面向調(diào)度員培訓(xùn)仿真的教案自動(dòng)生成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向調(diào)度員培訓(xùn)仿真的教案自動(dòng)生成方法，包括如下步驟：⑴輸入電網(wǎng)斷面及設(shè)備的參數(shù)；⑵設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件；⑶設(shè)置培訓(xùn)教案中的設(shè)備投運(yùn)狀態(tài)；⑷采用基于互補(bǔ)約束的光滑牛頓法對(duì)培訓(xùn)教案中的電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整，求解出最接近教員設(shè)定目標(biāo)的潮流可行解；⑸按照求解結(jié)果對(duì)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)中的電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)設(shè)定；⑹調(diào)用潮流計(jì)算模塊進(jìn)行潮流計(jì)算，檢查潮流計(jì)算結(jié)果是否滿足初始設(shè)定條件；⑺如果不滿足初始設(shè)定條件，則返回步驟⑵重新設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件；如果滿足初始設(shè)定條件，則保存所述培訓(xùn)教案。利用本發(fā)明，可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式的自動(dòng)整定實(shí)現(xiàn)教案制作的智能化、自動(dòng)化。
【專利說明】面向調(diào)度員培訓(xùn)仿真的教案自動(dòng)生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種培訓(xùn)教案生成方法，尤其涉及一種面向調(diào)度員培訓(xùn)仿真的教案自動(dòng)生成方法，屬于電力系統(tǒng)仿真【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]為了確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，電力企業(yè)需要通過加強(qiáng)日常培訓(xùn)、崗位考核、反事故演練等提聞?wù){(diào)度員的技術(shù)素質(zhì)和反事故能力，以便提聞對(duì)電網(wǎng)的駕馭能力，有效防范災(zāi)難性大停電事故的發(fā)生。在電力系統(tǒng)的培訓(xùn)教學(xué)中，教案是指特定條件(時(shí)間、空間、目標(biāo))下的電網(wǎng)一次系統(tǒng)仿真運(yùn)行狀態(tài)。教員可以利用教案演示電力系統(tǒng)運(yùn)行中的各種故障事件，使調(diào)度員有針對(duì)性地進(jìn)行練習(xí)，掌握應(yīng)對(duì)電網(wǎng)突發(fā)情況的本領(lǐng)。
[0003]在申請(qǐng)?zhí)枮?01210546395.6的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)中，公開了一種DTS(Dispatcher Training System,調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng))培訓(xùn)教案的生成方法。該方法包括以下步驟:獲取實(shí)際的SCADA系統(tǒng)從實(shí)際電網(wǎng)中的變電站上所采集到的所有實(shí)時(shí)信息；根據(jù)所述實(shí)時(shí)信息生成DTS培訓(xùn)教案；其中，所生成的DTS培訓(xùn)教案的信息與實(shí)際的SCADA系統(tǒng)保持一致。該DTS培訓(xùn)教案與實(shí)際在線的EMS運(yùn)行狀態(tài)是一致的，因此所生成的DTS培訓(xùn)教案的真實(shí)性得到了極大的保障。
[0004]另外，在申請(qǐng)?zhí)枮?01210545506.1的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)中，公開了一種調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)教案的生成方法。所述方法包括以下步驟:判斷實(shí)際的電網(wǎng)系統(tǒng)是否發(fā)生了事故；若是，則按照設(shè)定的條件將SCADA系統(tǒng)中實(shí)際發(fā)生的事故信息保存到DTS系統(tǒng)中；在所述DTS系統(tǒng)中根據(jù)預(yù)設(shè)規(guī)則獲取所述事故信息中的事件及斷面，并根據(jù)所述事件及斷面自動(dòng)生成DTS培訓(xùn)教案。該調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)培訓(xùn)教案的生成方法克服了由于手工錄入教案所帶來的工作量大、教案設(shè)置繁瑣且時(shí)間長(zhǎng)的問題，更能符合電網(wǎng)調(diào)度從經(jīng)驗(yàn)型向分析型轉(zhuǎn)變的要求。
