CN104504168A - 一种电网仿真计算结果沙盘动态展示方法及其系统 - Google Patents

Abstract

一种电网仿真计算结果沙盘动态展示方法及其系统，涉及一种电网仿真方法及其系统。目前，电网运行方式人员在进行电网安全稳定计算时，主要采用离线仿真软件进行计算，显示不直观。本发明包括以下步骤：设置电网沙盘展示场景参数、运行方式、计算类型、预想故障集；针对预想故障集进行预想故障计算，把计算结果映射成电网仿真模型，再进一步把电网仿真模型转换成用于沙盘显示的动态模型与控制模型，最后向电网沙盘输出动态模型。本技术方案解决了电网仿真计算结果不能够独立地通过三维沙盘进行动态展示的相关技术问题，利用沙盘技术来动态展示电网仿真结果，立体感与直观性强。

Description

一种电网仿真计算结果沙盘动态展示方法及其系统

技术领域

本发明属于电网仿真领域,特别涉及一种电网仿真计算结果沙盘动态展示方法及其系统。

背景技术

  目前，电网运行方式人员在进行电网安全稳定计算时，主要采用离线仿真软件进行计算，如BPA(Bonneville Power Administration)、PSS/E(Power System Simulator/Engineering) 等仿真软件,这些仿真软件各具特点；运行方式人员在进行方式计算时，常常需要在多个仿真软件间切换，如用BPA算潮流，用PSS/E计算短路，效率比较低；而且计算结果与仿真软件本身耦合度高，主要以文本与潮流图方式显示，不直观，对于电网结构不熟悉的人而言，理解计算结果有时比较困难，这不利于电网应急指挥，抢修等工作的有效展开。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电网仿真计算结果沙盘动态展示方法及其系统，为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种电网仿真计算结果沙盘动态展示方法，包括以下步骤：

1）设置电网沙盘展示场景参数，确定电网事件所对应的沙盘灯光表达方式；

2）设置运行方式，确定仿真计算类型；

3）为仿真计算设定设置预想故障集；

4）针对设置的预想故障集进行预想故障计算；

5）在预想故障计算完成后读取计算结果；

6）判断预想故障集计算是否完成 ,如果所设的预想故障集计算没有全部完成，则继续进行下一预想故障的计算，直到预想故障集计算全部完成；

7）把结果映射到电网仿真模型中，电网仿真模型包含运行方式计算中所涉及的关键信息；

8）把电网仿真模型转换成能在电网沙盘上进行展现的动态模型及控制模型；

9）把电网沙盘动态模型输出到沙盘中进行动态展示；

10）判断计算类型所对应的仿真计算是否完成，如果没有完成，则继续下一仿真计算类型的展现，如果完成，则结束展现。

一种电网仿真计算结果沙盘动态展示系统，包括：场景设置单元，用于初始化沙盘展示场景参数，包括不同展示场景下灯体所发灯光颜色、方向，持续时间，电网各种计算参数，电网沙盘模型地址参数等内容。

运行方式设置单元，用于设置运行方式类型，运行方式类型包括正常运行方式，检修运行方式与事故后运行方式。

计算类型设置单元，用于设置计算类型预想故障集设置单元，能够根据网架与输入的计算重数，自动进行预想故障集计算，也可以进行人工修改。

预想故障计算单元，根据设置的预想故障集，调用相关仿真接口，能根据计算类型的不同获取各仿真软件的计算能力，启动仿真计算软件进行计算，完成预想故障集的特定计算类型的计算。

结果读取单元，根据计算类型，读取预想故障的计算结果计算识别单元，能够识别针对预想故集的计算是否完成。

结果映射单元，能够把结果映射到电网仿真模型中。

沙盘模型生成单元，把仿真模型　转换成电网沙盘动态模型与控制模型。

沙盘输出单元，按控制时序顺序的向电网沙盘动态模型发送指令，执行仿真结果的动态展示。

沙盘展现控制单元，完成计算类型所对应的仿真计算判断工作。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

展示场景参数包括各种预想故障所引起的电网事件所对应的灯光表达方式；电网事件包括越限事件、切负荷事件、母线越限事件、长期限额越限事件、短期限额越限事件；所述的电网仿真模型包括运行方式、计算类型、断面、预想故障。

