專利名稱：一種電力系統能量管理分布式動態潮流計算系統構建方法
技術領域：
本發明屬于電力系統能量管理技術領域，特別涉及一種電力系統能量管理分布式動態潮流計算系統構建方法。
背景技術：
隨著電力系統的發展，區域電網互聯，形成規模更大的系統，不可能僅由一個控制中心對電網進行集中監控和管理，我國目前實行的是分層分區的電網管理模式，整個電網按照電壓等級和地域分別由國調、網調、省調和地調來管理，各區域電網相對獨立，且有各自相對獨立的調度中心，各級調度中心都針對所轄區域內的電網建立了較為詳細的電力系統模型，但各個子網并不了解其他子網的運行參數和狀態。然而從物理結構上看，電網是一個統一的整體，而對電網的調度和控制卻是分散的。這兩者之間存在著矛盾。目前，電網控制中心的能量管理系統(EMS)都是采用各自獨立的計算模式，即采用固定參數的外網模型對內網進行分析計算維護。但這種獨立計算模式存在著很大的弊端外部系統的運行方式經常發生變化，外網對于內網擾動的響應也是在不斷變化的，外網等值模型參數也應該隨之變化，而采用固定的外網等值模型無法保證內網各種系統應用軟件計算的正確性；由于缺少不同系統之間的協調，在獨立計算模式下無法模擬本區域外部擾動對內網的影響，發生在外部系統的擾動有時同樣會給內網帶來嚴重影響，甚至危及內部系統安全，因此，需要通過互聯系統的分布式計算使各區域控制中心都能夠獲得網絡中任一點發生擾動時的響應；在電力市場條件下，各電力公司存在競爭關系，不希望對方獲得自己的電網實時運行信息，但為了得到各種經濟性和安全性指標又需要了解其他公司電網的運行信息，故只能通過分布式計算，在控制中心之間交換盡量少的信息來獲得全網的計算效果。文獻[1-2]提出的基于異步迭代模式的分布式動態潮流算法(ADDPF)的核心思想是構建邊界節點狀態的不動點迭代方程，并通過內外層迭代實現方程求解，具有很多適合分布式EMS應用的特點，如不需改變現有控制中心的獨立建模特點；降低了對廣域網通信條件的要求。但文獻理論性較強，對于如何將之應用于實際并無描述，測試算例采用IEEE 標準數據與實際電網有很大差異。如，實際中各子系統是相互獨立的，不同子系統在聯絡線處都有建模，且建模方式不盡相同，相鄰子系統如何交換邊界信息存在很大困難，并且實際中網絡環境復雜，如何處理各種網絡干擾也需要仔細考慮。CORBA (Common Object Request Broker Architecture，公共對象請求代理體系結構)是由OMG(對象管理組織，Object Management Group)提出的應用軟件體系結構和對象技術規范，其核心是一套標準的語言、接口和協議，以支持異構分布應用程序間的互操作性及獨立于平臺和編程語言的對象重用。隨著CORBA技術的成熟，將其應用于EMS的分布式應用，可能會引導新一代EMS的產生。CORBA在分布式應用方面有下面幾個優勢DCORBA的語言無關性使開發人員可以在更大的范圍內相互利用別人的編程技能和成果，是實現軟件復用的實用化工具。
2)加入一個稱為代理的中介，允許客戶機與服務器間靈活變化的關系，所實現的客戶方程序與服務器方程序的完全分離。代理器使應用程序不需要知道對象在網絡上哪個地方和對方是如何工作的就可以進行交互，只有代理器需要知道CORBA服務器和客戶機在網絡上的位置。3)將分布計算同面向對象的概念相互結合，CORBA通過分布式對象計算，即分布式計算和面向對象計算的結合，以實現軟件重用，這是開發下一代軟件的基礎。在CORBA 中，要完成某個操作，所需要做的僅僅是請求某個有能力完成該操作的對象去完成它，客戶機不需要知道更多的信息。4)允許服務器有多個進程；使得服務器可以為多個客戶同時服務。5)支持同步及異步兩種通信形式。引證文件1.張海波，張伯明，孫宏斌.基于異步迭代的多區域互聯系統動態潮流分解協調計算·電力系統自動化，2003，27(24) :1-5·2.張海波，張伯明，孫宏斌.分布式潮流計算異步迭代模式的補充和改進.電力系統自動化，2007，31 (2) :33-36· 12-16.