[0005]當(dāng)前，調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)所仿真的對(duì)象一電網(wǎng)一次系統(tǒng)日益復(fù)雜，相應(yīng)的培訓(xùn)教案制作工作也變得越來越復(fù)雜。在制作教案的過程中，各個(gè)斷面功率、電網(wǎng)負(fù)荷、廠站出力等都需要教員一一設(shè)置，給教員帶來了很大的工作負(fù)擔(dān)。而且，所制作的教案能否獲得符合教員期望的潮流可行解仍然是一個(gè)亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供面向調(diào)度員培訓(xùn)仿真的教案自動(dòng)生成方法。利用該方法可以實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)教案中電網(wǎng)運(yùn)行方式的自動(dòng)調(diào)整。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案:
[0008]一種面向調(diào)度員培訓(xùn)仿真的教案自動(dòng)生成方法，包括如下步驟:
[0009]⑴輸入電網(wǎng)斷面及設(shè)備的參數(shù)；
[0010]⑵設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件；
[0011]⑶設(shè)置培訓(xùn)教案中的設(shè)備投運(yùn)狀態(tài)；[0012]⑷采用基于互補(bǔ)約束的光滑牛頓法對(duì)培訓(xùn)教案中的電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整，求解出最接近教員設(shè)定目標(biāo)的潮流可行解；
[0013](5)按照求解結(jié)果對(duì)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)中的電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)設(shè)定；
[0014](6)調(diào)用潮流計(jì)算模塊進(jìn)行潮流計(jì)算，檢查潮流計(jì)算結(jié)果是否滿足初始設(shè)定條件；
[0015](7)如果不滿足初始設(shè)定條件，則返回步驟⑵重新設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件；如果滿足初始設(shè)定條件，則保存所述培訓(xùn)教案。
[0016]其中較優(yōu)地，所述電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件包括:所期望的培訓(xùn)教案中的全網(wǎng)總負(fù)荷；培訓(xùn)教案中所關(guān)注的聯(lián)絡(luò)線斷面的功率設(shè)定值；培訓(xùn)教案中所關(guān)注的廠站的總出力或總負(fù)荷。
[0017]其中較優(yōu)地，所述步驟⑷進(jìn)一步包括:
[0018]確定目標(biāo)函數(shù)；
[0019]將培訓(xùn)教案中所關(guān)注的聯(lián)絡(luò)線斷面的功率設(shè)定值和培訓(xùn)教案中所關(guān)注的廠站的有功總出力或總負(fù)荷轉(zhuǎn)換為等式約束或不等式約束；
[0020]調(diào)用光滑牛頓解耦算法進(jìn)行求解。
[0021]其中較優(yōu)地，首先構(gòu)造有約束的優(yōu)化模型:以可安全供電總負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，以潮流方程約束為約束條件，以有功分量和無功分量為控制變量；然后按照培訓(xùn)教案中的全網(wǎng)總負(fù)荷確定目標(biāo)函數(shù)。
[0022]其中較優(yōu)地，所述調(diào)用光滑牛頓解耦算法求解的步驟進(jìn)一步包括:在初始化之后進(jìn)行迭代運(yùn)算，在迭代運(yùn)算過程中進(jìn)行迭代終止判斷；計(jì)算修正牛頓方向和迭代步長(zhǎng)；弓丨入修正判斷并更新變量。
[0023]本發(fā)明所提供的面向調(diào)度員培訓(xùn)仿真的教案自動(dòng)生成方法，采用基于互補(bǔ)約束的光滑牛頓法實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)教案中電網(wǎng)運(yùn)行方式的自動(dòng)調(diào)整。利用本發(fā)明，可以根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式的自動(dòng)整定實(shí)現(xiàn)教案制作的智能化、自動(dòng)化，極大減少培訓(xùn)前教員的準(zhǔn)備工作量，提高調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的可用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明所提供的培訓(xùn)教案自動(dòng)生成方法的整體流程示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明中，光滑牛頓解耦算法的計(jì)算流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]如圖1所示，本培訓(xùn)教案自動(dòng)生成方法主要包括如下步驟:輸入電網(wǎng)斷面及設(shè)備的參數(shù)