CN112731819A - 一种智能变电站仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能变电站仿真方法及系统。该系统包含测试仪集群、仿真系统客户端集群、仿真系统服务端及运行于其上的智能变电站仿真软件；该方法包含：S1：在仿真系统客户端集群上设计智能变电站仿真模型；S2：仿真系统客户端集群下发智能变电站仿真模型数据到测试仪集群；S3：仿真系统服务端依据测试仪集群发送的运行数据进行仿真运算；S4：仿真系统客户端集群依据该仿真运算结果数据调整智能变电站仿真模型参数；S5：重复执行步骤S2‑S4直至输出最优智能变电站仿真模型。本发明通过对测试仪集群的运行仿真与计算，及对仿真数据的智能数据分析，实现对仿真模型调优推送参考建议，简化了变电站建设设计及维护工作。

Description

一种智能变电站仿真方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统设计领域，尤其涉及一种智能变电站仿真方法及系统。

背景技术

变电站仿真系统是将计算机技术、网络技术及虚拟现实技术结合在一起，并合理的将相关电力生产专业知识融入其中，为电力企业进行电力生产的设计、运行、检修、调度提供全面模拟的系统。而目前的变电站仿真系统为采用单机运行模式，通过单台服务器、单台客户端及单台测试仪进行仿真。

随着变电站系统越来越复杂，仿真系统中建模数据越来越多，单机仿真运行已经不能满足实际生产的需求，同时对已有仿真数据未进行有效利用，在再次进行仿真时需要重新进行变电站仿真模型设计，对已有设计既存缺陷不能及时进行规避。如何解决复杂智能变电站系统的仿真运行，将已有模型以及已有分析数据的如何有效的再次利用，提高设计和仿真效率成为需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种智能变电站仿真方法及系统，简化仿真模型的管理，通过自动分析和提示减轻设计人员及运维人员的工作压力，同时提高设计和维护效率。

本发明提供一种智能变电站仿真系统，包含智能变电站仿真系统硬件及智能变电站仿真软件，其中：

智能变电站仿真系统硬件包含测试仪集群、仿真系统客户端集群、仿真系统服务端，其中：

所述测试仪集群与仿真系统客户端集群及仿真系统服务端通过网络相连，仿真系统客户端集群与仿真系统服务端通过网络相连；

所述仿真系统客户端集群发送设置的智能变电站仿真模型参数及操作指令至与其相连的测试仪集群及仿真系统服务端；

所述测试仪集群接收仿真系统客户端集群发送的仿真模型参数及操作指令进行仿真运行，再将仿真运行数据发送至仿真系统客户端集群及仿真系统服务端；

所述仿真系统服务端接收仿真系统客户端集群发送的仿真模型参数及操作指令，将仿真系统客户端集群发送的仿真模型参数存储于仿真系统服务端，同时仿真系统服务端接收测试仪集群发送的运行数据及仿真系统客户端集群发送的操作指令数据，依据操作指令对运行数据进行仿真运算处理，并将处理的数据存储在仿真系统服务端，同时将处理后的数据发送至仿真系统客户端集群；