發明內容
本發明的目的是提供一種電力系統能量管理分布式動態潮流計算系統構建方法， 該構建方法是基于CORBA的分布式動態潮流算法而構建的一種系統。具體技術方案如下在“上級調度中心”設置一個分布式計算的協調層，“下級調度中心”設置多個分布式計算的子系統，借助于CORBA中間件，管理和協調各子系統邊界狀態量的數據交換，構建實用化分布式動態潮流計算系統；整個系統分為三部分1)網絡通信部分網絡通信只存在于子系統與協調層之間，子系統與協調層之間的通信借助CORBA 技術完成；首先協調層通過建立聯絡線名稱和連接系統號與節點號的二對一映射關系，創建一個CORBA對象，并獲得它的一個引用，利用CORBA提供的命名服務將該引用與該對象的名稱綁定，在網絡上公告CORBA對象；各個子系統通過建立聯絡線端點與協調層節點的映射，從網絡中獲取公告的對象引用，通過這個引用可以方便的調用協調層的操作，而且通過這個引用可以獲得更多對象的引用，解析獲得的對象，以便完成更多的數據交換需求；2)系統管理部分系統管理通過進行添加、移除、激活、失效和啟動計算操作來實現；各個子系統均可自由選擇加入或退出分布式計算，當某一個子系統調用“添加”子系統操作時，告訴協調層和其它子系統它的加入；當某一個子系統調用“移除”操作時，該子系統操作時，告訴協調層和其它子系統它的退出；協調處則從系統號列表中添加或刪除子系統號；當各個子系統控制“激活”或“失效”協調處理對象，協調處理對象為潮流計算開始后，數據交換服務的一個對象；當某一個子系統調用“激活”操作，先將自己標記為“激活”， 然后通知協調層激活一個協調處理對象，將此對象與子系統的系統號關聯，同時協調層將此對象的引用廣播給所有加入分布式計算的子系統；“失效”操作作用相反，當某一個子系統調用“失效”操作，會將自己置為“失效”，然后通知協調層刪除與該子系統關聯的協調處理對象，并廣播通知該對象的引用已經失效；任何一個處于“激活”狀態的子系統，均可發啟動潮流計算命令；在分布式動態潮流中，單個子系統的潮流計算需要其它子系統的配合，該配合是通過協調層的協調處理對象完成的，當某一個處于“激活”狀態的子系統，發“啟動計算”命令后，先通知與該子系統關聯的協調處理對象，由協調處理對象向所有子系統發啟動命令；3)計算管理部分a)首先從數據庫讀入 電網模型并拓撲分析形成計算模型；由于各子系統之間相互獨立，其拓撲分析也是相互獨立的，相連的兩個子系統對同一聯絡線其節點編號可能不同，形成節點映射表；各子系統之間需要交換聯絡線的邊界信息，因此需要建立他們之間的映射關系，同時，子系統只和協調層通信，因此各子系統都只能和協調層建立映射關系， 為了克服這個問題，根據各子系統建模聯絡線名稱相同的特點，采用協調層統一編號的方法；協調層存有整個分布式系統的聯絡線信息，包括聯絡線名稱、聯絡線連接的兩個子系統的系統號；首先對所有聯絡線兩端進行節點編號，稱為協調層節點號，并建立聯絡線名稱，加連接的系統號，與協調層節點號的映射關系；子系統從協調層中獲取這種映射關系，考慮到本地模型的聯絡線名稱與協調層模型相應的聯絡線名稱相同，可建立本地模型聯絡線端點名稱和協調層節點號之間的映射；本地模型拓撲分析完成后，本地聯絡線端點都對應著一個節點號，為了區分，可稱為本地節點號。結合本地模型聯絡線端點名稱和協調層節點號之間的映射關系，對聯絡線內邊界建立協調層節點號與本地節點號映射關系。在建立本地節點號與協調層節點號的映射關系時，若本地節點號對應著多個協調層節點號，取最小者，若某個本地節點號對應的協調層節點號數大于1個，將這個本地節點號對應的所有協調層節點號放入一個集合中，稱為重復編號集，發送到協調層，由協調處理對象分配處理后，放到各子系統的緩沖區中。各子系統從緩沖區中讀出重復編號集，結合本地模型聯絡線端點名稱和協調層節點號之間的映射關系，對聯絡線外邊界建立協調層節點號與本地節點號映射關系。方法為 對每一組重復編號集，將其中所有的協調層節點號對應的聯絡線端點分配一個相同的本地節點號，同時建立本地節點號與協調層節點號的映射關系。這樣聯絡線本地節點號到協調層節點號的節點映射表就形成了。b)潮流計算過程控制①收到協調層啟動命令的子系統，開始從本地EMS數據庫中讀取電網的物理模型，并根據開關狀態作拓撲分析形成計算模型。將計算模型以聯絡線為界拆分，對內網部分在聯絡線內邊界點出作ward等值，稱為內網等值。將節點映射后的結果發送到協調層。②協調層接收所有子系統發送的等值參數后，結合所有的聯絡線，建立外網模型。 對每一個子系統，利用外網模型在聯絡線外邊界點作ward等值，稱為外網等值。等值結果節點映射后進入該子系統。③各個子系統結合本地的計算模型和協調層外網等值結果生成分布式動態潮流計算模型。
