面向电网网络的对象化建模及应用研究

金芬兰，周腾壹，姚敏东，王昊，夏慧，巩泽平，卢健

(1.北京科东电力控制系统有限责任公司, 北京 100192；2.国网黑龙江省电力有限公司电力调度控制中心，黑龙江 哈尔滨 161041)

0 引 言

电网模型是进行电力系统统计分析和计算的基础，电网建模方式和模型结构对电力系统的监视运行起着至关重要的作用[1]。当前电网对于变电站、发电厂和地区电网总加等计算类数据的模型大都面向测点方式建模[2]。通过前台界面对公式进行配置，读取D5000平台[3](智能电网调度控制平台)电网调控数据采集与监控处理系统(SCADA系统)[4]的公式定义表，按照表中设定的计算周期和优先级进行公式计算，将结果写入ID对应的表域中。此种方式将设备模型与计算模型分开，当有新的计算需求或电网结构有变化时，需要手动添加新的计算公式或者修改之前的公式。例如：在计算厂站有功总加时，将厂站内的所有机组的有功值进行累加；当该厂站内新增机组时，需要手动修改计算公式模型，将新添加的机组信息配置到公式中去。当计算对象范围较大时，例如计算某个区域的有功总加，需要将该区域内所有机组的有功值配置到公式中，即需要配置的公式项数量多，增加了运维人员的工作量。因此，亟需对现有的计算方式进行改进以减轻繁琐的配置工作。

为解决上述问题，本文首先在当前电网模型的基础上，采用面向网络的对象化建模方法，以具体电网区域、供电区和厂站实例为对象建立电网模型，然后详细介绍供电区分区建模以及其他对象扩展建模。最后，通过设计模板计算功能，将对象化的模型应用于公式计算，该功能可以在电网结构发生变化时自动调整计算模型。

1 对象化建模

面向对象设计是程序设计过程中的一种重要方法，其基本思想是使用对象、类、继承和封装等基本概念来进行设计[6]。对象是现实世界中某个实际存在的事物,是系统用来描述客观事物的一个实体, 它是构成系统的一个基本单位。一个对象由一组属性和对这组属性进行操作的一组服务(方法)构成。具有相同属性和操作的一组对象集合在一起就形成了类，类的作用是用来创建对象, 对象是类的一个实例[7]。类的确定主要是确定该类的所有对象有哪些属性和哪些行为，这些属性和行为必须覆盖该类中的所有对象。

通过将华北和东北等区域定义为对象，进而抽象出区域类，每一个具体的区域对应SCADA实时库中区域模型的某一条记录，即每条记录为一个对象，区域负荷、区域总功等则作为模型中对象的属性。供电区类基于拓扑连接关系，识别每一个厂站的不同电压等级的供电源头。对供电区设置不同的属性，即对实时库供电区模型设置不同的域，来对电网信息进行实时监视，例如供电区总负荷和供电区总功等。通过开发供电区识别功能，自动感知电网拓扑关系或者电网结构的变化，并基于当前电网特征自动计算各个属性。

2 供电分区建模

现有调控系统中还未能支持根据电网实时运行方式调整自动识别实现供电分区[8]。基于电网拓扑关系，智能识别电网各供电分区所包含的厂站，并在拓扑连接发生变化时，自动触发分区重新识别[9]。

供电分区建模的软件设计架构如图1所示，由消息接收模块、拓扑关系建立模块和厂站等级判断模块、虚拟站判断模块、供电区判断模块、厂站状态判断模块以及写实时库模块组成。

图1 供电分区建模的软件设计架构图

供电分区模型已在陕西某地区上线运行使用，由于该地大型变电站的电压等级主要为110 kV和330 kV，因此基于当地电网分层特征以及实时电网结构，按照110 kV以及330 kV对供电区进行动态划分，划分的部分结果如表1所示(该表中的标识只保留了最后两位,厂站ID只保留了后四位)，该结果可以为分区负荷计算以及分区总加等奠定基础。

