CN103336857B - 面向电力系统的微机防误操作仿真系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向电力系统的微机防误操作仿真系统，包括：客户端界面单元、规则库、服务器线程和仿真应用单元；其中，服务器线程嵌入仿真应用单元中；客户端界面单元通过服务器线程从仿真应用单元中获取变电站设备的状态并进行显示；客户端界面单元接收操作指令并从规则库读取操作规则，判断操作指令正确性并进行处理，将操作序列发送给仿真应用单元；客户端界面接收仿真应用单元的设备状态变位数据，更新画面并进行显示。利用本发明，可以从运维一体化仿真系统获取设备的状态，快速形成防误操作规则文件，与运维一体化仿真系统共用变电站接线图数据，减少设备建模的工作量。

Description

面向电力系统的微机防误操作仿真系统及其实现方法

技术领域

本发明涉及一种防误操作仿真系统及其实现方法，尤其涉及一种面向电力系统的微机防误操作仿真系统及其实现方法，属于电力系统仿真技术领域。

背景技术

电力部门历来十分重视电力系统的安全运行，然而每年仍发生许多因操作而导致的重大事故，造成人员伤亡、设备损坏、大面积停电，甚至引起电网的振荡和瓦解，经济损失惨重。为此，原国家能源部对电气设备提出了“五防”要求，并以法规形式《能源安保[1990]1110号文》行文规定了电气防误操作的管理、运行、设计和使用原则。凡有可能引起误操作的高压或低压电气设备，均应装设防误操作装置和相应的防误操作电气闭锁回路。电气“五防”要求是指：防止误分、合断路器；防止带负荷分、合隔离开关；防止带电挂接，地线或合接地刀闸；防止带电接地线(接地刀闸)合断路器(隔离开关)；防止误人带电间隔。

随着科学技术的发展，调控一体化、运维一体化等电力系统运行管理模式趋于成熟，微机防误操作技术在电力系统中得到广泛应用。微机“五防”系统是电力系统中广泛使用的防误操作技术方案，其动作原理为将相关电气设备的二次控制回路及开关状态接点接入NCS（计算机网络控制系统），由计算机对系统微机软件规则库操作程序进行逻辑判断后，向现场锁具发出指令，从而实现远程控制。微机“五防”系统以软件形式将现场大量的二次闭锁回路变为电脑中的五防闭锁规则库，实现了防误操作闭锁的数字化，并且可以实现以往不能实现或者是很难实现的防误操作功能，是电气设备防误操作闭锁技术的飞跃。

在公开号为CN102751785A的中国发明专利申请中，公开了一种模块化顺序控制系统的实现方法，包括以下步骤：步骤1：判断所述顺序控制系统的操作票获取模块是否具有操作票自动获取功能，若是则直接获取操作票；若否，则人工录入所述操作票；步骤2：配置各单步操作，并获取操作设备的具体路径；步骤3：模拟操作检验配置是否与操作要求匹配，若异常则返回步骤2继续执行，若正确则执行下一步；步骤4：查询五防闭锁信息，若闭锁则停止操作，若解锁则执行控制操作；步骤5：判断所述顺序控制系统是否配置所述视频联动模块，若是则启动视频联动信号，若否则直接进行操作；步骤6：判断是否在规定时间内接收到被操作设备返回的状态变位信息，如是则向所述顺序控制系统返回操作成功信息，并进行显示在所述状态监视模块；若否则报告操作失败，并停止后续操作。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种面向电力系统的微机防误操作仿真系统及其实现方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一方面，本发明提供一种面向电力系统的微机防误操作仿真系统，包括：

