技术领域
[0001] 本
发明涉及灾害监控领域，具体涉及一种电力灾害监控和模拟系统。
背景技术
[0002] 电力系统与供
水、供气、交通、通讯多个系统相关联，是大型复杂生命线系统中最重要组成部分之一。由于
自然灾害和故障引发的电力系统事故和损失十分惨重。近些年来，电力系统因自然灾害所引发的故障呈现逐年递增的态势。危害电力系统的自然灾害包括
风灾、
地震、
雪灾、极端气温等等。
[0003] 开展电力系统防灾研究，提高电力系统在自然灾害下的安全性是一个刻不容缓的任务和挑战。尤其在满足控制和分析功能的
基础上，如何实现对电力灾害和监控和模拟演示，变得迫在眉睫。
发明内容
[0004] 为了解决上述
现有技术中存在的
缺陷和不足，本发明一种电力灾害监控和模拟系统，其特征在于，包括：灾害监控装置、
电网控制装置、电网分析装置和调度模拟装置；其中。
[0005] 所述灾害监测装置，用于。
[0006] （1）洪水
数据采集、水务计算、枢纽运行和流域监视。洪水数据采集包括遥测数据采集，报汛数据采集和处理、数据通信；水务计算包括实时
数据处理，常规数据处理和水务计算处理；枢纽运行是对水利枢纽进行综合监视；流域监视是基于位图和
地理信息系统GIS
对流域或子流域区间进行监视。
[0007] （2）接收并保存雷电数据，生成雷电走势图，生成电网设备的雷电活动告警，查询线路
雷击故障发生的
位置、判别
线路跳闸性质是否为雷电引起，并通过统计分析生成电网雷电活动报表和雷电活动强弱分布图。
[0008] （3）机组监测，包括燃
煤机组烟气
脱硫实时监测、火
电机组煤耗在线监测和热电机组热负荷在线监测。进行火电厂脱硫系统，火力
发电机组供电煤耗，供
热机组热力和电力数据的在线采集、传输、处理、计算和分析。
[0009] （4）对风电、
光伏发电相关数据的监测，其中，风电数据监测通过实时釆集风
电场区域范围内的气象要素，监测风电场
风力变化情况，为风电机组出力预测提供数据来源；光伏发电数据监测接收外部气象数据并将其解析成
太阳能板
电压、和
电池电压数据，为光伏发电机组出力预测提供数据来源。
[0010] （5）气象监测和气象信息接入，其中，气象监测是在重要变电站及输电网架周围，布设各种自动气象观测、图像监视和雷电监测设施，建立气象信息釆集及传输、存储中心，基于地理信息和遥感影像，进行实时监测；气象信息接入是从气象台获取预报和实时气象信息。
[0011] （6）对系统运行工况进行实时监视管理，监视对象包括电网运行数据、通信通道、系统网络、应用子系统运行工况以及自动化系统机房运行环境监视，对数据进行处理，以短消息方式向工作人员报告应用子系统的运行情况。
[0012] 所述电网控制装置包括发电控
制模块和电压
控制模块。
[0013] 所述发电控制模块通过控制调度区域内发电机组的有功功率使发电自动
跟踪负荷变化，维持系统
频率为额定值，维持电网联络线交换功率，监视备用容量，实现负荷频率控制、备用容量计算、控制区域和机组性能考核。
[0014] 所述发电控制模块接收和处理实时遥测和遥信数据，包括系统频率、联络线交换功率、时差、上级调度下发的区域控制偏差、机组有功功率、机组调节上下限、机组受控状态和机组升/降功率闭
锁信号。
[0015] 所述发电控制模块的运行状态包括在线状态、离线状态和暂停状态。
[0016] 所述发电控制模块的控制模式包括。
[0017] 定频率控制，维持系统频率恒定，此时，区域控制偏差计算公式中仅包含频率分量。
[0018] 定联络线交换功率控制，维持联络线交换功率的恒定，此时，区域控制偏差计算公式中仅包含联络线交换功率分量。
[0019] 联络线和
频率偏差控制，同时控制系统频率和联络线交换功率，此时，区域控制偏差计算公式中同时包含频率分量和联络线交换功率分量。
