一种配电网离线/在线一体化仿真系统和方法技术方案

本发明专利技术提供的一种配电网离线/在线一体化仿真系统和方法，包括：客户端，用于向服务器端发送仿真请求，以及获得服务器端发送的仿真结果；服务器端，用于基于所述仿真请求和从物理电网获取的配电网参数，采用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和对应的配电网多维分辨率模型，基于事件驱动的方式进行离线/在线连续状态的仿真，并将仿真结果发送至客户端；复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括多个不同层级的仿真内核算法引擎；本发明专利技术具有如下优点：本发明专利技术通过仿真引擎的计算能力的灵活切换，能够进行多个连续状态的连续仿真。能够进行多个连续状态的连续仿真。能够进行多个连续状态的连续仿真。

【技术实现步骤摘要】
一种配电网离线/在线一体化仿真系统和方法


[0001]本专利技术属于配电网运行分析
，具体涉及一种配电网离线/在线一体化仿真系统和方法。

技术介绍

[0002]配电网横跨多个电压层级，电网结构复杂互联，是联结大电网和用户负荷的最复杂环节。配电网紧邻用户侧，建设投资巨大，配电网停电导致的风险激增，其安全可靠经济运行关乎国家安全与国计民生。
[0003]作为配电技术研究与运行分析的基础手段与重要工具，配电网仿真展现了配电网在不同配置、结构与工况下各节点及支路的电气特征，据此可进行规划设计、运行维护或调度决策，最终有效提高配电网建设投资的合理性与运维方案的可靠性。因此，配电网仿真的完善程度，直接制约了配电网技术的发展，成为目前提高配电网可靠经济运行水平过程中亟需突破的一大瓶颈。
[0004]随着配电网电力电子化程度的不断提升，大量分布式电源、微电网、电动汽车等新型元件或系统的引入到配电网，其复杂性发生了跨越式增长，传统配电网已从简单拓扑的辐射型网络逐渐演变为包含多种分布式电源、多分段多联络的有源配电网。分布式光伏在有源配电网中的接入容量不断提升，可以节约大量的化石能源，降低配电网传输线路的损耗，还能够延缓配电网扩容的相关投资，但也带来了一系列新的问题，例如电压越限、保护配合以及电压波动，大大提高了仿真分析的难度。目前，在配电网仿真方面，存在的突出问题主要体现在以下三个方面：（1）仿真引擎方面现有配电网仿真引擎主要分为暂态仿真软件，如Dig-SILENT，稳态仿真软件如Cyme，均只适用于一种仿真状态，仿真多种状态时为相互独立的仿真场景，各状态仿真之间缺乏关联，无法有效刻画有源配电网离散状态与连续过程耦合交织的动态过程，因此仿真适应性与精度存在不足。
[0005]（2）仿真模型切换方面。
[0006]配电网中变压器、线路、电力电子逆变器、机械开关等时间常数差异巨大，在配电网不同运行状态仿真中需要选择不同分辨率的模型，从而实现不同精细程度仿真，达到精度与效率之间的最优。目前，配电网仿真软件系统中的仿真模型大部分为手工选择建模，针对不同运行状态的仿真系统模型构建依赖于仿真建模人员的知识经验或者试凑不同模型的效果来选择，存在较大的不确定。因此，急需一种能够在不同状态配电网仿真过程的模型优选方法以及状态切换前后模型能够跟踪自适应切换的方法，从而解决仿真模型的合理选用问题，最大程度提高仿真精度。
[0007]（3）多运行状态仿真场景按照研究对象时间尺度的不同，配电网仿真方法主要可分为2类，即稳态仿真和动态仿真。稳态仿真适用于有源配电网潮流计算、无功优化、优化潮流、自愈控制等较长时间尺度