客户端界面单元、规则库、服务器线程和仿真应用单元；

所述服务器线程嵌入所述仿真应用单元中；

所述客户端界面单元通过所述服务器线程从所述仿真应用单元中获取变电站设备的状态并进行显示；

所述客户端界面单元接收操作指令并从规则库读取操作规则，判断操作指令正确性并进行处理，将操作序列发送给所述仿真应用单元；

所述客户端界面接收所述仿真应用单元的设备状态变位数据，更新画面并进行显示。

另一方面，本发明还提供一种基于上述微机防误操作仿真系统的实现方法，包括如下步骤：

从服务器线程中获取变电站设备的状态数据；

根据变电站设备状态显示接线图；

接收操作指令并从规则库读取操作规则，判断操作指令正确性并进行处理；

向仿真应用单元发送操作序列；

服务器线程读取仿真应用单元写的状态变位信息队列，并向客户端界面单元发送设备状态变位指令；

接收设备状态变位指令，更新画面并进行显示。

其中较优地，所述从服务器线程获取变电站设备的状态数据的步骤进一步包括：

向服务器线程发送数据申请指令；

接收数据申请指令，按数据申请指令中的信息检索变电站设备的状态数据并构建数据包，发送至客户端界面单元；

接收设备的状态数据并保存。

其中较优地，所述接收操作指令并从规则库读取操作规则，判断操作指令正确性并进行处理的步骤进一步包括：

接收用户操作位置与设备图形符号比较，按接收用户操作位置计算被选中的设备；

从被选中的设备中取出设备名称，以设备名称、操作指令为索引，从规则库读取操作规则；

解释处理操作规则，判断当前操作的正确性；

处理满足操作条件的操作指令。

其中较优地，所述向仿真应用单元发送操作序列的步骤进一步包括：

将操作指令与厂站名称构建操作序列指令包，发送至服务器线程；

服务器线程接受操作序列指令包并存储；

仿真应用单元读取操作指令。

其中较优地，所述服务器线程接受操作序列指令包并存储的步骤进一步包括：

从操作序列指令包提取操作指令的操作类型标志、操作对象名称；

取得下行指令队列队尾指针，将操作类型标志、操作对象名称写入尾指针所指节点；

尾指针加1，如果尾指针到达队尾，则尾指针置为0（指向队列头）；

循环执行上述步骤，直至操作序列指令包中全部操作指令处理完毕。

其中较优地，所述仿真应用单元读取操作指令的步骤进一步包括：

取得下行指令队列头指针和尾指针，如果头指针和尾指针相同，则结束处理，否则读取头指针所指节点的数据；

头指针加1，如果头指针到达队尾，则头指针置为0；

循环执行上述步骤，直至头指针和队列尾指针相同。

其中较优地，所述仿真应用单元写状态变位信息队列的步骤进一步包括：

取得状态变位信息队列的尾指针，将厂站名称、设备名称、状态写入尾指针所指节点。尾指针加1，如果尾指针到达队尾，则尾指针置为0（指向队列头）。

其中较优地，所述服务器线程读取状态变位信息队列的步骤进一步包括：

取得状态变位信息队列的头指针和尾指针，如果头指针和队列尾指针相同，则结束处理，否则读取头指针所指节点的数据，根据节点中数据构建设备状态变位指令并发送给客户端界面单元；

头指针加1，如果头指针到达队尾，则头指针置为0（指向队列头）；

循环执行上述步骤，直至头指针和尾指针相同。

其中较优地，接收设备状态变位指令，更新画面并进行显示的步骤进一步包括：

从状态变位指令中提取厂站名称、设备名称、状态，如果厂站名称与客户端界面单元的当前厂站名称不同，则不处理设备状态变位指令；

如果厂站名称与客户端界面单元的当前厂站名称相同，则用设备名称检索设备状态表，找到设备名称对应设备在设备状态表的地址，将设备状态变位指令的设备状态写入设备状态表；

刷新客户端界面单元的画面，更新设备的显示状态。

本发明所提供的微机防误操作仿真系统及其实现方法可以从运维一体化仿真系统获取设备的状态，快速形成防误操作规则文件，与运维一体化仿真系统共用变电站接线图数据，减少设备建模的工作量；按照厂站名称对设备、操作规则进行分类管理，可以方便实现多个变电站设备的“五防”仿真功能。

