CN103594013B - 混合仿真与调控一体化仿真联合仿真数据交互方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合仿真与调控一体化仿真联合仿真数据交互系统及方法，智能变电站混合仿真系统中的电磁暂态电网仿真模块与调控一体化仿真系统中的调控一体化电网仿真模块通过网络连接，实现两个系统的数据交互。调控一体化电网仿真模块计算全局电网的潮流，电磁暂态电网仿真模块计算局部电网的潮流；本发明有益效果：采用主从式软件结构、时戳事件与定时同步相结合的方式实现协同仿真，可以满足开发调控一体化仿真与智能变电站混合仿真一体化联合仿真培训系统的需要，系统稳定性好、实时性高、更加容易使用。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统仿真领域，尤其涉及一种智能变电站混合仿真与调控一体化仿真的联合仿真数据交互系统及方法。
背景技术
智能变电站混合仿真系统采用真实的变电站一、二次设备和通信设备，构建与现场运行完全相同的环境，然后利用电磁暂态仿真计算软件实时计算局部电网潮流，并把计算结果通过接口卡输出到真实的一、二次设备，驱动设备的运行。为保证设备动作正确，要求在100微妙之内完成潮流计算和结果的输出，为了达到这个性能要求，智能变电站混合仿真系统一般采用较小的局部电网，减少计算量，提高计算速度。但是，较小的局部电网稳定性较差，而且随着潮流计算误差的积累，仿真结果的误差也越来越大。
调控一体化仿真系统包括调控一体化仿真人机界面、调控一体化电网仿真模块，人机界面接受人工操作输入，向调控一体化电网仿真模块发送操作事件，调控一体化电网仿真模块建立全网模型，处理操作操作事件，进行全网潮流计算。调控一体化仿真系统以地区电网为仿真对象，电网范围大，电网的稳定性好，全电网潮流计算采用秒级的计算步长，仿真速度快，可以为电网调控人员提供稳定可靠的操作和事故处理仿真培训环境。但调控一体化仿真系统没有真实的变电设备，培训场景的真实性和培训效果都受到限制。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种混合仿真与调控一体化仿真的联合仿真数据交互系统及方法，可以满足开发调控一体化仿真与智能变电站混合仿真一体化联合仿真培训系统的需要，系统稳定性好、实时性高、更加容易使用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种混合仿真与调控一体化仿真的联合仿真数据交互系统，包括：智能变电站混合仿真系统与调控一体化仿真系统通过网络连接通信。
所述智能变电站混合仿真系统包括局部电网物理设备和电磁暂态电网仿真模块，电磁暂态电网仿真模块建立局部电网仿真模型，采用电磁暂态方法计算局部电网的潮流，并驱动物理设备运行。
所述调控一体化仿真系统包括调控一体化仿真人机界面和调控一体化电网仿真模块，调控一体化仿真人机界面接受人工操作输入，向调控一体化电网仿真模块发送操作事件，调控 一体化电网仿真模块建立全网仿真模型，处理操作事件，进行全网潮流计算。
所述电磁暂态电网仿真模块与调控一体化电网仿真模块通过网络连接通信。
一种混合仿真与调控一体化仿真的联合仿真数据交互方法，包括以下步骤：
（1）智能变电站混合仿真系统中的电磁暂态电网仿真模块与调控一体化仿真系统中的调控一体化电网仿真模块通过网络连接通信。
（2）电磁暂态电网仿真模块初始化：电磁暂态电网仿真模块从设备对照文件中读入局部电网的边界设备与全局电网的设备之间的对照表，与局部电网仿真数据库的设备表建立索引；调控一体化电网仿真模块初始化：调控一体化电网仿真模块从设备对照文件中读入局部电网的边界设备与全局电网的设备之间的对照表，建立局部电网边界设备与全局电网设备之间的映射关系。
