度。它是基於微分方程模型的，其狀態量和代數量都是 時間的函數。相對於傳統的基於代數方程模型的，在某一時間斷面展開的靜態 靈敏度，軌跡靈敏度考察的是一個動態的過程，能反映任意時刻的擾動對系統動 態特性的影響程度。軌跡靈敏度可以被看作是反映狀態量和運行參數之間相關 的一種量化指標，用它可以表明各個調整量對系統穩定性影響的大小。軌跡靈 敏度的因變量可以是狀態量，也可以是係數矩陣的特徵值。特徵值的軌跡靈敏 度就是求參數的變化對特徵值靈敏度軌跡的影響，並用該軌跡靈敏度預測未來 特徵值軌跡，判斷系統穩定的趨勢。軌跡靈敏度的自變量可以是網絡參數，網 絡函數和初始狀態。與靜態靈敏度不同的是，軌跡靈敏度的自變量還可以是初 始條件。就是在不同的初始條件下，系統的動態響應(因變量)是不同的。求取 對初始條件的軌跡靈敏度，有助於預測在初始條件變化而參數不變的情況下， 狀態量的變化。在線動態安全評估需要可靠和快速的分析技術，典型的動態安 全分析要求對變化著的運行方式快速評定大量預想事故，對給定的故障實施緊 急控制，防止失穩。由傳統的時域仿真得到的運動軌跡本身缺乏對穩定性的定 量度量，故傳統的時域仿真根本無法實現上述要求。而軌跡靈敏度適合於精細 的刻畫動力系統的狀態變量對參數的依賴性，因此軌跡靈敏度是對時域仿真的 有益補充。二者相結合，既能發揮時域仿真數學模型精確，數值穩定性好的優 勢，又能給出定量的穩定性控制的指導性原則。其中，狀態量指反映電力系統運行穩定程度的性能指標，如常用的功角、 母線電壓和系統頻率等。運行參數指電力系統運行過程中可以被調整或控制的 變量，如機組的發電出力、投切的無功補償以及負荷等。
基於時域仿真的軌跡靈敏度分析算法，能夠實現對這些信息的充分利用， 通過有效的數據挖掘，獲知電網運行的穩定機理，給出電網安全穩定控制的方 向，從而實現電網運4亍調度的自動化。
步驟14、對失穩作業，根據得到的軌跡靈敏度信息、調整元件的調整限值
以及設定的調整步長，形成多個調整方案。調度輔助決策針對不同的調整方案 進行調整，在調度輔助決策過程中，因為每種調整方案之間的計算相對獨立， 如果採用串行迭代方法確定最佳的調整方案，計算時間長。為了更好地滿足在 線應用的需要，本發明提出了利用並行計算平臺技術的調整方式快速確定方 法。將在管理節點上形成的多種調整方案以計算作業形式下發給各計算節點， 具體的調整措施由各計算節點並行計算得到。
步驟15、計算節點接收上述計算作業信息，對各調整方案進行計算分析， 具體步驟如下
(1) 、根據調整步長，形成具體的調整措施及對應的計算數據文件；
(2) 、計算數據應用於當前運行方式上，進行潮流計算，得到調整後新 的運4於方式數糹居；
(3) 、進行暫態穩定校核。
步驟17-20上述計算完畢後，計算結果回傳到管理節點，以便管理節點根 據該計算分析結果對電網進行決策。如，管理節點負責匯總比較所有調整方案 的計算結果。最終根據輔助決策的計算結杲(即實施控制措施後，電力系統是 否恢復穩定)，在人機界面上顯示輸出針對當前故障的保證系統穩定的最經濟 (調整量和調整元件最小)的輔助決策調整方案或告警信息，供運行調度人員使 用。
本實施例實現的調度輔助決策功能，能夠改變以往以人工經驗為主要手段的電網運行調度模式，提高電網安全控制的及時性和確定性，提升電網調度的 智能化水平，為電網運行方式量化分析及預防控制預案的制定提供重要的技術 支撐，提高電網對各類風險的應對能力。
本發明提出的方法將安全穩定量化分析和計算機集群技術相結合，可以在 兩次故障仿真時間內完成計算，大大縮短了決策計算時間，很好解決了跨區電 網預防控制計算量大的問題。
設某電網系統，在當前的運行方式下，若某聯絡線發生三相短路故障，故
