CN105205231B - 一种基于dcom的配电网数字仿真系统 - Google Patents

一种基于dcom的配电网数字仿真系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于DCOM的配电网数字仿真系统，包括：客户端和服务器端，所述客户端为若干仿真服务器组成的仿真服务器集群；所述仿真服务器集群通过通信总线与所述服务器端相互连接；其中，所述客户端用于使用DCOM组件调用服务器端提供的仿真服务；所述服务器端用于将待处理任务分发到每一个集群节点上。通过构建上述数字仿真系统，有利于智能配电网的优化规划和运行，由此提高智能配电网的利用效率和可靠性，减少了停电损失。

Description

一种基于DCOM的配电网数字仿真系统
技术领域
本发明涉及一种仿真系统，具体涉及一种基于DCOM的配电网数字仿真系统。
背景技术
配电网是处于电力系统的末端，在电力网中主要起电能分配作用的网络，具有地域分布广、电网规模大、设备种类多、网络连接多样、运行方式多变等鲜明特点。配电网络的结构庞大且复杂，网络结构由于故障或负荷转移操作中开关的开合而频繁发生变化。随着城镇化建设和用电需求的增长，配电网一直在不断改造和扩建，其规模也不断扩大,同时各种类型分布式电源的大量接入和自动化程度的不断提高导致其控制和分析变得日益复杂。
为了使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态，提高配电系统电能质量，最大限度增加电网企业的经济效益，从而提升整个配电系统的管理水平和工作效率，配电网仿真已成为贯穿配电系统研究、规划和运行的一项重要工作。只有通过对配电网的深入仿真分析，才能使配电网规划和调度人员的预测更加准确，决策更加科学。
目前配电网的数字仿真系统较少，仿真更多停留在理论分析和培训仿真方面，缺乏对配电网的安全生产、经济运行起到指导作用；或作为高级应用与配电自动化、规划发策等系统深度耦合，功能单一不能全面覆盖整个配电网仿真体系，支持的模型匮乏，算法效率低且计算结果不精确无法反应现场实际状态，难以应对大规模复杂多变的配电网络，给现代配电网的发展带来相当不利的影响。因此设计并实现一种配电网仿真系统对于提高配电网研究、设计和规划水平，保障配电网安全稳定运行有着十分重要的意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于DCOM的配电网数字仿真系统，通过智能配电网数字仿真平台的分析计算，可以有效减少电网故障时非故障段线路的停电时间，整体提升电网的供电可靠性水平，避免高新技术工业、商业金融等重要行业因停电造成巨额的经济损失。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种基于DCOM的配电网数字仿真系统，包括：客户端和服务器端，
所述服务器端为若干仿真服务器组成的仿真服务器集群；所述客户端通过通信总线与所述仿真服务器集群相互连接。
优选的，所述客户端，用于使用DCOM组件调用服务器端提供的仿真服务；所述服务器端，用于将待处理任务分发到每一个集群节点上。
优选的，所述服务器端，包括数据层、封装层和服务层；其中，
所述数据层，用于从仿真数据库和外部数据源中抽取仿真数据；
所述封装层，用于将仿真模块封装为服务；
所述服务层，用于为客户端提供统一调用所述封装层的仿真服务。
优选的，所述仿真服务器集群通过双数据总线分别与仿真数据库和外部数据源相连。
优选的，所述封装层包括：
拓扑模块，用于将仿真数据载入集群共享内存；
内存计算模块，用于调用内存数据库的DCOM组件计算内存；
接口模块，用于传输XML格式数据；
通信解析模块，用于解析客户端发来的XML文件；
数据过滤模块，用于通过开放式仿真接口对接收到的数据进行筛选，过滤非法请求。
优选的，其特征在于，所述服务层包括仿真模块；
所述仿真模块包括：
离线运行仿真单元，用于在单位时间内离线运行信息，预估配电网状态并离线仿真该时间段的运行态势，获取各项运行指标，包括潮流分布、电压、无功和线损；
在线运行仿真单元，用于在单位时间内实时运行信息，预估配电网状态并在线仿真该时间段的运行态势，获取所述各项运行指标；
故障仿真单元，用于计算配电网短路电流；
可靠性仿真单元，用于根据配电网络结构和设备信息，计算配电网的可靠性水平和趋势仿真、预想事故仿真和N-K可靠性仿真，获取故障可靠率、系统平均停电频率和停电持续时间；