[0020] 所述发电控制模块在控制过程中纠正系统频率偏差产生的时钟误差和净交换功率偏离计划值时所产生的无意交换电量，时差校正和电量偿支持人工或自动两种启动方式。
[0021] 所述电压控制模块用于对电网
母线电压、发电机
无功功率、电网无功潮流监视和自动控制；利用电网实时数据和状态估计提供的实时方式进行分析计算，对无功可调控设备进行在线闭环控制，并进行无功优化。
[0022] 所述无功优化在满足电网运行和安全约束的前提下，以整个电网的网损最小化为优化目标，给出各分区中枢母线电压和关键联络线无功的优化设定值，同时支持运行监视、控制决策、协调控制、控制执行及闭锁。
[0023] 所述电压控制模块基于采集的电网实时运行数据，对发电机无功功率、有载调压
变压器分接头、可投切无功补偿装置、静止无功补偿装置等无功电压设备进行在线优化闭环控制，实现无功电压分级控制模式。
[0024] 所述电网分析装置，用于。
[0025] (1)对网络进行拓扑分析，确定网络接线模型，建立网络母线模型和电气岛模型，并提供给其他应用和模块使用。
[0026] (2)根据网络接线信息、网络参数、冗余的模拟量测值和
开关量状态，求取母线电压幅值和相
角的估计值，检测可疑数据，辨识不良数据，校核实时测量的准确性，并计算全部支路潮流，为电力系统的可观测部分和不可观测部分提供电网潮流解。状态估计生成完整的实时网络状态数据，为其他应用和模块提供实时运行方式数据。
[0027] (3)分析实时方式和各种假想方式下电网运行状态，在网络拓扑模型基础上，根据给定的注入功率及母线电压计算各母线的状态量、网络各支路的有功和无功功率。
[0028] (4)利用电网运行数据和方式数据计算机组有功功率对线路有功潮流、机组有功功率对断面潮流、机组无功功率对母线电压、无功补偿设备投切对母线电压、变压器抽头对母线电压的灵敏度；计算网络有功损耗对机组有功功率、区域交换功率、联络线功率等的灵敏度和罚因子。
[0029] (5)评估电力系统中元件或元件组合发生故障时，对电力系统安全运行产生的影响，计算故障发生后引起元件越限时系统的运行状态，对整个电网的安全水平进行评估，对电网安全运行构成威胁的故障进行警示，评价故障对系统安全运行的影响。
[0030] (6)计算实时和未来的基态或N-1条件下系统联络线、大电厂出线断面、重要线路或断面的有功潮流及其输送能力。
[0031] (7)对规定的故障条件计算故障后各支路
电流和各母线电压，用来校核开关遮断容量。
[0032] (8)上下级调度之间的联合网络等值，上级调度实现各下级调度的外部网络的在线静态等值，下级调度支持外网等值模型的接入及处理。
[0033] (9)对电网运行的动态化运行评估，利用实时监控与预警应用的输出结果，对电网安全经济运行水平、计划执行及技术支持系统运行情况进行统计分析，为调度运行及分析提供支持。
[0034] 所述调度模拟装置包括电力系统模拟模块、教学模拟模块和控制模拟模块；其中。
[0035] 电力系统模拟模块对电力系统一次设备建立稳态和动态模型，实现对电力系统的稳态、暂态、中长期动态的模拟，同时对电力系统二次设备，包括继电保护和安全自动装置）以及数据采集系统进行建模。
[0036] 电力系统模拟模块从实时态的网络分析获得实时方式，或通过基础平台获取保存的历史研究方式作为培训教案的初始断面；从平台提供的统一模型管理中获得电网网络模型，支持基于在线模型和未来模型的培训；同时从平台提供的二次设备模型管理中获得电网二次设备模型，对上述数据经过初始化的整合和处理，生成培训模拟的运行初始环境。