障後tl秒故障線路跳閘，系統在t2秒功角失穩。選擇失穩時刻的發電機最大相 對功角作為觀察的狀態量，選擇故障線路涉及區域內的發電機有功出力作為調
整對象。建立以發電機為主的系統靈敏度模型，求解軌跡靈敏度(最大相對功 角/發電機有功出力)，並對求得的軌跡靈敏度進行排序。以故障線路開斷損失 的傳輸功率作為功率調整的上限，將此量劃分為若干調整檔位。根據求得的各 發電機靈敏度，並行計算各發電機在相應檔位的有功出力，計算結果回送到調 度伺服器。調度伺服器綜合比較各節點上傳來的計算結果，選取使潮流收斂、 暫穩校核穩定且控制代價最優的調整方案，顯示輸出對應的詳細的發電機調節 方式給電網運行調度人員。 實施例二
如圖2所示，本實施例提供了一種基於大規模並行處理的在線調度輔助決 策裝置，包括管理節點和計算節點。
所述管理節點，用於收集並分析動態安全評估結果，並根據所迷評估結果 確定失穩作業；根據對失穩作業的各動態元件的軌跡信息，控制電力系統狀態 量對各運行參數的軌跡靈敏度計算；根據得到的軌跡靈敏度信息調整元件的調 整限值以及設定的調整步長，形成調整方案，並將該調整方案以計算作業形式 下發給各計算節點；接收計算節點返回的計算分析結果，並根據該計算分析結 果對電網進行決策。
計算節點，用於對各調整方案進行計算分析，並將計算分析結果回傳到管理節點。具體而言，所述計算節點用於接收管理節點下發的調整方案；根據調
整步長，形成具體的調整措施及對應的計算數據文件；計算數據應用於當前運 行方式上，進行潮流計算，獲得調整後新的運行方式數據；進行暫態穩定校核； 然後計算分析結果回傳到管理節點。
所述管理節點包括確定單元，用於收集並分析動態安全評估結果，並根 據所述評估結果確定失穩作業；計算單元，用於一艮據對失穩作業的各動態元件 的軌跡信息，控制電力系統狀態量對各運行參數的軌跡靈每丈度計算；下發單元， 用於根據得到的軌跡靈敏度信息調整元件的調整限值以及設定的調整步長，形 成調整方案，並將該調整方案以計算作業形式下發給各計算節點；接收單元， 用於接收計算節點返回的計算分析結果；決策單元，用於根據所述接收單元接 收的計算分析結果對電網進行決策；顯示單元，用於負責匯總比較所有調整方 案的計算結果，並在人機界面上顯示該計算結果。
所述計算節點包括接收單元，用於接收管理節點下發的調整方案；調整 單元，用於根據調整步長，形成具體的調整措施及對應的計算數據文件；獲得 單元，用於計算數據應用於當前運行方式上，進行潮流計算，獲得調整後新的 運行方式數據；校核單元，用於進行暫態穩定校核；回傳單元，用於將計算分 析結果回傳到管理節點。
基於大規模並行處理技術的在線調度輔助決策方法能夠改變電網運行中 以人工經驗調度為主要手段的電網運行方式安排模式，提高電網預防控制策略 的及時性和確定性，提升各級電網運行決策的科學性。
本發明主要是提供一種在線調度輔助決策計算方法。這種方法以軌跡靈敏 度為計算主體，以並行計算技術為計算手段，對危害電力系統的某一失穩隱患， 計算系統的可調量與系統危險量的相互關係，在線得到針對此故障的預防控制 方案。
雖然通過實施例描繪了本發明，但本領域普通技術人員知道，在不脫離本 發明的精神和實質的情況下，就可使本發明有許多變形和變化，本發明的範圍
ii由所附的權利要求來限定。
權利要求
1、一種基於大規模並行處理的在線調度輔助決策方法，其特徵在於，包括如下步驟收集並分析動態安全評估結果，並根據所述評估結果確定失穩作業；根據對失穩作業的各動態元件的軌跡信息，計算電力系統狀態量對各運行參數的軌跡靈敏度；根據得到的軌跡靈敏度信息調整元件的調整限值以及設定的調整步長，形成調整方案，並將該調整方案以計算作業形式下發給各計算節點；計算節點對各調整方案進行計算分析，並將計算分析結果回傳到管理節點；管理節點根據計算節點返回的計算分析結果對電網進行決策。