优化仿真单元，包括无功优化仿真子单元和选址定容仿真子单元；所述无功优化仿真子单元，用于计算无功补偿装置的电容器容量和位置；所述选址定容仿真子单元，用于提供满足配电网负荷的接线方案；
图模库维护单元，以实现图形数据和属性数据的统一维护。
进一步地，所述为客户端提供统一调用所述封装层的仿真服务，具体包括下述步骤：
(1)从分布式集群中选取一台协调服务器，用于响应客户端访问请求，维持待处理任务队列A＝{a1,a2,a3...}，并采用动态轮询法分配仿真任务；
(2)读取数据库任务队列中的目标网络，进行统一拓扑并共享到每一台仿真服务器上；同时利用协调服务器对各个服务器持续监控，并不断更新；通过对每一台仿真服务器进行实时分析，将仿真任务分配到集群中；若其中某个任务网络节点数量超过阈值，则跳转至步骤(3)，否则跳转步骤(4)；
(3)将网络规模复杂、节点多的仿真任务进行切割，分发至空闲仿真服务器，同时维持一个协调通信进程，整合各个节点的中间值，生成仿真结果；
(4)仿真计算结束，返回仿真结果。
进一步地，所述步骤(1)采用动态轮询法分配仿真任务具体包括下述步骤：
a)对N个仿真节点进行轮询，获取各节点实时性能和当前任务量，预估当前任务量时间为ti(i＜N)；
b)计算所有节点的当前任务预估时间T＝{t1,t2,t3...}和性能系数获取待分配任务节点集合其中，fmin(S,m)为集合S中最小的m个数。
c)根据所述集合Re分配m个任务，更新待处理任务队列。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
(1)本专利设计的配电网仿真系统分布式部署方式，包括对多用户不同功能的仿真请求实现并行计算和对大网络进行纵向任务切割实现分布式计算，平衡任务负载，共享网络拓扑数据，提高仿真系统的整体计算吞吐量和计算效率。
(2)本专利设计了一种面向服务的配电网仿真计算框架，利用统一的开放式仿真接口和协议实现仿真客户端的透明调用，使得各仿真功能之间实现松耦合，具有高扩展性和灵活性。
(3)本专利提出基于大规模复杂配电网的仿真功能体系并开发完成配电网数字仿真系统，全面覆盖配电网研究、规划和运行过程中的各种仿真需求。
(4)通过智能配电网数字仿真平台的分析计算，可以有效减少电网故障时非故障段线路的停电时间，整体提升电网的供电可靠性水平，避免高新技术工业、商业金融等重要行业因停电造成巨额的经济损失；具有显著的经济与社会效益。
附图说明
图1为本发明提出的配电网数字仿真系统分布式部署方式示意图；
图2为配电网数字仿真系统服务器端架构示意图；
图3为配电网数字仿真系统图模维护示意图；
图4为仿真系统服务器端数据流图；
图5为配电网数字仿真流程图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种基于DCOM的配电网数字仿真系统，针对配电网研究、规划、运行等工作的仿真需求，同时考虑配网本身设备类型多地区差异大，数据源多量测点缺失严重，网络规模大高维计算困难，网架频繁更新等特点，提出了全面覆盖当前配电网的数字仿真功能体系，使其可以应用于发策、规划设计、调度运检等多个部门；从而实现配电网运行仿真、故障仿真、可靠性仿真和优化仿真等仿真技术。包括：客户端和服务器端，所述客户端为若干仿真服务器组成的仿真服务器集群；所述仿真服务器集群通过通信总线与所述服务器端相互连接。
客户端，用于使用DCOM组件调用服务器端提供的仿真服务；服务器端，用于将待处理任务分发到每一个集群节点上。基于DCOM的配电网数字仿真系统分布式集群部署方式，既可以将多用户不同功能的计算请求分布到集群上，增加仿真吞吐量，提高整个集群的灵活性和可用性。又可以针对大规模电网计算维数过高、计算量过大且求解效率偏低等问题，纵向切割配网网络，实现并行仿真计算。
如图2所示，服务器端，包括数据层、封装层和服务层；其中，所述数据层，用于从仿真数据库和外部数据源中抽取仿真数据；实现配电网异构数据的融合与清洗；所述封装层，用于将仿真模块封装为服务；所述服务层，用于为客户端提供统一调用所述封装层的仿真服务，使用TCP和操作系统底层API实现不同主机间程序的调用。
仿真服务器集群通过双数据总线分别与仿真数据库和外部数据源相连。
封装层包括：
拓扑模块，用于将仿真数据载入集群共享内存；避免对数据库的反复调用影响计算效率，通信解析程序负责解析客户端发来的XML文件，数据过滤功能基于开放式仿真接口对接收到的数据进行筛选，抛弃非法请求。
内存计算模块，用于调用内存数据库的DCOM组件计算内存；计算方法包括潮流计算、故障计算、可靠计算和优化计算；从而提高内存数据库的运行速度。