[0037] 电力系统模拟中包含数据采集模拟。可以将模拟的遥测、遥信传送给模拟状态下的电网实时监控与智能告警模块，进而支持模拟状态下网络分析、实时调度计划、和电网自动控制；还可以接受模拟的遥控、遥调及电网自动控制指令，展示外部各类控制装置对电力系统模拟状态的作用和影响。
[0038] 所述教学模拟模块用于培训中的教案制作、培训控制以及培训评估。可以编制教案，包括培训初始断面的调整制作和管理以及培训事件序列的制作和管理，支持培训过程的开始、暂停、继续、回退、重演和结束控制操作，对培训过程信息进行记录，形成相应的报表资料，同时对培训任务进行评估。
[0039] 所述控制模拟模块用于建立学员培训过程中的应用环境，实现对控制中心的模拟。在该环境下，学员可以应用各种分析工具，对模拟状态下电网进行监视和控制。包括：以数据采集模拟的遥测和遥信作为输入，同时将遥控、遥调操作及控制指令发送至电力系统模型，并模拟实时计划调整手段和效果。
[0040] 本发明能够对各类灾害及故障进行采集监测和进行相应的调度模拟，具有大电网多级调度联合反事故演习功能的模拟调度装置，极大地提高了各级电网调度运行人员协同管理电网运行和处理大电网事故的能力，很好地满足了对特高压交直流互联大电网实时灾害监控和培训模拟的要求。
附图说明
[0041] 图1为本发明一种电力灾害监控和模拟系统的结构图。
具体实施方式
[0042] 如图1所示，本发明一种电力灾害监控和模拟系统，包括：灾害监控装置、电网控制装置、电网分析装置和调度模拟装置；其中。
[0043] 所述灾害监测装置，用于。
[0044] （1）洪水数据采集、水务计算、枢纽运行和流域监视。洪水数据采集包括遥测数据采集，报汛数据采集和处理、数据通信；水务计算包括实时数据处理，常规数据处理和水务计算处理；枢纽运行是对水利枢纽进行综合监视；流域监视是基于位图和地理信息系统GIS对流域或子流域区间进行监视。
[0045] （2）接收并保存雷电数据，生成雷电走势图，生成电网设备的雷电活动告警，查询线路雷击故障发生的位置、判别线路跳闸性质是否为雷电引起，并通过统计分析生成电网雷电活动报表和雷电活动强弱分布图。
[0046] （3）机组监测，包括燃煤机组
烟气脱硫实时监测、火电机组煤耗在线监测和热电机组热负荷在线监测。进行火电厂脱硫系统，火力发电机组供电煤耗，供热机组热力和电力数据的在线采集、传输、处理、计算和分析。
[0047] （4）对风电、光伏发电相关数据的监测，其中，风电数据监测通过实时釆集风电场区域范围内的气象要素，监测风电场风力变化情况，为风电机组出力预测提供数据来源；光伏发电数据监测接收外部气象数据并将其解析成太阳能板电压、和电池电压数据，为光伏发电机组出力预测提供数据来源。
[0048] （5）气象监测和气象信息接入，其中，气象监测是在重要变电站及输电网架周围，布设各种自动气象观测、图像监视和雷电监测设施，建立气象信息釆集及传输、存储中心，基于地理信息和遥感影像，进行实时监测；气象信息接入是从气象台获取预报和实时气象信息。
[0049] （6）对系统运行工况进行实时监视管理，监视对象包括电网运行数据、通信通道、系统网络、应用子系统运行工况以及自动化系统机房运行环境监视，对数据进行处理，以短消息方式向工作人员报告应用子系统的运行情况。
[0050] 所述电网控制装置包括发电控制模块和电压控制模块。
[0051] 调度应用中的电网控制是指利用电网实时信息，结合实时调度计划信息、实时方式信息自动调整可调控设备，实现电网的闭环调整，主要包括发电控制和电压控制。
[0052] 所述发电控制模块通过控制调度区域内发电机组的有功功率使发电自动跟踪负荷变化，维持系统频率为额定值，维持电网联络线交换功率，监视备用容量，实现负荷频率控制、备用容量计算、控制区域和机组性能考核。