所述的计算类型主要包括短路电流计算、潮流计算、热稳定限额计算，稳定计算，风险计算；所述的预想故障包括N－1故障。N-1故障方式是指某种方式中电网任一元件无故障或因故障断开时能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内的方式。

所述电网仿真模型基于CIM。

所述的电网沙盘动态模型是基于6LoWPAN技术。

有益效果：利用沙盘技术来动态展示电网仿真结果具有其它展示方式无可替代的立体感与直观性，用与沙盘三维电网模型相关联的灯光来动态模拟电网运行方式的计算效果，可以把运行方式计算过程中的各类事件生动的按照时序展现出来，使不熟悉电网结构的人员可以快速发现运行方式所存在的风险与问题，有利于电网应急指挥等工作的有效展开，提升电网安全运行水平。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明.

图1是本发明方法的流程图

图2是本发明实施例的 仿真模型核心类图

图3是本发明的系统模块图

图1中．S1设置沙盘展示场景参数, S2.设置运行方式,S3. 设置计算类型, S4.设置预想故障集，S5.应用故障集进行计算，S6.读取计算结果， S7.判断计算是否完成，S8.结果映射到仿真模型，S9.生成电网沙盘动态模型，S10.生成电网沙盘控制模型，S11.输出到沙盘动态展示，S12.判断展现是否完成。

图2中. 13. IdentifiedObject类, 14.OperationMode类,15. ComputeType类, 16.ForecastFault类，17.Section类，18 GridEvents类,19.Line类，20.Substation类,21.Transformer类，22.Bay类，23.VoltageLevel类。

图3中． 24.初始化单元，25.预想故障生成单元，26.计算单元，27.模型转换单元，28.展示单元。

具体实施方式

    下面将结合附图给出一个非限定性的实施例对本发明做进一步的阐述，显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

电网运行方式是电力系统调度部门编制的电力系统生产和运行的总体技术方案，运行方式在编制时需要进行各种仿真计算，通过仿真计算结果来校核运行方式的安全性与经济性。

为了使运行方式计算结果能够独立于仿真软件之外在沙盘上进行直观的三维展示，本发明实施例提供了一种电网仿真计算结果沙盘动态展示方法及其系统，以解决上述问题。

参见图1，上述的电网仿真计算结果沙盘动态展示方法至少可包括如下步骤：

S1、设置电网沙盘展示场景参数。

电网沙盘展示场景参数用于表明在假想故障下所引起的电网事件所对应的沙盘灯光表达方式，灯光表达方式包括与沙盘模型相连的灯体，灯体所发灯光颜色、方向，持续时间；需要说明的是，灯体包括灯带来灯条，灯体的类型受实际沙盘的限制更具体的，电网沙盘灯体所发的灯光表达方式可根据用户需要及灯体支持的灯光设置模式进行灵活的设置，例如：可采用红光持续闪烁数秒种来表明线路处于越限状态，用白光表明线路处于正常状态，用灯体不发光说明处于停电或停运状态，用特定的某种颜色光从线路一端快速流向线路另一端时表明线路功率输送方向从线路A端流向B端；需要说明的是，不同的沙盘灯体所支持的灯光控制芯片可能不同，所支持的灯光模式也可能有差异，具体设置是应参照灯体所支持的灯光变换模式来设置。

不同的电网事件所对应的沙盘灯光表达方式应有所区别。如电网越限时的灯光表达方式与电网正常方式应不同。

S2、设置运行方式。

在设置完电网沙盘展示场景参数后，应设置运行方式，不同的运行方式所依赖的仿真软件也不同。

例如采用BPA仿真软件可以计算潮流与稳定，使用PSS/E进行短路电流计算,而如果要进行电网热稳定极限计算则需要采用其它的仿真软件；更具体的，运行方式类型包括正常运行方式，检修运行方式与事故后运行方式。

S3、设置计算类型。

    不同的运行方式计算内容与计算类型不同；所述的计算类型主要包括短路电流计算、潮流计算、热稳定限额计算，稳定计算，风险计算；例如在检修运行方式下，通常要进行潮流计算，稳定极限计算，短路容量计算。