接口模块，用于传输XML格式数据；使得仿真系统客户端可以透明调用仿真算法，同时仿真系统服务器端可以通过服务的方式灵活地扩展功能。
通信解析模块，用于解析客户端发来的XML文件；
数据过滤模块，用于通过开放式仿真接口对接收到的数据进行筛选，过滤非法请求。
服务层包括仿真模块；仿真模块通过服务松耦合定义，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，客户端只要采用预定义的接口和协议连接就可以透明的提交仿真请求并获得结果。通过服务器端统一的服务层，可灵活的横向/纵向扩展功能以适应不断升级的业务。
所述仿真模块包括：
离线运行仿真单元，用于在单位时间内离线运行信息，预估配电网状态并离线仿真该时间段的运行态势，获取各项运行指标，包括潮流分布、电压、无功和线损；
在线运行仿真单元，用于在单位时间内实时运行信息，预估配电网状态并在线仿真该时间段的运行态势，获取所述各项运行指标；
离线运行仿真单元和在线运行仿真单元构成配电网运行仿真，它是是潮流计算时电力系统最基本最常用的算法，根据系统给定的运行条件、网络接线及元件参数，通过潮流计算可以确定各母线的电压幅值和相角，各负荷的有功无功功率，整个系统的线损和其他运行指标。配电网运行仿真技术包括离线仿真和在线仿真，在线仿真从一区配电自动化系统、用电信息采集系统等数据源采集实时数据，对整个配网的运行状态进行实时分析。
故障仿真单元，用于计算配电网短路电流；研究限制故障所造成的危害，缩小故障的影响范围；配电网复杂多变，直接在生产现场制造故障来采集数据不但容易造成一定的风险，而且相关的试验费用也比较高，所以一般禁止进行接地试验，导致很难获得大量故障原始数据总结常见故障类型发掘故障原因，为此我们只能建立模型通过数字仿真来进行故障分析。配电网数字仿真系统通过计算短路电流，模拟故障发生的全过程和事后造成的危害，获得相关数据，有效指导运检工作的进行。
现代配电网系统的发展扩张使得电力系统取得了很大的经济效益。但是，与此同时所带来的网架结构的复杂化，以及配电网中元件的故障率的升高，给电网安全正常运行带来了大量的随机性和不确定问题，这直接促进了配电网可靠性技术的研究和发展。配电网数字仿真系统基于配电网中元件和系统的可靠性参数，对系统的可靠性水平进行定量评估，包括系统的历史可靠性水平和在未来时间内的可靠性水平。由于分布式电源系统的接入使得配电网的结构和运行方式发生了很大的变化，加上分布式电源本身的运行方式与传统配电网元件有很大的不同，数字仿真系统考虑分布式电源接入后的配电网网络结构、电网及设备的故障/维修信息，计算配电网在不同运行环境和状态下的可靠性水平和趋势，给出故障可靠率、系统平均停电频率、停电持续时间等指标。
综上，通过可靠性仿真单元，用于根据配电网络结构和设备信息，包括配电网自动化系统、生产管理系统(PMS)、用电信息采集系统、GIS系统等配电网数据源抽取设备台账数据、配电网网架信息、用采信息、负荷信息等，计算配电网的可靠性水平和趋势仿真、预想事故仿真和N-K可靠性仿真，获取故障可靠率、系统平均停电频率和停电持续时间；
优化仿真单元，实现在不同运行环境，不同运行状态下的分布式电源的选址定容仿真功能、含分布式电源的配电网无功配置仿真、电压无功优化仿真以及含分布式电源的配电系统运行优化仿真；其包括无功优化仿真子单元和选址定容仿真子单元；无功优化仿真子单元用于计算无功补偿装置的电容器容量和位置；选址定容仿真子单元用于提供满足配电网负荷的接线方案；
如图3所示，图模库维护单元，以实现图形数据和属性数据的统一维护，实现对图形、数据、台账三项需要维护的数据进行输入，分为数据维护、工程设置、编辑类设置、文件类设置、绘图、数据发布等功能。所有的地理图数据、图形数据和属性数据都是通过图资维护系统录入和维护的，这些数据包括站内接线图(包括变电站内和多回路内)，电气系统图，工况图数据，地理图数据，设备属性数据，设备型号表、DAS运行用参数等。
如图4和图5所示，所述为客户端提供统一调用所述封装层的仿真服务，具体包括下述步骤：
(1)从分布式集群中选取一台协调服务器，用于响应客户端访问请求，维持待处理任务队列A＝{a1,a2,a3...}，并采用动态轮询法分配仿真任务；
(2)读取数据库任务队列中的目标网络，进行统一拓扑并共享到每一台仿真服务器上；同时利用协调服务器对各个服务器持续监控，并不断更新；通过对每一台仿真服务器进行实时分析，将仿真任务分配到集群中；若其中某个任务网络节点数量超过阈值，则跳转至步骤(3)，否则跳转步骤(4)；
