CN110161881B - 一种基于主动感知的水电站仿真方法及仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于水电站仿真控制技术领域，公开了一种基于主动感知的水电站仿真方法及仿真系统，以水电站设备为解耦和仿真服务的组织单位，以水电设备的智能感知和主动服务为主线驱动建模和仿真过程。通过合理融合SOA和EDA中的服务组合及交互思想，并将其无缝集成到水电环境的建模对象—智能水电设备的仿真模型中，实现设备感知信息的按需分发和事件驱动的服务协同，完成整个水电站仿真运行环境的构建。本发明提供的水电站仿真系统的建模方法以设备为系统解耦和模型组织的基本单位，更符合真实水电站运行原理，在职责划分时更加清楚和自然，更有利于建模的精细化和模型的松耦合、可重用和可扩展，以及水电站仿真系统的大规模个性化定制。

Description

一种基于主动感知的水电站仿真方法及仿真系统

技术领域

本发明属于水电站仿真控制技术领域，尤其涉及一种基于主动感知的水电站仿真方法及仿真系统。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

水电站仿真是通过在计算机上建模整个水电站的生产运行过程来实现一个与实际水电站相同或相似的虚拟操作环境。水电站工作人员和研究者可在该环境中完成水电站各种工况下的仿真运行测试和虚拟操作，以分析评估水电生产的安全和效率，辅助决策，并能对新学员进行各种正常工况和事故工况下的操作训练。

水电站是一个水力、机械、电气设备和过程紧密耦合的复杂大系统，构成水电站的设备数量多、关联性强、交互过程复杂，传统上多采用水机电整体联合建模和联立方程求解，导致仿真模型耦合严重，集中计算量大。加之每个水电站的机组类型、主接线形式和运行规程都各不相同，传统水电站仿真系统均为针对特定水电站的定制开发，模型重用度低，开发周期长，难以适应水电站大规模仿真的急迫需求。一方面，强耦合模型的计算速度越来越不满足大规模仿真的实时性要求；另一方面，强耦合模型也导致系统开发调试的困难，模型的重用和扩展极其不便。

目前多采用基于大系统解耦思想的模块化建模方法，将水电站全站、全范围、全过程仿真模型分解为若干个能独立计算的子系统，如水电生产主系统、辅机系统、继电保护系统等，并且每个子系统又可划分为若干个标准的模块。采用这种方法开发水电站仿真模型一定程度上解决了水电站仿真计算实时性和精确性的矛盾，但水电站仿真的流程和逻辑耦合在大量的模块化代码中，难以配置和修改，仍存在解耦后的模块化模型高度相互依赖的问题，没有解决仿真模型的复用和扩展问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)传统水电站仿真模型的集中式计算模式无法保证仿真系统的计算实时性，存在系统延时现象。

(2)传统水电站仿真系统模型耦合严重，不具备可扩展性，导致模型重用度低，开发调试难度大，开发周期长。

(3)基于大系统解耦思想的模块化建模方法，难以配置和修改代码，解耦后的模块化模型相互依赖程度高，无法复用，难以进行仿真系统的大规模定制。

解决上述技术问题的难度：

水电站是一个典型的复杂强耦合大系统，涉及水力、机械、电气、控制、计算机等多个领域，系统规模大、设备数量多、系统耦合性强、动态过程复杂、“人机”和设备间交互不确定。这也正是传统水电站仿真建模的难点所在。基于主动感知的仿真建模方法可扩展现有仿真方法的建模边界，从新的视角解决这一问题。

解决上述技术问题的意义：

基于主动感知的仿真建模方法和系统可有效解决上述问题，有利于降低水电站仿真系统的开发周期和开发费用，进而有利于仿真系统的大规模定制开发和推广应用，为水电站安全稳定高效运行提供辅助分析和培训工具。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于主动感知的水电站仿真方法及仿真系统。

