CN106168993A - 电网实时仿真分析平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统仿真技术领域，公开了一种电网实时仿真分析平台。该电网实时仿真分析平台包括电力实时仿真分析系统、云计算实时仿真分析系统与至少一个终端；电力实时仿真分析系统、云计算实时仿真分析系统及终端通过高速通信网络两两连接；终端用于在电力实时仿真分析系统上建立超级大电网的仿真模型；电力实时仿真分析系统用于根据超级大电网的仿真模型通过并行计算进行实时仿真；云计算实时仿真分析系统用于对电力实时仿真分析系统的仿真数据进行分析；终端还用于获取分析结果。这样，可以对未来超级大电网状态进行预测，并通过云平台进行数据分析计算，实现计算资源共享和利用，提升资源利用率，提高运维水平，降低运营和硬件成本。

Description

电网实时仿真分析平台

技术领域

本发明涉及电力系统仿真技术领域，特别涉及一种电网实时仿真分析平台。

背景技术

随着我国电网的大规模建设，电力系统互联程度的加强和远距离输电系统的不断发展，能覆盖一个甚至多个国家的超大规模电力系统正在不断出现。电力系统的数据规模和模式发生了巨大变化。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

(1)现有仿真分析工具对计算量很大的电力系统分析计算，如长过程动态仿真，通常只能进行离线计算，其结果所产生的控制策略只对预先设定的工况有效，难以对未来的超级大电网状态进行预测。

(2)现有仿真分析工具无法高效支持多用户在同一套数据上或多套数据上同时开展数据维护和计算工作，计算资源按照应用计算的峰值配置，空闲率高；计算资源分散，不能在全局实现资源共享和利用，导致运营成本和硬件成本较高。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种电网实时仿真分析平台，可以对未来超级大电网状态进行预测，并通过云平台进行数据分析计算，实现计算资源共享和利用，提升资源利用率，提高运维水平，降低运营和硬件成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种电网实时仿真分析平台，包括：电力实时仿真分析系统、云计算实时仿真分析系统与至少一个终端；

所述电力实时仿真分析系统通过高速通信网络连接于所述云计算实时仿真分析系统，所述终端通过高速通信网络分别连接于所述电力实时仿真分析系统、所述云计算实时仿真分析系统；

所述终端，用于在所述电力实时仿真分析系统上建立超级大电网的仿真模型；

所述电力实时仿真分析系统，用于根据所述超级大电网的仿真模型通过并行计算进行实时仿真；

所述云计算实时仿真分析系统，用于对所述电力实时仿真分析系统的仿真数据进行分析，得到所述仿真数据的分析结果；

所述终端，还用于获取所述分析结果。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过电力实时仿真分析系统进行并行计算，可以对超级大电网的实时进行仿真，模拟超级大电网实时状态，实现计算分析功能所需即所用，还可以对未来超级大电网状态进行预测。另外，通过电力实时仿真分析系统、云计算实时仿真分析系统，还可以将大批量的电力仿真计算任务统一调度管理计算，发挥大规模云计算优势，并实时计算分析大电网数据。通过在多个终端登录云计算实时仿真分析系统，可以实现多用户在同一套数据上或多套数据上同时开展数据维护和计算工作，进而可以实现资源共享和利用，提升资源利用率，提高运维水平，降低运营和硬件成本。

另外，所述电力实时仿真分析系统具体包括：上位机、现场可编程门阵列FPGA与多核仿真机；所述上位机通过所述FPGA连接至所述多核仿真机；所述上位机，用于建立所述仿真模型、编译所述仿真模型、并将编译后的仿真模型下载到所述FPGA；所述FPGA，用于将编译后的仿真模型的代码分配给所述多核仿真机进行并行计算。由于多核仿真机每个核之间都是完全独立的，抗压能力强，即使在高负载状况下，也可以保证每个核的性能不受太大的影响，因此，通过将编译后的仿真模型的代码分配给多核仿真机进行并行计算，可以实时运行大型的电力系统仿真模型，提高计算的效率。

