CN105761590B - 一种电网仿真培训系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电网仿真培训系统及方法，涉及电力系统技术领域，以调高电网仿真培训系统的培训效果。所述电网仿真培训系统包括实时仿真工作站、实时仿真器、模型映射系统及展示系统；其中，实时仿真工作站用于根据电网中各设备的运行数据建立相应的设备计算模型；实时仿真器用于从各设备计算模型获取第一仿真运行状态结果；模型映射系统用于第一仿真运行状态结果转化为第二仿真运行状态结果；展示系统用根据第二仿真运行状态结果对对应的设备展示模型进行更新，并在图形界面上对更新后的设备展示模型进行展示。所述电网仿真培训方法与上述技术方案所提的电网仿真培训系统响应。本发明提供的电网仿真培训系统及方法用于电力系统中调度员的培训。

Description

一种电网仿真培训系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种电网仿真培训系统及方法。

背景技术

在电力系统中，需要通过电网来实现持续的电力供应，为了维持电网的正常运作，需要通过专用的培训系统来对电网的调度员等进行培训。

现有技术中存在一种DTS(Dispatcher Training Simulator，调度员培训系统)，其包括多个设备展示模型，每个设备展示模型用于模拟电网中对应设备的运行，通过该设备展示模型将电网中设备的运行过程及事故展示给被培训人员，使被培训人员学习如何处理不同的事故。

然而随着电网向超大容量、远距离、特高压、交直流互联方向发展，电网的规模以及运行特性的复杂程度加大，因此在电力系统领域，对调度员的专业素质和运行经验的要求也日益提高。而上述DTS的仿真内核均基于准稳态或动态潮流的机电暂态仿真，无法连续并实时地模拟电网中的电磁暂态和机电暂态，从而难以准确模拟现代交直流大电网的运行控制特性，这导致培训系统的培训效果降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电网仿真培训系统及方法，通过连续并实时地模拟电网中的电磁暂态和机电暂态，调高电网仿真培训系统的培训效果。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电网仿真培训系统，包括依次相连的实时仿真工作站、实时仿真器、模型映射系统及展示系统，所述展示系统包括多个设备展示模型；其中，所述实时仿真工作站用于根据电网中各设备的运行数据建立相应的设备计算模型，每个设备计算模型对应至少一个设备展示模型；所述实时仿真器用于从各设备计算模型获取第一仿真运行状态结果，每个第一仿真运行状态结果包括对应的设备计算模型的设备信息及仿真运行参数；所述模型映射系统用于从所述实时仿真器获取各设备计算模型的第一仿真运行状态结果，并将所获取的第一仿真运行状态结果转化为第二仿真运行状态结果，每个第二仿真运行状态结果对应至少一个设备展示模型，且每个第二仿真运行状态结果包括对应的设备展示模型的设备信息及仿真运行参数；所述展示系统用于从所述模型映射系统获取所述第二仿真运行状态结果，根据所述第二仿真运行状态结果对对应的设备展示模型进行更新，并在图形界面上对更新后的设备展示模型进行展示。

根据本发明提供的电网仿真培训系统，根据电网中各设备的运行数据对应建立设备计算模型，以连续地模拟电网中各设备的实时运行状态，进而通过映射系统将设备计算模型的第一仿真运行状态结果实时转化为与设备展示模型对应的第二仿真运行状态结果，并根据第二仿真运行状态结果对展示模型进行实时更新，对更新后的展示模型进行实时展示。因此，与现有技术中调度员培训系统无法连续并实时地模拟电网中的电磁暂态的现状相比，本发明能够对电网中的各设备进行连续而实时的仿真模拟，使得被培训人员在培训过程中能够更多地接触到电网中各设备的电磁暂态情况，进而熟悉电网中各设备的运行状态，了解更多类型的事故及其处理方案，最终提高电网仿真培训系统的培训效果。

另一方面，本发明还提供了一种电网仿真培训方法，其包括：

步骤S10，根据电网中各设备的运行数据建立相应的设备计算模型，每个设备计算模型对应至少一个设备展示模型；

步骤S20，从各设备计算模型获取第一仿真运行状态结果，每个第一仿真运行状态结果包括对应的设备计算模型的设备信息及仿真运行参数；

步骤S30，将所述第一仿真运行状态结果转化为第二仿真运行状态结果，每个第二仿真运行状态结果对应至少一个设备展示模型，且每个第二仿真运行状态结果包括对应的设备展示模型的设备信息及仿真运行参数；以及

