CN104615427A - 一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统 - Google Patents

一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统 Download PDF

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刘科研
盛万兴
刁赢龙
何开元
胡丽娟
唐建岗
叶学顺
盛晔
叶志军
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Abstract

本发明提供了一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统,所述模型库系统包括模型库和模型库管理系统;所述模型库分类存储仿真模型及其相关信息,所述模型库根据所述仿真模型开发或组合出新的仿真模型;所述模型库管理系统对所述模型库中的所述仿真模型管理和调用;所述模型库管理系统包括数据库层、应用服务器层和客户机层。和现有技术相比,本发明提供的一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统,其具有综合性、专业性和扩展性强等优势,避免了配电网仿真过程中模型的重复开发,降低了配电网仿真过程设计、管理和维护的复杂度和难度,减少了工作量,显著提高了配电网的仿真效率并缩短研发周期,实现了对配电网的高效且准确的仿真。

Description

一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统仿真与建模技术领域,具体讲涉及一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统。
背景技术
[0002] 面向有源配电网数字仿真模型库则是将有源配电网中众多的模型按一定的结构形式组织起来,以便对各个模型进行有效的管理和使用。该模型库为有源配电网数字仿真提供存储有源配电网所有元素的模型及技术说明文档的平台,并且对配电网的各种信息进行详细描述。有源配电网仿真与分析人员能够通过该平台调用仿真模型、建立仿真模型以及组合仿真模型等,提高仿真效率,从而实现对有源配电网的准确研宄与校正。
[0003]目前,现有的建模与仿真研宄工作为初步建立了一些具有代表性的仿真系统。但这些仿真系统均缺少对资源的共享,不同的仿真系统往往相互独立,严重影响到建模与仿真的互操作性、可重用性和可信性,增加了不必要的开发、复制、存储冗余,浪费了大量资源。
[0004] 随着有源配电网的越来越广泛的应用及仿真技术的不断发展和仿真规模的日益扩大,实现规模资源的可重用性变得越来越迫切,针对有源配电网的仿真模型库及其管理系统的需求也越来越明确;因此,如何设计一种适用于有源配电网的数字仿真的模型库,是本领域人员亟待解决的问题。
发明内容
[0005] 有鉴于此,本发明提供一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统,该系统其具有综合性、专业性和扩展性强等优势,避免了配电网仿真过程中模型的重复开发,降低了配电网仿真过程设计、管理和维护的复杂度和难度,减少了工作量,显著提高了配电网的仿真效率并缩短研发周期,提高了有源配电网数字仿真的系统互操作性、可重用性和可信性,实现了对配电网的高效且准确的仿真。
[0006] 一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统,所述模型库系统的接口与仿真分析软件的接口相同,所述模型库系统包括模型库和模型库管理系统;
[0007] 所述模型库分类存储仿真模型及其相关信息,所述模型库根据所述仿真模型开发或组合新的仿真模型;
[0008] 所述模型库管理系统对所述模型库中的所述仿真模型进行编辑、调试与检验、查询与维护、运行管理和组合支持的操作,并与用户交互;
[0009] 所述模型库管理系统包括数据库层、应用服务器层和客户机层。
[0010] 优选的,所述模型库包括设备模型子库、线路模型子库、DG模型子库、典型馈线模型子库、典型网络模型子库和自定义模型子库;每一个子库均包括模型字典库和模型结构库。
[0011] 优选的,所述设备模型子库包括变压器类模型、电机类模型、开关类模型和用电设备类模型;
[0012] 所述线路模型子库包括电缆类模型、架空线类模型和母线类模型;