局部电网是全局电网的一部分，局部电网以智能变电站为中心对全局电网进行简化，局部电网至少包括：完整的智能变电站，与智能变电站相连接的第一层变电站及联络线，与第一层变电站相连外部变电站可以简化成一个负荷和一个发电机。
设备对照文件的格式表如下：
（3）调控一体化电网仿真模块接收并处理来自调控一体化仿真人机界面的操作事件，根据事件发生的所在的厂站进行分类处理。
（4）调控一体化电网仿真模块接收处理来自电磁暂态电网仿真模块的事件，根据事件中的时间戳推进仿真时间，如果是时间同步事件，调控一体化电网仿真模块处理时间同步事件，进行全网潮流计算，并将变位信息和局部电网边界潮流发送给电磁暂态电网仿真模块进行处理。
（5）电磁暂态电网仿真模块接收并处理来自调控一体化电网仿真模块的事件，利用接收的数据修正局部电网的参数；然后采集来自物理设备的变位信息并处理，给变位信息增加时间戳后发送给调控一体化电网仿真模块。
（6）电磁暂态电网仿真模块计算局部电网潮流并推进仿真时间，如果到达时间同步点， 则向调控一体化电网仿真模块发送时间同步事件。
（7）转步骤（3）进行循环处理。
所述调控一体化电网仿真模块接收并处理调控一体化仿真人机界面的操作事件的步骤为：
（1）判断操作事件发生的厂站，如果被操作的设备在智能变电站中，则转步骤（2），否则转步骤（3）。
（2）根据操作事件的信息构建仿真站操作事件包，发送给电磁暂态电网仿真模块，然后转步骤（5）。
（3）调控一体化电网仿真模块处理操作事件，并计算全局电网潮流。
（4）根据操作事件、变位信息和局部电网边界潮流数据的信息构建局部电网操作事件包，发送到电磁暂态电网仿真模块。
（5）结束处理。
所述调控一体化电网仿真模块接收并处理来自电磁暂态电网仿真模块的事件的步骤为：
（1）分析事件关键字，如果是时间同步事件，则转步骤（4），否则进入步骤（2）。
（2）从事件中提取设备名称及状态，重新计算全网潮流。
（3）从事件中提取时间戳，将调控一体化电网仿真模块仿真时间推进到时间戳所表示的时刻。
（4）根据变位信息和局部电网边界潮流数据的信息构建变位处理信息事件包，发送到电磁暂态电网仿真模块。
（5）结束处理。
所述调控一体化电网仿真模块处理时间同步事件的具体步骤为：
（1）调控一体化电网仿真模块进行全网潮流计算。
（2）调控一体化仿真模块的仿真时间推进一个计算步长。
（3）将变位信息和局部电网边界潮流数据构建时间同步处理信息事件包，发送到电磁暂态电网仿真模块。
所述电磁暂态电网仿真模块接收并处理来自调控一体化电网仿真模块的事件的具体步骤为：
（1）如果是仿真站操作事件，则从事件包中提取操作事件，把操作事件转换成goose信号发送到物理设备；转步骤（4）。
（2）如果是局部电网操作事件，则从事件包中提取局部电网边界潮流数据和变位信息修 正局部电网的参数，如果操作事件是故障，则把故障映射到局部电网的设备上；转步骤（4）。
（3）如果是变位处理信息事件、时间同步处理信息事件，则从事件包中提取局部电网边界潮流数据和变位信息修正局部电网的参数。
（4）结束处理。
所述电磁暂态电网仿真模块采集物理设备变位信息并处理的步骤为：
（1）提取变位信息修改局部电网的参数。
（2）以局部电网的当前仿真时间加一个计算步长为时间戳，用变位信息、时间戳构建具有时间戳的混合仿真变位信息，发送给调控一体化电网仿真模块。
电磁暂态电网仿真模块进行局部电网潮流计算并推进仿真时间的方法为：以局部电网的当前参数输入量计算局部电网的潮流，仿真时间推进一个固定的计算步长，如100微妙。