本发明是这样实现的，一种基于主动感知的水电站仿真方法，所述基于主动感知的水电站仿真方法以水电站设备为解耦和仿真服务的组织单位，以水电设备的智能感知和主动服务为主线驱动建模和仿真；

通过融合SOA和EDA中的服务组合及交互思想，将无缝集成到水电环境的建模对象—智能水电设备的仿真模型中，进行设备感知信息的按需分发和事件驱动的服务协同，并进行整个水电站仿真运行环境的构建。

进一步，所述基于主动感知的水电站仿真方法和系统具体包括：

步骤一，以设备为单位进行系统建模，基于SOA思想组织水电系统的数据和服务，所有的数据和仿真服务都隶属于某一设备，并以设备为入口进行访问；各设备模型间没有直接依赖和耦合关系，通过感知信息进行间接交互；

步骤二，设备模型分布式运行并连接在设备总线上，通过设备总线传输感知信息进行互联互通和动态协同；

步骤三，基于EDA思想的感知信息异步非阻塞发布订阅方法，设备模型根据感知信号匹配相关服务并进行异步并行调用；

步骤四，通过复杂事件处理引擎动态协同水电站水力、机械、电气设备模型，通过感知信息的分发形成隐式复合事件链，驱动各设备模型的服务共同协调完成复杂的水、机、电仿真流程和高级仿真服务。

进一步，所述步骤一中，主动感知设备模块可智能感知外界信息并主动提供响应服务；并在服务执行过程中主动发布反映执行情况的可感知信息。

进一步，所述步骤一中，可感知信息处理模块携带有被特定设备模型感知的特征信息和处理该信息所需的环境上下文信息；主动感知消息由系统或主动感知设备模型服务模块产生，并按类型特征，分发给相应主动感知设备模型服务模块，主动感知设备模块接收消息携带的上下文信息，主动调用相关模型服务进行处理。

进一步，所述步骤二中，设备总线提供消息发布接口供设备模型发布可感知消息，提供消息代理负责感知消息的分发，提供分布式消息队列以支撑消息的异步非阻塞处理；设备总线模块接收到消息后，根据消息携带的环境上下文信息，发布给对应主动感知设备，主动感知设备对消息进行响应，并根据需要将相关结果如设备状态变化信息封装为新的感知消息发布到设备总线，形成消息链以驱动设备模型的互操作。

其中，设备模型包括水电站所有设备的模型，类别可分为水力机械电气，比如水力部分的引水管道、调压井；机械部分的水轮机、活动导叶、调速系统；电气部分的发电机、励磁系统、电气主接线。

进一步，以设备为单位进行系统建模的方法包括：

步骤1，设备模型类的所有设备对象由框架根据Dev_GUID分布式在不同的计算机上进行创建，并在整个仿真系统生命周期内常驻内存；

步骤2，设备总线根据操作命令中携带的Dev_GUID将其分发到对应计算机的消息队列；对应机器上的消息代理消费消息队列，根据Dev_GUID和命令类型调用本地IOC容器持有的设备对象的CMD_Handler<MsgClass>方法；CMD_Handler方法调用Dev_Service响应所述操作命令，并发布结果消息到设备总线；相应上下文信息被写入结果消息中；

步骤3，设备模型消息连接器MSG_Linker定义该设备可以接收和处理的感知消息类型，通过对消息处理泛型接口IMsgHandler<MsgClass>的实现来表示；

步骤4，感知消息被分发到感知设备模型的消息感知连接接口MSG_Linker；并根据消息类型调用MSG_Handler<MsgClass>静态方法进行消息处理，启动某服务或设备模型服务、访问数据库、同步数据等；然后根据处理结果创建并发送消息给设备总线，构成消息链。

本发明的另一目的在于提供基于主动感知的水电站仿真方法中包括主动感知设备模型服务模块、可感知信息处理模块和设备总线三大模块。分别定义为：

Dev::＝(Dev_GUID,Dev_Data,Dev_Service,CMD_Handler,Msg_Handel,Msg_Linker)