步骤S40，根据所述第二仿真运行状态结果对对应的设备展示模型进行更新，并在图形界面上对更新后的设备展示模型进行展示。

与现有技术相比，本发明提供的电网仿真培训方法所具有的有益效果与上述电网仿真培训系统所具有的有益效果相同，此处不再赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例1中的电网仿真培训系统的结构框图。

图2为实施例1中的模型映射系统的结构框图。

图3为实施例2中的电网仿真培训方法的流程图。

图4为实施例3中的电网仿真培训方法的流程图。

附图标记：

10-实时仿真工作站， 20-实时仿真器，

30-模型映射系统， 40-展示系统，

31-映射策略生成模块， 31-转化模块。

具体实施方式

为了进一步说明本发明实施例提供的电网仿真培训系统及电网仿真培训方法，下面结合说明书附图进行详细描述。

【实施例1】

请参阅图1，实施例1提供了一种电网仿真培训系统，其包括依次相连的实时仿真工作站、实时仿真器、模型映射系统及展示系统，展示系统中预先输入有展示模型，该展示模型由多个设备展示模型集合而成。

上述实时仿真工作站可以是一台专用的计算机，其能够根据电网中各设备实时运行的数据对应建立设备计算模型，该设备计算模型能够连续、实时并准确地描述电网中对应设备的电磁暂态、机电暂态等信息。

上述实时仿真器可应用现有技术中的RTDS(Real Time Digital Simulator，实时数字仿真仪)，其包括通信板卡，该通信板卡能够实现实时仿真器与系统中其他部分的通信。该实时仿真器从上述实时仿真工作站中的设备计算模型获取该计算模型对应的设备信息及仿真运行数据，并将该设备信息及仿真运行数据整合为与该设备计算模型对应的第一仿真运行状态结果。

请参阅图2，模型映射系统通过以太网及网络交换机与实时仿真器连接，用于接收上述第一仿真运行状态结果，该模型映射系统可为预先写入专门程序的单片机，也可为专用的计算机，其包括映射策略生成模块以及转化模块。

映射策略生成模块接收并分析该第一仿真运行状态结果，得到对应的设备计算模型的设备信息，根据该设备计算模型的设备信息，确定对应的设备展示模型的设备信息，根据该设备信息生成一套相应的映射策略。

进而，转化模块根据该相应的映射策略，将设备计算模型的仿真运行参数转化为对应的设备展示模型的仿真运行参数，而后，模型映射系统将设备展示模型对应的设备信息及仿真运行参数整合为第二仿真运行状态结果。

请参阅图1，展示系统与显示器相连，该展示系统能够对第二仿真运行状态结果进行分析，获得对应的设备展示模型的设备参数及仿真运行参数，并根据这些参数生成动态曲线图像或图形动画，并在显示器的图形界面上显示出来。另外，图形界面上还可以设有操作界面，以供被培训人员对设备展示模型进行调整，模拟事故处理过程。例如，对于下述提到的发电机展示模型，展示系统可在显示器上示出发电机的功率参数的动态曲线图像。

在本实施例中，展示系统可直接采用现有的DTS。并且，模型系统和展示系统可分别安装在专门的计算机中，也可同时安装在同一计算机中，本领域技术人员可根据实际情况确定两个系统的是否集成在同一硬件内。

在上述内容中，实时仿真器包括发电机仿真模块、断路器仿真模块、母线仿真模块、线路仿真模块以及负荷仿真模块，这些仿真模块分别用于电网中的发电机、断路器、母线、线路及负荷的仿真；与之相应地，设备计算模型具体为发电机计算模型、断路器计算模型、母线计算模型、线路计算模型、或负荷计算模型；并且，设备展示模型为发电机展示模型、断路器展示模型、母线展示模型、线路展示模型、及负荷展示模型。

对于不同的设备计算模型，第一仿真运行状态结果所包括的仿真运行参数不同。具体地，对于发电机计算模型，对应的仿真运行参数为发电机计算模型的功率参数；对于断路器计算模型，对应的仿真运行参数为断路器计算模型的开关状态；对于母线计算模型，对应的仿真运行参数为母线计算模型的电压参数；对于线路计算模型，对应的仿真运行参数为线路计算模型的潮流参数；对于负荷计算模型，对应的仿真运行参数为线路计算模型的功率参数。

可以理解的是，设备展示模型与第二仿真运行状态结果所包括的仿真运行参数的对应关系与上述内容对应，此处不再赘述。

对于上述实施方案而言，映射策略具体如下：

每个发电机计算模型的功率参数等于对应的各发电机展示模型的功率参数之和，且每个发电机展示模型的功率参数与该发电机展示模型的有功出力成正比。具体地，在本实施例中，发电机计算模型为实际电网中同一场站内的多个发电机的等值聚合模型，而发电机展示模型与实际电网中的发电机意义对应，因此一个发电机计算模型对应多个发电机展示模型，这些发电机展示模型的功率参数总和与对应的发电机计算模型的功率参数相等，且每个发电机展示模型的功率参数与该发电机展示模型的已知有功出力成正比。