另外，所述FPGA还用于对所述多核仿真机未接收到的数据进行标记；所述多核仿真机根据所述标记获取所述未接收到的数据，并根据已接收数据与获取的未接收到的数据进行并行计算。这样，多核仿真机可以对用电设备工作时的全部数据进行计算，避免遗漏数据，提高数据处理的准确性。

另外，所述电力实时仿真分析系统具体包括：上位机、数字信号处理器DSP与多核仿真机；所述上位机通过所述DSP连接至所述多核仿真机；所述上位机，用于建立所述仿真模型、编译所述仿真模型、并将编译后的仿真模型下载到所述DSP；所述DSP，用于将编译后的仿真模型的代码分配给所述多核仿真机进行并行优化计算。通过将编译后的仿真模型的代码分配给多核仿真机进行并行计算，可以实时运行大型的电力系统仿真模型，提高计算的效率。

另外，所述云计算实时仿真分析系统还包括整合的计算资源；所述整合的计算资源通过高速网络连接于所述云计算控制系统；所述云计算控制系统，还用于利用所述整合的计算资源对所述用电设备工作时的数据与所述仿真数据进行分析；其中，所述整合的计算资源为处于空闲状态的在线备用计算设备；所述云计算实时仿真分析系统通过虚拟化技术将处于空闲状态的在线备用计算设备整合为所述云计算实时仿真分析系统的组成部分。通过整合的计算资源可以通过虚拟化技术将其他计算机或服务器多余的计算资源整合成为大型云计算实时仿真分析系统的一部分，以提高计算效率，合理利用计算资源。

另外，所述云计算实时仿真分析系统上安装有云平台虚拟化软件；所述云计算实时仿真分析系统，用于通过所述虚拟化软件进行操作服务器虚拟化、系统虚拟化、应用虚拟化、终端虚拟化、云计算控制系统虚拟化以及分布式储存数据库虚拟化。通过软件与硬件的结合，实现对整个系统资源的统一管理，按需分配，动态调度，实时仿真超级大电网模型，实时计算分析海量大电网数据，达到系统负载均衡，有效的提高工作效率。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的电网实时仿真分析平台结构示意图；

图2是根据本发明第一实施方式中的电力实时仿真分析系统的结构示意图；

图3是根据本发明第一实施方式中的云计算实时仿真分析系统的结构示意图；

图4是根据本发明第二实施方式中的电力实时仿真分析系统的结构示意图；

图5是根据本发明第三实施方式中的云计算实时仿真分析系统的结构示意图；

图6是根据本发明第四实施方式中的云计算实时仿真分析系统的结构示意图；

图7是根据本发明第五实施方式中的云计算实时仿真分析系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种电网实时仿真分析平台，如图1所示，包含：电力实时仿真分析系统、云计算实时仿真分析系统、N个终端、功率放大器与输入输出I/O接口。

电力实时仿真分析系统通过高速通信网络连接于云计算实时仿真分析系统，终端通过高速通信网络分别连接于电力实时仿真分析系统、云计算实时仿真分析系统。

终端用于在电力实时仿真分析系统上建立超级大电网的仿真模型。电力实时仿真分析系统，用于根据超级大电网的仿真模型通过并行计算进行实时仿真。云计算实时仿真分析系统，用于对电力实时仿真分析系统的仿真数据进行分析，得到仿真数据的分析结果，并将分析结果反馈给终端。

在本实施方式中，终端可以为N个，N为大于1的自然数，如图1中所示，电力实时仿真分析系统、云计算实时仿真分析系统、终端也可以通过TCP/IP协议进行两两连接。在本实施方式中，终端可以是计算机、平板电脑或手机。

在实际应用中，电力实时仿真分析系统可以通过功率放大器与用电设备进行电连接，并通过功率放大器为用电设备供电；用电设备可以通过I/O接口与电力实时仿真分析系统进行通信连接，并且通过I/O接口将工作时的数据输出至电力实时仿真分析系统，电力实时仿真分析系统用于根据超级大电网的仿真模型以及用电设备工作时的数据通过并行计算进行实时仿真。需要说明的是，本实施方式中的用电设备可以为多个，I/O接口也可以为多个，不同的用电设备可以通过不同的I/O接口接入电力实时仿真分析系统，也可以通过外扩板卡接入电力实时仿真分析系统，进行硬件在环仿真测试(HIL)和快速控制原型(RCP)测试。