Dev_MSG::＝(Dev_GUID,MSG_Topic,MSG_Attribute,MSG_DomainInfo)

Dev_BUS::＝(Bus_GUID,Bus_Publish,MSG_Queues,MSG_Brokers)

主动感知设备模型服务模块，用于智能感知外界信息并主动提供响应服务；通过设备在服务执行过程中主动发布反映执行情况的可感知信息；

可感知信息处理模块，用于携带有被特定设备模型感知的特征信息和处理消息所需的环境上下文信息；

设备总线，用于提供消息发布接口供设备模型发布可感知消息，提供消息代理负责感知消息的分发，提供分布式消息队列以支撑消息的异步非阻塞处理。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明提供的水电站仿真系统的建模方法以设备为系统解耦和模型组织的基本单位，更符合真实水电站运行原理，在职责划分时更加清楚和自然，更有利于建模的精细化和模型的松耦合、可重用和可扩展；设备模型被赋予智能感知和主动服务能力，在复杂事件处理引擎的辅助下可呈现出更多的智能性和自适应性；设备及服务的物理分布运行及异步非阻塞通信机制，为仿真模型的实时并行计算提供了基础。本发明满足了新的应用环境对水电站及装备模型的智能化、自主化、可扩展、分布式等方面的新要求，为实现仿真系统的大规模定制提供了一条有效途径。

本发明通过对水电站智能设备、设备总线、传感信息等核心对象的抽象建模，为模型松耦合组织、分布式组合和异步并行交互机制提供支撑，是一种天然的分布式松耦合架构。

附图说明

图1是本发明实施例提供的主动感知模型主动感知过程流程图。

图2是本发明实施例提供的水电站系统解耦及各子系统分割和交互关系图。

图3是本发明实施例提供的主动感知断路器模型示意图。

图4是本发明实施例提供的水轮发电机组技术供水系统示意图。

图5是本发明实施例提供的技术供水系统模型拓扑结构示意图。

图6是本发明实施例提供的技术供水系统的主动感知消息及作用关系示意图。

图中：1、电源投切；2、控制方式切换；3、监控流程操作；4、保护功能投退；5、操作部件的状态显示；6、设备失电；7、电源回路的状态监视；8、保护关停；9、保护状态监视；10、保护导致开关跳闸；11、控制设备的自动操作；12、自动流程的状态监视；13、控制过程的状态监视；14、阀门状态监视；15、阀门开关；16、滤过器排污启停；17、泵启停；18、阀门开度变化；19、滤过器流导变化；20、滤过器状态监视；21、泵投退；22、泵控阀控制；23、泵状态监视；24、系统压力、流量启动的阀门控制；25、管道的通断状态变化；26、系统状态监视；27、系统压力、流量和液位启动的自动流程；28、自动排污流程；29、泵短路；30、机械事故停机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

传统水电站仿真模型的集中式计算模式无法保证仿真系统的计算实时性，存在系统延时现象。

传统水电站仿真系统模型耦合严重，不具备可扩展性，导致模型重用度低，开发调试难度大，开发周期长。

基于大系统解耦思想的模块化建模方法，难以配置和修改代码，解耦后的模块化模型相互依赖程度高，无法复用，难以进行仿真系统的大规模定制。

为解决上述技术问题，下面结合附图对本发明的应用原理做详细描述。

本发明实施例提供的基于主动感知的水电站仿真方法以水电站设备为解耦和仿真服务的组织单位，以水电设备的智能感知和主动服务为主线驱动建模和仿真过程；通过合理融合SOA和EDA中的服务组合及交互思想，并将其无缝集成到水电环境的建模对象—智能水电设备—的仿真模型中，实现设备感知信息的按需分发和事件驱动的服务协同，进而完成整个水电站仿真运行环境的构建。

本发明实施例提供的基于主动感知的水电站仿真方法具体包括：

步骤一，以设备为单位进行系统建模，基于SOA思想组织水电系统的数据和服务，所有的数据和仿真服务都隶属于某一设备，并以设备为入口进行访问；各设备模型间没有直接依赖和耦合关系，通过感知信息进行间接交互；