每个断路器计算模型的开关状态与该断路器计算模型所控制的设备计算模型的带电状态相对应，该断路器计算模型所控制的设备计算模型与对应的断路器展示模型所控制的设备展示模型相对应。具体地，可根据展示模型中的各个设备展示模型，建立拓扑结构，该拓扑结构中断路器展示模型所在的线路与计算模型中对应的断路器计算模型所在的线路对应。而该断路器计算模型所在的线路所连接的设备计算模型的带电状态，和该断路器展示模型所在的线路所连接的设备展示模型的带电状态相同。因此，根据该对应的设备计算模型与设备展示模型的带电状态的对应关系，即可判断断路器展示模型所在的线路是否存在电流，进而判断断路器展示模型的开关状态。

每个母线计算模型的电压参数与对应的母线展示模型的电压参数相等；

每个线路计算模型的功率潮流参数与对应的线路展示模型的功率潮流参数相等；

每个负荷计算模型的功率参数等于对应的各负荷展示模型的功率参数之和，每个负荷展示模型的功率参数与该负荷展示模型的有功功率成正比。对于负荷计算模型及负荷展示模型的映射策略，与发电机计算模型及发电机展示模型的映射策略类似，此处不再赘述。

在实施例1中，根据本发明提供的电网仿真培训系统，根据电网中各设备的运行数据对应建立设备计算模型，以连续地模拟电网中各设备的实时运行状态，进而通过映射系统将设备计算模型的第一仿真运行状态结果实时转化为与设备展示模型对应的第二仿真运行状态结果，并根据第二仿真运行状态结果对展示模型进行实时更新，对更新后的展示模型进行实时展示。因此，与现有技术中调度员培训系统无法连续并实时地模拟电网中的电磁暂态的现状相比，本发明能够对电网中的各设备进行连续而实时的仿真模拟，使得被培训人员在培训过程中能够更多地接触到电网中各设备的电磁暂态情况，进而熟悉电网中各设备的运行状态，了解更多类型的事故及其处理方案，最终提高电网仿真培训系统的培训效果。

【实施例2】

请参阅图3，实施例2提供了一种电网仿真培训方法，其包括如下步骤。

步骤S10，根据电网中各设备的运行数据建立相应的设备计算模型，每个设备计算模型对应至少一个设备展示模型；电网中各设备的运行数据可由实施例1中的实时仿真器从电网中取得，而后实时仿真器将运行数据发送至实时仿真工作站，以供其建立设备计算模型。

步骤S20，从各设备计算模型获取第一仿真运行状态结果，每个第一仿真运行状态结果包括对应的设备计算模型的设备信息及仿真运行参数；在该步骤中，实时仿真器从各设备计算模型获取各设备计算模型的模拟运行数据，将其整合为第一仿真运行状态结果。

步骤S30，将第一仿真运行状态结果转化为第二仿真运行状态结果，每个第二仿真运行状态结果对应至少一个设备展示模型，且每个第二仿真运行状态结果包括对应的设备展示模型的设备信息及仿真运行参数；在该步骤中，通过实施例1中的映射系统，将第一仿真运行状态结果转化为第二仿真运行状态结果。

步骤S40，根据第二仿真运行状态结果对对应的设备展示模型进行更新，并在图形界面上对更新后的设备展示模型进行展示。在该步骤中，设备展示模型的展示可为设备的开关状态，动态参数曲线等，本领域技术人员可根据实际情况选择展出模型的形式。

与现有技术相比，步骤10-步骤40示出的电网仿真培训方法所具有的有益效果与实施例1相同，此处不再赘述。

作为上述技术方案的进一步优化方案，步骤S30具体包括：

步骤S31，根据各第一仿真运行状态结果中的设备计算模型的设备信息，确定对应的设备展示模型的设备信息，并根据所确定的设备信息生成映射策略；具体而言，在步骤S31中，通过分析该第一仿真运行状态结果，得到对应的设备计算模型的设备信息，根据该设备计算模型的设备信息，确定对应的设备展示模型的设备信息，根据该设备信息确定一套相应的映射策略。

步骤S32，根据映射策略将第一仿真运行状态结果中的仿真运行参数转化为第二仿真运行状态结果中的仿真运行参数。具体地，在步骤S32中，将设备计算模型的仿真运行参数转化为对应的设备展示模型的仿真运行参数，而后，模型映射系统将设备展示模型对应的设备信息及仿真运行参数整合为第二仿真运行状态结果。