[0013] 所述DG模型子库包括风机模型、光伏系统模型、入网装置模型和蓄电池模型;
[0014] 所述典型馈线模型子库包括不同的典型馈线模型;
[0015] 所述典型网络模型子库包括不同的典型网络模型;
[0016] 所述自定义模型子库中的模型由用户自己定义。
[0017] 优选的,所述典型馈线模型包括母线模型、开关模型、线路段模型和配电变压器模型,不同的所述典型馈线模型中的母线模型、开关模型、线路段模型和配电变压器模型的数量不同,所述典型馈线模型表示如下:
[0018] Feeder = m.Bus+η.Swich+k.Line+1.DTrans
[0019]式中:
[0020] Feeder--典型馈线模型;
[0021] Bus--母线模型;
[0022] Swich--开关模型;
[0023] Line--线路段模型;
[0024] DTrans--配电变压器模型;
[0025] m、n、k、I分别表示母线模型的数量、开关模型的数量、线路段模型的数量、配电变压器模型的数量。
[0026] 优选的,所述典型网络模型包括变压器模型和馈线模型组成,不同的所述典型网络模型中的变压器模型和馈线模型的数量不同,所述典型网络模型表示如下:
[0027] Network = a.Trans+b.Feeder
[0028]式中:
[0029] Network--典型网络模型;
[0030] Trans--变压器模型;
[0031 ] Feeder--馈线模型;
[0032] a、b分别表示变压器模型的数量和馈线模型的数量。
[0033] 优选的,所述模型字典库包括如下信息:
[0034] 模型名、模型原理、使用条件、使用方法、模型类型、使用信息、相关模型扳本、模型的存储位置、模型的变量数;
[0035] 源程序文件、中间目标文件、可执行文件、实现工具、开发信息;
[0036] 模型的创建人员、审核人员、日期;
[0037] 模型的版本信息、模型精度信息、验模信息。
[0038] 优选的,所述模型结构库包括如下信息:
[0039] 模型求解算法、模型输入函数、模型输出函数;
[0040] 子模型的数量、子模型的顺序;
[0041] 主模型与各个子模型之间的接口。
[0042] 优选的,所述数据库层中设有数据库服务器,所述应用服务器层连接所述模型库系统和Active数据对象ADO使得驻留在所述客户机层和所述数据库层中的应用逻辑独立出来,所述客户机层包括多个客户机,所述客户机上设有人机交互界面;
[0043] 所述应用服务层和所述客户机层均设有CORBA接口,所述应用服务层的CORBA接口与所述客户机层的CORBA接口用I1P协议相互访问及操作。
[0044] 优选的,所述模型库用基于锁的并发控制机制对所述仿真模型提供读写保护并预留输入接口给新的仿真模型,所述模型库对所述仿真模型的分类存储方式包括子程序方式、仿真语言方式、数据方式、方程方式和公式方式。
[0045] 优选的,所述相关信息包括对象定义、层次结构、关联关系、算法结构及规范模型的描述信息格式。
[0046] 从上述的技术方案可以看出,本发明提供了一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统,模型库系统包括模型库和模型库管理系统;模型库分类存储仿真模型及其相关信息,模型库根据仿真模型开发或组合出新的仿真模型;模型库管理系统对模型库中的仿真模型管理和调用;模型库管理系统包括数据库层、应用服务器层和客户机层。该模型库系统具有综合性、专业性和扩展性强等优势,避免了配电网仿真过程中模型的重复开发,降低了配电网仿真过程设计、管理和维护的复杂度和难度,减少了工作量,显著提高了配电网的仿真效率并缩短研发周期,实现了对配电网的高效且准确的仿真。
[0047] 与最接近的现有技术比,本发明提供的技术方案具有以下优异效果:
[0048] 1、本发明提供的技术方案,模型库系统包括模型库和模型库管理系统;模型库分类存储仿真模型及其相关信息,模型库根据仿真模型开发或组合出新的仿真模型;模型库管理系统对模型库中的仿真模型管理和调用;模型库管理系统包括数据库层、应用服务器层和客户机层;避免了配电网仿真过程中模型的重复开发,降低了配电网仿真过程设计、管理和维护的复杂度和难度,减少了工作量,显著提高了配电网的仿真效率并缩短研发周期,实现了对配电网的高效且准确的仿真。