步骤二，设备模型分布式运行并连接在设备总线上，通过设备总线传输感知信息进行互联互通和动态协同；

步骤三，基于EDA思想的感知信息异步非阻塞发布订阅方法，设备模型根据感知信号匹配相关服务并进行异步并行调用；

步骤四，通过复杂事件处理引擎动态协同水电站水力、机械、电气设备模型(包括水电站所有设备的模型，类别可分为水力机械电气，比如水力部分的引水管道、调压井；机械部分的水轮机、活动导叶、调速系统；电气部分的发电机、励磁系统、电气主接线)，通过感知信息的分发形成隐式复合事件链，驱动各设备模型的服务共同协调完成复杂的水、机、电仿真流程和高级仿真服务。

在本发明实施例中，以设备为单位进行系统建模的方法包括：

步骤1，设备模型类的所有设备对象由框架根据Dev_GUID分布式在不同的计算机上进行创建，并在整个仿真系统生命周期内常驻内存；

步骤2，设备总线根据操作命令中携带的Dev_GUID将其分发到对应计算机的消息队列；对应机器上的消息代理消费消息队列，根据Dev_GUID和命令类型调用本地IOC容器持有的设备对象的CMD_Handler<MsgClass>方法；CMD_Handler方法调用Dev_Service响应所述操作命令，并发布结果消息到设备总线；相应上下文信息被写入结果消息中；

步骤3，设备模型消息连接器MSG_Linker定义该设备可以接收和处理的感知消息类型，通过对消息处理泛型接口IMsgHandler<MsgClass>的实现来表示；

步骤4，感知消息被分发到感知设备模型的消息感知连接接口MSG_Linker；并根据消息类型调用MSG_Handler<MsgClass>静态方法进行消息处理，启动某服务或设备模型服务、访问数据库、同步数据等；然后根据处理结果创建并发送消息给设备总线，构成消息链。

本发明实施例提供的基于主动感知的水电站仿真系统中包括主动感知设备模型服务模块、可感知信息处理模块和设备总线三大模块。分别定义为：

Dev::＝(Dev_GUID,Dev_Data,Dev_Service,CMD_Handler,Msg_Handel,Msg_Linker)

Dev_MSG::＝(Dev_GUID,MSG_Topic,MSG_Attribute,MSG_DomainInfo)

Dev_BUS::＝(Bus_GUID,Bus_Publish,MSG_Queues,MSG_Brokers)

主动感知设备模型服务模块，用于智能感知外界信息并主动提供响应服务；通过设备在服务执行过程中主动发布反映执行情况的可感知信息；

可感知信息处理模块，用于携带有被特定设备模型感知的特征信息和处理消息所需的环境上下文信息；

设备总线，用于提供消息发布接口供设备模型发布可感知消息，提供消息代理负责感知消息的分发，提供分布式消息队列以支撑消息的异步非阻塞处理。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例提供的主动感知过程具体包括：

S101，在系统启动时，设备模型类的所有实例即设备对象由框架根据其DevID分布式创建在不同的计算机上，并在整个仿真系统生命周期内常驻内存；MSG_Linker和MSG_Handler被设计为静态类型；框架可通过IOC容器持有和访问所有设备模型的实例。

S102，一个客户端操作命令只会发送给一个特定的设备对象；设备总线根据操作命令中携带的DevID分发到对应计算机的消息队列；对应机器上的消息代理消费消息队列，即根据DevID和命令类型调用本地IOC容器中的设备对象的CMD_Handler<MsgClass>方法；CMD_Handler方法调用Dev_Service响应所述操作命令，并发布结果消息到设备总线；相应上下文信息被写入结果消息中。