本实施方式中的电力实时仿真分析系统具体可以包括：上位机、现场可编程门阵列(FPGA)与多核仿真机，如图2所示。上位机可以通过FPGA连接至多核仿真机，其中上位机用于建立仿真模型、编译仿真模型、并将编译后的仿真模型下载到FPGA，然后FPGA将编译后的仿真模型的代码分配给多核仿真机进行并行计算。通过将编译后的仿真模型的代码分配给多核仿真机进行并行计算，可以实时运行大型的电力系统仿真模型，提高计算的效率。

在实际应用中，FPGA还用于对多核仿真机未接收到的数据进行标记；多核仿真机根据标记获取未接收到的数据，并根据已接收数据与获取的未接收到的数据进行优化计算，可实时运行大型的电力系统仿真模型。这样，多核仿真机可以对用电设备工作时的全部数据进行计算，避免遗漏数据，提高数据处理的准确性。

本实施方式中的云计算实时仿真分析系统具体可以包括：云计算控制系统、高速并行计算服务器组、通信服务器组与数据储存服务器组，如图3所示。

云计算控制系统通过高速通信网络分别连接于高速并行计算服务器组、通信服务器组与数据储存服务器组。云计算控制中心用于统一协调控制计算，高速并行计算服务器组用于实时仿真数据计算分析，通信服务器组服务于高速通信，数据储存服务器组用于海量数据存储。其中，高速通信需要优化一些通讯节点，因而需要优化算法，通信服务器用于这些算法优化网络架构，进行更好的信息通讯。

需要说明的是，本实施方式中的终端可以为台式机，笔记本，平板电脑(iPad)等，用户可以通过终端访问电网实时仿真分析平台的资源和应用软件，实时进行大数据的电力仿真计算，如潮流计算、暂稳计算、故障分析、电网规划、电网预测等。

本实施方式相对于现有技术而言，通过电力实时仿真分析系统进行并行计算，可以对超级大电网的实时进行仿真，模拟超级大电网实时状态，实现计算分析功能所需即所用，还可以对未来超级大电网状态进行预测。另外，通过电力实时仿真分析系统、云计算实时仿真分析系统，还可以将大批量的电力仿真计算任务统一调度管理计算，发挥大规模云计算优势，并实时计算分析大电网数据。通过在多个终端访问云计算实时仿真分析系统，可以实现多用户在同一套数据上或多套数据上同时开展数据维护和计算工作，进而可以实现资源共享和利用，提升资源利用率，提高运维水平，降低运营和硬件成本。

本发明的第二实施方式涉及一种电网实时仿真分析平台。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，上位机可以通过FPGA连接至多核仿真机。而在本发明第二实施方式中，上位机可以通过数字信号处理器(DSP)连接至多核仿真机。

具体的说，本实施方式中的电力实时仿真分析系统具体可以包括上位机、数字信号处理器(DSP)与多核仿真机，如图4所示。

具体的说，上位机可以通过DSP连接至多核仿真机，上位机用于建立仿真模型、编译仿真模型、并将编译后的仿真模型下载到DSP，具体的，上位机可以通过TCP/IP协议或者其他协议将编译后的仿真模型下载到DSP，然后DSP将编译后的仿真模型的代码分配给多核仿真机进行并行优化计算。

本实施方式中上位机可以通过数字信号处理器连接至多核仿真机，提供了另外一种连接方式，使得本发明的实施方式更加灵活多变。

本发明第三实施方式涉及一种电网实时仿真分析平台，第三实施方式在第一实施方式的基础上做了改进，改进之处在于：本实施方式中的云计算实时仿真分析系统还可以包含输入接口与存储装置，本实施方式中的云计算实时仿真分析系统如图5所示。