在上述技术方案中，仿真运行参数包括发电机的功率参数、断路器的开关状态、母线的电压参数、线路的功率潮流参数或负荷的功率参数中的任意一种；设备计算模型为发电机计算模型、断路器计算模型、母线计算模型、线路计算模型或负荷计算模型；设备展示模型为发电机展示模型、断路器展示模型、母线展示模型、线路展示模型或负荷展示模型。

对于上述实施方案而言，映射策略具体包括：

每个发电机计算模型的功率参数等于对应的各发电机展示模型的功率参数之和，且每个发电机展示模型的功率参数与该发电机展示模型的有功出力成正比。具体地，在本实施例中，发电机计算模型为实际电网中同一场站内的多个发电机的等值聚合模型，而发电机展示模型与实际电网中的发电机意义对应，因此一个发电机计算模型对应多个发电机展示模型，这些发电机展示模型的功率参数总和与对应的发电机计算模型的功率参数相等，且每个发电机展示模型的功率参数与该发电机展示模型的已知有功出力成正比。

每个断路器计算模型的开关状态与该断路器计算模型所控制的设备计算模型的带电状态相对应，该断路器计算模型所控制的设备计算模型与对应的断路器展示模型所控制的设备展示模型相对应。具体地，可根据展示模型中的各个设备展示模型，建立拓扑结构，该拓扑结构中断路器展示模型所在的线路与计算模型中对应的断路器计算模型所在的线路对应。而该断路器计算模型所在的线路所连接的设备计算模型的带电状态，和该断路器展示模型所在的线路所连接的设备展示模型的带电状态相同。因此，根据该对应的设备计算模型与设备展示模型的带电状态的对应关系，即可判断断路器展示模型所在的线路是否存在电流，进而判断断路器展示模型的开关状态。

每个母线计算模型的电压参数与对应的母线展示模型的电压参数相等；

每个线路计算模型的功率潮流参数与对应的线路展示模型的功率潮流参数相等；

每个负荷计算模型的功率参数等于对应的各负荷展示模型的功率参数之和，每个负荷展示模型的功率参数与该负荷展示模型的有功功率成正比。对于负荷计算模型及负荷展示模型的映射策略，与发电机计算模型及发电机展示模型的映射策略类似，此处不再赘述。

【实施例3】

请参阅图4，实施例3提供了一种电网仿真培训方法，其步骤S10-步骤S40与实施例1相同，不同之处在于，在实施例3中，在步骤40后还包括：

步骤S50，接收用户输入的第一操作信息，第一操作信息包括用户需要调整的设备展示模型的设备信息及仿真运行参数改变量。根据上述内容可知，设备展示模型展示在显示器的图形界面上，在本实施例中，该图形界面还包括操作界面，该操作界面上设有操作信息输入端口，用于使用户输入上述第一操作信息。

步骤S60，根据映射策略将第一操作信息转化为第二操作信息，第二操作信息包括设备计算模型的设备信息及仿真运行参数改变量，第一操作信息对应的设备展示模型与第二操作信息对应的设备计算模型相对应；以及

步骤S70，根据第二操作信息对对应的设备计算模型进行更新。

通过步骤S50-S70，设备计算模型被调整为符合用户需求的新的设备计算模型。而后，通过步骤S10-S40，再次对对应的设备展示模型进行更新，最终使得更新后的设备展示模型与用户输入的第一操作信息一致。

在实施例3中，通过步骤S50-步骤S70，实现由设备展示模型到设备计算模型的反馈调整。因此，一方面能够使被培训人员有机会根据设备展示模型的实际运行状态对其进行调整，模拟对电网事故的处理，提高培训效果；另一方面也使得用户能够根据自身需要调节设备计算模型，使其对应的设备展示模型更符合调度员培训的需要。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种电网仿真培训系统，其特征在于，包括依次相连的实时仿真工作站、实时仿真器、模型映射系统及展示系统，所述展示系统包括多个设备展示模型；其中，

所述实时仿真工作站用于根据电网中各设备的运行数据建立相应的设备计算模型，每个设备计算模型对应至少一个设备展示模型；

所述实时仿真器用于从各设备计算模型获取第一仿真运行状态结果，每个第一仿真运行状态结果包括对应的设备计算模型的设备信息及仿真运行参数；

所述模型映射系统用于从所述实时仿真器获取各设备计算模型的第一仿真运行状态结果，并将所获取的第一仿真运行状态结果转化为第二仿真运行状态结果，每个第二仿真运行状态结果对应至少一个设备展示模型，且每个第二仿真运行状态结果包括对应的设备展示模型的设备信息及仿真运行参数；

