CN107590352B - 一种电网与电站联合仿真平台通信接口及通信仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网与电站联合仿真平台通信接口及通信仿真方法，它包括电网仿真平台(1)和电站仿真平台(2)，电网仿真平台(1)和电站仿真平台(2)之间通过Modbus TCP通信接口连接通信仿真方法，它包括：步骤1、分别对电网仿真平台和电站仿真平台进行模型解耦；步骤2、对电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真；解决了现有技术针对并网机组网源协调控制中，针对汽机、锅炉、调门、热力管道、厂用电以及辅机系统，结合电网侧运行特性，则缺少实际有效的验证方法导致协调控制结果的可信性及通用性低等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于电力系统仿真领域，尤其涉及一种电网与电站联合仿真平台通信接口及通信仿真方法。
背景技术
随着我国电力工业迅速发展，跨大区电力交换规模加大，机组单机容量增大，受端系统受电比例提高，电源和电网之间的相互影响加强；随着电网特性日趋复杂，使得电网安全与电源安全之间的相关性提高，网源协调已经成为影响电力系统安全的重要因素。
为研究源网协调问题，切实加强国内并网机组安全管理、提升网厂协调运行水平，目前针对并网机组网源协调重要参数专项核查工作，已经取得了不少的研究成果；但针对汽机、锅炉、调门、热力管道、厂用电以及辅机系统，结合电网侧运行特性，则缺少实际有效的验证方法，导致协调控制结果的可信性及通用性低。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种电网与电站联合仿真平台通信接口及通信仿真方法，以解决现有技术针对并网机组网源协调控制中，针对汽机、锅炉、调门、热力管道、厂用电以及辅机系统，结合电网侧运行特性，则缺少实际有效的验证方法导致协调控制结果的可信性及通用性低等技术问题。
本发明技术方案：
一种电网与电站联合仿真平台通信接口，它包括电网仿真平台和电站仿真平台，电网仿真平台和电站仿真平台之间通过Modbus TCP通信接口连接；电网仿真平台包括电网仿真模块、详细发电机模型和简易原动机模型，以实现局部电网和发电机的暂态或稳态仿真功能模拟实际电网的运行情况；电站仿真平台包括汽轮机调速控制系统DEH和机炉协调控制系统CCS模块、详细原动机模型和简易发电机模型，实现对典型火电机组的控制系统的全流程仿真及对控制逻辑的验证。
所述一种电网与电站联合仿真平台通信接口的通信仿真方法，它包括：
步骤1、分别对电网仿真平台和电站仿真平台进行模型解耦；
步骤2、对电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真。
步骤1所述模型解耦过程包括：
步骤1.1、对电网仿真平台的详细发电机模型和简易原动机模型进行分解；
步骤1.2、对电站仿真平台的详细原动机模型、简易发电机模型进行分解；
步骤1.3、对详细发电机模型及详细原动机模型设置统一的通信接口变量。
解耦后的仿真变量包括：电站仿真平台发出的写模拟量信号请求；电站仿真平台发出的写数字量信号请求；电站仿真平台发出的读模拟量信号请求和电站仿真平台发出的读数字量信号请求。
步骤2所述的对电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真，在联合仿真时需要实现两个平台初始工况的一致性；其实现方法包括：
步骤2.1：电网仿真平台启动运行，通过内部自带的简易原动机模型调整发电机运行工况，稳定于一个确定的运行工况，然后启动Modbus服务端程序，处于监听连接状态；
步骤2.2：电站仿真平台启动运行，通过内部自带的简易发电机模型调整原动机及控制系统的初始工况，实现仿真变量机械功率、发电机转速、有功、无功和状态变量与电网仿真平台稳定的运行工况数值及状态的一致性，并启动Modbus客户端程序，连接服务器；
步骤2.3：电网仿真平台与电站仿真平台建立连接后，电站仿真平台切除内部自带的简易发电机模型，连接详细发电机模型后，同步运行；
步骤2.4：电网仿真平台切除内部自带的简易原动机模型，连接详细原动机模型同步运行；
步骤2.5：建立电网仿真平台与电站仿真平台实现联合仿真的初始稳态工况。