；設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件；設(shè)置培訓(xùn)教案中的設(shè)備投運(yùn)狀態(tài)；采用基于互補(bǔ)約束的光滑牛頓法對(duì)培訓(xùn)教案中的電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整，求解出最接近教員設(shè)定目標(biāo)的潮流可行解；按照求解結(jié)果對(duì)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)中的電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)設(shè)定；調(diào)用潮流計(jì)算模塊進(jìn)行潮流計(jì)算，檢查潮流計(jì)算結(jié)果，看是否滿足初始設(shè)定條件；如果不滿足初始設(shè)定條件，則返回重新設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件；如果滿足初始設(shè)定條件，則對(duì)培訓(xùn)教案進(jìn)行保存，從而生成教員所期望的培訓(xùn)教案。下面展開詳細(xì)具體的說明。
[0028]首先，教員通過調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)或者由歷史教案獲得當(dāng)前電網(wǎng)斷面(潮流斷面)及設(shè)備參數(shù)。其中設(shè)備參數(shù)包括所有設(shè)備的限制參數(shù)，優(yōu)選包括:線路參數(shù)(線路電阻電抗、線路功率上限)、變壓器參數(shù)(電阻電抗、檔位信息、容量上限)、電容電抗器參數(shù)(容抗值或感抗值)、發(fā)電機(jī)參數(shù)(出力上限)、負(fù)荷參數(shù)(有功和無功的上下限、功率因數(shù))、節(jié)點(diǎn)信息(電壓上下限)等。
[0029]接著，教員通過人機(jī)交互界面，設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件(即調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的控制參數(shù))。具體包括:所期望的培訓(xùn)教案中的全網(wǎng)總負(fù)荷；培訓(xùn)教案中所關(guān)注的聯(lián)絡(luò)線斷面的功率設(shè)定值；培訓(xùn)教案中所關(guān)注的廠站的總出力或總負(fù)荷。
[0030]然后，教員進(jìn)一步設(shè)置培訓(xùn)教案中的設(shè)備投運(yùn)狀態(tài)。這里的設(shè)備投運(yùn)狀態(tài)主要包括發(fā)電機(jī)的投停狀態(tài)、負(fù)荷投停狀態(tài)、線路投停狀態(tài)、變壓器投停狀態(tài)和電容電抗器投停狀態(tài)等。
[0031]在現(xiàn)有技術(shù)中，教員所期望的培訓(xùn)教案往往出現(xiàn)潮流不可解的情況，嚴(yán)重影響教案制作的效率。針對(duì)這一問題，本發(fā)明采用基于互補(bǔ)約束的光滑牛頓法對(duì)培訓(xùn)教案中的電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。這里的電網(wǎng)運(yùn)行方式自動(dòng)調(diào)整是以全網(wǎng)負(fù)荷有功、區(qū)域負(fù)荷有功、聯(lián)絡(luò)線斷面功率的仿真值與設(shè)定值的差值平方根為目標(biāo)函數(shù)，以潮流方程約束及其它上下限等約束為約束條件，以有功分量(發(fā)電機(jī)出力、負(fù)荷有功需求)和無功分量(發(fā)電機(jī)無功出力、無功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償容量、變壓器變比、負(fù)荷的無功需求)為控制變量，構(gòu)造出有約束的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；在上述模型的基礎(chǔ)上，自動(dòng)求解出最接近教員設(shè)定目標(biāo)的潮流可行解。
[0032]在電力系統(tǒng)中，潮流解是多維變量(包括所有節(jié)點(diǎn)的發(fā)電機(jī)出力、負(fù)荷、變壓器分接頭位置、無功電源等所有可控變量)的函數(shù)。根據(jù)這些變量是否可獲得潮流解及解的性質(zhì)可把變量空間分成三個(gè)區(qū)域:可行域、緊急域和不可行域。在可行域中，潮流方程存在實(shí)數(shù)解，其解能滿足系統(tǒng)所有不等式約束條件，運(yùn)用常規(guī)的牛頓法經(jīng)過數(shù)次迭代即可收斂獲得其潮流可行解。在緊急域中，潮流方程存在實(shí)數(shù)解，但是存在一個(gè)或多個(gè)約束條件不滿足，把緊急域內(nèi)任何一點(diǎn)作為初始點(diǎn)進(jìn)行潮流計(jì)算時(shí)，潮流計(jì)算可能不收斂，但其原因是系統(tǒng)病態(tài)問題，可采用求解病態(tài)潮流的方法獲得其相應(yīng)潮流解。在不可行域中，潮流方程無實(shí)數(shù)解，用任何解潮流的方法均無法得到其解。