(3)将网络规模复杂、节点多的仿真任务进行切割，分发至空闲仿真服务器，同时维持一个协调通信进程，整合各个节点的中间值，生成仿真结果；对仿真任务分割还应该注意以下几点：
(1)各子网络独立计算，互不影响，避免串行执行。分解后避免大规模系统的高维算法求解，获取一定的计算效益；
(2)子网络间数据相对保密，只需要交换少量协调信息，尽可能避免大量通信导致网络阻塞。
(4)仿真计算结束，返回仿真结果。
所述步骤(1)采用动态轮询法分配仿真任务具体包括下述步骤：
a)对N个仿真节点进行轮询，获取各节点实时性能和当前任务量，预估当前任务量时间为ti(i＜N)。
b)计算所有节点的当前任务预估时间T＝{t1,t2,t3...}和性能系数获取待分配任务节点集合其中，fmin(S,m)为集合S中最小的m个数。
c)根据所述集合Re分配m个任务，更新待处理任务队列。
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于DCOM的配电网数字仿真系统，包括：客户端和服务器端，其特征在于，所述服务器端为若干仿真服务器组成的仿真服务器集群；所述客户端通过通信总线与所述仿真服务器集群相互连接；
所述服务器端，包括数据层、封装层和服务层；其中，
所述数据层，用于从仿真数据库和外部数据源中抽取仿真数据；
所述封装层，用于将仿真模块封装为服务；
所述服务层，用于为客户端提供统一调用所述封装层的仿真服务；
所述封装层包括：
拓扑模块，用于将仿真数据载入集群共享内存；
内存计算模块，用于调用内存数据库的DCOM组件计算内存；
接口模块，用于传输XML格式数据；
通信解析模块，用于解析客户端发来的XML文件；
数据过滤模块，用于通过开放式仿真接口对接收到的数据进行筛选，过滤非法请求。
2.如权利要求1所述的基于DCOM的配电网数字仿真系统，其特征在于，所述客户端，用于使用DCOM组件调用服务器端提供的仿真服务；所述服务器端，用于将待处理任务分发到每一个集群节点上。
3.如权利要求1-2任一所述的基于DCOM的配电网数字仿真系统，其特征在于，所述仿真服务器集群通过双数据总线分别与仿真数据库和外部数据源相连。
4.如权利要求1所述的基于DCOM的配电网数字仿真系统，其特征在于，其特征在于，所述服务层包括仿真模块；
所述仿真模块包括：
离线运行仿真单元，用于在单位时间内离线运行信息，预估配电网状态并离线仿真该时间段的运行态势，获取各项运行指标，包括潮流分布、电压、无功和线损；
在线运行仿真单元，用于在单位时间内实时运行信息，预估配电网状态并在线仿真该时间段的运行态势，获取所述各项运行指标；
故障仿真单元，用于计算配电网短路电流；
可靠性仿真单元，用于根据配电网络结构和设备信息，计算配电网的可靠性水平和趋势仿真、预想事故仿真和N-K可靠性仿真，获取故障可靠率、系统平均停电频率和停电持续时间；
优化仿真单元，包括无功优化仿真子单元和选址定容仿真子单元；所述无功优化仿真子单元，用于计算无功补偿装置的电容器容量和位置；所述选址定容仿真子单元，用于提供满足配电网负荷的接线方案；
图模库维护单元，以实现图形数据和属性数据的统一维护。
5.如权利要求1所述的基于DCOM的配电网数字仿真系统，其特征在于，为客户端提供统一调用所述封装层的仿真服务，具体包括下述步骤：
(1)从分布式集群中选取一台协调服务器，用于响应客户端访问请求，维持待处理任务队列A＝{a1,a2,a3...}，并采用动态轮询法分配仿真任务；
(2)读取数据库任务队列中的目标网络，进行统一拓扑并共享到每一台仿真服务器上；同时利用协调服务器对各个服务器持续监控，并不断更新；通过对每一台仿真服务器进行实时分析，将仿真任务分配到集群中；若其中某个任务网络节点数量超过阈值，则跳转至步骤(3)，否则跳转步骤(4)；
(3)将网络规模复杂、节点多的仿真任务进行切割，分发至空闲仿真服务器，同时维持一个协调通信进程，整合各个节点的中间值，生成仿真结果；
(4)仿真计算结束，返回仿真结果。
6.如权利要求5所述的基于DCOM的配电网数字仿真系统，其特征在于，所述步骤(1)采用动态轮询法分配仿真任务具体包括下述步骤：
a)对N个仿真节点进行轮询，获取各节点实时性能和当前任务量，预估当前任务量时间为ti(i＜N)；
b)计算所有节点的当前任务预估时间T＝{t1,t2,t3...}和性能系数获取待分配任务节点集合其中，fmin(S,m)为集合S中最小的m个数；
c)根据所述集合Re分配m个任务，更新待处理任务队列。
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