具体的说，在本实施方式中，存储装置可以通过接入接口接入高速并行计算服务器组，将存储的用电设备工作时的数据通过接入接口输出至高速并行计算服务器组进行计算，具体地，高速并行计算服务器组根据用电设备工作时的数据与仿真数据进行分析，得到硬件在环仿真数据的分析结果。

本实施方式通过输入接口和存储装置，可以将多个用电设备的工作时的数据输出至云计算实时仿真分析系统进行仿真计算，进而可以实现大规模云计算，这样，可以直接利用已有的数据，减少数据冗余，保证数据准确性，并可以进行数据预处理，减少仿真的计算量。

本发明第四实施方式涉及一种电网实时仿真分析平台，第四实施方式在第三实施方式的基础上做了改进，改进之处在于：本实施方式中的云计算实时仿真分析系统还可以包括整合的计算资源。本实施方式中的云计算实时仿真分析系统如图6所示。

具体的说，本实施方式中，整合的计算资源可以通过高速网络连接于云计算控制系统。云计算控制系统还用于利用整合的计算资源对用电设备工作时的数据与仿真数据进行分析；其中，整合的计算资源为处于空闲状态的在线备用计算设备；云计算实时仿真分析系统通过虚拟化技术将处于空闲状态的在线备用计算设备整合为云计算实时仿真分析系统的组成部分。

本实施方式通过整合的计算资源，将处于空闲状态的在线备用计算设备整合成为大型云计算实时仿真分析系统的一部分，其他处于工作状态的用电设备可以通过I/O或其他接口连入系统，成为云资源的一部分，整个系统可以通过高速通信网络相互通讯，以提高计算效率。

本发明第五实施方式涉及一种电网实时仿真分析平台，第五实施方式在第四实施方式的基础上做了改进，改进之处在于：本实施方式中的云计算实时仿真分析系统还可以包括应用服务器组。如图7所示。

具体的说，应用服务器组可以通过高速网络连接于云计算控制系统，其中，云计算实时仿真分析系统上安装有高速并行计算的应用程序。

本实施方式中应用服务器组可以服务于云计算实时仿真分析系统上安装的应用程序，处理用户在应用程序和数据库之间的所有应用程序操作，使得本发明的实施方式更加完善。

本发明第六实施方式涉及一种电网实时仿真分析平台，第六实施方式在第五实施方式的基础上做了改进，改进之处在于：本实施方式中的云计算实时仿真分析系统上安装有云平台虚拟化软件。

具体的说，云计算实时仿真分析系统，用于通过虚拟化软件进行操作服务器虚拟化、系统虚拟化、应用虚拟化、终端虚拟化、云计算控制系统虚拟化以及分布式储存数据库虚拟化。这样，用户在使用电网实时仿真分析平台进行仿真时，不必考虑每次都选择使用的操作服务器、系统、应用软件，服务终端、云计算控制系统以及分布式储存数据库，只需要首次使用时根据需求进行初始设置即可，可以避免操作繁琐，减少不必要的操作时间，提高仿真效率。

本实施方式通过在云计算实时仿真分析系统上安装虚拟化软件，可以将软件与硬件的结合，实现对整个系统资源的统一管理，按需分配，动态调度，实时仿真超级大电网模型，实时计算分析海量大电网数据，达到系统负载均衡，有效的提高工作效率。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电网实时仿真分析平台，其特征在于，包括：电力实时仿真分析系统、云计算实时仿真分析系统与至少一个终端；

所述电力实时仿真分析系统通过高速通信网络连接于所述云计算实时仿真分析系统，所述终端通过高速通信网络分别连接于所述电力实时仿真分析系统、所述云计算实时仿真分析系统；