智能变电站仿真软件包含系统配置模块、模型管理模块、仿真运算模块、数据分析模块，其中：

所述系统配置模块与数据分析模块相连，输出管理的电气元器件数据到模型管理模块，供模型管理模块调用，输出预设分析规则到数据分析模块；

所述模型管理模块与仿真运算模块相连，接收系统配置模块输出的电气元器件数据，完成智能变电站仿真模型的建模，输出智能变电站模型数据到仿真运算模块；

所述仿真运算模块与数据分析模块相连，接收模型管理模块发送的智能变电站模型数据，依据智能变电站模型参数进行潮流计算或故障计算，输出计算结果数据到数据分析模块；

所述数据分析模块接收仿真运算模块的计算结果数据，按照系统配置模块输出的预设分析规则对计算结果数据进行分析，并给出分析结果提示，同时以图形化方式展示详细分析数据。

本发明提供一种智能变电站仿真方法，该方法基于所述一种智能变电站仿真系统，包含以下步骤：

S1：在仿真系统客户端集群上设计智能变电站仿真模型；

S2：仿真系统客户端集群下发智能变电站仿真模型数据到测试仪集群；

S3：仿真系统服务端依据测试仪集群发送的运行数据进行仿真运算；

S4：仿真系统客户端集群依据该仿真运算结果数据调整智能变电站仿真模型参数；

S5：重复执行步骤S2-S4直至输出最优智能变电站仿真模型。

进一步的，所述步骤S1包含以下具体步骤：

S11：设计智能变电站仿真模型电网主接线图；

S12：依据该电网主接线图，仿真系统服务端自动推送相关智能变电站仿真模型数据到仿真系统客户端集群；

S13：仿真系统客户端集群参考推送的数据调整待设计智能变电站仿真模型中电气元器件、电网主接线图中电气连接及电网主接线图中电气元器件的电气属性；

S14：仿真系统客户端集群将设计的智能变电站仿真模型发送至仿真系统服务端，仿真系统服务端依据预设规则自动校验智能变电站仿真模型，对不符合设计规则的部分进行提示；

S14：重复S13-S14，直至得到无错误提示的智能变电站仿真模型。

进一步的，所述电气元器件的类型至少包括电源、母线、变压器、线路、负载、测试仪中的一种。

进一步的，所述智能变电站仿真系统预设规则包含：

电网主接线图中有电气属性的电气元器件均需通过断路器连接，断路器连接各电气元器件需设置断路器类型及连接属性，设置未使用断路器连接或连接属性设置缺失或错误的报错；

电气元器件依据不同类型约定其属性值的范围，设置超出约束范围报错；

电气元器件依据不同类型默认设置参考属性值。

进一步的，所述步骤S2中下发变电站仿真模型参数到测试仪集群，包含以下步骤：

S21：管理测试仪集群；

S22：连接测试仪集群；

S23：连接成功后，下发智能变电站仿真模型到测试仪集群；

S24：监控测试仪集群状态。

进一步的，所述步骤S3包含以下步骤：

S31：测试仪集群按照下发的智能变电站仿真模型完成仿真环境的模拟运行；

S32：在测试仪集群完成仿真环境模拟运行后，将运行数据实时发送至仿真系统客户端集群及仿真系统服务端；

S33：仿真系统服务端依据智能变电站仿真模型参数及测试仪集群的运行数据进行仿真运算，若智能变电站仿真模型中未设置故障，则执行电力系统潮流计算；若智能变电站仿真模型中设置了故障，则执行电力系统故障计算；

S34：电力系统潮流计算及电力系统故障计算完成后，将仿真运算结果发送至仿真系统客户端集群。

进一步的，仿真运算结果内容为：若智能变电站仿真模型中未设置故障，运算结果显示智能变电站仿真模型的潮流数据，其中潮流数据包含电流、电压、有功功率和无功功率；当智能变电站仿真模型中设有故障时，运算结果显示智能变电站仿真模型故障时的三相电流、母线残压及故障状态时的潮流数据。

进一步的，所述电力系统潮流计算采用牛顿拉夫逊法为基础进行计算。

进一步的，所述步骤S4包含以下步骤：

S41：将智能变电站仿真模型运算结果数据与仿真系统服务端中已有的同类型智能变电站潮流数据进行比对；

S42：分析比对结果，依据差值数据是否在智能变电站仿真系统约定的范围内，对超出约定范围的参数给出需调优电气元器件的参考说明；

S43：调整智能变电站仿真模型中电气元器件的属性，包含负荷功率设置，发电机功率，线路的停运及投入，变压器的停运及投入，母线的停运及投入。

本发明产生的有益效果是：本发明自主研发了一种智能变电站仿真方法及系统，通过仿真系统客户端集群及测试仪集群的有效管理，实现复杂智能变电站系统的仿真，同时通过对智能变电站模型及仿真运行数据的管理，提供仿真模型数据的存储和分析，基于已有仿真数据和智能变电站模型，实现智能变电站系统的自动分析和提示，简化电力系统设计人员及维护人员的操作。