步骤2所述进行电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真，在联合仿真过程中，在每一时步开始时，电站仿真平台开始读取电网仿真平台的仿真结果，发出读数据的请求，电网仿真平台接收到读数据请求时，根据modbus功能码及地址域的设置，对读操作进行响应；电站仿真平台读取到电网仿真平台数据后，完成电站内部控制系统及原动机模型仿真，发送写数据的请求，将仿真结果写入电网仿真平台，电网仿真平台根据modbus功能码及地址域的设置，完成数据的写入操作后，对该操作进行响应，这样在一个周期内，完成了电站仿真平台与电网仿真平台的闭环数据交换。
步骤2所述进行电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真，在联合仿真过程中，电站仿真平台按照固定联合仿真步长DT与电网仿真平台进行交换数据，过程包括：
步骤S1：电站仿真平台向电网仿真平台发送读数据请求；
步骤S2：电网仿真平台接收到数据请求后，依据modbus功能码及地址域信息，组织响应数据；
步骤S3：电网仿真平台对请求进行响应；
步骤S4：电站仿真平台读取数据后，完成内部仿真计算，并更新仿真数据；
步骤S5：电站仿真平台向电网仿真平台发送写数据请求；
步骤S6：电网仿真平台接收到数据请求后，依据modbus功能码及地址域信息，对数据进行写入操作，并进行响应；
步骤S7：电网仿真平台对请求进行响应；
步骤S8：电站仿真平台完成数据写操作后，完成本周期的数据交互过程，处于等待T+DT时刻的到来，同时在该段时间内，电网仿真平台完成仿真计算过程，更新下一周期的仿真数据。
步骤2所述的进行电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真，当电站仿真平台数量大于1时，电网仿真平台包含电网仿真模块和N台发电机模型，N台发电机模型分别与N台电站仿真平台分别通过Modbus TCP接口通信，每一台电站仿真平台具备独立的IP地址；从而实现电网仿真平台与N台电站仿真平台的联合仿真。
N台电站仿真平台的联合仿真过程中，仿真过程及运行时序包括：
步骤S1：多个电站仿真平台发起读数据请求；
步骤S2：电网仿真平台处理每台电站仿真平台发起的读数据请求；
步骤S3：电网仿真平台响应读数据请求；
步骤S4：N台电站仿真平台接收响应数据，并完成仿真计算过程，更新仿真数据；
步骤S5：N台电站仿真平台发起写数据请求；
步骤S6：电网仿真平台处理写数据请求；
步骤S7：电网仿真平台响应写数据请求；
步骤S8：N台电站仿真平台接收响应数据，完成本周起数据交互，等待T+DT时刻的到来，同时在该段时间内，电网仿真平台完成仿真计算过程，更新下一周期的仿真数据。
本发明的有益效果：
本发明所采用的模型解耦方式及通信接口具备通用性，其实现方式不依赖于某一种特定的电网或电站仿真平台，具备较强的实用性；
本发明所提供的通信接口设计方式，支持电网与多个电站仿真平台联合仿真，有利于研究多种类型的电站及电网之间的相互影响，增强研究结果的可信性及通用性；解决了现有技术针对并网机组网源协调控制中，针对汽机、锅炉、调门、热力管道、厂用电以及辅机系统，结合电网侧运行特性，则缺少实际有效的验证方法导致协调控制结果的可信性及通用性低等技术问题。
附图说明：
图1所示为本发明提供的电网与电站联合仿真平台结构原理示意图；
图2所示为本发明提供的电网与电站联合仿真平台工作流程示意图；
图3所示为本发明提供的电网与电站联合仿真平台运行时序示意图；
图4所示为本发明提供的电网与多个电站联合仿真结构原理示意图；
图5所示为本发明提供的电网与多个电站联合仿真运行时序示意图；
具体实施方式：
下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
电网与电站联合仿真平台的结构原理示意图如图1所示包括电网仿真平台1和电站仿真平台2、及两个仿真平台之间的Modbus TCP通信接口。
所述的电网仿真平台1包括电网仿真模块1-1、详细发电机模型1-2、及简易原动机模型1-3，可实现局部电网和发电机的暂态或稳态仿真功能，模拟实际电网的运行情况，该仿真平台可以独立运行。