④開始潮流計算，從潮流結果中取出聯絡線邊界信息，節點映射后發送到協調層。⑤協調層接收從子系統發送的數據，由協調處理對象處理后，放到各子系統的緩沖區中。
⑥各子系統各自獨立的從它自己的緩沖區取出數據，節點映射后，進入子系統用于修正聯絡線邊界信息。子系統重新計算潮流，將新的邊界信息，發送到協調層。如此循環直到全網收斂。本發明的有益效果是對文獻[1-2]中提出的基于異步迭代的分布式動態潮流算法的實用化，建立了分布式動態潮流的計算模型，解決了實用化時邊界信息如何交換的問題。同時對分布式動態潮流算法進行了包裝，加入了分布式動態潮流的管理模塊，各子系統可以自由的選擇加入或退出，可以控制協調層資源的分配和釋放，解決了潮流計算的啟動問題。本發明已達到實用化的要求，并可以作為開發實用化的分布式狀態估計等軟件的參考


圖1為分布式動態潮流系統架構框圖。圖2為IEEE-9系統示意圖。(a)圖顯示了它的拓撲結構，(b)圖選取子系統Sl作為研究對象，A部分稱為內網部分，B部分稱為外網部分。圖3為分布式動態潮流計算模型的生成過程示意圖。a)圖為子系統初始網絡模型，其中1區代表內網模型，2區為本地聯絡線模型，3區為本地初始外網模型；b)圖為由協調層下發的動態外網等值模型，c)圖為合并后的子系統分布式動態潮流計算模型，圖4為聯絡線端點號和協調層節點號映射建立流程圖。圖5為將IEEE-118系統拆分后在協調層形成的外網模型。圖6為從IEEE-118系統中拆分出的子系統Sl模型。圖中顯示了 Sl分布式動態潮流計算模型。圖7為從IEEE-118系統中拆分出的子系統S2模型。圖中顯示了 S2的分布式動態潮流計算模型。圖8為從IEEE-118系統中拆分出的子系統S3模型。圖中顯示了 S3的分布式動態潮流計算模型。
具體實施例方式圖1為分布式動態潮流系統架構框圖。從圖中可以看出，分布式系統有協調層部分和子系統部分，協調層，只有一個；子系統，可以有多個，圖中只畫出了兩個。三大模塊網絡通信模塊、系統管理模塊、計算管理模塊都要涉及協調層和子系統的相互作用。在圖中這種相互作用用箭頭表示，實線箭頭為發起方，虛線箭頭為結果返回，箭頭上的文字為此次操作的說明。圖2為IEEE-9系統示意圖。(a)圖顯示了它的拓撲結構，選擇I1和I2為聯絡線， 將IEEE-9系統拆分為子系統Sl和S2。(b)圖選取子系統Sl作為研究對象，A部分稱為內網部分，B部分稱為外網部分。內網等值實際上是將A部分的網絡等值到節點π7和η9。圖3為分布式動態潮流計算模型的生成過程示意圖。a)圖為子系統初始網絡模型，其中ι區代表內網模型，2區為本地聯絡線模型，3區為本地初始外網模型；b)圖為由協調層下發的動態外網等值模型，c)圖為合并后的子系統分布式動態潮流計算模型，可以看出分布式動態潮流計算模型是用b)圖虛線部分替換a)圖虛線部分得到的。圖4為聯絡線端點號和協調層節點號映射建立流程圖。步驟如下1)協調層聯絡線名稱與本子系統聯絡線名稱相同；2)聯絡線端所聯系統的 系統號與本系統的系統號相同；3)判斷步驟2，如果是，協調層節點號映射到聯絡線內邊界端點；否，則協調層節點號映射到聯絡線外邊界端點。圖5為將IEEE-118系統拆分后在協調層形成的外網模型。以支路(15_33)， (19-34)，(30-38)，(23-24)，(70-74)，(70-75)，(75-69)，(77-69)，(68-81)為聯絡線將 IEEE-118切割為三個獨立的子系統Sp S2, S3，三個子系統內網等值結果和所有的聯絡線組成了圖中所示的外網模型。