S103，设备模型的MSG_Linker可通过对消息处理泛型接口IMsgHandler<MsgClass>的实现来表示；IMsgHandler<MsgClass>接口定义了消息处理方法MSG_Handler<MsgClass>；其中MsgClass是按照所述可感知信息的结构设计的各种感知消息类型；根据消息类型通过反射技术即可找到实现所述泛型接口的设备类，即订阅所述消息的设备模型；由于是运行时消息类型映射，为进一步提高性能，可让设备总线预先将设备模型对消息接口的继承关系也即订阅关系扫描后保存在设备总线的消息订阅数据库中。

S104，消息被分发到所述设备模型的静态消息接口MSG_Linker；MSG_Linker是一个内存队列，类似于actor模型的mailbox；所述内存队列中的消息会被实时读取，并根据消息类型调用MSG_Handler<MsgClass>静态方法进行消息处理。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

实施例1：

通过深入分析水电站运行环境和设备相互作用机理发现，现代智能水电系统中除了传统的人机交互，更多的是设备之间的互联交互和自主运行，参与水电能源生产的设备及系统具备明显的主动感知、分析推理、自主控制等智能化特征。智能水电站无人值守的运行模式正是这一特征的体现。水电设备通过设备总线进行分布式组织，松耦合组合，异步非阻塞通信，并通过对各种传感器信号的实时感知和主动响应，协同完成水电智能生产过程。受此启发，若能建模水电站环境中设备本身的智能感知和主动服务特性，则能以设备为仿真建模的基本单元，建立和真实水电站同构的分布式组织、松耦合组合、异步并行交互的设备模型，使仿真系统更趋近物理环境的本质特征。本发明以此为切入点，发明一种新的主动感知型水电站仿真模型及其建模方法，兼顾模型的计算实时性和可扩展可复用性，解决水电站仿真系统的开发速度、计算速度和个性化定制的矛盾。

1、设计思想

本发明以水电站设备为解耦和仿真服务的组织单位，以水电设备的智能感知和主动服务为主线驱动建模和仿真过程。通过合理融合SOA和EDA中的服务组合及交互思想，并将其无缝集成到水电环境的建模对象—智能水电设备—的仿真模型中，实现设备感知信息的按需分发和事件驱动的服务协同，进而完成整个水电站仿真运行环境的构建。

本发明的设计思想如下：

(1)以设备为单位进行系统建模，基于SOA思想组织水电系统的数据和服务，所有的数据和仿真服务都隶属于某个设备，并以设备为入口进行访问；

(2)设备模型只关注本体功能和仿真服务的实现，各设备间不再存在直接依赖和耦合关系，而通过感知信息进行间接交互；

(3)设备模型分布式运行并连接在设备总线上，通过设备总线“传输”感知信息实现互联互通和动态协同；

(4)基于EDA思想的感知信息异步非阻塞发布订阅方法，设备模型根据感知信号快速匹配相关服务并进行异步并行调用；

(5)通过复杂事件处理引擎动态协同设备模型，形成隐式事件链驱动各设备及其服务共同协调以完成一些复杂的仿真流程和高级仿真服务。

2、核心组件定义

通过对水电站智能设备、设备总线、传感信息等核心对象的抽象建模，为模型松耦合组织、分布式组合和异步并行交互机制提供支撑，是一种天然的分布式松耦合架构。该建模方法的核心组件定义如下：

(1)主动感知设备模型

主动感知设备模型是本发明的核心组件，具有以下特征：(a)智能感知外界信息并主动提供响应服务；(b)通过设备提供的服务能实现特定功能，设备服务具备功能上的完整性和正交性；(c)服务执行过程中能主动发布反映执行情况的可感知信息，比如设备状态变化。主动感知设备模型的结构定义如下：