所述的电站仿真平台2包括汽轮机调速控制系统DEH和机炉协调控制系统CCS模块2-1、详细原动机模型2-2及简易发电机模型2-3，可实现对典型火电机组的控制系统的全流程仿真及对控制逻辑的验证，包括锅炉、原动机、发电机的热力过程、燃烧过程、电气系统、机械系统等动态规律模型，该仿真系统可以独立运行。
本发明的通信接口，其物理层为1000M以太网络，可以通过多模光纤或电口传输通信信息。通信模式采用基于Modbus TCP的通信协议，采用客户机/服务器模式，通信端口号为502，其中电网仿真平台做为Modbus TCP服务器，电站仿真平台做为Modbus TCP的客户机。客户机按照固定的时间间隔DT(DT一般设置为25ms)，向服务器发出请求：包括读数据、写数据；服务器根据请求中所包含的Modbus功能码及地址等信息，分析请求、处理请求，向客户机进行应答。
分别对电网仿真平台和电站仿真平台进行模型解耦，实现详细发电机模型(电网仿真平台)与详细原动机模型(电站仿真平台)的联合仿真，解耦过程如下：
对电网仿真平台1的详细发电机模型1-2、简易原动机模型1-3进行分解；
对电站仿真平台2的详细原动机模型2-2、简易发电机模型2-3进行分解；
对详细发电机模型1-2及详细原动机模型2-3设置统一的通信接口变量；
最终：实现电网仿真平台1(包括电网仿真1-1、详细发电机模型1-2)与电站仿真平台2(包括CCS+DEH 2-1、详细原动机模型2-2)的联合仿真。
解耦后的仿真变量一般包括四种方式：(1)电站仿真平台发出的写模拟量信号请求；(2)电站仿真平台发出的写数字量信号请求；(3)电站仿真平台发出的读模拟量信号请求；(4)电站仿真平台发出的读数字量信号请求。
所述的(1)电站仿真平台发出的写模拟量信号请求，采用Modbus 06或16功能码，实现向电网仿真平台写入单个或连续模拟量数据，其信号点表如表1所示：
表1：电站仿真平台向电网仿真平台写入模拟量信号点表
所述的(2)电站仿真平台发出的写数字量信号请求，采用Modbus 05或0F功能码，实现向电网仿真平台写入单个或连续数字量数据，其信号点表如表2所示：
表2：电站仿真平台向电网仿真平台写入数字量信号点表
所述的(3)电站仿真平台发出的读模拟量信号请求，采用Modbus03或04功能码，实现读取单个或连续电网仿真平台模拟量数据，其信号点表如表3所示：
表3：电站仿真平台读取电网仿真平台的模拟量信号点表
所述的(4)电站仿真平台发出的读数字量信号请求，采用Modbus 01或02功能码，实现读取单个或连续电网仿真平台数字量数据，其信号点表如表4所示：
表4：电站仿真平台读取电网仿真平台的数字量信号点表
初始稳定工况的建立，实现步骤如下：
电网仿真平台1与电站仿真平台2可以独立运行，在进行联合仿真时，为保证两个仿真平台启动之后的仿真稳定性，需要保证两个平台初始工况的一致性，具体实现步骤如下：
电网仿真平台1启动运行，通过内部自带的简易原动机模型1-3调整发电机运行工况，稳定于一个确定的运行工况，然后启动Modbus服务端程序，处于监听连接状态；
电站仿真平台2启动运行，通过内部自带的简易发电机模型2-3调整原动机及其他控制系统的初始工况，实现关键仿真变量(如机械功率、发电机转速、有功、无功、状态变量等)与电网仿真平台稳定的运行工况数值及状态的一致性，并启动Modbus客户端程序，尝试连接服务器；
电网仿真平台1与电站仿真平台2建立连接后，电站仿真平台2切除内部自带的简易发电机模型2-3，连接详细发电机模型1-2后，同步运行；
电网仿真平台1切除内部自带的简易原动机模型1-3，连接详细原动机模型2-2，同步运行；
电网仿真平台1与电站仿真平台2实现联合仿真的初始稳态工况的建立。
进一步的，如图2所示为电网与电站联合仿真平台工作流程示意图，在联合仿真过程中，在每一时步开始时，电站仿真平台开始读取电网仿真平台的仿真结果，发出读数据的请求，电网仿真平台接收到读数据请求时，根据modbus功能码及地址域的设置，对其读操作进行响应。电站仿真平台读取到电网仿真平台数据后，完成电站内部控制系统及原动机模型仿真，发送写数据的请求，将仿真结果写入电网仿真平台，电网仿真平台根据modbus功能码及地址域的设置，完成数据的写入操作后，对该操作进行响应。这样再一个周期内，完成了电站仿真平台与电网仿真平台的闭环数据交换。
进一步的，如图3所示为电网与电站联合仿真平台运行时序示意图，在仿真过程中，电站仿真平台按照固定联合仿真步长DT(典型值为25ms)与电网仿真平台进行交换数据，完整的过程如下：