[0049] 2、本发明提供的技术方案,面向有源配电网数字仿真的模型库采用三层客户机/服务器体系结构,由设备模型子库、线路模型子库、DG模型子库、典型馈线模型子库、典型网络模型子库和自定义模型子库等六个子库组成,实现对各个模型的编辑、调试与检验、查询与维护、运行管理和组合支持功能,并具备与用户交互等功能。该模型库既可作为独立的模型库使用,也可被其他软件调用;使得该模型库系统具有综合性、专业性和扩展性强等优势。
[0050] 3、本发明提供的技术方案,通过定义不同的典型馈线模型中的母线模型、开关模型、线路段模型和配电变压器模型的数量不同和典型网络模型包括变压器模型和馈线模型组成,不同的所述典型网络模型中的变压器模型和馈线模型的数量不同;使得典型馈线模型和典型网络模型的形式及数量均出现多种可能性;使得模型的样式更多样化;保证了模型库的完整度和高扩展性;从而确保了有源配电网的数字仿真的完整度。
[0051] 4、本发明提供的技术方案,为配电网运行、管理、研宄人员提供最优模型,为配电网数字仿真、分析、计算提供了有效途径。
[0052] 5、本发明提供的技术方案,具备良好的人机操作界面,并具备记录与查询模型特性参数的数据库系统,维护方便。
[0053] 6、本发明提供的技术方案,应用广泛,具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
[0054] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0055]图1是本发明的一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统的组织结构图。
[0056]图2是本发明的一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统的模型库管理系统的体系结构图。
[0057]图3是本发明的一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统的模型库的示意图。
具体实施方式
[0058] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅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。
[0059] 如图1所示,本发明的一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统,模型库系统的接口与仿真分析软件的接口相同,模型库系统包括模型库和模型库管理系统;模型库分类存储仿真模型及其相关信息,模型库根据仿真模型开发或组合新的仿真模型;模型库管理系统通过连接内部服务器或外部服务器对模型库中的仿真模型进行编辑、调试与检验、查询与维护、运行管理和组合支持的操作,并与用户交互。模型库用基于锁的并发控制机制对仿真模型提供读写保护并预留输入接口给新的仿真模型;
[0060] 有源配电网本身是一个复杂系统,它与一般简单系统的区别主要体现在定性和定量两个方面。从定性上讲,有源配电网具有非线性、不确定性、强波动性和扰动性等特点;从定性上讲,有源配电网具有高阶次、多维数、多回路、多输入、多输出和层次性等特点。以上特点说明有源配电网涉及模型复杂,因此模型存储也需采用多种方式,包括子程序方式、仿真语言方式、数据方式、方程方式和公式方式等;该模型库既可作为独立的模型库使用,也可被其他软件调用;
[0061] 其中,模型库是以一种规范的形式存储仿真模型及其相关信息的场所,同时模型库还是一个产生新模型的基地:能够在模型库中现有模型的基础上开发新模型,对模型库中的模型进行组合产生新模型,而不仅仅是预先建立的模型集合。模型库像数据库一样是一个共享资源,模型库中的模型可重复使用,即可以被不同系统所调用。通过模型库可将多个模型组合起来构成更大的模型。
[0062] 模型库将众多的模型按一定的结构形式组织起来,通过模型库管理系统对各个模型进行有效地管理和使用。模型库管理系统对模型库中各个模型进行有效的管理和使用。
[0063] 其中,模型库系统的设计基本原则为:
[0064] 面向有源配电网数字仿真的模型库需充分考虑与相关仿真分析软件的接口一致性,并应满足以下要求:
[0065] ①规范性:建立完善的有源配电网数字仿真模型分类标准,依据此分类标准建立有源配电网数字仿真模型设计规范,用以规范模型的对象定义、层次结构、关联关系、算法结构,并规范模型的描述信息格式。
[0066] ②可重用性:建立完善的有源配电网数字仿真模型体系,通过优化的结构化层次结构、统一的命名定位机制以及模型数据文件管理,提高模型的可重用性。
