CN108875103B - 一种电网在线仿真系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电网在线仿真系统及方法。系统包括：SCADA子系统，用于监测待仿真电网中的电气设备，并将发生变化的电气设备的电气信息发送至仿真存储子系统；数据库管理子系统，用于接收参数更新指令，并根据参数更新指令向仿真存储子系统发送发生变化的电气设备的电气参数；仿真存储子系统，用于对接收到的电气信息和/或电气参数进行格式转换处理，并将处理后的电气信息和/或电气参数发送至仿真分析子系统；仿真分析子系统，用于读取待仿真电网的原始模型，并根据接收到的电气信息和/或电气参数对原始模型进行更新，并根据更新后的原始模型对待仿真电网进行仿真处理。本发明实施例能实现企业电网的在线仿真功能，并满足企业电网在线仿真的实际需求。

Description

一种电网在线仿真系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及电网电力技术领域，具体涉及一种电网在线仿真系统及方法。
背景技术
电力系统仿真是根据原始电力系统建立模型，利用模型进行计算和试验，研究电力系统在规定时间内的工作行为和特征。电力系统仿真在电力系统的规划、设计、建设、运行中发挥着重要作用。数字仿真不受被研究系统规模和结构复杂性的限制，计算速度快、使用灵活、成本相对低廉，成为分析研究电力系统必不可少的工具，是电力系统仿真的重要研究方向。
根据仿真数据的来源，电力系统数字仿真可分为离线仿真与在线仿真。离线仿真与实际运行的电力系统没有直接数据联系，一般由人工输入仿真数据，再根据所搭建的电力系统模型进行计算。电力系统在进行规划分析和运行方式研究时采用离线仿真方法。在线仿真从实际运行电力系统的SCADA/EMS或PMU/WAMS系统中获取实时状态数据，经过状态估计、数据整合后得到仿真计算所需的数据，然后进行仿真计算。
在线仿真主要用于在线地对系统进行稳定分析和评估、制定预防控制或紧急控制策略，目前已在实际电力系统得到一定应用，例如国网智能电网调度技术支持系统。
但是，目前在企业电网中，在线仿真技术应用很少，主要原因是公共电网的在线仿真技术并不能完全照搬到企业电网中。公共电网的建模与企业电网的建模技术有一定区别，企业电网有条件也有必要对所有高压电动机及所带负载进行详细建模，而公共电网的负荷建模一般采用等效负荷建模，将大量负荷等效为某个负荷节点。公共电网的在线仿真更多地针对负荷预测、发电计划、检修计划等情况下的潮流计算，以及短路计算和继电保护计算等内容，一般不包括电机的分析。企业电网在线仿真还十分关注大电动机启动及电动机群起分析、自动装置(如快速切换装置)在线校核等仿真内容，这些仿真内容在目前的公共电网在线仿真软件上还不具备或者不够成熟。在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有的在线仿真技术适用于公共电网，但并不满足企业电网的实际需求。
发明内容
本发明实施例的一个目的是解决现有在线仿真技术无法满足企业电网实际需求的问题。
本发明实施例提出了一种电网在线仿真系统，包括：数据采集与监视控制SCADA子系统、数据库管理子系统、仿真存储子系统以及仿真分析子系统；
所述SCADA子系统，用于监测待仿真电网中的电气设备，并在监测到电气设备的电气信息发生变化时，将发生变化的电气设备的电气信息发送至所述仿真存储子系统；
所述数据库管理子系统，用于接收参数更新指令，并根据参数更新指令向所述仿真存储子系统发送发生变化的电气设备的电气参数；
所述仿真存储子系统，用于对接收到的电气信息和/或电气参数进行格式转换处理，并将处理后的电气信息和/或电气参数发送至所述仿真分析子系统；
所述仿真分析子系统，用于读取所述待仿真电网的原始模型，并根据接收到的电气信息和/或电气参数对所述原始模型进行更新，并根据更新后的原始模型对所述待仿真电网进行仿真处理。
可选的，所述仿真存储子系统，用于存储所述原始模型、所述待仿真电网的电网运行状态和模型拓扑关系；