附图说明

图1为本发明提供的一种智能变电站仿真方法流程图；

图2为本发明提供的一种智能变电站仿真系统整体框图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

参考图1，为本发明提供一种智能变电站仿真系统，包含智能变电站仿真系统硬件100及智能变电站仿真软件200，其中：

智能变电站仿真系统硬件100包含测试仪集群110、仿真系统客户端集群120、仿真系统服务端130，其中：

所述测试仪集群110与仿真系统客户端集群120及仿真系统服务端130通过网络相连，仿真系统客户端集群120与仿真系统服务端130通过网络相连；

所述仿真系统客户端集群120发送设置的智能变电站仿真模型参数及操作指令至与其相连的测试仪集群110及仿真系统服务端130；

所述测试仪集群110接收仿真系统客户端集群120发送的仿真模型参数及操作指令进行仿真运行，再将仿真运行数据发送至仿真系统客户端集群120及仿真系统服务端130；

所述仿真系统服务端130接收仿真系统客户端集群120发送的仿真模型参数及操作指令，将仿真系统客户端集群120发送的仿真模型参数存储于仿真系统服务端130，同时仿真系统服务端130接收测试仪集群110发送的运行数据及仿真系统客户端集群120发送的操作指令数据，依据操作指令对运行数据进行仿真运算处理，并将处理的数据存储在仿真系统服务端130，同时将处理后的数据发送至仿真系统客户端集群120；

智能变电站仿真软件200包含系统配置模块210、模型管理模块220、仿真运算模块230、数据分析模块240，其中：

所述系统配置模块210与数据分析模块240相连，输出管理的电气元器件数据到模型管理模块220，供模型管理模块220调用，输出预设分析规则到数据分析模块240；

所述模型管理模块220与仿真运算模块230相连，接收系统配置模块210输出的电气元器件数据，完成智能变电站仿真模型的建模，输出智能变电站模型数据到仿真运算模块230；

所述仿真运算模块230与数据分析模块240相连，接收模型管理模块220发送的智能变电站模型数据，依据智能变电站模型参数进行潮流计算或故障计算，输出计算结果数据到数据分析模块240；

所述数据分析模块240接收仿真运算模块230的计算结果数据，按照系统配置模块210输出的预设分析规则对计算结果数据进行分析，并给出分析结果提示，同时以图形化方式展示详细分析数据。

参考图2，为本发明提供的一种智能变电站仿真方法，包含以下步骤：

S1：在仿真系统客户端集群120上设计智能变电站仿真模型，该步骤包含；

首先。在设计变电站仿真模型时，从仿真系统服务端130下载智能变电站仿真模型所需的模型组件，接着新建仿真模型项目，在该项目中加载模型组件供设计者使用，模型组件包含变电站、发电机、变压器、线路、断路器、电容器、负载、母线、连线、设备、文字、控制命令项，每个元件具有属性窗体可灵活设置各种参数；依据模型组件，设计者设计智能变电站仿真模型电网主接线图；

过选择断路器类型及连接属性进一步的，所述主接线图中电气部分通过断路器连接，断路器连接各电气元器件通；所述电气元器件的类型至少包括电源、母线、变压器、线路、负载、测试仪中的一种；

进一步的，可以对当前项目的智能变电站仿真模型文件和元器件进行管理；

进一步的，管理的智能变电站仿真模型文件和元器件能够实时同步到仿真系统服务端130，供其它仿真系统客户端集群下载使用；

接着，在完成设计智能变电站仿真模型电网主接线图后，仿真系统服务端130依据选择的变电站仿真模型主接线图，推送相似类型的存储在仿真系统服务端130的变电站仿真模型供用户选择，若选择使用，则加载该变电站仿真模型数据及历史仿真数据。，若未选择使用，仿真系统客户端集群120可参考推送的模型数据调整待设计智能变电站仿真模型中电气元器件、电网主接线图中电气连接及电网主接线图中电气元器件的电气属性；