附图说明

图1是微机防误操作仿真系统的整体结构示意图；

图2是微机防误操作实现方法的流程示意图；

图3是变电站中，一个间隔单元的接线示意图；

图4是本发明中，信息队列的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供一种面向电力系统的微机防误操作仿真系统，包括：客户端界面单元、规则库、服务器线程和仿真应用单元；服务器线程嵌入仿真应用单元中；客户端界面单元通过服务器线程从仿真应用单元中获取变电站设备的状态并进行显示；客户端界面单元接收操作指令并从规则库读取操作规则，判断操作指令正确性并进行处理，将操作序列发送给仿真应用单元；客户端界面接收仿真应用单元的设备状态变位数据，更新画面并进行显示。下面对此展开详细的说明。

如图1所示，本发明所提供的微机防误操作仿真系统包括客户端界面单元、规则库、服务器线程和仿真应用单元。客户端界面单元优选带有界面的计算机，又称客户端界面。客户端界面显示变电站接线图，能够对图中显示的设备进行模拟预演操作。规则库存储设备的操作规则，为客户端界面判别操作指令的正确性提供支持。客户端界面从规则库读取设备的操作规则，根据操作规则判别操作指令的正确性。仿真应用单元是运维一体化仿真系统。服务器线程嵌入在运维一体化仿真系统中，实现运维一体化仿真系统与微机防误操作仿真系统的数据交换。客户端界面与服务器线程连接，通过服务器线程从运维一体化仿真系统中获取变电站接线图中设备的状态；客户端界面把模拟预演操作中形成的操作序列发送给运维一体化仿真系统，并接收运维一体化仿真系统的设备状态变位数据，更新画面并进行显示。

为进一步体现本微机防误操作仿真系统的优越性，本发明还提供一种基于上述微机防误操作仿真系统的实现方法。如图2所示，包括如下步骤：从服务器线程获取变电站设备的状态数据；根据变电站设备状态显示接线图；接收操作指令并从规则库读取操作规则，判断操作指令正确性并进行处理；向仿真应用单元发送操作序列；服务器线程与仿真应用单元交换设备状态变位信息并向客户端界面单元发送设备状态变位指令；接收设备状态变位指令，更新画面并进行显示。下面，结合具体实施例说明如下：

首先，介绍从服务器线程获取变电站设备的状态数据的步骤。

客户端界面向服务器线程发送一个数据申请指令，该数据申请指令中包含变电站名称。服务器线程接收客户端界面发送的数据申请指令，并根据数据申请指令中的变电站名称，从运维一体化仿真系统中检索该变电站名称的所有变电站设备状态信息，按照‘设备名称、状态’的格式构建一个变电站设备状态数据包，发送给客户端界面。客户端界面接收服务器线程发送的变电站设备状态数据包，并将变电站设备状态数据包中的变电站设备状态信息保存在计算机内存中的变电站设备状态表中。变电站设备状态表按照‘设备名称、状态’的格式存储变电站设备状态信息。

其次，介绍根据变电站设备状态显示接线图的步骤。

客户端界面根据设备名称从变电站设备状态表按中读取设备状态。客户端界面用不同的图形符号表示设备的状态，同一个变电站的设备按照电气连接关系显示在一张图纸中，构成变电站接线图。下面以变电站一个间隔单元的接线图为优选例对本步骤做进一步说明。如图3所示，146是开关，1461、1462、1465是刀闸，1461KD、1462KD、1465XD是接地刀闸。

再次，介绍接收操作指令并从规则库读取操作规则，判断操作指令正确性并进行处理的步骤。

1）在本发明的一个实施例中，以用户通过鼠标对客户端界面操作，客户端界面接收用户操作为例对接收操作指令的步骤详细说明。客户端界面接收用户鼠标操作位置的坐标(x₀，y₀)，与客户端界面显示的设备图形符号比较，根据鼠标操作位置计算被选中的设备。设备图形符号的位置用数据元（x₁，y₁，w，h）来描述，其中x₁是设备图形符号的x坐标，y₁是设备图形符号的y坐标，w是设备图形符号的宽度，h是设备图形符号的高度，当满足下列条件时表示设备被选中：x₀≥x₁且x₀≤x₀＋w且y₀≥y1且y₀≤y₀＋h。