表1 供电分区结果

3 对象扩展建模

为了对电网信息进行更好的计算和监视，在现有的区域以及厂站等电网模型的基础上，增加域信息，实时感知电网变化并进行统计计算。

电网基本信息模型是对原有的区域模型的扩展。在电网参数信息表中增加有功发电、无功发电、有功负荷和无功负荷四个域。利用厂站级总加的结果叠加至厂站所属电网的统计结果中。由于电网存在上下级关系，自动统计时将下级电网计算结果自动并入所属上级电网的计算结果中。

发电厂基本信息模型是对原有发电厂模型的扩展，将需要监视或统计的信息作为发电厂类的扩展属性。发电厂的统计内容包括发电统计与厂用电监视数据统计，发电统计以发电机组类型进行区分，统计内容包括燃油总出力、燃煤总出力、燃气总出力、水电总出力、火电总出力、核电总出力和蓄能总出力等。厂站电监视数据统计内容包括机组总台数、机组总容量、机组总出力、机组上网有功、厂站电负荷和厂用电率。通过设计模板公式计算功能，统计了某厂站核电总出力，当感知到电网模型变化时进行自适应实时变化，并将新的计算结果输入到本节设计的发电厂基本信息模型的核电总出力域中。

4 应用

为实现面向网络的对象化模型应用，以本文建立的对象化模型为基础设计模板公式计算功能，实现各类总加数据的动态计算。

以求取汉阳厂的核电总出力为例(或以求取某个区域的有功之和或者某个供电区的有功之和为例)，通过前台界面配置公式内容为：

@1=SUM(@2)

(1)

式中：@1为计算目标，即汉阳厂内的所有核电总出力，存放位置为发电厂基本信息模型的核电总出力域；@2为符合条件的计算项，即汉阳厂内的核电厂的有功功率；SUM为特殊公式计算符号，模板公式计算功能会对其进行解析展开具体的公式。前台界面点击保存后，通过消息总线触发后端模板公式计算程序，生成了模板公式展开的具体公式(2)：

@1=sum(@2,@3)

(2)

式中：@1，@2含义同式(1)；@3为汉阳厂内另一个核发电机组的有功功率；sum即求和符号。当该电网模型有变化时，不需要重复配置，功能可以自动生成具体公式。例如该厂站增加了一台核电机组，则模板公式计算功能感知到电网结构有变化的消息后，自动生成具体公式(3), 并基于新生成的计算公式自动计算。

@1=sum(@2,@3,@,4)

(3)

式中：@1,@2,@3以及sum的含义同式(2);@4为汉阳厂新增加的核电机组的有功功率。对模板公式计算所需的时间与当前公式计算所需时间进行统计，结果如表2所示。在接到初次计算需求时，配置生成每个公式的平均时间是60 s，这个随着计算项的不同时间差别较大。模板公式定义配置时间较短且比较稳定，通过20 s左右就可以实现。在维护方面，每当电网结构发生的变化与公式功能相关时，需要花费平均20 s的时间去修改公式计算项，电网结构变化越大、变化越频繁则需要维护的时间就越多，而模板公式计算可以自动感应电网结构的变化，仅平均通过0.8 s即可自动修改计算模型并重新计算。通过对统计信息分析可以看出,模板公式计算功能能够至少提高计算类功能80%的效率。

表2 模板公式计算与当前公式计算时间统计 s/次

综上所述，模板公式计算功能仅通过一次界面配置就能够实现各个属性的自动计算功能，从厂站层级(该功能也支持区域层级或供电区层级)提高了公式计算的自动化程度和数据监视效率。

5 结束语

本文以电网区域、供电区和厂站实例为对象对电网模型进行改进，实现面向电网网络的监视。通过研究自动供电分区模型，实现从供电角度对电网对象的划分，为分区内数据(供电区总加、供电区负荷总加等数据)自动统计计算以及监视分区内发用电平衡情况奠定了基础。基于对象化的电网模型设计模板公式计算功能，自动感知电网模型的变化并自适应修改生成的具体公式，提高了电力系统运维人员的工作效率，实现了面向设备对象的监视和向面向电网监视的进一步转变，调控人员通过这些信息可以“网”的视角理解电网、操作电网。