本發明在文獻[1-2]提出的分布式動態潮流算法的基礎上，發揮CORBA在分布式計算方面的優勢，構建了一種基于CORBA的分布式動態潮流計算系統。實施例以標準IEEE-118節點系統為例(如圖5所示的協調層的建模)，以支路(15_33)， (19-34)，(30-38)，(23-24)，(70-74)，(70-75)，(75-69)，(77-69)，(68-81)為聯絡線將此系統分為三個獨立的子系統S” S2、S3，分別如圖6，圖7，圖8錯誤！未找到引用源。所示。 協調層的建模步驟如下1)協調層初始化。讀取聯絡線信息，并對聯絡線端點編號，形成的協調層節點號如表1所示。用命名服務公告對象。2)子系統1、2、3分別從命名服務中解析協調層公告對象的對象引用，并調用該對象引用的操作獲得表1的映射關系。進而形成表2、3、4的對應關系。3)子系統1、2、3調用對象引用的操作，加入分布式計算。4)子系統1調用對象引用的操作激活一個協調處理對象。5)子系統1調用對象引用的操作啟動潮流計算。6)子系統1、2、3分別進行拓撲分析，得到聯絡線的內邊界節點號到協調層節點號的映射，表2、3、4所示，拆分等值，等值結果并節點映射后，得表5、6、7數據。同時子系統1 的重復編號集(9，11)，(13，15)，子系統3的重復編號集(12，14)也一并發送到協調層。7)協調層外網等值后，下發等值數據。同時，將重復編號集(9，11)，(13，15)下發到子系統3，重復編號集(12，14)下發到子系統1。各子系統結合重復編號集可得到本地外邊界節點到協調層編號的映射，表2、3、4所示。綜合得到表2、3、4所示的本地節點號與協調層節點號的對應關系。8)子系統1、2、3分別生成分布式動態潮流計算模型。9)子系統1、2、3分別獨立計算動態潮流，從潮流結果中取出邊界信息，利用表2、 3、4，節點映射后，發送到協調層。10)協調層接收從子系統發送的數據，協調處理后，放到各子系統的緩沖區中。11)子系統1、2、3分別從它們自己的緩沖區取出數據，利用表2、3、4，節點映射后， 結合本地邊界數據，修正邊界信息，重新計算潮流，完成后將新的邊界信息，發送到協調層。 如此循環直到全網收斂。
表1.聯絡線端的協調層節點號生成
權利要求
1. 一種電力系統能量管理分布式動態潮流計算系統構建方法，其特征在于，該構建方法是基于CORBA的分布式動態潮流算法而構建的一種系統；具體構建步驟如下在“上級調度中心”設置一個分布式計算的協調層，“下級調度中心”設置多個分布式計算的子系統，借助于CORBA中間件，管理和協調各子系統邊界狀態量的數據交換，構建實用化分布式動態潮流計算系統；整個系統分為三部分1)網絡通信部分網絡通信只存在于子系統與協調層之間，子系統與協調層之間的通信借助CORBA技術完成；首先協調層通過建立聯絡線名稱和連接系統號與節點號的二對一映射關系，創建一個CORBA對象，并獲得它的一個引用，利用CORBA提供的命名服務將該引用與該對象的名稱綁定，在網絡上公告CORBA對象；各個子系統通過建立聯絡線端點與協調層節點的映射，從網絡中獲取公告的對象引用，通過這個引用可以方便的調用協調層的操作，而且通過這個引用可以獲得更多對象的引用，解析獲得的對象，以便完成更多的數據交換需求；2)系統管理部分系統管理通過進行添加、移除、激活、失效和啟動計算操作來實現；各個子系統均可自由選擇加入或退出分布式計算，當某一個子系統調用“添加”子系統操作時，告訴協調層和其它子系統它的加入；當某一個子系統調用“移除”操作時，該子系統操作時，告訴協調層和其它子系統它的退出；協調處則從系統號列表中添加或刪除子系統號；當各個子系統控制“激活”或“失效”協調處理對象，協調處理對象為潮流計算開始后， 數據交換服務的一個對象；當某一個子系統調用“激活”操作，先將自己標記為“激活”，然后通知協調層激活一個協調處理對象，將此對象與子系統的系統號關聯，同時協調層將此對象的引用廣播給所有加入分布式計算的子系統；“失效”操作作用相反，當某一個子系統調用“失效”操作，會將自己置為“失效”，然后通知協調層刪除與該子系統關聯的協調處理對象，并廣播通知該對象的引用已經失效；任何一個處于“激活”狀態的子系統，均可發啟動潮流計算命令；在分布式動態潮流中， 