步骤S1：电站仿真平台向电网仿真平台发送读数据请求；
步骤S2：电网仿真平台接收到数据请求后，依据modbus功能码及地址域信息，组织响应数据；
步骤S3：电网仿真平台对请求进行响应；
步骤S4：电站仿真平台读取数据后，完成内部仿真计算，并更新仿真数据；
步骤S5：电站仿真平台向电网仿真平台发送写数据请求；
步骤S6：电网仿真平台接收到数据请求后，依据modbus功能码及地址域信息，对数据进行写入操作，并进行响应；
步骤S7：电网仿真平台对请求进行响应；
步骤S8：电站仿真平台完成数据写操作后，完成本周期的数据交互过程，处于等待T+DT时刻的到来，同时在该段时间内，电网仿真平台完成仿真计算过程，更新下一周期的仿真数据；
当电站仿真平台数量大于1时，所述的电网与电站联合仿真平台的通信接口支持电网仿真平台连接多个电站仿真平台进行联合仿真，其结构原理如图4所示。电网仿真平台包含电网仿真模块和N台发电机模型(1～N)，分别与电站仿真平台1、电站仿真平台2、电站仿真平台N，通过Modbus TCP接口通信，每一个电站仿真平台具备独立的IP地址。按照图2所描述的工作流程进行数据交换，从而实现电网仿真平台与多个电站仿真平台的联合仿真功能，
在联合仿真过程中，运行时序如图5所示，步骤如下：
步骤S1-1、S1-2、S1-N：为多个电站仿真平台发起读数据请求；
步骤S2：为电网仿真平台处理读数据请求；
步骤S3-1、S3-2、S3-N：为电网仿真平台响应读数据请求；
步骤S4-1、S4-2、S4-N：为多个电站仿真平台接收响应数据，并完成仿真计算过程，更新仿真数据；
步骤S5-1、S5-2、S5-N：为多个电站仿真平台发起写数据请求；
步骤S6：为为电网仿真平台处理写数据请求；
步骤S7-1、S7-2、S7-N：为电网仿真平台响应写数据请求；
步骤S8-1、S8-2、S8-N：为多个电站仿真平台接收响应数据，完成本周起数据交互，等待T+DT时刻的到来，同时在该段时间内，电网仿真平台完成仿真计算过程，更新下一周期的仿真数据；
考虑到原本独立的仿真平台模型、算法、初始工况等方面的差异，需要设计一种合理的方式，确保联合仿真时，可以建立稳定的初始工况。
在联合仿真过程中，电站仿真平台按照固定的流程及时序分别向电网仿真平台发起读或写数据的请求，电网仿真平台接收、处理并相应请求，双方按照固定的仿真周期DT(典型为25ms)进行数据交换，其工作流程如图2所示，运行时序如图3所示。
当电站仿真平台数量大于1时，所述的电网与电站联合仿真平台的通信接口支持电网仿真平台连接多个电站仿真平台进行联合仿真，其工作流程及运行时序与单个电站仿真平台时没有区别，在进行与多个电站仿真平台联合仿真时，需要接入GPS信号，保证全系统的同步性。
Claims (7)
1.一种电网与电站联合仿真平台通信接口的通信仿真方法，所述电网与电站联合仿真平台通信接口包括电网仿真平台（1）和电站仿真平台（2），电网仿真平台（1）和电站仿真平台（2）之间通过Modbus TCP通信接口连接；电网仿真平台（1）包括电网仿真模块（1-1）、详细发电机模型（1-2）和简易原动机模型（1-3），以实现局部电网和发电机的暂态或稳态仿真功能模拟实际电网的运行情况；电站仿真平台（2）包括汽轮机调速控制系统DEH和机炉协调控制系统CCS模块（2-1）、详细原动机模型（2-2）和简易发电机模型（2-3），实现对典型火电机组的控制系统的全流程仿真及对控制逻辑的验证；其特征在于：所述通信仿真方法包括：
步骤1、分别对电网仿真平台和电站仿真平台进行模型解耦；
步骤2、对电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真；
步骤2所述的对电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真，在联合仿真时需要实现两个平台初始工况的一致性；其实现方法包括：
步骤2.1：电网仿真平台启动运行，通过内部自带的简易原动机模型调整发电机运行工况，稳定于一个确定的运行工况，然后启动Modbus服务端程序，处于监听连接状态；
步骤2.2：电站仿真平台启动运行，通过内部自带的简易发电机模型调整原动机及控制系统的初始工况，实现仿真变量机械功率、发电机转速、有功、无功和状态变量与电网仿真平台稳定的运行工况数值及状态的一致性，并启动Modbus客户端程序，连接服务器；