Dev{

Dev_GUID；//设备全局唯一标识

Dev_Bus；//设备接入的设备总线

MSG_Linker；//消息感知器

MSG_Handler；//消息处理器

Dev_Service；//设备功能服务

Dev_Data；//设备数据结构

}；

(2)可感知消息

感知消息是各个设备模型进行协同和交互的“信使”，它携带有可被特定设备模型感知的特征信息和处理消息所需的环境上下文信息。在APDOMF中需要对各种可感知消息进行标准化定义，也即对消息类型和消息发生时的环境上下文信息进行建模。感知消息由系统或设备模型产生，并按其类型特征，被分发给相应设备模型，设备模型接收消息携带的上下文信息，主动调用相关服务进行处理。参考资源描述模型和WSN规范，将感知信号的上下文信息和领域相关知识封装为统一的消息类型。主动感知消息的结构定义如下：

Dev_MSG{

Dev_GUID；//发布消息的设备标识

MSG_Topic；//消息主题

MSG_Attribute；//消息属性

MSG_DomainInfo；//消息上下文领域信息

}；

(3)设备总线

设备总线是系统中各设备模型的连接件，提供消息发布接口供设备模型发布可感知消息，提供消息代理负责感知消息的分发，提供分布式消息队列以支撑消息的异步非阻塞处理。设备模型通过接入接口和设备总线通信，并通过消息感知接口向设备总线登记感兴趣的消息类型。设备模型通过设备总线的消息发布接口发布消息，由设备总线负责把该消息分发到所有对此消息感兴趣的设备模型。设备模型收到消息后，根据消息携带的环境上下文信息，主动调用相关服务对消息进行响应，并根据需要将相关结果如设备状态变化信息封装为新的消息发布到设备总线，从而形成消息链以驱动设备模型的互操作。设备总线的结构定义如下：

Dev_BUS{

Bus_GUID；//设备总线全局唯一标识

Bus_Publish；//消息发布接口

MSG_Queues；//分布式消息队列

MSG_Brokers；//消息分发代理

}。

3、各组件作用关系及模型主动感知过程

主动感知建模方法的关键特性是设备模型的智能感知、主动服务和分布式运行。一方面，提供仿真服务的设备模型可部署在一台或多台计算机，根据收到的消息提供相应服务，进行并行分布式计算和处理；另一方面，设备总线上存在多个分布式队列和多个消息转发代理，这些消息队列和转发代理也可以部署到多台计算机上进行异步非阻塞消息传送和分发。本发明中各组件相互作用关系及模型主动感知过程如下：

(1)在系统启动时，设备模型类的所有实例即设备对象由框架根据其DevID分布式创建在不同的计算机上，并在整个仿真系统生命周期内常驻内存。MSG_Linker和MSG_Handler被设计为静态类型。框架可通过IOC容器持有和访问所有设备模型的实例。

(2)一个客户端操作命令只会发送给一个特定的设备对象。设备总线根据操作命令中携带的DevID分发到对应计算机的消息队列。该机器上的消息代理消费消息队列，即根据DevID和命令类型调用本地IOC容器中的设备对象的CMD_Handler<MsgClass>方法。CMD_Handler方法调用Dev_Service响应该命令，并发布结果消息到设备总线。相应上下文信息被写入结果消息中。

(3)设备模型的MSG_Linkerr可通过对消息处理泛型接口IMsgHandler<MsgClass>的实现来表示。IMsgHandler<MsgClass>接口定义了消息处理方法MSG_Handler<MsgClass>。其中MsgClass是按照可感知信息的结构设计的各种感知消息类型。根据消息类型通过反射技术即可找到实现该泛型接口的设备类，即订阅该种消息的设备模型。由于是运行时消息类型映射，为进一步提高性能，可让设备总线预先将设备模型对消息接口的继承关系也即订阅关系扫描后保存在设备总线的消息订阅数据库中。

(4)消息被分发到该设备模型的静态消息接口MSG_Linker。MSG_Linker是一个内存队列，类似于actor模型的mailbox。该内存队列中的消息会被实时读取，并根据消息类型调用MSG_Handler<MsgClass>静态方法进行消息处理。

(5)MSG_Handler对消息的处理分两种情况。一种是系统级处理，如启动某服务或虚拟设备模型、访问数据库、同步数据等。另一种是需要进一步流转的消息，则可从消息对象中获取目标DevID，然后再创建并发送命令给对应的设备模型对象，构成消息链。