[0067] ③扩展性:对已有的模型进行分类存储,并对不断出现的新的模型预留输入接口。
[0068] ④充分共享性:所有模型对于模型用户而言都是透明的和可以访问的,根据不同需要可以定制不同的访问级别,提供分级别的保护,实现模型的共享。
[0069] ⑤高效访问性:模型库应提供优于共享文件的分布式文件访问,提高访问效率。
[0070] ⑥可靠性:模型库应具有基于锁的并发控制机制,提供对模型的读写保护。
[0071] ⑦可控性:模型库应具备对模型的验证功能,支持多种模型文件显示和主要模型的编辑环境,能够对模型进行版本控制。
[0072] 相关信息包括对象定义、层次结构、关联关系、算法结构及规范模型的描述信息格式。
[0073] 如图2所示,模型库管理系统包括数据库层、应用服务器层和客户机层。数据库层中设有数据库服务器,应用服务器层连接模型库系统和Active数据对象ADO使得驻留在客户机层和数据库层中的应用逻辑独立出来,客户机层包括多个客户机,所述客户机上设有人机交互界面;应用服务层和客户机层均设有CORBA接口,应用服务层的CORBA接口与客户机层的CORBA接口用I1P协议相互访问及操作;模型库管理系统采用客户机/服务器(Client/Server)体系结构,三层客户机/服务器体系结构(three-tier architecture,简称三层体系结构)是在传统两层客户机/服务器的基础上再增加一层应用服务器层,该应用服务器层将两层客户机/服务器体系结构中驻留在客户机层或者数据库/服务器层的应用逻辑独立出来,从而使得三层体系结构在可升级性、强壮性和灵活性方面都具有巨大的优势。
[0074] 如图3所示,模型库包括设备模型子库、线路模型子库、DG模型子库、典型馈线模型子库、典型网络模型子库和自定义模型子库;每一个子库均包括模型字典库和模型结构库;面向有源配电网数字仿真的模型库中的模型包含的元素可以分为两大类:一类是说明元素,这类元素只告诉用户关于模型的一些知识,便于用户能够了解模型的作用与功能,正确使用模型。它与模型的求解无关,是各种模型的共性,本发明将它抽取出来组成模型字典。另一类是模型参数元素,这类元素与模型的组合求解有关,把它作为模型结构。模型结构描述不同的模型通过不同的接口相互联系而生成新的模型。模型字典库和模型结构库组成了模型库。
[0075] 其中,设备模型子库包括变压器类模型、电机类模型、开关类模型和用电设备类模型;线路模型子库包括电缆类模型、架空线类模型和母线类模型;分布式电源模型(Distributed Generat1n,DG)DG模型子库包括风机模型、光伏系统模型、入网装置模型和蓄电池模型;典型馈线模型子库包括不同的典型馈线模型;典型网络模型子库包括不同的典型网络模型;自定义模型子库中的模型由用户自己定义。
[0076] 典型馈线模型包括母线模型、开关模型、线路段模型和配电变压器模型,不同的典型馈线模型中的母线模型、开关模型、线路段模型和配电变压器模型的数量不同,典型馈线模型表示如下:
[0077] Feeder = m.Bus+n.Swich+k.Line+1.DTrans
[0078]式中:
[0079] Feeder--典型馈线模型;
[0080] Bus--母线模型;
[0081] Swich--开关模型;
[0082] Line--线路段模型;
[0083] DTrans--配电变压器模型;
[0084] m、n、k、I分别表示母线模型的数量、开关模型的数量、线路段模型的数量、配电变压器模型的数量。
[0085] 典型网络模型包括变压器模型和馈线模型组成,不同的典型网络模型中的变压器模型和馈线模型的数量不同,典型网络模型表示如下:
[0086] Network = a.Trans+b.Feeder
[0087]式中:
[0088] Network--典型网络板型;
[0089] Trans--变压器模型;
[0090] Feeder--馈线模型;
[0091] a、b分别表示变压器模型的数量和馈线模型的数量。
[0092] 模型字典需要对模型的名称、编号、模型的文件等进行说明。主要作用有两个:模型文件的索引和便于模型的分类。模型字典库包括如下信息:
[0093] 模型名、模型原理、使用条件、使用方法、模型类型、使用信息、相关模型扳本、
[0094] 模型的存储位置、模型的变量数;
[0095] 源程序文件、中间目标文件、可执行文件、实现工具、开发信息;
[0096] 模型的创建人员、审核人员、日期;
[0097] 模型的版本信息、模型精度信息、验模(validat1n)信息。