相应地，所述仿真分析子系统，用于从所述仿真存储子系统中读取所述原始模型、所述待仿真电网的电网运行状态和模型拓扑关系，并根据所述原始模型、所述待仿真电网的电网运行状态和模型拓扑关系进行仿真计算，并将计算获取的仿真结果发送至所述仿真存储子系统。
可选的，所述系统还包括：仿真结果展示子系统；
所述仿真结果展示子系统，用于展示仿真结果。
可选的，所述仿真存储子系统，还用于在接收到仿真结果时，对仿真结果进行预处理，并将预处理获取的第一仿真结果信息和第二仿真结果信息分别发送至所述SCADA子系统和所述仿真结果展示子系统。
可选的，所述仿真结果展示子系统，用于接收并显示所述仿真存储子系统发送的第一仿真结果信息。
可选的，所述SCADA子系统，用于接收所述仿真存储子系统发送的第二仿真结果信息，并将所述第二仿真结果信息发送至显示终端，并由所述显示终端显示所述第二仿真结果。
可选的，所述SCADA子系统，还用于将采集到的电气信息发送至显示终端，并由所述显示终端显示所述电气信息。
本发明实施例提出了一种基于上述电网在线仿真系统的电网在线仿真方法，包括：
所述SCADA子系统在监测到电气设备的电气信息发生变化时，将发生变化的电气设备的电气信息发送至所述仿真存储子系统；
所述数据库管理子系统在接收参数更新指令时，根据参数更新指令向所述仿真存储子系统发送发生变化的电气设备的电气参数；
所述仿真存储子系统对接收到的电气信息和/或电气参数进行格式转换处理，并将处理后的电气信息和/或电气参数发送至所述仿真分析子系统；
所述仿真分析子系统执行仿真操作；
所述仿真操作包括：读取所述待仿真电网的原始模型，并根据接收到的电气信息和/或电气参数对所述原始模型进行更新，并根据更新后的原始模型对所述待仿真电网进行仿真处理。
可选的，所述方法还包括：
仿真存储子系统在接收到仿真结果时，对仿真结果进行预处理，并将预处理获取的第一仿真结果信息和第二仿真结果信息分别发送至所述SCADA子系统和所述仿真结果展示子系统。
可选的，所述方法还包括：
仿真分析子系统判断是否接收到仿真命令，若是，则执行所述仿真操作，获取仿真结果；
将仿真结果发送至所述仿真存储子系统。
由上述技术方案可知，本发明实施例提出的一种电网在线仿真系统及方法，通过SCADA子系统、数据库管理子系统、仿真存储子系统以及仿真分析子系统实现企业电网的在线仿真功能，包括：潮流计算、短路计算、继电保护校核、自动装置校核、电动机启动分析等，满足企业电网在线仿真的实际需求。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明一实施例提供的一种电网在线仿真系统的结构示意图；
图2示出了本发明另一实施例提供的一种电网在线仿真系统的结构示意图；
图3示出了本发明一实施例提供的一种电网在线仿真方法的流程示意图；
图4示出了本发明另一实施例提供的一种电网在线仿真方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明一实施例提供的一种电网在线仿真系统的结构示意图，参见图1，该系统包括：数据采集与监视控制SCADA子系统110、数据库管理子系统120、仿真存储子系统130以及仿真分析子系统140；
所述SCADA子系统110，用于监测待仿真电网中的电气设备，并在监测到电气设备的电气信息发生变化时，将发生变化的电气设备的电气信息发送至所述仿真存储子系统；
需要说明的是，SCADA子系统110即数据采集与监视控制系统。SCADA子系统110是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统，作为电力系统自动化的实时数据源，SCADA子系统110能为EMS系统提供大量的实时数据。因此，本发明实施例可选择性的使用EMS替换SCADA。
所述数据库管理子系统120，用于接收参数更新指令，并根据参数更新指令向所述仿真存储子系统130发送发生变化的电气设备的电气参数；
需要说明的是，使用SCADA子系统110监测整个电网可能存在无法检测但仿真建模所必需的数据，因此，需要通过预配置或者人工外部添加的方式，向数据库管理子系统120写入不能实时监测的电网、设备数据，进行存储与管理，并以参数更新指令的形式向仿真存储子系统130发送仿真需要的电气参数。