S4、设置预想故障集。

在进行仿真计算时，需要设置预想故障集，预算故障集的范围与有效性会直接影响到计算效率与计算结果；电网单重故障（N－1）与电网多重故障在计算工作量上差别很大，计算效率不可同日而语；例如以一个具有100个节点（母线）的小电网来算,考虑到节点开断与线路开断，其单一元件开断，即单重故障（Ｎ－１）的数量为1000个。而双重故障（Ｎ－２），即两个元件开断故障同时开断，其故障数量极剧增大，达到约200万个，考虑到三重故障并发的情况，其三重故障总体数量将达到约40亿个。

电网多重预想故障选择时最困难的地方是故障规模随着故障重数的增多而极剧增大，从而使得预想故障集太大而无法全部分析。一般情况，都需要控制多重故障的深度；而具体的，现有的故障集主要是基于N－1故障集及部分N－2故障集（同杆线路）；对于规模较大的电网，也可以采用自动生成的方式来设置预想故障集，其主要的思路是对电网进行分区并考虑故障影响域，从而缩小多重故障集计算的规模与级数；电网分区能保证一个区内的故障对区外设备的影响几乎可以忽略不计，这样在对某一区内的故障进行分析时就不需要考虑区外的故障情况，从而提高算法的效率。为了选出潮流相关性比较密切的线路，可以通过故障影响域的方法来对可信的多重故障进行选择，两重故障的数量将不超过Ｎ－１故障数，三重故障的数量将不超过两重故障数，这样有可效地控制预想故障集规模。

S5、预想故障计算。

  预想故障集在设置完成以后，就需要对该预想故障进行特定的计算；不同的计算类型与仿真计算软件相关；如进行N－1或N－2潮流计算时，可采用BPA进行计算。

更具体的，如果采用BPA进行潮流计算，需要把该预想故障变化反映到潮流文件中，通过更改潮流DAT文件来设置该预想故障。

S6、读取计算结果。

在预想故障计算完成后，需要读取计算结果；计算结果与仿真计算软件相关。

更具体的，读取计算结果时应根据仿真计算软件的不同而读取不同的文件，例如，当读取BPA潮流计算结果PFO文件时，还需要同时读取潮流数据文件DAT，DEF卡片格式文件进行综合解析，才能准确地理解仿真结果。

所述的 PFO格式文件指BPA软件中的潮流计算结果文件；所述的DAT文件指BPA软件中的潮流计算数据文件；所述的DEF文件指BPA软件中的定义潮流程序卡片格式文件；

S7、判断计算是否完成。

当每次计算完成后，需要判断所设的预想故障集是否完成，如果计算没有全部完成，则需要继续进行下一预想故障的计算，直到预想故障集计算全部完成； S8、结果映射到仿真模型中。

计算完成之就可以把结果映射到电网仿真模型中。

所述的电网仿真模型用于把仿真计算结果以面向对象的方式表述出来，是电网仿真结果输出到电网沙盘的中间环节，它包含运行方式计算中所涉及的关键信息；更具体的电网仿真模型包括运行方式、计算类型、断面、预想故障、电网事件五种核心仿真模型；如图2所示，这五种核心仿真模型均扩展于CIM模型的IdentifiedObject类13，其中运行方式类OperationMode14包括运行方式的名称、类型；每一个运行方式对象均对应着多种的计算类型ComputeType15；每一个运行方式均可以设定多种预想故障ForecastFault16;断面Section17与计算类型、预想故障均有关联关系；电网事件GridEvents18与断面相关联；断面由线路Line19与变电站Substation20构成，变电站包含主变Transformer21和母线Bay22,母线都有自己的电压等级VoltageLevel23;  所述的IdentifiedObject 是CIM中的一个基类，它为其它类提供一个通用的命名属性;所述的断面包括线路断面与主变、母线；所述的电网事件包括越限事件、切负荷事件、母线越限事件所述的越限事件内容包括越限断面名称、电压等级、最小限额所述的切负荷事件包括切负荷大小，切负荷线路；所述的母线越限事件包括变电站名称、母线名称；母线限额。