所述终端，用于在所述电力实时仿真分析系统上建立超级大电网的仿真模型；

所述电力实时仿真分析系统，用于根据所述超级大电网的仿真模型通过并行计算进行实时仿真；

所述云计算实时仿真分析系统，用于对所述电力实时仿真分析系统的仿真数据进行分析，得到所述仿真数据的分析结果；

所述终端，还用于获取所述分析结果。

2.根据权利要求1所述的电网实时仿真分析平台，其特征在于，还包括功率放大器与输入输出I/O接口；

用电设备通过功率放大器与所述电力实时仿真分析系统电连接，所述用电设备通过所述输入输出接口与所述电力实时仿真分析系统通信连接；

所述电力实时仿真分析系统，用于通过所述功率放大器为所述用电设备供电；

所述用电设备，用于通过所述I/O接口将工作时的数据输出至所述电力实时仿真分析系统；

所述电力实时仿真分析系统，用于根据所述超级大电网的仿真模型以及所述用电设备工作时的数据通过并行计算进行实时仿真。

3.根据权利要求2所述的电网实时仿真分析平台，其特征在于，所述电力实时仿真分析系统具体包括：上位机、现场可编程门阵列FPGA与多核仿真机；

所述上位机通过所述FPGA连接至所述多核仿真机；

所述上位机，用于建立所述仿真模型、编译所述仿真模型、并将编译后的仿真模型下载到所述FPGA；

所述FPGA，用于将编译后的仿真模型的代码分配给所述多核仿真机进行并行计算。

4.根据权利要求3所述的电网实时仿真分析平台，其特征在于，所述FPGA还用于对所述多核仿真机未接收到的数据进行标记；

所述多核仿真机根据所述标记获取所述未接收到的数据，并根据已接收数据与获取的未接收到的数据进行优化计算。

5.根据权利要求1所述的电网实时仿真分析平台，其特征在于，所述电力实时仿真分析系统具体包括：上位机、数字信号处理器DSP与多核仿真机；

所述上位机通过所述DSP连接至所述多核仿真机；

所述上位机，用于建立所述仿真模型、编译所述仿真模型、并将编译后的仿真模型下载到所述DSP；

所述DSP，用于将编译后的仿真模型的代码分配给所述多核仿真机进行并行优化计算。

6.根据权利要求1所述的电网实时仿真分析平台，其特征在于，所述云计算实时仿真分析系统，具体包括：云计算控制系统、高速并行计算服务器组、通信服务器组与数据储存服务器组；

所述云计算控制系统通过高速通信网络分别连接于所述高速并行计算服务器组、所述通信服务器组与所述数据储存服务器组。

7.根据权利要求6所述的电网实时仿真分析平台，其特征在于，所述云计算实时仿真分析系统，还包括：接入接口与存储装置；

所述存储装置通过所述接入接口接入所述高速并行计算服务器组，用于将存储的用电设备工作时的数据通过所述接入接口输出至所述高速并行计算服务器组；

所述高速并行计算服务器组根据所述用电设备工作时的数据与所述仿真数据进行分析，得到硬件在环仿真数据的分析结果。

8.根据权利要求7所述的电网实时仿真分析平台，其特征在于，所述云计算实时仿真分析系统还包括整合的计算资源；

所述整合的计算资源通过高速网络连接于所述云计算控制系统；

所述云计算控制系统，还用于利用所述整合的计算资源对所述用电设备工作时的数据与所述仿真数据进行分析；

其中，所述整合的计算资源为处于空闲状态的在线备用计算设备；所述云计算实时仿真分析系统通过虚拟化技术将处于空闲状态的在线备用计算设备整合为所述云计算实时仿真分析系统的组成部分。

9.根据权利要求8所述的电网实时仿真分析平台，其特征在于，所述云计算实时仿真分析系统，还包括：应用服务器组；

所述应用服务器组通过高速网络连接于所述云计算控制系统；

其中，所述云计算实时仿真分析系统上安装有高速并行计算的应用程序。

10.根据权利要求9所述的电网实时仿真分析平台，其特征在于，所述云计算实时仿真分析系统上安装有云平台虚拟化软件；

所述云计算实时仿真分析系统，用于通过所述虚拟化软件进行操作服务器虚拟化、系统虚拟化、应用虚拟化、终端虚拟化、云计算控制系统虚拟化以及分布式储存数据库虚拟化。