所述仿真存储子系统130，用于对接收到的电气信息和/或电气参数进行格式转换处理，并将处理后的电气信息和/或电气参数发送至所述仿真分析子系统；
需要说明的是，仿真存储子系统130接收并缓存上行至仿真分析子系统140的仿真需要的信息以及下行至SCADA子系统110的仿真结果，并分别将上行和下行的数据转换为仿真分析子系统140和SCADA子系统110可识别的格式。
所述仿真分析子系统140，用于读取所述待仿真电网的原始模型，并根据接收到的电气信息和/或电气参数对所述原始模型进行更新，并根据更新后的原始模型对所述待仿真电网进行仿真处理。
需要说明的是，仿真存储子系统130中存储所述原始模型、所述待仿真电网的电网运行状态和模型拓扑关系。相应地，所述仿真分析子系统140从所述仿真存储子系统中读取所述原始模型、所述待仿真电网的电网运行状态和模型拓扑关系，并接收人工操作指令，以根据所述原始模型、所述待仿真电网的电网运行状态和模型拓扑关系进行仿真计算，并将计算获取的仿真结果发送至所述仿真存储子系统130，由仿真存储子系统130将仿真结果发送至SCADA子系统110进行展示。
可见，本发明实施例通过的SCADA子系统、数据库管理子系统、仿真存储子系统以及仿真分析子系统实现企业电网的在线仿真功能，包括：潮流计算、短路计算、继电保护校核、自动装置校核、电动机启动分析等。
图2示出了本发明另一实施例提供的一种电网在线仿真系统的结构示意图，参见图2，该系统包括：SCADA子系统210、数据库管理子系统220、仿真存储子系统230、仿真分析子系统240以及仿真结果展示子系统，其中；
SCADA子系统210、数据库管理子系统220、仿真存储子系统230、仿真分析子系统240分别与图1对应实施例中的SCADA子系统110、数据库管理子系统120、仿真存储子系统130以及仿真分析子系统140相对应，其工作原理也均相似。
而在图1对应实施例的基础上，而本实施例中的仿真结果展示子系统250用于展示仿真结果。
本实施例中的仿真分析子系统240可以是独立开发的电力系统计算程序，也可以是企业购买的离线仿真软件，具有外部接口功能，实现从仿真存储子系统230接收实时变化的电气信息和/或电气参数，进行仿真建模及仿真计算。仿真分析子系统240可用于潮流计算、短路计算、电机启动分析、继电保护计算等。在企业电网建模与仿真分析时，潮流分析、继电保护整定与公共电网在线仿真技术基本相同，但增加了电动机的建模和电机启动分析等内容。
需要说明的是，电机启动分析时，所建电网模型应至少包含电动机及生产机械、电动机与配电母线间的线路、与电动机启动方式相关的元件模型、配电母线的所有其它负荷，可以将配电母线上游电网等效为外部电网或理想电源模型。如果条件允许，应建立整个石化企业的电网模型，应采用符合实际的电动机及拖动生产机械的转矩转速特性。
需要说明的是，观测电机仿真结果，评价某电动机允许启动的条件是：电动机转速能上升至额定转速；电机启动时，配电母线电压不低于系统标称电压的85％；电机启动时，启动电流不应引起电网电流保护误动；电机启动过程中，电动机的电气转矩不应超过机轴所能承受的范围，且应足够平缓；电机正常运行时，额定电流不大于6kV开关站进线的额定载流量。
进一步地，所述仿真存储子系统230，还用于在接收到仿真分析子系统240返回的仿真结果时，对仿真结果进行预处理，并将预处理获取的第一仿真结果信息和第二仿真结果信息分别发送至所述SCADA子系统210和所述仿真结果展示子系统250。其中，预处理包括：格式装换等。
第一仿真结果，是在SCADA系统上展示不够合理、不够美观或容易引起调度人员误解的仿真结果信息，包括：企业电网的整体潮流分布、企业电网各等级母线的短路电流汇总结果、长期规划(如更换变压器、新增发电机等)下的仿真结果等。第一仿真结果信息一般以图片加文字说明的多级菜单级联方式展示。
第二仿真结果，是在SCADA系统上展示比较合理、方便调度人员查看的仿真信息，包括：某种短路时不同时刻的短路电流及电压降、某开关的继电保护配置等。第二仿真结果信息一般在SCADA系统客户端上以弹窗选择的方式展示，可以是图片或表格、文字等信息。
相应地，仿真结果展示子系统250接收并显示所述仿真存储子系统发送的第一仿真结果信息。