S9、生成电网沙盘动态模型。

电网沙盘动态模型是沙盘展示场景参数与电网仿真模型的融合，它包含了与沙盘三维物理模型相关的灯光控制装置的地址。所述电网沙盘动态模型是基于6LoWPAN技术，包含与电网沙盘三维物理模型相连的展示装置IPv6地址，灯光的颜色、方向，持续时间；电网沙盘动态模型共有变电站、主变、母线、线路四种类型；所述的6LoWPAN是Ipv6 over Low Power Wireless Personal AreaNetwork的简写，即基于Ipv6的低速无线个域网；它是一种在IEEE 802.15.4标准基础上传输Ipv6数据包的网络体系；它规定了物理层和MAC层采用IEEE 802.15.4标准，上层采用TCP/Ipv6协议栈，它适用于设备成本低，设备数量大，传输带宽窄的场合。

例如：与XXX线对应的电网三维物理模型灯光控制装置对应的IPv6地址为 35：35：31：30：30：31：30：33与 XX变220kV副母对应的电网三维物理模型灯光控制装置对应的IPv6地址为：38：35：31：30：30：31：30：33S10、生成电网沙盘控制模型。

电网沙盘控制模型包括控制与某种计算类型对应的电网动态模型的展现时序与相关控制指令；通过电网沙盘控制模型的顺序执行来完成各电网事件的顺序呈现；更具体的，电网沙盘控制模型包含了电网仿真模型的主要信息。

例如针对检修运行方式进行潮流计算时，在N－1计算时，发现当XX变220kV副母发生故障时，引起XXX线过载，此线路的故障后潮流为464.7；其长期限额为292，短时限额为338，其控制模型包括以下主要信息：

1运行方式：检修方式；

2计算类型：潮流计算；

3预想故障：XX变220kV副母发生故障；

4断面：XXX线；

5电网事件：1. 越限；长期过载率1.59；短期过载率1.37；

6控制时序：1；

7指令：1. XX变220kV副母,停运； 2.XXX线，越限；

与此控制模型相关联的两个电网沙盘动态模型分别为：

1XX变220kV副母，其IPv6地址为：38：35：31：30：30：31：30：33。

2XXX线，其IPv6地址为 35：35：31：30：30：31：30：33。

所对应的装置完成越限的灯光显示。

此处的控制时序为与此控制模型在展示过程中所执行顺序。

S11、输出到沙盘进行动态展示。

当所有的控制模型生成后，只需要按控制时序，顺序的向电网沙盘动态模型发送指令即完成仿真结果的动态展示。

例如：针对XX变220kV副母故障所引起的XXX线越限事件展示，只需要按指令顺序，先后向电网沙盘动态模型XX变220kV副母与XXX线相对应的地址发送停运与越限指令，即先向38：35：31：30：30：31：30：33地址发送停运指令，后向35：35：31：30：30：31：30：33发送越限指令即完成沙盘的动态展示。

更具体地，为了能够给人员留出观察与思考时间，可在发送指令中应根据各事件类型，设置相应间隔时间，如针对越限事件，在发送预想故障后2秒，即发送越限指令，在越限指令发送5秒后，发送下一条指令。

S12、判断展示是否完成。

展示通常需要持续一定的时间，需要根据电网沙盘控制模型的时序判断计算类型所对应的仿真计算是否完成，当某种运行方式所对应的计算类型全部完成之后，展示过程就结束了；如果没有完成，则继续下一计算类型的展示。

综上可知，在本发明实施例中，通过对沙盘展示场景参数，运行方式，计算类型，预想故障集进行设置，开展不同的计算类型的预想故障集计算，通过对计算结果的读取，生成电网仿真模型，并把电网仿真模型转换成能够在沙盘进行展示的电网沙盘动态模型与控制模型，最后，把电网沙盘动态模型与控制模型输出到相应的沙盘中完成仿真结果的动态展示。

与之相对应，本发明实施例还提供了与此方法相关的一种电网仿真计算结果沙盘动态展示系统，包括：场景设置单元24，用于初始化沙盘展示场景参数，包括不同展示场景下灯体所发灯光颜色、方向，持续时间，电网各种计算参数，电网沙盘模型地址参数等内容 。

运行方式设置单元25，用于设置运行方式类型，运行方式类型包括正常运行方式，检修运行方式与事故后运行方式。

计算类型设置单元26，用于设置计算类型预想故障集设置单元27，能够根据网架与输入的计算重数，自动进行预想故障集计算，也可以进行人工修改。

预想故障计算单元28，根据设置的预想故障集，调用相关仿真接口，能根据计算类型的不同获取各仿真软件的计算能力，启动仿真计算软件进行计算，完成预想故障集的特定计算类型的计算。