2）找出被选中设备的设备名称，以设备名称、操作指令为索引，从规则库读取操作规则。规则库的操作规则包括三个部分：设备名称、操作指令、规则语句。其中，操作指令有两种类型：拉开、合上。设备名称与操作指令共同构建联合关键字，确定一条唯一的操作规则。下面以图3所示的变电站一个间隔单元的接线图为例，典型的规则库记录如下：

1461 拉开 1462＝0*146＝0*1465＝0＋1462＝1

1461 合上 462＝0*146＝0*1465＝0*1465KD＝0*1462KD＝0*1461KD＝0＋1462＝1*1465KD＝0*1462KD＝0*1461KD＝0

其中规则语句中：‘*’号表示‘与’功能，‘＋’号表示‘或’功能，‘＝’号前是设备名称，‘＝’号后是设备的状态值，0表示分闸状态，1表示合闸状态。“1461拉开1462＝0*146＝0*1465＝0＋1462＝1”表示如果执行拉开1461设备的指令，必须满足1462、146、1465都是拉开状态，或者满足1462是合闸状态。

3）解析处理操作规则，判断当前操作的正确性。按照‘＋’的位置将操作规则分割成多个子规则，下面以对图3所示的变电站一个间隔单元的接线图操作为例，具体说明如何判断当前操作的正确性：“1462＝0*146＝0*1465＝0＋1462＝1”分割成“1462＝0*146＝0*1465＝0”和“1462＝1”。逐个处理子规则，只要其中一个子规则满足操作要求，则整个操作规则满足操作要求，即当前操作正确。按照‘*’号将子规则分割成设备条件语句，按照‘＝’号将设备条件语句分割成设备名称和状态值，然后根据设备名称从设备状态表获取设备的当前状态，如果设备条件语句中的状态值与设备的当前状态相同，则表示设备条件语句满足操作要求。子规则中的全部设备条件语句都满足操作要求时，子规则满足操作要求。

4）处理满足操作条件的操作指令。

根据操作指令中的设备名称检索设备状态表，在设备状态表中改变被操作设备的状态。如果操作指令为“拉开”，则被操作设备的状态置为0，表示分闸状态，如果操作指令为“合上”，则被操作设备的状态置为1，表示合闸状态。同时，把操作指令存储到‘当前操作指令序列表’中，存储格式为：指令、设备名称。

典型操作序列为：

拉开 146

拉开 1465

拉开 1461

拉开 14626。

再次，介绍向仿真应用单元发送操作序列的步骤。

1）将操作指令与厂站名称构建操作序列指令包，并发送至服务器线程。客户端界面将‘当前操作指令序列表’中的操作序列与厂站名称一起构建一个操作序列指令包，发送给服务器线程，服务器线程接受操作序列指令包，存储到‘下行指令队列’中，由运维一体化仿真系统处理。

仿真站的一个典型操作序列指令包的格式为：

厂站名 仿真站

拉开 146

拉开 1465

拉开 1461

拉开 1462。

其中：“厂站名”、“拉开”是操作类型标志，操作类型标志后面的“仿真站”、“146”等是操作对象名称。并且，每个操作序列指令包必须以“厂站名”操作类型标志开始。

2）服务器线程接受操作序列指令包并存储。下行指令队列是基于共享内存的循环队列，循环队列由节点组成，节点的结构为：操作类型标志、操作对象名称。如图4所示，服务器线程写下行指令队列的步骤如下：S1：从操作序列指令包提取操作指令的操作类型标志、操作对象名称。S2：取得下行指令队列队尾指针，将操作类型标志、操作对象名称写入尾指针所指节点。S3：尾指针加1，如果尾指针到达队尾，则尾指针置为0（指向队列头）。S4：循环执行S1～S3，直到操作序列指令包中全部操作指令处理完毕。