[0053] 可以按北美电力可靠性委员会的Al、A2标准及CPS1、CPS2标准进行控制和评估。
[0054] 所述发电控制模块接收和处理实时遥测和遥信数据，包括系统频率、联络线交换功率、时差、上级调度下发的区域控制偏差、机组有功功率、机组调节上下限、机组受控状态和机组升/降功率闭锁信号。
[0055] 所述发电控制模块的运行状态包括在线状态、离线状态和暂停状态。所述在线状态为所有功能都投入正常运行，进行闭环控制；所述离线状态不对机组下发控制命令，但数据处理、区域控制偏差计算、性能监视等功能均正常运行；所述暂停状态由于某些量测数据异常导致区域控制偏差计算错误时，暂停计算；三种状态可根据量测数据情况和电网状态进行切换。
[0056] 所述发电控制模块的控制模式包括。
[0057] 定频率控制，维持系统频率恒定，此时，区域控制偏差计算公式中仅包含频率分量。
[0058] 定联络线交换功率控制，维持联络线交换功率的恒定，此时，区域控制偏差计算公式中仅包含联络线交换功率分量。
[0059] 联络线和频率偏差控制，同时控制系统频率和联络线交换功率，此时，区域控制偏差计算公式中同时包含频率分量和联络线交换功率分量。
[0060] 所述发电控制模块在控制过程中纠正系统频率偏差产生的时钟误差和净交换功率偏离计划值时所产生的无意交换电量，时差校正和电量偿支持人工或自动两种启动方式。
[0061] 所述电压控制模块用于对电网母线电压、发电机无功功率、电网无功潮流监视和自动控制；利用电网实时数据和状态估计提供的实时方式进行分析计算，对无功可调控设备进行在线闭环控制，并进行无功优化。
[0062] 所述无功优化在满足电网运行和安全约束的前提下，以整个电网的网损最小化为优化目标，给出各分区中枢母线电压和关键联络线无功的优化设定值，同时支持运行监视、控制决策、协调控制、控制执行及闭锁。
[0063] 上述功能可协调国家电网、区域电网、省级电网、地级电网等各级电网的电压控制，保证整个互联电网的电压安全和
质量，实现无功的分层分区平衡。另外还可提供历史记录和考核统计信息，便于用户对无功电压控制效果进行查询、分析和评价，同时也作为电网无功电压管理的依据。
[0064] 所述电压控制模块基于采集的电网实时运行数据，对发电机无功功率、有载调压变压器分接头、可投切无功补偿装置、静止无功补偿装置等无功电压设备进行在线优化闭环控制，实现无功电压分级控制模式。
[0065] 所述电网分析装置，用于。
[0066] (1)对网络进行拓扑分析，确定网络接线模型，建立网络母线模型和电气岛模型，并提供给其他应用和模块使用。
[0067] (2)根据网络接线信息、网络参数、冗余的模拟量测值和开关量状态，求取母线电压幅值和相角的估计值，检测可疑数据，辨识不良数据，校核实时测量的准确性，并计算全部支路潮流，为电力系统的可观测部分和不可观测部分提供电网潮流解。状态估计生成完整的实时网络状态数据，为其他应用和模块提供实时运行方式数据。
[0068] (3)分析实时方式和各种假想方式下电网运行状态，在网络拓扑模型基础上，根据给定的注入功率及母线电压计算各母线的状态量(电压的相角及幅值)、网络各支路的有功和无功功率。
[0069] (4)利用电网运行数据和方式数据计算机组有功功率对线路有功潮流、机组有功功率对断面潮流、机组无功功率对母线电压、无功补偿设备投切对母线电压、变压器抽头对母线电压的灵敏度；计算网络有功损耗对机组有功功率、区域交换功率、联络线功率等的灵敏度和罚因子。
[0070] (5)评估电力系统中元件(包括线路、变压器、发电机、负荷、母线等)或元件组合发生故障时，对电力系统安全运行产生的影响，计算故障发生后引起元件越限时系统的运行状态，对整个电网的安全水平进行评估，对电网安全运行构成威胁的故障（如线路过载、电压越限和发电机功率越限等）进行警示，评价故障对系统安全运行的影响。