的运行参数变化过程。然而，稳态模型对于元件结构的过度简化，导致稳态仿真不能展现系统在各种稳定状态之间变化的具体过程，进而会降低仿真结果的可信度。
[0008]为分析有源配电网在较短时间内的状态变化过程，动态仿真被用于逆变型分布式电源电压控制、配电网故障定位与处理等快速动态过程的分析。此外，结合并行计算等快速仿真方法，动态仿真还可以实现有源配电网电压控制和故障保护等过程的实时仿真。动态仿真在精确度和实时性方面均优于稳态仿真，与此同时也会占用大量的计算资源，因此不适用于有源配电网的全过程连续仿真。
[0009]为兼容不同时间尺度有源配电网典型事件的联合仿真，相关学者已开展了多项研究。汤涌．交直流电力系统多时间尺度全过程仿真和建模研究新进展[J]．电网技术，2009，33(16)：1-8提出了输电网电磁暂态/机电暂态混合仿真以及机电暂态/中长期动态混合仿真等方法，然而有源配电网建模过程中对于电源、线路、负荷等元件的前提假设与输电网存在明显差异，因此该混合仿真方法不适用于有源配电网。蒲天骄，陈乃仕，王晓辉，等．主动配电网多源协同优化调度架构分析及应用设计[J]．电力系统自动化，2016，40(1)：17-23，32将有源配电网运行状态定义为 3 类(故障状态、异常状态、正常状态)，有利于针对不同运行状态对配电网进行优化调度，但未建立运行状态边界条件及转换关系，因而未能将该运行状态划分方法应用于有源配电网典型事件仿真。李媛禧，顾荣伟，林今．基于混合仿真的主动配电网运行态势时序仿真平台[J]．电力自动化设备，2017，37(5)：142-147，154提出了一种事件驱动型的有源配电网运行态势时序仿真方法，能够利用事件驱动技术提高仿真效率，降低仿真计算资源占有率。然而该时序仿真方法仅限于分析准稳态级别的有源配电网事件，未能兼顾有源配电网中故障、保护等典型动态事件。
[0010]综上所述，当前配电网仿真工具，多为离线工具，不基于实际运行数据，并且未提供与配电网运行系统的相关接口。另外，有源配电网中分布式电源、充电桩、燃料电池等设备的出现，导致仿真模型库中的新型元件模型欠缺；当前主流配电网仿真软件均只涵盖潮流、短路计算及暂态仿真等基本仿真功能，不具备配电网线损计算、可靠性计算、风险分析、故障分析与转供等针对性较强的配电网高级仿真功能；当前配电网仿真在线仿真主要为针对时序数据进行某个时间断面的在线仿真，不能进行多个连续状态的连续仿真。
[0011]专利技术专利《一种面向复杂配电网的在线优化仿真系统》（CN 201510486151.7）提供了一种面向复杂配电网的在线优化仿真系统，包括：数据层、封装层和前端。数据层、封装层和前端依次连接，数据层，用于获取配电网在线数据和本地数据，并对配电网在线数据和本地数据进行初始化；封装层，用于将仿真计算功能封装成仿真服务，即一个仿真计算功能对应一个COM组件，并自动匹配最优算法求解目标函数最小值化模型；前端用于提供统一的人机交互单元调用封装层的仿真服务。该专利技术提供的系统能够实现配电网在线数据的抽取、解析和清洗，设计面向服务的优化计算架构方式，并提出基于多种算法自动匹配的优化计算方法。该专利技术的仿真系统结构图如图2所示。
[0012]专利技术专利《一种面向复杂配电网的在线优化仿真系统》提供的一种面向复杂配电网的在线优化仿真系统实现配电网在线数据的抽取、解析和清洗，用于后续的优化计算。该专利存在以下缺点：（1）由于进行在线数据的抽取、解析和清洗，不能针对配电网的时序数据进行连续计算；
（2）优化计算过程中采用固定步长，未采用变步长技术；（3）仅能进行优化计算，不能对配电网的多个运行状态进行连续仿真。