结果读取单元29，根据计算类型，读取预想故障的计算结果计算识别单元30，能够识别针对预想故集的计算是否完成。

结果映射单元31，能够把结果映射到电网仿真模型中。

沙盘模型生成单元32，把仿真模型　转换成电网沙盘动态模型与控制模型；沙盘输出单元33，按控制时序顺序的向电网沙盘动态模型发送指令，执行仿真结果的动态展示。

沙盘展现控制单元34，完成计算类型所对应的仿真计算判断工作。

具体细节请参见本文前述方法部分的记载，在此不作赘述。

需要说明的是，场景设置单元24，运行方式设置单元25，计算类型设置单元26，预想故障集设置单元27，预想故障计算单元28，结果读取单元29，计算识别单元30，结果映射单元31，沙盘模型生成单元32，沙盘输出单元33，沙盘展现控制单元34可为硬件单元或硬件电路，例如，沙盘输出单元33具体可为显示屏与电网沙盘的结合，也可为逻辑单元，可用处理器实现其功能。

Claims (7)

1.一种电网仿真计算结果沙盘展示方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

1）设置电网沙盘展示场景参数，确定电网事件所对应的沙盘灯光表达方式；

2）设置运行方式，确定仿真计算类型；

3）为仿真计算设定设置预想故障集；

4）针对设置的预想故障集进行预想故障计算；

5）在预想故障计算完成后读取计算结果；

6）判断预想故障集计算是否完成 ,如果所设的预想故障集计算没有全部完成，则继续进行下一预想故障的计算，直到预想故障集计算全部完成；

7）把结果映射到电网仿真模型中，电网仿真模型包含运行方式计算中所涉及的关键信息；

8）把电网仿真模型转换成能在电网沙盘上进行展现的动态模型及控制模型；

9）把电网沙盘动态模型输出到沙盘中进行动态展示；

10）判断计算类型所对应的仿真计算是否完成，如果没有完成，则继续下一仿真计算类型的展现，如果完成，则结束展现。

2.根据权利要求1所述的电网仿真计算结果沙盘展示方法，其特征在于：展示场景参数包括各种预想故障所引起的电网事件所对应的灯光表达方式；电网事件包括越限事件、切负荷事件、母线越限事件、长期限额越限事件、短期限额越限事件；所述的电网仿真模型包括运行方式、计算类型、断面、预想故障。

3.根据权利要求2所述的电网仿真计算结果沙盘展示方法，其特征在于: 所述的计算类型主要包括短路电流计算、潮流计算、热稳定限额计算，稳定计算，风险计算。

4.根据权利要求1所述的电网仿真计算结果沙盘展示方法，其特征在于：所述的预想故障包括N－1故障。

5.根据权利要求1所述的电网仿真计算结果沙盘展示方法，其特征在于：所述电网仿真模型基于CIM。

6.根据权利要求1所述的电网仿真计算结果沙盘展示方法，其特征在于：所述的电网沙盘动态模型是基于6LoWPAN技术。

7.一种电网仿真计算结果沙盘展示系统，其特征在于：

场景设置单元，用于初始化沙盘展示场景参数，包括不同展示场景下灯体所发灯光颜色、方向，持续时间，电网各种计算参数，电网沙盘模型地址参数；

运行方式设置单元，用于设置运行方式类型，运行方式类型包括正常运行方式，检修运行方式与事故后运行方式；

计算类型设置单元，用于设置计算类型；

预想故障集设置单元，能够根据网架与输入的计算重数，自动进行预想故障集计算，也可以进行人工修改；

预想故障计算单元，根据设置的预想故障集，调用相关仿真接口，能根据计算类型的不同获取各仿真软件的计算能力，启动仿真计算软件进行计算，完成预想故障集的特定计算类型的计算；

结果读取单元，用于根据计算类型，读取预想故障的计算结果；

计算识别单元，用于识别针对预想故集的计算是否完成；

结果映射单元，用于把结果映射到电网仿真模型中；

沙盘模型生成单元，用于把仿真模型转换成电网沙盘动态模型与控制模型；

沙盘输出单元，用于按控制时序顺序的向电网沙盘动态模型发送指令，执行仿真结果的动态展示；

沙盘展现控制单元，用于完成计算类型所对应的仿真计算判断工作。