所述展示系统用于从所述模型映射系统获取所述第二仿真运行状态结果，根据所述第二仿真运行状态结果对对应的设备展示模型进行更新，并在图形界面上对更新后的设备展示模型进行展示；

所述模型映射系统具体包括：

映射策略生成模块，其用于根据各第一仿真运行状态结果中的设备计算模型的设备信息，确定对应的设备展示模型的设备信息，并根据所确定的设备信息生成映射策略；

转化模块，其用于根据所述映射策略将所述第一仿真运行状态结果中的仿真运行参数转化为所述第二仿真运行状态结果中的仿真运行参数；

其中，所述映射策略包括：

每个发电机计算模型的功率参数等于对应的各发电机展示模型的功率参数之和，每个发电机展示模型的功率参数与该发电机展示模型的有功出力成正比；

每个断路器计算模型的开关状态与该断路器计算模型所控制的设备计算模型的带电状态相对应，该断路器计算模型所控制的设备计算模型与对应的断路器展示模型所控制的设备展示模型相对应；

每个母线计算模型的电压参数与对应的母线展示模型的电压参数相等；

每个线路计算模型的功率潮流参数与对应的线路展示模型的功率潮流参数相等；或

每个负荷计算模型的功率参数等于对应的各负荷展示模型的功率参数之和，每个负荷展示模型的功率参数与该负荷展示模型的有功功率成正比。

2.根据权利要求1所述的电网仿真培训系统，其特征在于，所述实时仿真器包括：发电机仿真模块、断路器仿真模块、母线仿真模块、线路仿真模块以及负荷仿真模块。

3.一种电网仿真培训方法，其特征在于，包括：

步骤S10，根据电网中各设备的运行数据建立相应的设备计算模型，每个设备计算模型对应至少一个设备展示模型；

步骤S20，从各设备计算模型获取第一仿真运行状态结果，每个第一仿真运行状态结果包括对应的设备计算模型的设备信息及仿真运行参数；

步骤S30，将所述第一仿真运行状态结果转化为第二仿真运行状态结果，每个第二仿真运行状态结果对应至少一个设备展示模型，且每个第二仿真运行状态结果包括对应的设备展示模型的设备信息及仿真运行参数；以及

步骤S40，根据所述第二仿真运行状态结果对对应的设备展示模型进行更新，并在图形界面上对更新后的设备展示模型进行展示；

所述步骤S30具体包括：

步骤S31，根据各第一仿真运行状态结果中的所述设备计算模型的设备信息，确定对应的设备展示模型的设备信息，并根据所确定的设备信息生成映射策略；

步骤S32，根据所述映射策略将所述第一仿真运行状态结果中的仿真运行参数转化为所述第二仿真运行状态结果中的仿真运行参数；

其中，

所述仿真运行参数包括发电机的功率参数、断路器的开关状态、母线的电压参数、线路的功率潮流参数或负荷的功率参数中的任意一种；

所述设备计算模型为发电机计算模型、断路器计算模型、母线计算模型、线路计算模型或负荷计算模型；

所述设备展示模型为发电机展示模型、断路器展示模型、母线展示模型、线路展示模型或负荷展示模型；

所述映射策略包括：

每个发电机计算模型的功率参数等于对应的各发电机展示模型的功率参数之和，每个发电机展示模型的功率参数与该发电机展示模型的有功出力成正比；

每个断路器计算模型的开关状态与该断路器计算模型所控制的设备计算模型的带电状态相对应，该断路器计算模型所控制的设备计算模型与对应的断路器展示模型所控制的设备展示模型相对应；

每个母线计算模型的电压参数与对应的母线展示模型的电压参数相等；

每个线路计算模型的功率潮流参数与对应的线路展示模型的功率潮流参数相等；或

每个负荷计算模型的功率参数等于对应的各负荷展示模型的功率参数之和，每个负荷展示模型的功率参数与该负荷展示模型的有功功率成正比。

4.根据权利要求3所述的电网仿真培训方法，其特征在于，还包括：

步骤S50，接收用户输入的第一操作信息，所述第一操作信息包括用户需要调整的设备展示模型的设备信息及仿真运行参数改变量；

步骤S60，根据所述映射策略将所述第一操作信息转化为第二操作信息，所述第二操作信息包括设备计算模型的设备信息及仿真运行参数改变量，所述第一操作信息对应的设备展示模型与所述第二操作信息对应的设备计算模型相对应；以及

步骤S70，根据所述第二操作信息对对应的设备计算模型进行更新。