3）仿真应用单元读取操作指令。如图4所示，运维一体化仿真系统按照下列步骤读取下行指令队列：S1：取得下行指令队列头指针和尾指针，如果头指针和尾指针相同，则结束处理，否则执行步骤2：S2：读取头指针所指节点的数据。S3：头指针加1，如果头指针到达队尾，则头指针置为0（指向队列头）。S4：循环执行S1～S3，直至头指针和队列尾指针相同。

再次，介绍服务器线程与仿真应用单元交换设备状态变位信息，并向客户端界面单元发送设备状态变位指令的步骤。

服务器线程通过“状态变位信息队列”与运维一体化仿真系统交换设备状态变位信息。状态变位信息队列是基于共享内存的循环队列，循环队列由节点组成，节点的结构为：厂站名称、设备名称、状态。

如图4所示，运维一体化仿真系统按照下列步骤写状态变位信息队列：S1：取得状态变位信息队列的尾指针，将厂站名称、设备名称、状态写入尾指针所指节点。S2：尾指针加1，如果尾指针到达队尾，则尾指针置为0（指向队列头）。

服务器线程按照下列步骤读取状态变位信息队列：S1：取得状态变位信息队列的头指针和尾指针，如果头指针和队列尾指针相同，则结束处理，否则执行步骤S2：S2：读取头指针所指节点的数据，根据节点中数据构建设备状态变位指令并发送给客户端界面。设备状态变位指令只包括一个设备的状态变位信息，格式为：厂站名称、设备名称、状态。典型设备状态变位指令为：仿真站、146、0。表示仿真站146设备分闸变位。S3：头指针加1，如果头指针到达队尾，则头指针置为0（指向队列头）。S4：循环执行S1～S3，直到头指针和尾指针相同。

最后介绍接收设备状态变位指令，更新画面并进行显示的步骤。

客户端界面接收设备状态变位指令，更新画面并进行显示。客户端界面从设备状态变位指令中提取厂站名称、设备名称、状态，如果厂站名称与客户端界面的当前厂站名称不同，则不处理设备状态变位指令；如果厂站名称与客户端界面的当前厂站名称相同，则用设备名称检索设备状态表，找到设备名称对应设备在设备状态表的地址，将设备状态变位指令的设备状态写入设备状态表；刷新客户端界面的画面，更新设备的显示状态。

综上所述，本发明所提供的微机防误操作仿真系统及其实现方法可以从运维一体化仿真系统获取设备的状态，快速形成防误操作规则文件，与运维一体化仿真系统共用变电站接线图数据，减少设备建模的工作量；可自定义实现多种电气闭锁逻辑可以与运维一体化仿真系统协调运行，实现运维一体化仿真系统的微机“五防”仿真功能；按照厂站名称对设备、操作规则进行分类管理，可以方便实现多个变电站设备的“五防”仿真功能。

上面对本发明所提供的面向电力系统的微机防误操作仿真系统及其实现方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (9)

1.一种面向电力系统的微机防误操作仿真实现方法，其特征在于包括如下步骤：

将服务器线程嵌入仿真应用单元中，通过所述服务器线程从所述仿真应用单元中获取变电站设备的状态数据；

根据变电站设备的状态数据显示接线图；

接收操作指令并从规则库读取操作规则，判断操作指令正确性并进行处理；其中，将所述操作规则分割成多个子规则，逐个处理子规则，只要其中一个子规则满足操作要求，则认为整个操作规则满足操作要求，判断所述子规则是否满足操作要求的步骤是：将子规则分割成设备条件语句，将设备条件语句分割成设备名称和状态值，然后根据设备名称从设备状态表获取设备的当前状态，如果设备条件语句中的状态值与设备的当前状态相同，则表示设备条件语句满足操作要求；当所述子规则中的全部设备条件语句都满足操作要求时，认为所述子规则满足操作要求；