[0033]對(duì)于任意給定的一組機(jī)組出力、負(fù)荷需求，若處于不可行域中，必須對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行一定的調(diào)整才能得到可行解，否則無法獲得有效潮流解。因此，該問題即為如何通過調(diào)整相應(yīng)的控制變量，該控制變量包括:有功分量(發(fā)電機(jī)出力、負(fù)荷有功需求)和無功分量(發(fā)電機(jī)無功出力、無功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償容量、變壓器變比、負(fù)荷的無功需求)，使得某一目標(biāo)函數(shù)得到最優(yōu)的同時(shí)，使系統(tǒng)的潮流方程有解，且其解滿足各種安全約束，即使得機(jī)組出力和負(fù)荷需求以及相應(yīng)的調(diào)節(jié)變量回到可行域中。該問題是一典型的高維混合整數(shù)非線性優(yōu)化問題。
[0034]為了解決上述問題，在本發(fā)明中采用基于互補(bǔ)約束的光滑牛頓法進(jìn)行求解。具體求解步驟說明如下:
[0035]步驟1:確定目標(biāo)函數(shù)。
[0036]首先構(gòu)造有約束的優(yōu)化模型:以可安全供電總負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，以潮流方程約束及其它各種約束為約束條件，以有功分量(發(fā)電機(jī)出力、負(fù)荷有功需求)和無功分量(發(fā)電機(jī)無功出力、無功補(bǔ)償裝置補(bǔ)償容量、變壓器變比、負(fù)荷的無功需求)為控制變量。
[0037]在步驟I中，按照教員所期望的培訓(xùn)教案中的全網(wǎng)總負(fù)荷(假設(shè)為確定目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)按下式(I)得到:
【權(quán)利要求】
1.一種面向調(diào)度員培訓(xùn)仿真的教案自動(dòng)生成方法，其特征在于，包括如下步驟: ⑴輸入電網(wǎng)斷面及設(shè)備的參數(shù)； ⑵設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件； ⑶設(shè)置培訓(xùn)教案中的設(shè)備投運(yùn)狀態(tài)； ⑷采用基于互補(bǔ)約束的光滑牛頓法對(duì)培訓(xùn)教案中的電網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整，求解出最接近教員設(shè)定目標(biāo)的潮流可行解； (5)按照求解結(jié)果對(duì)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)中的電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)設(shè)定； (6)調(diào)用潮流計(jì)算模塊進(jìn)行潮流計(jì)算，檢查潮流計(jì)算結(jié)果是否滿足初始設(shè)定條件； ⑴如果不滿足初始設(shè)定條件，則返回步驟⑵重新設(shè)定電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件；如果滿足初始設(shè)定條件，則保存所述培訓(xùn)教案。
2.如權(quán)利要求1所述的教案自動(dòng)生成方法，其特征在于所述電網(wǎng)運(yùn)行的約束條件包括:所期望的培訓(xùn)教案中的全網(wǎng)總負(fù)荷；培訓(xùn)教案中所關(guān)注的聯(lián)絡(luò)線斷面的功率設(shè)定值；培訓(xùn)教案中所關(guān)注的廠站的總出力或總負(fù)荷。
3.如權(quán)利要求1所述的教案自動(dòng)生成方法，其特征在于，所述步驟⑷進(jìn)一步包括: 確定目標(biāo)函數(shù)； 將培訓(xùn)教案中所關(guān)注的聯(lián)絡(luò)線斷面的功率設(shè)定值和培訓(xùn)教案中所關(guān)注的廠站的有功總出力或總負(fù)荷轉(zhuǎn)換為等式約束或不等式約束； 調(diào)用光滑牛頓解耦算法進(jìn)行求解。
4.如權(quán)利要求3所述的教案自動(dòng)生成方法，其特征在于: 首先構(gòu)造有約束的優(yōu)化模型:以可安全供電總負(fù)荷最大為目標(biāo)函數(shù)，以潮流方程約束為約束條件，以有功分量和無功分量為控制變量；然后按照培訓(xùn)教案中的全網(wǎng)總負(fù)荷確定目標(biāo)函數(shù)。
5.如權(quán)利要求3所述的教案自動(dòng)生成方法，其特征在于，所述調(diào)用光滑牛頓解耦算法求解的步驟進(jìn)一步包括:在初始化之后進(jìn)行迭代運(yùn)算，在迭代運(yùn)算過程中進(jìn)行迭代終止判斷；計(jì)算修正牛頓方向和迭代步長(zhǎng)；引入修正判斷并更新變量。
【文檔編號(hào)】G09B25/02GK103440811SQ201310390955
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月31日
【發(fā)明者】江葉峰, 魏文輝, 周挺, 趙家慶, 高峰, 熊浩, 周書進(jìn), 李雪松, 陳捷, 徐田, 楊選懷, 張盛, 范青, 畢明德, 周宇植, 錢科軍, 呂洋, 王應(yīng)宇, 趙云軍, 熊駿 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司, 江蘇省電力公司蘇州供電公司