步骤2.3：电网仿真平台与电站仿真平台建立连接后，电站仿真平台切除内部自带的简易发电机模型，连接详细发电机模型后，同步运行；
步骤2.4：电网仿真平台切除内部自带的简易原动机模型，连接详细原动机模型同步运行；
步骤2.5：建立电网仿真平台与电站仿真平台实现联合仿真的初始稳态工况。
2.根据权利要求1所述的一种电网与电站联合仿真平台通信接口的通信仿真方法，其特征在于：步骤1所述模型解耦过程包括：
步骤1.1、对电网仿真平台的详细发电机模型和简易原动机模型进行分解；
步骤1.2、对电站仿真平台的详细原动机模型、简易发电机模型进行分解；
步骤1.3、对详细发电机模型及详细原动机模型设置统一的通信接口变量。
3.根据权利要求1所述的一种电网与电站联合仿真平台通信接口的通信仿真方法，其特征在于：解耦后的仿真变量包括：电站仿真平台发出的写模拟量信号请求；电站仿真平台发出的写数字量信号请求；电站仿真平台发出的读模拟量信号请求和电站仿真平台发出的读数字量信号请求。
4.根据权利要求1所述的一种电网与电站联合仿真平台通信接口的通信仿真方法，其特征在于：步骤2所述进行电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真，在联合仿真过程中，在每一时步开始时，电站仿真平台开始读取电网仿真平台的仿真结果，发出读数据的请求，电网仿真平台接收到读数据请求时，根据modbus功能码及地址域的设置，对读操作进行响应；电站仿真平台读取到电网仿真平台数据后，完成电站内部控制系统及原动机模型仿真，发送写数据的请求，将仿真结果写入电网仿真平台，电网仿真平台根据modbus功能码及地址域的设置，完成数据的写入操作后，对该操作进行响应，这样在一个周期内，完成了电站仿真平台与电网仿真平台的闭环数据交换。
5.根据权利要求1所述的一种电网与电站联合仿真平台通信接口的通信仿真方法，其特征在于：步骤2所述进行电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真，在联合仿真过程中，电站仿真平台按照固定联合仿真步长DT与电网仿真平台进行交换数据，过程包括：
步骤S1：电站仿真平台向电网仿真平台发送读数据请求；
步骤S2：电网仿真平台接收到数据请求后，依据modbus功能码及地址域信息，组织响应数据；
步骤S3：电网仿真平台对请求进行响应；
步骤S4：电站仿真平台读取数据后，完成内部仿真计算，并更新仿真数据；
步骤S5：电站仿真平台向电网仿真平台发送写数据请求；
步骤S6：电网仿真平台接收到数据请求后，依据modbus功能码及地址域信息，对数据进行写入操作，并进行响应；
步骤S7：电网仿真平台对请求进行响应；
步骤S8：电站仿真平台完成数据写操作后，完成本周期的数据交互过程，处于等待T+DT时刻的到来，同时在该段时间内，电网仿真平台完成仿真计算过程，更新下一周期的仿真数据。
6.根据权利要求1所述的一种电网与电站联合仿真平台通信接口的通信仿真方法，其特征在于：步骤2所述的进行电网仿真平台与电站仿真平台进行联合仿真，当电站仿真平台数量大于1时，电网仿真平台包含电网仿真模块和N台发电机模型，N台发电机模型分别与N台电站仿真平台分别通过Modbus TCP接口通信，每一台电站仿真平台具备独立的IP地址；从而实现电网仿真平台与N台电站仿真平台的联合仿真。
7.根据权利要求6所述的一种电网与电站联合仿真平台通信接口的通信仿真方法，其特征在于：N台电站仿真平台的联合仿真过程中，仿真过程及运行时序包括：
步骤S1：多个电站仿真平台发起读数据请求；
步骤S2：电网仿真平台处理每台电站仿真平台发起的读数据请求；
步骤S3：电网仿真平台响应读数据请求；
步骤S4：N台电站仿真平台接收响应数据，并完成仿真计算过程，更新仿真数据；
步骤S5：N台电站仿真平台发起写数据请求；
步骤S6：电网仿真平台处理写数据请求；
步骤S7：电网仿真平台响应写数据请求；
步骤S8：N台电站仿真平台接收响应数据，完成本周起数据交互，等待T+DT时刻的到来，同时在该段时间内，电网仿真平台完成仿真计算过程，更新下一周期的仿真数据。
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| GR01 | Patent grant | ||
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