电磁暂态电网仿真模块向调控一体化电网仿真模块发送时间同步事件的方法为：以局部电网的当前仿真时间为时间戳，构建时间同步事件发送给调控一体化电网仿真模块。
所述判断是否到达时间同步点的方法为：
设定调控一体化电网仿真的计算步长Tdk为整数秒，如2秒，电磁暂态电网仿真的计算步长Tdz为整数的微妙，如100微妙，电磁暂态电网仿真的仿真时间Tfzdz为双精度浮点数，以调控一体化电网仿真的计算步长Tdk为时间同步周期，则时间同步点计算过程如下：
（1）计算每个同步周期电磁暂态电网仿真程序仿真计算的次数NUM1：
NUM1=Tdk*1000*1000/Tdz。
（2）计算电磁暂态电网仿真程序仿真计算的总次数NUM2：
NUM2=Tfzdz*1000*1000/Tdz。
NUM2除以NUM1的余数为NUM0：
NUM0=NUM2%NUM1。
（3）如果NUM0为0，则到达时间同步点。
在整个联合仿真系统中，电磁暂态电网仿真模块处于主导地位，它通过定时发送时间同步事件来控制整个仿真系统的时间推进，调控一体化电网仿真模块处于从属地位，根据电磁暂态电网仿真模块的时间同步事件进行仿真时间。
调控一体化电网仿真模块采用下列格式向电磁暂态电网仿真模块发送事件，不同的事件通过‘事件命令字’的值来区别。
电磁暂态电网仿真模块采用下列格式向调控一体化电网仿真模块发送事件，不同的事件通过‘事件命令字’的值来区别。
本发明的有益效果是：
1、低成本。调控一体化仿真采用一般PC机、智能变电站混合仿真采用商用PC服务器，造价较低。
2、实时性高，容易使用。直接通过仿真模块进行协调和同步，相对于普遍使用的基于分布交互仿真中间件的解决方案，具有跟高的实时性，使用更方便、实现更容易。
3、系统稳定性好。通过调控一体化仿真进行大电网潮流计算，并利用计算结果及时修正智能变电站混合仿真局部电网的边界参数，智能变电站混合仿真系统的稳定性和真实性更好。
4、使用价值更高。将调控一体化仿真和智能变电站混合仿真有机结合成一体化的联合仿真培训系统，可以进行电网调控人员和变电运维人员联合仿真培训，培训环境更加真实，培训效果更好，具有更高的使用价值。
5、本发明采用主从式软件结构、时戳事件与定时同步相结合的方式实现协同仿真，可以满足开发调控一体化仿真与智能变电站混合仿真一体化联合仿真培训系统的需要，系统稳定性好、实时性高、更加容易使用。
附图说明
图1为本发明系统总体结构；
图2（a）为全局电网示意图；
图2（b）为局部电网示意图；
图3为本发明调控一体化电网仿真模块的执行流程图；
图4为本发明电磁暂态电网仿真模块的执行流程图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
系统总体结构图如图1所示，智能变电站混合仿真系统包括模拟的和真实的物理设备、电磁暂态电网仿真模块，电磁暂态电网仿真模块建立局部电网的模型，采用电磁暂态方法计算局部电网的潮流，并通过goose网络将控制信息和潮流信息发送到物理设备，驱动物理设备运行，同时采集物理设备的变位信息并重新计算局部电网的潮流。调控一体化仿真系统包括调控一体化仿真人机界面、调控一体化电网仿真模块，人机界面接受人工操作输入，向调控一体化电网仿真模块发送操作事件，调控一体化电网仿真模块建立全网模型，处理操作操作事件，进行全网潮流计算。电磁暂态电网仿真模块与调控一体化电网仿真模块通过网络互联并交互信息，实现集智能变电站混合仿真与调控一体化仿真于一体的联合仿真系统。
如图2（a）和图2（b）所示，局部电网是全局电网的一部分，局部电网以智能变电站为中心对全局电网进行简化，局部电网至少包括：完整的智能变电站，与智能变电站相连接的第一层变电站及联络线，与第一层变电站相连外部变电站可以简化成一个负荷和一个发电机。