[0071] (6)计算实时和未来的基态或N-1条件下系统联络线、大电厂出线断面、重要线路或断面的有功潮流及其输送能力。
[0072] (7)对规定的故障条件(包括各种
短路故障和断线故障)计算故障后各支路电流和各母线电压，用来校核开关遮断容量。
[0073] (8)上下级调度之间的联合网络等值，上级调度实现各下级调度的外部网络的在线静态等值，下级调度支持外网等值模型的接入及处理。
[0074] (9)对电网运行的动态化运行评估，利用实时监控与预警应用的输出结果，对电网安全经济运行水平、计划执行及技术支持系统运行情况进行统计分析，为调度运行及分析提供支持。
[0075] 所述调度模拟装置包括电力系统模拟模块、教学模拟模块和控制模拟模块；其中。
[0076] 调度模拟装置提供电网正常状态下的操作模拟功能，支持电网事故状态下的培训和演练，支持联合反事故演习。
[0077] 电力系统模拟模块对电力系统一次设备建立稳态和动态模型，实现对电力系统的稳态、暂态、中长期动态的模拟，同时对电力系统二次设备，包括继电保护和安全自动装置）以及数据采集系统进行建模。
[0078] 电力系统模拟模块从实时态的网络分析获得实时方式，或通过基础平台获取保存的历史研究方式作为培训教案的初始断面；从平台提供的统一模型管理中获得电网网络模型，支持基于在线模型和未来模型的培训；同时从平台提供的二次设备模型管理中获得电网二次设备模型，对上述数据经过初始化的整合和处理，生成培训模拟的运行初始环境。
[0079] 电力系统模拟中包含数据采集模拟。可以将模拟的遥测、遥信传送给模拟状态下的电网实时监控与智能告警模块，进而支持模拟状态下网络分析、实时调度计划、和电网自动控制；还可以接受模拟的遥控、遥调及电网自动控制指令，展示外部各类控制装置对电力系统模拟状态的作用和影响。
[0080] 所述教学模拟模块用于培训中的教案制作、培训控制以及培训评估。可以编制教案，包括培训初始断面的调整制作和管理以及培训事件序列的制作和管理，支持培训过程的开始、暂停、继续、回退、重演和结束控制操作，对培训过程信息进行记录，形成相应的报表资料，同时对培训任务进行评估。
[0081] 所述控制模拟模块用于建立学员培训过程中的应用环境，实现对控制中心的模拟。在该环境下，学员可以应用各种分析工具，对模拟状态下电网进行监视和控制。包括：以数据采集模拟的遥测和遥信作为输入，同时将遥控、遥调操作及控制指令发送至电力系统模型，并模拟实时计划调整手段和效果。
[0082] 具有大电网多级调度联合反事故演习功能的调度模拟装置，极大地提高了各级电网调度运行人员协同管理电网运行和处理大电网事故的能力，很好地满足了对特高压交直流互联大电网实时灾害监控和培训模拟的要求。
[0083] 其中，上述灾害监控装置、电网控制装置、电网分析装置和调度模拟装置均可通过相应模块实现子系统功能，灾害监控装置、电网控制装置、电网分析装置和调度模拟装置之间及各模块之间通过逻辑连接或电连接，各模块具体功能可由物理处理器执行
存储器中存储的程序代码实现。
[0084] 本发明能够对各类灾害及故障进行采集监测和进行相应的调度模拟，具有大电网多级调度联合反事故演习功能的模拟调度装置，极大地提高了各级电网调度运行人员协同管理电网运行和处理大电网事故的能力，很好地满足了对特高压交直流互联大电网实时灾害监控和培训模拟的要求。
[0085] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和
变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