向所述仿真应用单元发送操作序列；

所述服务器线程读取所述仿真应用单元写的状态变位信息队列，向客户端界面单元发送设备状态变位指令；其中，所述状态变位信息队列是基于共享内存的循环队列，所述循环队列由节点组成，所述节点的结构为：厂站名称、设备名称、状态；

所述客户端界面单元接收所述设备状态变位指令，更新画面并进行显示。

2.如权利要求1所述的微机防误操作仿真实现方法，其特征在于，通过服务器线程获取变电站设备的状态数据的步骤进一步包括：

向服务器线程发送数据申请指令；

接收数据申请指令，按数据申请指令中的信息检索变电站设备的状态数据并构建数据包，发送至客户端界面单元；

接收设备的状态数据并保存。

3.如权利要求1所述的微机防误操作仿真实现方法，其特征在于，所述接收操作指令并从规则库读取操作规则，判断操作指令正确性并进行处理的步骤进一步包括：

接收用户操作位置与设备图形符号比较，按接收用户操作位置计算被选中的设备；

从被选中的设备中取出设备名称，以设备名称、操作指令为索引，从规则库读取操作规则；

解释处理操作规则，判断当前操作的正确性；

处理满足操作条件的操作指令。

4.如权利要求1所述的微机防误操作仿真实现方法，其特征在于，向仿真应用单元发送操作序列的步骤进一步包括：

将操作指令与厂站名称构建操作序列指令包，发送至服务器线程；

服务器线程接受操作序列指令包并存储；

仿真应用单元读取操作指令。

5.如权利要求4所述的微机防误操作仿真实现方法，其特征在于，所述服务器线程接受操作序列指令包并存储的步骤进一步包括：

从操作序列指令包提取操作指令的操作类型标志、操作对象名称；

取得下行指令队列队尾指针，将操作类型标志、操作对象名称写入尾指针所指节点；

尾指针加1，如果尾指针到达队尾，则尾指针置为0；

循环执行上述步骤，直至操作序列指令包中全部操作指令处理完毕。

6.如权利要求4所述的微机防误操作仿真实现方法，其特征在于，所述仿真应用单元读取操作指令的步骤进一步包括：

取得下行指令队列头指针和尾指针，如果头指针和尾指针相同，则结束处理，否则读取头指针所指节点的数据；

头指针加1，如果头指针到达队尾，则头指针置为0；

循环执行上述步骤，直至头指针和队列尾指针相同。

7.如权利要求1所述的微机防误操作仿真实现方法，其特征在于，仿真应用单元写状态变位信息队列的步骤进一步包括：

取得状态变位信息队列的尾指针，将厂站名称、设备名称、状态写入尾指针所指节点；

尾指针加1，如果尾指针到达队尾，则尾指针置为0。

8.如权利要求1所述的微机防误操作仿真实现方法，其特征在于，服务器线程读取状态变位信息队列的步骤进一步包括：

取得状态变位信息队列的头指针和尾指针；

如果头指针和队列尾指针相同，则结束处理；

如果头指针和队列尾指针不相同，则读取头指针所指节点的数据，

根据节点中数据构建设备状态变位指令并发送给客户端界面单元；

头指针加1，如果头指针到达队尾，则头指针置为0；

循环执行上述步骤，直至头指针和尾指针相同。

9.如权利要求1所述的微机防误操作仿真实现方法，其特征在于接收设备状态变位指令，更新画面并进行显示的步骤进一步包括：

从状态变位指令中提取厂站名称、设备名称、状态；

如果厂站名称与客户端界面单元的当前厂站名称不同，则不处理设备状态变位指令；

如果厂站名称与客户端界面单元的当前厂站名称相同，则用设备名称检索设备状态表，找到设备名称对应设备在设备状态表的地址；

将设备状态变位指令的设备状态写入设备状态表；

刷新客户端界面单元的画面，更新设备的显示状态。