SCADA子系统210接收所述仿真存储子系统23发送的第二仿真结果信息，并将所述第二仿真结果信息发送至显示终端，并由所述显示终端显示所述第二仿真结果。
在另一可行实施例中，所述SCADA子系统，还用于将采集到的电气信息发送至显示终端，并由所述显示终端显示所述电气信息。
图3示出了本发明一实施例提供的一种电网在线仿真方法的流程示意图，参见图3，该方法由图1或者图2对应实施例提出的系统实现，具体包括如下步骤：
310、监测待仿真电网中的电气设备
320、在监测到电气设备的电气信息发生变化时，将发生变化的电气设备的电气信息发送至所述仿真存储子系统；
步骤310-320具有SCADA子系统实现，具体实现过程请参照图1对应实施例中的相应部分。
330、数据库管理子系统在接收参数更新指令时，根据参数更新指令向所述仿真存储子系统发送发生变化的电气设备的电气参数；
340、仿真存储子系统对接收到的电气信息和/或电气参数进行格式转换处理，并将处理后的电气信息和/或电气参数发送至所述仿真分析子系统；
350、仿真分析子系统执行仿真操作；
所述仿真操作具体包括：读取所述待仿真电网的原始模型，并根据接收到的电气信息和/或电气参数对所述原始模型进行更新，并根据更新后的原始模型对所述待仿真电网进行仿真处理。
本实施例中，仿真存储子系统在接收到仿真结果后，对仿真结果进行预处理，并将预处理获取的第一仿真结果信息和第二仿真结果信息分别发送至所述SCADA子系统和所述仿真结果展示子系统。
可见，本发明实施例通过的SCADA子系统、数据库管理子系统、仿真存储子系统以及仿真分析子系统实现企业电网的在线仿真功能，包括：潮流计算、短路计算、继电保护校核、自动装置校核、电动机启动分析等。
图4示出了本发明另一实施例提供的一种电网在线仿真方法的流程示意图，参见图4，该方法可由图1和图2提供的系统实现，具体包括如下步骤：
410、SCADA子系统监测电网并判断电网的数据是否发生变化，若是，则执行步骤430；若否，则执行步骤420；
420、数据库管理子系统判断是否检测到人工外部更改的数据，若是，则执行步骤430；若否，则执行步骤440；
430、仿真存储子系统更改电网拓扑及数据，并存储；
440、仿真分析子系统判断是否接收到仿真命令，若是，则执行步骤450；若否，则返回步骤410；
450、仿真分析子系统执行仿真计算，并将仿真计算获得的仿真结果发送至仿真存储子系统；
460、仿真存储子系统执行仿真结果与仿真输入数据配对存储；
470、仿真结果展示。
对于方法实施方式，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施方式并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施方式，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施方式均属于优选实施方式，所涉及的动作并不一定是本发明实施方式所必须的。
对于方法实施方式而言，由于其与系统实施方式基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见系统实施方式的部分说明即可。
本发明的各个部件实施方式可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本装置中，PC通过实现因特网对设备或者装置远程控制，精准的控制设备或者装置每个操作的步骤。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，并且程序产生的文件或文档具有可统计性，产生数据报告和cpk报告等，能对功放进行批量测试并统计。应该注意的是上述实施方式对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施方式。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电网在线仿真系统，其特征在于，包括：数据采集与监视控制SCADA子系统、数据库管理子系统、仿真存储子系统以及仿真分析子系统；
