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基于IEC 61968标准的配电网潮流计算系统开发

基于IEC 61968标准的配电网潮流计算系统开发

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作者：周博曦山东大学

学位级别：硕士

IEC61968标准针对配电系统给出了各种资源的公共信息模型(CIM:Common Information Model),在很大程度上方便了配电管理系统(DMS)各子系统之间的集成。以IEC61968标准为核心,合理规划和设计各个子系统的功能和接口,建立基于扩展的公共信... 详细信息

IEC61968标准针对配电系统给出了各种资源的公共信息模型(CIM:Common Information Model),在很大程度上方便了配电管理系统(DMS)各子系统之间的集成。以IEC61968标准为核心,合理规划和设计各个子系统的功能和接口,建立基于扩展的公共信息模型(CIM)的配电网统一模型和信息标准化的配电管理系统是电力企业信息化发展的趋势。配电网潮流计算作为配电管理系统中应用层的其他子系统如配电重构、状态估计、故障处理、系统无功优化、设计规划等的基础,在配电系统运行方式和规划系统方案设计中需频繁使用。因此,研究基于IEC61968标准的配电网潮流计算系统,对建设数据可交互、易维护、长期可拓展的配电管理系统具有重要意义。首先,本文在充分理解和掌握IEC61968电力规约中的CIM建模表示法的基础上,以IEC61968CIM在配电网建模中的实际应用为目标,正确理解CIM模型中关于配电网建模部分,包括网络连接性模型、输电线路三相模型、配电变压器模型、负荷模型和馈线模型以及量测模型的准确建模方法,构建遵循CIM标准的配电网络模型数据库。第二,在网络的全局拓扑分析部分,本文首先提出了一种新的母线一支路模型,进而使用图论中的经典遍历算法——广度优先搜索法(Breadth First Search, BFS)实现全网的拓扑分析。模型通过类相互之间的关系描述拓扑结构,通过对象类的属性设置保存拓扑分析结果,通过对数据结果的查询和读取可方便地获取标准的数据文件(IEEE、BPA),为离线计算软件提供实时电网数据断面;拓扑分析算法充分考虑了配电网络的接线特点,可满足辐射网和环网同时存在情况下的复杂配网实时结线分析;同时对生成的拓扑点自动编号并归于拓扑岛中;对拓扑岛自动进行带电检查,并确定死岛、活岛状态;最后对每个活的电气岛自动设置平衡节点。第三,在潮流计算模块部分,本文首先针对配电网的辐射状和环状结构特点,研究了前推回代法和回路电流法,指出使用两种方法迭代求解具有弱环状网络结构的复杂配电网三相潮流计算问题;为充分利用已有资源、缩短开发周期,提出基于CIM的数据模型与现有异构的电力系统仿真软件进行全面集成任务。选用具有优秀收敛算法兼融合了智能电网关键技术的GridLAB开源软件作为本系统的潮流计算模块,通过研究GridLAB内部系统元件描述方式和建模方法,开发出CIM原始模型导入数据到GridLAB输入文件自动生成程序包,以及GridLAB输出文件的自动解析程序包。电网全局拓扑分析程序和与GridLAB输入文件的适配程序以及输出文件的解析程序均使用面向对象语言(Python)进行编写,并在Eclipse环境下调试。最后,以IEEE37节点配电馈线算例对所开发的系统其进行了测试,并对测试结果进行分析。计算结果表明,开发的软件包能够准确地分析出系统的拓扑结构;能够根据CIM数据库中的原始数据转化成正确的GridLAB输入文件,并能够对GridLAB的计算结果实现自动解析并返回CIM模型中。由于GridLAB是开源软件,本文下一步的工作主要是借鉴GridLAB模型架构优化方法,结合文中所研究的配电网潮流计算方法,进一步改良GridLAB程序,从而开发出针对线路R/X比值大,三相负荷严重不平衡等情况下的配电网特点的具有低迭代次数和高收敛稳定性的快速高效潮流计算程序包,从而和其它软件包构成一款独立的整体的程序。

关键词： IEC61968 CIM 配电网潮流计算拓扑分析 gridlabd

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