一种基于事件驱动的配电网仿真系统及其仿真方法
技术领域
本发明涉及电力系统仿真技术领域,特别是涉及一种基于事件驱动的配电网仿真系统及其仿真方法。
背景技术
配电网自动化技术近几年经过了快速的发展,在技术和建设规划层面都有了很大提高。配电自动化技术得益于计算机技术的发展而不断革新,新型的配电自动化技术得以投入运营。
相比国外,目前国内配电自动化应用尚在普及阶段,在已趋于成熟的配电自动化技术的前景下,自动化调度运营经验和调度员对配电自动化的熟知程度成为配电自动化技术应用普及需要面对的问题。通过配电网仿真培训,可提高调度员的专业素质增强配电网自动化运营的安全性,同时,对配电网自动化技术的应用普及也有推动作用。对调度员的培训要求真实模拟配电网的各种运行工况,真实响应调度员的各种操作,要求提供给调度员与真实无二的配网运行环境。
目前的配电网仿真系统应用比较单一,不能满足对多种培训环境和仿真多种配电自动化技术的要求。
发明内容
本发明实施例中提供了一种基于事件驱动的配电网仿真系统及其仿真方法,以实现了对多种配电自动化技术的仿真,给调度员提供一个完整的仿真培训系统,弥补当前配网培训仿真系统培训场景和功能单一的问题。
为了解决上述技术问题,本发明实施例公开了如下技术方案:
本发明实施例的第一方面,提供了一种基于事件驱动的配电网仿真系统,包括通信连接构成封闭循环的控制中心模块、事件管理模块、电网仿真模块、SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition,数据采集与监视控制)仿真数据服务模块、数据库服务模块和仿真电网数据服务模块,所述事件管理模块通信连接有仿真时钟管理模块,所述数据库服务模块通信连接有节点网络服务模块,其中:
所述控制中心模块,用于向用户提供真实的SCADA操作界面;
所述事件管理模块,用于接收所述控制中心发送的操作事件,以所述仿真时钟管理模块发送的仿真时钟信号为基础,以事件时标为判据,对所述操作事件作统一处理,推动仿真进程的进行;
所述电网仿真模块,用于接收所述事件管理模块发送的操作事件,模拟电网在正常或故障状态下的稳态和动态过程,并对配电网内的保护装置和配电自动化装置的动作行为进行仿真;
所述SCADA仿真数据服务模块,用于为所述控制中心模块提供仿真数据服务交互;
所述仿真电网数据服务模块,用于为所述电网仿真模块提供仿真数据服务交互;
所述数据库服务模块,用于存储所述事件管理模块所处理的事件信息,同时为所述SCADA仿真数据服务模块和所述仿真电网数据服务模块提供数据服务;
节点网络服务模块,用于为仿真主节点和仿真节点提供数据同步服务。
优选地,所述事件管理模块与所述仿真电网数据服务模块之间连接有仿真监控模块,其中:
所述仿真监控模块,在主节点运行,用于教案定制、仿真流程控制和对调度员的操作监视与结果评估。
优选地,所述控制中心模块包括数据处理服务子模块,所述数据处理服务子模块连接有用户界面服务子模块、操作命令处理子模块、告警子模块、数据接口子模块和所述SCADA仿真数据服务模块,其中:
所述数据处理服务子模块,用于维护各模块的数据库访问请求;
所述用户界面服务子模块,用于提供人机界面服务;
所述操作命令处理子模块,用于处理用户发送的操作命令,所述操作命令包括遥控操作命令和遥调操作命令;
所述告警子模块,用于处理用户操作、自动装置动作或系统运行异常的告警提示;
所述数据接口子模块,用于通过共享内存的方法实现所述数据处理服务子模块与仿真电网间的通信。
优选地,所述事件管理模块包括事件管理器,所述事件管理器分别连接有用户界面请求子模块、仿真事件列表子模块、故障处理子模块、所述电网仿真模块中的保护仿真子模块、所述仿真时钟管理模块和所述数据库服务模块,其中:
所述事件管理器,用于处理各个模块发出的事件请求,根据所述仿真时钟管理模块发送的仿真时钟信号控制仿真进程;
所述用户界面请求子模块,用于处理教员界面的操作请求;
所述仿真事件列表子模块,用于维护教员设定的各种事件;
所述故障处理子模块,用于处理故障隔离和恢复策略;
所述保护仿真子模块,用于向所述事件管理器提供保护动作事件。
优选地,所述电网仿真模块包括依次连接的实时故障信息表子模块、短路计算子模块、保护仿真子模块、开关事件处理子模块和潮流计算子模块,所述开关事件处理子模块还连接有配电自动化仿真模块,所述实时故障信息表子模块还与所述保护仿真子模块连接,所述潮流计算子模块连接所述仿真电网数据服务模块,其中:
所述实时故障信息表子模块,用于接收所述事件管理模块中的事件管理器发送的故障事件,生成故障信息列表;
所述短路计算子模块,用于对所述故障信息列表中的故障事件进行仿真计算,获得故障设备和所述故障设备上游线路的故障电流;
所述保护仿真子模块,用于不断检测所述故障电流,根据设定的触发阈值触发保护动作事件;
所述开关事件处理子模块,用于根据所述保护动作事件,处理开关变位事件;
所述潮流计算模块,用于根据配电网系统中给定的各个设备点的负荷、厂站出力以及网络结构综合线路的损耗,给出各设备点在稳态运行时的电气参数;
所述配电自动化仿真模块,用于自动隔离故障设备,并恢复非故障点的供电。
本发明实施例的第二方面,提供了一种基于事件驱动的配电网仿真方法,包括:
利用上述仿真系统,通过不断演进约定的事件动态触发仿真配电网的各种工况;
通过分布式平台的协调将所述事件分发到各仿真节点,仿真子节点与主节点同步仿真数据;
所述主节点控制仿真流程、制定仿真事件和提供仿真服务,其中,所述仿真服务通过统一的事件管理服务器触发;
所述子节点处理调度员的操作命令,将操作行为以事件的方式发给所述主节点。2
优选地,在仿真开始前,还包括:
在所述主节点,通过仿真监控模块建立仿真模型、设定仿真前的初始状态、为潮流计算设定初始值和制定事件序列。
由以上技术方案可见,本发明实施例提供的一种基于事件驱动的配电网仿真系统及其仿真方法,包括通信连接构成封闭循环的控制中心模块、事件管理模块、电网仿真模块、SCADA仿真数据服务模块、数据库服务模块和仿真电网数据服务模块,所述事件管理模块通信连接有仿真时钟管理模块,所述数据库服务模块通信连接有节点网络服务模块。本发明采用事件驱动的方法将配网仿真的各种模块有效的整合到一起,以事件序列演进电网工况进行故障仿真,通过分布式平台在多节点实现联合仿真,通过模块整合对多种配电自动化技术进行仿真,并配合仿真终端和一次仿真系统实现了对一个完整的配电网系统的仿真,呈现给调度员一个动态的、真实的、准确的培训环境。
附图说明
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单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,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。
图1为本发明实施例提供的一种基于事件驱动的配电网仿真系统的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的控制中心模块的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的事件管理模块的结构示意图;
图4为本发明实施例提供的电网仿真模块的结构示意图;
图5为本发明实施例提供的一种基于事件驱动的配电网仿真方法的节点流程结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,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。基于本发明中的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
参见图1,为本发明实施例提供的一种基于事件驱动的配电网仿真系统的结构示意图,所述系统包括通信连接构成封闭循环的控制中心模块100、事件管理模块200、电网仿真模块300、SCADA仿真数据服务模块400、数据库服务模块500和仿真电网数据服务模块600,所述事件管理模块200通信连接有仿真时钟管理模块700,所述数据库服务模块500通信连接有节点网络服务模块800。
所述控制中心模块100,用于向用户提供真实的SCADA操作界面;所述事件管理模块200,用于接收所述控制中心发送的操作事件,以所述仿真时钟管理模块700提供的仿真时钟信号为基础,以事件时标为判据,对所述操作事件作统一处理,推动仿真进程的进行;所述电网仿真模块300,用于接收所述事件管理模块200发送的操作事件,模拟电网在正常或故障状态下的稳态和动态过程,并对配电网内的保护装置和配电自动化装置的动作行为进行仿真。
所述SCADA仿真数据服务模块400,用于为所述控制中心模块100提供仿真数据服务交互;所述仿真电网数据服务模块600,用于为所述电网仿真模块300提供仿真数据服务交互;所述数据库服务模块500,用于存储所述事件管理模块200所处理的事件信息,同时为所述SCADA仿真数据服务模块400和所述仿真电网数据服务模块提供数据服务。