实施例2：水电站系统解耦及主动感知建模模型实例

通过对动态水电系统的深入分析，首先可采用基于系统强耦合点解耦方法和分割求解方法，在发电机组高压母线和厂高变母线处将水电站大系统分解成可独立运算的各水轮发电机组及其控制子系统、电网络子系统、继电保护系统、辅机系统、厂用电系统、外部电网等值系统等多个子域仿真单元，为面向主动感知设备的建模提供严格的机理保证和层次划分。水电站系统解耦及各子系统分割和交互关系如图2所示。

然后按照面向主动感知设备的建模思想，将成熟的水机电系统详细数学模型以设备为单位进行重新组织和封装，完成各子系统设备对象数据建模和服务建模，形成功能完备的设备定义及感知消息定义，最终通过设备模型的动态协同完成水电仿真。图3显示了水电站常用断路器设备的主动感知模型。

图4展示了一个典型的主动感知建模应用场景。该场景是一个简化的水轮发电机组技术供水系统。系统中的设备包括阀门、滤水器、水泵、管道、示流器、水压表、流量表。这些设备及其连接关系共同构成管网回路设备，负责供水管道的通断判断和管网回路的拓扑搜索，以及回路上各节点的水压和流量计算。基于这些设备模型建立水电机组技术供水系统模型拓扑结构如图5所示。

图6以某台机组技术供水系统的阀门操作为例，展示了设备模型在感知消息驱动下的主动服务过程。图6本发明实施例提供的技术供水系统的主动感知消息及作用关系图中：1、电源投切；2、控制方式切换；3、监控流程操作；4、保护功能投退；5、操作部件的状态显示；6、设备失电；7、电源回路的状态监视；8、保护关停；9、保护状态监视；10、保护导致开关跳闸；11、控制设备的自动操作；12、自动流程的状态监视；13、控制过程的状态监视；14、阀门状态监视；15、阀门开关；16、滤过器排污启停；17、泵启停；18、阀门开度变化；19、滤过器流导变化；20、滤过器状态监视；21、泵投退；22、泵控阀控制；23、泵状态监视；24、系统压力、流量启动的阀门控制；25、管道的通断状态变化；26、系统状态监视；27、系统压力、流量和液位启动的自动流程；28、自动排污流程；29、泵短路；30、机械事故停机。

当用户操作阀门时，需电源按钮和控制把手均有动作信号时才会触发阀门的启闭服务。电源模型和控制模型接到操作命令消息1和2后，除了完成自身逻辑处理外，对外只需发送相关动作消息6和15，而不用关心是否以及如何启动或关闭阀门。阀门模型订阅消息15，并在消息处理方法中启动阀门启闭流程服务，该服务完成阀门开度的动态计算，并在每个计算步长都发出阀门开度变化消息18。管网回路订阅了阀门开度变化消息，根据该消息更新管道拓扑结构，判断各供水系统的通断，并计算回路各节点的水压和流量，同时发送流量、水压变化消息。示流器、水压表、流量表根据该消息实时刷新仪表读数。外部用水设备如机组冷却器也会订阅该消息，若流量不足或供水中断则发送机组停机令。

从上述仿真服务的协同过程可以看出，主动感知模型没有直接的相互调用关系，而是基于设备总线异步通信和分布式运行。也没有集中式的服务编排，而是基于隐含事件链来组织业务逻辑，动态协同以完成仿真服务。在处理需求变化和功能扩展时只需改变或新增订阅关系，而不需改动已有设备模型的设计。例如在技术供水中要增加设备动作过程的简报功能，只需新定义一个简报模型，并订阅各设备动作消息，其它模型不用做任何修改。

基于APDOMF的各技术供水设备模型协同计算值满足实际运行的供水要求。仍以图3所示水电站技术供水系统为例，已知蜗壳水源压力1.29Mpa，排水、尾水压力0.15Mpa。压力计算结果如下：总冷却水压0.49MPa，密封水压0.92Mpa。上导、推力、下导、水导冷却器的流量计算稳态值如表1所示。