所述SCADA子系统，用于监测待仿真电网中的电气设备，并在监测到电气设备的电气信息发生变化时，将发生变化的电气设备的电气信息发送至所述仿真存储子系统；
所述数据库管理子系统，用于接收参数更新指令，并根据参数更新指令向所述仿真存储子系统发送发生变化的电气设备的电气参数；所述参数更新指令为根据输入的所述SCADA子系统不能完成监测的电网、设备数据所生成；
所述仿真存储子系统，用于对接收到的电气信息和/或电气参数进行格式转换处理，并将处理后的电气信息和/或电气参数发送至所述仿真分析子系统；
所述仿真分析子系统，用于读取所述待仿真电网的原始模型，并根据接收到的电气信息和/或电气参数对所述原始模型进行更新，并根据更新后的原始模型对所述待仿真电网进行仿真处理；还用于电机启动分析和继电保护计算。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿真存储子系统，用于存储所述原始模型、所述待仿真电网的电网运行状态和模型拓扑关系；
相应地，所述仿真分析子系统，用于从所述仿真存储子系统中读取所述原始模型、所述待仿真电网的电网运行状态和模型拓扑关系，并根据所述原始模型、所述待仿真电网的电网运行状态和模型拓扑关系进行仿真计算，并将计算获取的仿真结果发送至所述仿真存储子系统。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：仿真结果展示子系统；
所述仿真结果展示子系统，用于展示仿真结果。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述仿真存储子系统，还用于在接收到仿真结果时，对仿真结果进行预处理，并将预处理获取的第一仿真结果信息和第二仿真结果信息分别发送至所述SCADA子系统和所述仿真结果展示子系统。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述仿真结果展示子系统，用于接收并显示所述仿真存储子系统发送的第一仿真结果信息。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述SCADA子系统，用于接收所述仿真存储子系统发送的第二仿真结果信息，并将所述第二仿真结果信息发送至显示终端，并由所述显示终端显示所述第二仿真结果。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述SCADA子系统，还用于将采集到的电气信息发送至显示终端，并由所述显示终端显示所述电气信息。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的电网在线仿真系统的电网在线仿真方法，其特征在于，包括：
所述SCADA子系统在监测到电气设备的电气信息发生变化时，将发生变化的电气设备的电气信息发送至所述仿真存储子系统；
所述数据库管理子系统在接收参数更新指令时，根据参数更新指令向所述仿真存储子系统发送发生变化的电气设备的电气参数；所述参数更新指令为根据输入的所述SCADA子系统不能完成监测的电网、设备数据所生成；
所述仿真存储子系统对接收到的电气信息和/或电气参数进行格式转换处理，并将处理后的电气信息和/或电气参数发送至所述仿真分析子系统；
所述仿真分析子系统执行仿真操作；
所述仿真操作包括：读取所述待仿真电网的原始模型，并根据接收到的电气信息和/或电气参数对所述原始模型进行更新，并根据更新后的原始模型对所述待仿真电网进行仿真处理；还用于电机启动分析和继电保护计算。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
仿真存储子系统在接收到仿真结果时，对仿真结果进行预处理，并将预处理获取的第一仿真结果信息和第二仿真结果信息分别发送至所述SCADA子系统和所述仿真结果展示子系统。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
仿真分析子系统判断是否接收到仿真命令，若是，则执行所述仿真操作，获取仿真结果；
将仿真结果发送至所述仿真存储子系统。
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