單個子系統的潮流計算需要其它子系統的配合，該配合是通過協調層的協調處理對象完成的，當某一個處于“激活”狀態的子系統，發“啟動計算”命令后，先通知與該子系統關聯的協調處理對象，由協調處理對象向所有子系統發啟動命令；3)計算管理部分a)首先從數據庫讀入電網模型并拓撲分析形成計算模型；由于各子系統之間相互獨立，其拓撲分析也是相互獨立的，相連的兩個子系統對同一聯絡線其節點編號可能不同，形成節點映射表；各子系統之間需要交換聯絡線的邊界信息，因此需要建立他們之間的映射關系，同時，子系統只和協調層通信，因此各子系統都只能和協調層建立映射關系，為了克服這個問題，根據各子系統建模聯絡線名稱相同的特點，采用協調層統一編號的方法；協調層存有整個分布式系統的聯絡線信息，包括聯絡線名稱、聯絡線連接的兩個子系統的系統號；首先對所有聯絡線兩端進行節點編號，稱為協調層節點號，并建立聯絡線名稱，加連接的系統號，與協調層節點號的映射關系；子系統從協調層中獲取這種映射關系，考慮到本地模型的聯絡線名稱與協調層模型相應的聯絡線名稱相同，可建立本地模型聯絡線端點名稱和協調層節點號之間的映射；本地模型拓撲分析完成后，本地聯絡線端點都對應著一個節點號，為了區分，可稱為本地節點號，結合本地模型聯絡線端點名稱和協調層節點號之間的映射關系，對聯絡線內邊界建立協調層節點號與本地節點號映射關系，在建立本地節點號與協調層節點號的映射關系時，若本地節點號對應著多個協調層節點號，取最小者，若某個本地節點號對應的協調層節點號數大于1個，將這個本地節點號對應的所有協調層節點號放入一個集合中，稱為重復編號集，發送到協調層，由協調處理對象分配處理后，放到各子系統的緩沖區中； 各子系統從緩沖區中讀出重復編號集，結合本地模型聯絡線端點名稱和協調層節點號之間的映射關系，對聯絡線外邊界建立協調層節點號與本地節點號映射關系，方法為對每一組重復編號集，將其中所有的協調層節點號對應的聯絡線端點分配一個相同的本地節點號，同時建立本地節點號與協調層節點號的映射關系，從形成聯絡線本地節點號到協調層節點號的節點映射表；b)潮流計算過程控制①收到協調層啟動命令的子系統，開始從本地EMS數據庫中讀取電網的物理模型，并根據開關狀態作拓撲分析形成計算模型，將計算模型以聯絡線為界拆分，對內網部分在聯絡線內邊界點出作ward等值，稱為內網等值，將節點映射后的結果發送到協調層；②協調層接收所有子系統發送的等值參數后，結合所有的聯絡線，建立外網模型。對每一個子系統，利用外網模型在聯絡線外邊界點作ward等值，稱為外網等值，等值結果節點映射后進入該子系統；③各個子系統結合本地的計算模型和協調層外網等值結果生成分布式動態潮流計算模型；④開始潮流計算，從潮流結果中取出聯絡線邊界信息，節點映射后發送到協調層，⑤協調層接收從子系統發送的數據，由協調處理對象處理后，放到各子系統的緩沖區中；⑥各子系統各自獨立的從它自己的緩沖區取出數據，節點映射后，進入子系統用于修正聯絡線邊界信息，子系統重新計算潮流，將新的邊界信息，發送到協調層，如此循環直到全網收斂。
全文摘要
本發明屬于電力系統能量管理技術領域的一種電力系統能量管理分布式動態潮流計算系統構建方法。在“上級調度中心”設置分布式計算的協調層，“下級調度中心”設置分布式計算的子系統。該系統包括三個模塊，網絡通信模塊，系統管理模塊，計算管理模塊。網絡通信模塊采用在分布式領域應用相對成熟的CORBA技術實現，滿足協調層與子系統數據交換的需要；系統管理模塊實現了子系統自由加入或退出，子系統可以控制協調層內存的分配和釋放，解決了潮流計算的啟動問題；計算管理模塊實現了潮流計算的過程化管理，通過形成聯絡線本地節點號與協調層節點號的節點映射表，解決了在數據交換中聯絡線邊界信息如何傳遞的問題。本發明已達到實用化的要求。
文檔編號G06F19/00GK102185311SQ20111011229
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月29日 優先權日2011年4月29日
發明者張海波, 蔣良敏 申請人:華北電力大學