所述节点网络服务模块800,用于为仿真主节点和仿真节点提供数据同步服务。
本发明采用事件驱动的方法将配网仿真的各种模块有效的整合到一起,以事件序列演进电网工况进行故障仿真,通过所述节点网络服务模块800提供的分布式平台在多节点实现联合仿真,通过模块整合对多种配电自动化技术进行仿真,并配合仿真终端和一次仿真系统实现了对一个完整的配电网系统的仿真,呈现给调度员一个动态的、真实的、准确的培训环境。
所述事件管理模块200与所述仿真电网数据服务模块400之间连接有仿真监控模块900,所述仿真监控模块900,在主节点运行,用于教案定制、仿真流程控制和对调度员的操作监视与结果评估。
教员可以在这里构建仿真电网模型、设置厂站出力、设置负荷、故障种类和故障发生地点和时间等参数。下面按照仿真流程说明所述仿真监控模块900的具体功能:
在仿真前的准备阶段,可通过所述仿真监控模块900建立仿真模型、设定仿真前的初始状态、为潮流计算设定初始值、制定事件序列等。
在仿真开始后,所述事件管理模块200中的事件管理器按时间顺序触发事件列表中的事件,可以控制仿真的暂停结束,可以全权控制仿真电网的运行状态,动态、增加或删除事件列表,同时所述仿真监控模块900也可以充当值班员的角色执行调度员的调度令。调度员的各种操作都会反映到所述仿真监控模块900,模块会记录调度员的各种操作,评判其操作的正确性。
在仿真结束后,可通过所述仿真监控模块900追踪调度员的操作过程,评估调度员在培训仿真过程中的专业素质。
如图2所示,所述控制中心模块100包括数据处理服务子模块110,所述数据处理服务子模块110分别连接有用户界面服务子模块120、操作命令处理子模块130、告警子模块140、数据接口子模块150和所述SCADA仿真数据服务模块400。
其中,所述数据处理服务子模块110,用于维护各模块的数据库访问请求;所述用户界面服务子模块120,用于提供人机界面服务;所述操作命令处理子模块130,用于处理用户发送的操作命令,其中所述操作命令包括遥控操作命令和遥调操作命令;所述告警子模块140,用于处理用户操作、自动装置动作或系统运行异常的告警提示;所述数据接口子模块150,用于通过共享内存的方法实现所述数据处理服务子模块110与仿真电网间的通信。
因此,所述控制中心模块100通过上述子模块,可以实现数据的采集和更新、调度控制和调节操作、越线和变位监视以及告警处理等功能。
本实施例中,与真实SCADA不同的是数据采集部分,所述控制中心模块100的数据来源于仿真电网,其操作和控制的对象也是仿真电网。设计时将所述控制中心模块100的数据采集部分与电网仿真统一建模,所述数据接口子模块150通过共享内存的方法同仿真电网通信,调度员的操作指令发送给仿真电网,仿真电网的数采接口服务收到所述操作指令后将操作发给所述事件管理模块200,再由所述事件管理模块200负责操作的执行。最终,经执行结果,即三遥信号的变化,通过数采接口反馈给所述控制中心模块100,形成操作与数据流的闭环。同事多节点的培训环境下,通过分布式平台保持所述控制中心模块100数据的同步。
如图3所示,所述事件管理模块200包括事件管理器210,所述事件管理器210连接有用户界面请求子模块230、用户请求处理子模块240、仿真事件列表子模块220、故障处理子模块250、所述电网仿真模块300中的保护仿真子模块330、所述仿真时钟管理模块700和所述数据库服务模块500。
其中,所述事件管理器210,用于处理各个模块发出的事件请求,根据所述仿真时钟管理模块700发送的仿真时钟信号控制仿真进程;所述故障处理子模块250,用于处理故障隔离和恢复策略;所述保护仿真子模块330,用于向所述事件管理器提供保护动作事件。
所述用户界面请求子模块230,用于接收教员界面的操作请求;所述用户请求处理子模块240,用于处理处理教员的所述操作请求。所述用户界面请求子模块230面向于教员节点,对于界面操作等需要交互的事件,模块构建了一个单独所述用户请求处理子模块240来处理教员节点的操作请求。在具体实施中,交互操作一般与菜单相关,为保证所述事件管理模块200的灵活性和独立性,交互操作通过解析操作菜单项的配置参数获得操作属性,根据属性执行相关操作,并将结果回送给用户界面。