设备对照文件的格式表如下：
在整个联合仿真系统中，电磁暂态电网仿真模块处于主导地位，它通过定时发送时间同 步事件来控制整个仿真系统的时间推进，调控一体化电网仿真模块处于从属地位，根据电磁暂态电网仿真模块的时间同步事件进行仿真时间。
调控一体化电网仿真模块采用下列格式向电磁暂态电网仿真模块发送事件，不同的事件通过‘事件命令字’的值来区别。
电磁暂态电网仿真模块采用下列格式向调控一体化电网仿真模块发送事件，不同的事件通过‘事件命令字’的值来区别。
如图3和图4所示，一种混合仿真与调控一体化仿真的联合仿真数据交互方法，包括以下步骤：
（1）智能变电站混合仿真系统中的电磁暂态电网仿真模块与调控一体化仿真系统中的调控一体化电网仿真模块通过网络连接通信。
（2）电磁暂态电网仿真模块和调控一体化电网仿真模块初始化阶段：电磁暂态电网仿真 模块从设备对照文件中读入局部电网的边界设备与全局电网的设备之间的对照表，与局部电网仿真数据库的设备表建立索引；调控一体化电网仿真模块从设备对照文件中读入局部电网的边界设备与全局电网的设备之间的对照表，建立设备之间的映射关系。
（3）调控一体化电网仿真模块接收并处理来自调控一体化仿真人机界面的操作事件，根据事件发生的所在的厂站进行分类处理。
（4）调控一体化电网仿真模块接收处理来自电磁暂态电网仿真模块的事件，根据事件中的时间戳推进仿真时间，如果是时间同步事件，调控一体化电网仿真模块处理时间同步事件，进行全网潮流计算，并将变位信息和局部电网边界潮流发送给电磁暂态电网仿真模块进行处理。
（5）电磁暂态电网仿真模块接收并处理来自调控一体化电网仿真模块的事件，利用接收的数据修正局部电网的参数；然后采集来自物理设备的变位信息并处理，给变位信息增加时间戳后发送给调控一体化电网仿真模块。
（6）电磁暂态电网仿真模块计算局部电网潮流并推进仿真时间，如果到达时间同步点，则向调控一体化电网仿真模块发送时间同步事件。
（7）转步骤（3）进行循环处理。
所述调控一体化电网仿真模块接收并处理调控一体化仿真人机界面的操作事件的步骤为：
（1）判断操作事件发生的厂站，如果被操作的设备在智能变电站中，则转步骤（2），否则转步骤（3）。
（2）根据操作事件的信息构建仿真站操作事件包，发送给电磁暂态电网仿真模块，然后转步骤（5）。
（3）调控一体化电网仿真模块处理操作事件，并计算全局电网潮流。
（4）根据操作事件、变位信息和局部电网边界潮流数据的信息构建局部电网操作事件包，发送到电磁暂态电网仿真模块。
（5）结束处理。
所述调控一体化电网仿真模块接收并处理来自电磁暂态电网仿真模块的事件的步骤为：
（1）分析事件关键字，如果是时间同步事件，则转步骤（4），否则进入步骤（2）。
（2）从事件中提取设备名称及状态，重新计算全网潮流。
（3）从事件中提取时间戳，将调控一体化电网仿真模块仿真时间推进到时间戳所表示的时刻。
（4）根据变位信息和局部电网边界潮流数据的信息构建变位处理信息事件包，发送到电磁暂态电网仿真模块。
（5）结束处理。
所述调控一体化电网仿真模块处理时间同步事件的具体步骤为：
（1）调控一体化电网仿真模块进行全网潮流计算。
（2）调控一体化仿真模块的仿真时间推进一个计算步长。
（3）将变位信息和局部电网边界潮流数据构建时间同步处理信息事件包，发送到电磁暂态电网仿真模块。
所述电磁暂态电网仿真模块接收并处理来自调控一体化电网仿真模块的事件的具体步骤为：
（1）如果是仿真站操作事件，则从事件包中提取操作事件，把操作事件转换成goose信号发送到物理设备；转步骤（4）。