表1技术供水系统各供水节点流量值

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于主动感知的水电站仿真方法，其特征在于，所述基于主动感知的水电站仿真方法以水电站设备为解耦和仿真服务的组织单位，以水电设备的智能感知和主动服务为主线驱动建模和仿真；

通过融合SOA和EDA中的服务组合及交互思想，将SOA和EDA中的服务组合及交互思想无缝集成到水电环境的建模对象—智能水电设备的仿真模型中，进行设备感知信息的按需分发和事件驱动的服务协同，并进行整个水电站仿真运行环境的构建；

所述基于主动感知的水电站仿真方法具体包括：

步骤一，以设备为单位进行系统建模，基于SOA思想组织水电系统的数据和服务，所有的数据和仿真服务都隶属于某一设备，并以设备为入口进行访问；各设备模型间没有直接依赖和耦合关系，通过感知信息进行间接交互；

步骤二，设备模型分布式运行并连接在设备总线上，通过设备总线传输感知信息进行互联互通和动态协同；

步骤三，基于EDA思想的感知信息异步非阻塞发布订阅方法，设备模型根据感知信号匹配相关服务并进行异步并行调用；

步骤四，通过复杂事件处理引擎动态协同水电站水力、机械、电气设备模型，通过感知信息的分发形成隐式复合事件链，驱动各设备模型的服务共同协调完成复杂的水、机、电仿真流程和高级仿真服务。

2.如权利要求1所述基于主动感知的水电站仿真方法，其特征在于，所述步骤二中，设备总线提供消息发布接口供设备模型发布可感知消息，提供消息代理负责感知消息的分发，提供分布式消息队列以支撑消息的异步非阻塞处理；设备总线模块接收到消息后，根据消息携带的环境上下文信息，发布给对应主动感知设备，主动感知设备对消息进行响应，并根据需要将相关结果封装为新的感知消息发布到设备总线，形成消息链以驱动设备模型的互操作。

3.如权利要求1所述的基于主动感知的水电站仿真方法，其特征在于，所述步骤一中，以设备为单位进行系统建模的方法包括：

步骤1，设备模型类的所有设备对象由框架根据Dev_GUID分布式在不同的计算机上进行创建，并在整个仿真系统生命周期内常驻内存；

步骤2，设备总线根据操作命令中携带的Dev_GUID将其分发到对应计算机的消息队列；对应机器上的消息代理消费消息队列，根据Dev_GUID和命令类型调用本地IOC容器持有的设备对象的CMD_Handler<MsgClass>方法；CMD_Handler方法调用Dev_Service响应所述操作命令，并发布结果消息到设备总线；相应上下文信息被写入结果消息中；

步骤3，设备模型消息连接器MSG_Linker定义该设备可以接收和处理的感知消息类型，通过对消息处理泛型接口IMsgHandler<MsgClass>的实现表示；

步骤4，感知消息被分发到感知设备模型的消息感知连接接口MSG_Linker；并根据消息类型调用MSG_Handler<MsgClass>静态方法进行消息处理，启动某服务或设备模型服务、访问数据库、同步数据；然后根据处理结果创建并发送消息给设备总线，构成消息链。

4.一种如权利要求1所述的基于主动感知的水电站仿真方法的基于主动感知的水电站仿真系统，其特征在于，所述基于主动感知的水电站仿真系统包括：

主动感知设备模型服务模块，用于智能感知外界信息并主动提供响应服务；通过设备在服务执行过程中主动发布反映执行情况的可感知信息；

可感知信息处理模块，用于携带有被特定设备模型感知的特征信息和处理消息所需的环境上下文信息；

设备总线，用于提供消息发布接口供设备模型发布可感知消息，提供消息代理负责感知消息的分发，提供分布式消息队列以支撑消息的异步非阻塞处理。

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