2、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述計算節點對調整方案進行計算分析具體包括根據調整步長，形成具體的調整措施及對應的計算數據文件； 計算數據應用於當前運行方式上，進行潮流計算，得到調整後新的運行方式數據；進行暫態穩定校核。
3、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，在所述管理節點根據計算節 點返回的計算分析結果對電網進行決策之後，還執行步驟管理節點負責匯總 比較所有調整方案的計算結果，並在人機界面上顯示該計算結果。
4、 一種基於大規模並行處理的在線調度輔助決策裝置，其特徵在於，包 括管理節點和計算節點；所述管理節點，用於收集並分析動態安全評估結果，並根據所述評估結果 確定失穩作業；根據對失穩作業的各動態元件的軌跡信息，控制電力系統狀態 量對各運行參數的軌跡靈敏度計算；^^艮據得到的軌跡靈敏度信息調整元件的調 整限值以及設定的調整步長，形成調整方案，並將該調整方案以計算作業形式下發給各計算節點；接收計算節點返回的計算分析結果，並^^據該計算分析結 果對電網進行決策；計算節點，用於對各調整方案進行計算分析，並將計算分析結果回傳到管 理節點。
5、 根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述管理節點包括 確定單元，用於收集並分析動態安全評估結果，並糹艮據所述評估結果確定失穩作業；計算單元，用於根據對失穩作業的各動態元件的軌跡信息，控制電力系統 狀態量對各運行參數的軌跡靈敏度計算；下發單元，用於根據得到的軌跡靈敏度信息調整元件的調整限值以及設定 的調整步長，形成調整方案，並將該調整方案以計算作業形式下發給各計算節點；接 收單元，用於接收計算節點返回的計算分析結果；決策單元，用於根據所述接收單元接收的計算分析結果對電網進行決策。
6、 根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述計算節點包括 接收單元，用於接收管理節點下發的調整方案；調整單元，用於根據調整步長，形成具體的調整措施及對應的計算數據文件；獲得單元，用於計算數據應用於當前運行方式上，進行潮流計算，獲得調 整後新的運行方式數據；校核單元，用於進行暫態穩定校核；回傳單元，用於將計算分析結果回傳到管理節點。
7、 根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述管理節點還包括顯示單 元用於負責匯總比較所有調整方案的計算結果，並在人機界面上顯示該計算 結果。
全文摘要
本發明的實施例提供了一種基於大規模並行處理的在線調度輔助決策方法和系統，可解決現有技術不能充分利用電力系統的運行信息而影響了調度輔助決策的準確度的問題。所述方法包括根據所述評估結果確定失穩作業；根據對失穩作業的各動態元件的軌跡信息，計算電力系統狀態量對各運行參數的軌跡靈敏度；根據得到的軌跡靈敏度信息對電網進行決策。所述裝置包括管理節點和計算節點。本發明主要是提供一種在線調度輔助決策計算方法。這種方法以軌跡靈敏度為計算主體，以並行計算技術為計算手段，對危害電力系統的某一失穩隱患，計算系統的可調量與系統危險量的相互關係，在線得到針對此故障的預防控制方案。
文檔編號G06F17/00GK101685964SQ20081016199
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月27日 優先權日2008年9月27日
發明者於之虹, 徐泰山, 李明節, 王軼禹, 濤 許, 許立雄, 辛耀中, 陶洪鑄 申請人:國家電力調度通信中心