（2）如果是局部电网操作事件，则从事件包中提取局部电网边界潮流数据和变位信息修正局部电网的参数，如果操作事件是故障，则把故障映射到局部电网的设备上；转步骤（4）。
（3）如果是变位处理信息事件、时间同步处理信息事件，则从事件包中提取局部电网边界潮流数据和变位信息修正局部电网的参数。
（4）结束处理。
所述电磁暂态电网仿真模块采集物理设备变位信息并处理的步骤为：
（1）提取变位信息修改局部电网的参数。
（2）以局部电网的当前仿真时间加一个计算步长为时间戳，用变位信息、时间戳构建具有时间戳的混合仿真变位信息，发送给调控一体化电网仿真模块。
电磁暂态电网仿真模块进行局部电网潮流计算并推进仿真时间的方法为：以局部电网的当前参数输入量计算局部电网的潮流，仿真时间推进一个固定的计算步长，如100微妙。
电磁暂态电网仿真模块向调控一体化电网仿真模块发送时间同步事件的方法为：以局部电网的当前仿真时间为时间戳，构建时间同步事件发送给调控一体化电网仿真模块。
所述判断是否到达时间同步点的方法为：
设定调控一体化电网仿真的计算步长Tdk为整数秒，如2秒，电磁暂态电网仿真的计算步长Tdz为整数的微妙，如100微妙，电磁暂态电网仿真的仿真时间Tfzdz为双精度浮点数，以调控一体化电网仿真的计算步长Tdk为时间同步周期，则时间同步点计算过程如下：
（1）计算每个同步周期电磁暂态电网仿真程序仿真计算的次数NUM1：
NUM1=Tdk*1000*1000/Tdz。
（2）计算电磁暂态电网仿真程序仿真计算的总次数NUM2：
NUM2=Tfzdz*1000*1000/Tdz。
NUM2除以NUM1的余数为NUM0：
NUM0=NUM2%NUM1。
（3）如果NUM0为0，则到达时间同步点。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种混合仿真与调控一体化仿真联合仿真数据交互系统的方法，其特征是，所述混合仿真与调控一体化仿真联合仿真数据交互系统包括：
智能变电站混合仿真系统与调控一体化仿真系统通过网络连接通信；
所述智能变电站混合仿真系统包括局部电网物理设备和电磁暂态电网仿真模块，电磁暂态电网仿真模块建立局部电网仿真模型，采用电磁暂态方法计算局部电网的潮流，并驱动物理设备运行；
所述调控一体化仿真系统包括调控一体化仿真人机界面和调控一体化电网仿真模块，调控一体化仿真人机界面接受人工操作输入，向调控一体化电网仿真模块发送操作事件，调控一体化电网仿真模块建立全网仿真模型，处理操作事件，进行全网潮流计算；
所述电磁暂态电网仿真模块与调控一体化电网仿真模块通过网络连接通信；
所述方法包括以下步骤：
(1)电磁暂态电网仿真模块从设备对照文件中读入局部电网的边界设备与全局电网的设备之间的对照表，与局部电网仿真数据库的设备表建立索引；调控一体化电网仿真模块从设备对照文件中读入局部电网的边界设备与全局电网的设备之间的对照表，建立局部电网边界设备与全局电网设备之间的映射关系；
(2)调控一体化电网仿真模块接收并处理来自调控一体化仿真人机界面的操作事件，根据事件发生的所在厂站进行分类处理；
(3)调控一体化电网仿真模块接收处理来自电磁暂态电网仿真模块的事件，根据事件中的时间戳推进仿真时间，如果是时间同步事件，调控一体化电网仿真模块处理时间同步事件，进行全网潮流计算，并将变位信息和局部电网边界潮流发送给电磁暂态电网仿真模块进行处理；
(4)电磁暂态电网仿真模块接收并处理来自调控一体化电网仿真模块的数据，利用接收的数据修正局部电网的参数；采集来自物理设备的变位信息并处理，给变位信息增加时间戳后发送给调控一体化电网仿真模块；
(5)电磁暂态电网仿真模块计算局部电网潮流并推进仿真时间，如果到达时间同步点，则向调控一体化电网仿真模块发送时间同步事件；