所述仿真事件列表子模块220,用于维护教员设定的各种事件,作为动态仿真的核心功能之一,事件序列推动整个仿真过程。如果事件请求来源于事件列表,所述事件管理器210会将该事件内容解析后分发到相关的服务进行处理,服务进程处理完成后将结果以事件方式返回给所述事件管理器210。其实质为所述事件管理器210根据被触发的事件内容,将事件信息填入所述数据库服务模块500中的相关实时库,对应的服务如潮流进程、保护仿真进程在所述实时库检测到事件后触发各自的处理逻辑。
为保证各仿真模块之间的协调工作,首先要求有灵活可靠的时钟基准。本实施例使用所述仿真时钟管理模块700提供独立的仿真时间作为仿真过程的参照,仿真时间可以根据需要改变速率达到加快和放慢仿真过程的效果。这样,所述事件管理模块200便可以以所述仿真时钟管理模块700发送的仿真时钟信号为基础,以事件时标为判据,不断触发事件列表中的事件推动仿真过程的进行。
如图4所示,所述电网仿真模块300包括依次连接的实时故障信息表子模块310、短路计算子模块320、保护仿真子模块330、开关事件处理子模块340、潮流计算子模块360,所述开关事件处理子模块340还连接有配电自动化仿真模块350,所述实时故障信息表子模块310还与所述保护仿真子模块330连接,所述潮流计算子模块360连接所述仿真电网数据服务模块600。
所述实时故障信息表子模块310,与所述事件管理器210通信连接,用于接收所述事件管理器210发送的故障事件,生成故障信息列表;所述短路计算子模块320,用于对所述故障信息列表中的故障事件进行仿真计算,获得故障设备和所述故障设备上游线路的故障电流。
所述保护仿真子模块330,用于不断检测所述故障电流,根据设定的触发阈值触发保护动作事件;所述开关事件处理子模块340,用于根据所述保护动作事件,处理开关变位事件。
所述潮流计算模块360,用于根据配电网系统中给定的各个设备点的负荷、厂站出力以及网络结构综合线路的损耗,给出各设备点在稳态运行时的电气参数,并将实时数据存入所述仿真电网数据服务模块600中,进一步的系统也会周期调用所述潮流计算模块360保证系统电气参数的动态连续。
所述配电自动化仿真模块350,用于自动隔离故障设备,并恢复非故障点的供电。可以模拟多种方式下对故障的处理,包括集中式故障处理、分布式故障处理、电压/时间型故障处理和电流计数型故障处理。所述配电自动化仿真模块350监视仿真电网中所有开关的故障信息,有故障发生且保护跳闸后配网仿真模块启动故障处理。集中式故障处理时所述配电自动化仿真模块350直接使用仿真电网的拓扑结构定位故障并给出故障处理方案;分布式、电压/时间型、电流计数型故障处理方式下由仿真终端进行故障处理。
本实施例采用事件驱动的方法将配网仿真系统中的各种模块有效的整合到一起,将仿真任务化整为零分散到子模块中实现小的功能,再通过事件管理模块的统一接口综合到一起,使系统达到了可灵活拆卸、数据流程可动态重构的性能,很好的适应了分布式系统的运行管理要求。事件管理模块与每个子模块相连,为子模块提供消息推送和接收的数据链。本实施提供的仿真系统的灵活性体现在可以通过所述事件管理模块切换各模块的数据流,比如控制中心模块其既可与仿真配电网接口实现调度员的仿真培训,又能与真实的前置RTU接口应用到配电网数据采集监控中。
本实施例还提供了一种基于事件驱动的配电网仿真方法,包括:
S101:利用上述仿真系统,通过不断演进约定的事件动态触发仿真配电网的各种工况。
S102:通过分布式平台的协调将所述事件分发到各仿真节点,仿真子节点与主节点同步仿真数据。
S103:所述主节点控制仿真流程、制定仿真事件和提供仿真服务,其中,所述仿真服务通过统一的事件管理服务器触发;
S104:所述子节点处理调度员的操作命令,将操作行为以事件的方式发给所述主节点。
在仿真开始前,可也以在所述主节点,通过仿真监控模块建立仿真模型、设定仿真前的初始状态、为潮流计算设定初始值和制定事件序列。
如图5所示,为本发明实施例提供的一种基于事件驱动的配电网仿真方法的节点流程结构示意图,本发明实施,基于事件驱动的处理方式给调度员提供一个动态、持续的仿真环境,可以真实仿真故障前、故障时以及故障后的系统工况。各种告警信息、量测状态、数采扰动等提供调度员一个直观的真实的配电网系统,可以在系统中验证各种运行方式,为各种故障的演练提供安全的环境。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。