技术实现思路

[0013]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提出一种配电网离线/在线一体化仿真系统，包括：客户端，用于向服务器端发送仿真请求，以及获得所述服务器端发送的仿真结果；所述服务器端，用于基于所述仿真请求和从物理电网获取的配电网参数，采用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和对应的配电网多维分辨率模型，基于事件驱动的方式进行离线/在线连续状态的仿真，并将仿真结果发送至所述客户端；其中，所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括多个不同层级的仿真内核算法引擎；所述配电网多维分辨率模型包括多个不同分辨率的配电网仿真模型。
[0014]优选的，所述服务器端包括复杂有源配电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种配电网离线/在线一体化仿真系统，其特征在于，包括：客户端，用于向服务器端发送仿真请求；以及获得所述服务器端发送的仿真结果；所述服务器端，用于基于所述仿真请求和从物理电网获取的配电网参数，采用复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和对应的配电网多维分辨率模型，基于事件驱动的方式进行离线/在线连续状态的仿真，并将仿真结果发送至所述客户端；其中，所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括多个不同层级的仿真内核算法引擎；所述配电网多维分辨率模型包括多个不同分辨率的配电网仿真模型。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述服务器端包括复杂有源配电网多运行状态仿真引擎、有源配电网仿真模型库、支撑功能子系统和应用功能子系统；所述支撑功能子系统，用于当仿真请求为支撑功能方面的仿真请求时，调用所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和有源配电网仿真模型库，进行支撑功能方面的离线/在线连续状态的连续仿真，所述支撑功能包括：三相潮流计算、故障分析、状态估计与可靠性计算；所述应用功能子系统，用于当仿真请求为应用功能方面的仿真请求时，调用所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎和有源配电网仿真模型库，进行应用功能方面的离线/在线连续状态的仿真，所述应用功能包括：风险扫描和应用重构；所述有源配电网仿真模型库，用于存储配电网多维分辨率模型，还用于基于配电网状态，以仿真累积误差和仿真耗时最小为目标，从配电网多维分辨率模型选择不同分辨率的配电网仿真模型组合发送至所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎；所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎，用于根据支撑功能子系统或应用功能子系统的调用信息，基于事件、配电网状态和有源配电网仿真模型库选择的仿真模型组合，根据所述配电网参数和仿真请求选择不同层级的仿真内核算法引擎进行仿真，得到配电网在下一时刻的状态；其中，不同层级的仿真内核算法引擎包括：单元级引擎、功能级引擎和状态级引擎；其中，所述配电网状态是由配电网参数确定的。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述复杂有源配电网多运行状态仿真引擎包括：仿真内核算法引擎模块、引擎控制模块、时序事件推进模块、通信模块、结果分析模块、和交互模块；所述通信模块，用于获取配电网参数并发送至所述时序事件推进模块；所述时序事件推进模块，用于记录有源配电网仿真的时序事件，在所述时序事件的触发时刻牵引所述引擎控制模块切换仿真内核算法引擎；还用于将配电网参数发送至所述引擎控制模块，还用于将仿真内核算法引擎的计算的配电网状态和参数发送至所述结果分析模块；所述引擎控制模块，用于基于配电网状态和/或时序事件选择仿真内核算法引擎；还用于将配电网参数发送至所述仿真内核算法引擎模块，还用于将计算得到的配电网状态和参数发送至所述时序事件推进模块；所述仿真内核算法引擎模块，用于存储多个层级的仿真内核算法引擎，并基于被选择仿真内核算法引擎、配电网参数和有源配电网仿真模型库选择的仿真模型组合进行仿真计算得到配电网下一时刻的配电网状态和参数，将配电网状态和参数发送至所述引擎控制模
块；所述结果分析模块，用于提取所述配电网参数和状态并发送至所述交互模块；所述交互模块，用于将所述仿真配电网参数和状态发送至所述客户端；其中，所述单元级引擎包括：大型微分代数方程组数值积分算法、大型线性稀疏方程组的求解算法、大型非线性方程组的求解方法、微分方程求解方法和矩阵的加减乘除；所述功能级引擎包括：牛顿法潮流计算、交直流混合潮流计算、单向接地短路故障计算方法、短线仿真计算方法、序贯蒙特卡洛可靠性算法和无功优化方法；所述状态级引擎包括：故障状态时序仿真、正常状态时序仿真、风险状态时序仿真、优化状态时序仿真和供电恢复过程仿真。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述仿真内核算法引擎模块还包括：步长控制单元；所述步长控制单元，用于在仿真计算过程中根据仿真结果的陡度调整仿真步长。5.如权利要求3所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛万兴，孟晓丽，刘科研，贾东梨，叶学顺，何开元，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：