(6)转步骤(2)进行循环处理。
2.如权利要求1所述的一种混合仿真与调控一体化仿真联合仿真数据交互方法，其特征是，所述调控一体化电网仿真模块接收并处理调控一体化仿真人机界面的操作事件的步骤为：
(1)判断操作事件发生的厂站，如果被操作的设备在智能变电站中，则转步骤(2)，否则转步骤(3)；
(2)根据操作事件的信息构建仿真站操作事件包，发送给电磁暂态电网仿真模块，然后转步骤(5)；
(3)调控一体化电网仿真模块处理操作事件，并计算全局电网潮流；
(4)根据操作事件、变位信息和局部电网边界潮流数据的信息构建局部电网操作事件包，发送到电磁暂态电网仿真模块；
(5)结束处理。
3.如权利要求1所述的一种混合仿真与调控一体化仿真联合仿真数据交互方法，其特征是，所述调控一体化电网仿真模块接收并处理来自电磁暂态电网仿真模块的事件的步骤为：
(1)分析事件关键字，如果是时间同步事件，则转步骤(4)，否则进入步骤(2)；
(2)从事件中提取设备名称及状态，重新计算全网潮流；
(3)从事件中提取时间戳，将调控一体化电网仿真模块仿真时间推进到时间戳所表示的时刻；
(4)根据变位信息和局部电网边界潮流数据的信息构建变位处理信息事件包，发送到电磁暂态电网仿真模块；
(5)结束处理。
4.如权利要求1所述的一种混合仿真与调控一体化仿真联合仿真数据交互方法，其特征是，所述调控一体化电网仿真模块处理时间同步事件的具体步骤为：
(1)调控一体化电网仿真模块进行全网潮流计算；
(2)调控一体化仿真模块的仿真时间推进一个计算步长；
(3)将变位信息和局部电网边界潮流数据构建时间同步处理信息事件包，发送到电磁暂态电网仿真模块。
5.如权利要求1所述的一种混合仿真与调控一体化仿真联合仿真数据交互方法，其特征是，所述电磁暂态电网仿真模块接收并处理来自调控一体化电网仿真模块的事件的具体步骤为：
(1)如果是仿真站操作事件，则从事件包中提取操作事件，把操作事件转换成goose信号发送到物理设备；转步骤(4)；
(2)如果是局部电网操作事件，则从事件包中提取局部电网边界潮流数据和变位信息修正局部电网的参数，如果操作事件是故障，则把故障映射到局部电网的设备上；转步骤(4)；
(3)如果是变位处理信息事件、时间同步处理信息事件，则从事件包中提取局部电网边界潮流数据和变位信息修正局部电网的参数；
(4)结束处理。
6.如权利要求1所述的一种混合仿真与调控一体化仿真联合仿真数据交互方法，其特征是，所述电磁暂态电网仿真模块采集物理设备变位信息并处理的步骤为：
(1)提取变位信息修改局部电网的参数；
(2)以局部电网的当前仿真时间加一个计算步长为时间戳，用变位信息、时间戳构建具有时间戳的混合仿真变位信息，发送给调控一体化电网仿真模块。
7.如权利要求1所述的一种混合仿真与调控一体化仿真联合仿真数据交互方法，其特征是，所述判断是否到达时间同步点的方法为：
设定调控一体化电网仿真的计算步长Tdk为整数秒，电磁暂态电网仿真的计算步长Tdz为整数的微妙，电磁暂态电网仿真的仿真时间Tfzdz为双精度浮点数，以调控一体化电网仿真的计算步长Tdk为时间同步周期，则时间同步点计算过程如下：
(1)计算每个同步周期电磁暂态电网仿真程序仿真计算的次数NUM1：
NUM1＝Tdk*1000*1000/Tdz；
(2)计算电磁暂态电网仿真程序仿真计算的总次数NUM2：
NUM2＝Tfzdz*1000*1000/Tdz；
NUM2除以NUM1的余数为NUM0：
NUM0＝NUM2％NUM1；
(3)如果NUM0为0，则到达时间同步点。
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