[0098] 仿真模型具有有关的结构信息,才能将不同建模人员开发的仿真模型组装起来,形成一个完整系统的仿真模型。这些结构信息对于模型的重用也具有重要的意义。模型结构描述不同的模型通过什么样的接口相互联系而生成新的模型。模型结构中封装了模型运算时的各种参数和在其上的操作,如模型求解算法,输入输出函数等。模型结构库包括如下信息:
[0099] 模型求解算法、模型输入函数、模型输出函数;
[0100] 子模型的数量、子模型的顺序;
[0101] 主模型与各个子模型之间的接口。
[0102] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向有源配电网数字仿真的模型库系统,所述模型库系统的接口与仿真分析软件的接口相同,其特征在于,所述模型库系统包括模型库和模型库管理系统; 所述模型库分类存储仿真模型及其相关信息,所述模型库根据所述仿真模型开发或组合新的仿真模型; 所述模型库管理系统对所述模型库中的所述仿真模型进行编辑、调试与检验、查询与维护、运行管理和组合支持的操作,并与用户交互; 所述模型库管理系统包括数据库层、应用服务器层和客户机层。
2.如权利要求1所述的模型库系统,其特征在于,所述模型库包括设备模型子库、线路模型子库、DG模型子库、典型馈线模型子库、典型网络模型子库和自定义模型子库;每一个子库均包括模型字典库和模型结构库。
3.如权利要求2所述的模型库系统,其特征在于,所述设备模型子库包括变压器类模型、电机类模型、开关类模型和用电设备类模型; 所述线路模型子库包括电缆类模型、架空线类模型和母线类模型; 所述DG模型子库包括风机模型、光伏系统模型、入网装置模型和蓄电池模型; 所述典型馈线模型子库包括不同的典型馈线模型; 所述典型网络模型子库包括不同的典型网络模型; 所述自定义模型子库中的模型由用户自己定义。
4.如权利要求3所述的模型库系统,其特征在于,所述典型馈线模型包括母线模型、开关模型、线路段模型和配电变压器模型,不同的所述典型馈线模型中的母线模型、开关模型、线路段模型和配电变压器模型的数量不同,所述典型馈线模型表示如下: Feeder = m.Bus+n.Swich+k.Line+1.DTrans 式中: Feeder--典型馈线模型; Bus--母线模型; Swich--开关模型; Line--线路段模型; DTrans--配电变压器模型; m、n、k、I分别表示母线模型的数量、开关模型的数量、线路段模型的数量、配电变压器模型的数量。
5.如权利要求3所述的模型库系统,其特征在于,所述典型网络模型包括变压器模型和馈线模型组成,不同的所述典型网络模型中的变压器模型和馈线模型的数量不同,所述典型网络模型表示如下: Network = a.Trans+b.Feeder 式中: Network--典型网络板型; Trans--变压器模型; Feeder--馈线模型; a、b分别表示变压器模型的数量和馈线模型的数量。
6.如权利要求2所述的模型库系统,其特征在于,所述模型字典库包括如下信息: 模型名、模型原理、使用条件、使用方法、模型类型、使用信息、相关模型扳本、模型的存储位置、模型的变量数; 源程序文件、中间目标文件、可执行文件、实现工具、开发信息; 模型的创建人员、审核人员、日期; 模型的版本信息、模型精度信息、验模信息。
7.如权利要求2所述的模型库系统,其特征在于,所述模型结构库包括如下信息: 模型求解算法、模型输入函数、模型输出函数; 子模型的数量、子模型的顺序; 主模型与各个子模型之间的接口。
8.如权利要求1所述的模型库系统,其特征在于,所述数据库层中设有数据库服务器,所述应用服务器层连接所述模型库系统和Active数据对象ADO使得驻留在所述客户机层和所述数据库层中的应用逻辑独立出来,所述客户机层包括多个客户机,所述客户机上设有人机交互界面; 所述应用服务层和所述客户机层均设有CORBA接口,所述应用服务层的CORBA接口与所述客户机层的CORBA接口用I1P协议相互访问及操作。
9.如权利要求1所述的模型库系统,其特征在于,所述模型库用基于锁的并发控制机制对所述仿真模型提供读写保护并预留输入接口给新的仿真模型,所述模型库对所述仿真模型的分类存储方式包括子程序方式、仿真语言方式、数据方式、方程方式和公式方式。
10.如权利要求1所述的模型库系统,其特征在于,所述相关信息包括对象定义、层次结构、关联关系、算法结构及规范模型的描述信息格式。
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