接着，在完成变电站模型设计后，仿真系统客户端集群120将设计的智能变电站仿真模型发送至仿真系统服务端130，仿真系统服务端130依据预设规则自动校验智能变电站仿真模型，对不符合设计规则的部分进行提示；所述预设规则包含：电网主接线图中有电气属性的电气元器件均需通过断路器连接，断路器连接各电气元器件需设置断路器类型及连接属性，设置未使用断路器连接或连接属性设置缺失或错误的报错；电气元器件依据不同类型约定其属性值的范围，设置超出约束范围报错；电气元器件依据不同类型默认设置参考属性值。

最后，仿真系统客户端集群120依据提示进行调整，得到无错误提示的智能变电站仿真模型。

S2：仿真系统客户端集群120下发智能变电站仿真模型数据到测试仪集群110；

首先，管理测试仪集群110，通过自动搜索或手动添加，将网内测试仪集群110添加至智能变电站仿真系统100，和仿真系统客户端集群120建立连接；

进一步的，测试仪集群110中测试仪的手动添加仅需在智能变电站仿真软件200输入测试仪IP及端口号即可添加成功；

进一步的，测试仪集群110中测试仪的自动搜索添加为通过仿真系统客户端集群120发送搜索指令，查询网内在线的测试仪设备，在收到在线测试仪的回复数据后，系统加载所有搜索到的测试仪供设计者选择添加；

进一步的，也可从智能变电站仿真软件200中删除或修改测试仪集群110；

进一步的，测试仪集群110的运行状态实时上报给仿真系统服务端130和仿真系统客户端集群120，仿真系统客户端集群120可以实时查看测试仪集群110是否正常运行。

S3：仿真系统服务端130依据测试仪集群110发送的运行数据进行仿真运算：

首先，测试仪集群110按照仿真系统客户端集群120下发的智能变电站仿真模型完成仿真环境的模拟运行；

接着，在测试仪集群110完成仿真环境模拟运行后，将运行数据实时发送至仿真系统客户端集群120及仿真系统服务端130；

然后，仿真系统服务端130依据智能变电站仿真模型参数及测试仪集群110的运行数据进行仿真运算，若智能变电站仿真模型中未设置故障，则执行电力系统潮流计算；若智能变电站仿真模型中设置了故障，则执行电力系统故障计算；

其中，所述电力系统潮流计算采用牛顿拉夫逊法为基础进行计算，各电气节点的初始参数和迭代次数需预先设置初始值，电力系统潮流分析结束的判据为各电气节点的每次迭代计算的标幺值功率的变化率小于预设初始值时，则牛顿拉夫逊法已收敛，结束本次电力系统潮流分析计算；

最后，电力系统潮流计算及电力系统故障计算完成后，将仿真运算结果发送至仿真系统客户端集群120，其运算结果内容为：若智能变电站仿真模型中未设置故障，运算结果显示智能变电站仿真模型的潮流数据，其中潮流数据包含电流、电压、有功功率和无功功率；当智能变电站仿真模型中设有故障时，运算结果显示智能变电站仿真模型故障时的三相电流、母线残压及故障状态时的潮流数据。

S4：仿真系统客户端集群120依据仿真系统服务端130的仿真运算结果数据调整智能变电站仿真模型参数，包含以下步骤：

S41：仿真系统服务端130将智能变电站仿真模型运算结果数据与仿真系统服务端130中已有的同类型智能变电站潮流数据进行比对；

S42：分析比对结果，依据差值数据是否在智能变电站仿真系统约定的范围内，对超出约定范围的参数给出需调优电气元器件的参考说明；

S43：仿真系统客户端集群120调整智能变电站仿真模型中电气元器件的属性，包含负荷功率设置，发电机功率，线路的停运及投入，变压器的停运及投入，母线的停运及投入。

S5：重复执行步骤S2-S4直至输出最优变电站模型。

上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。

总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能变电站仿真系统，其特征在于，包含智能变电站仿真系统硬件及智能变电站仿真软件，其中：

智能变电站仿真系统硬件包含测试仪集群、仿真系统客户端集群、仿真系统服务端，其中：

所述测试仪集群与仿真系统客户端集群及仿真系统服务端通过网络相连，仿真系统客户端集群与仿真系统服务端通过网络相连；

所述仿真系统客户端集群发送设置的智能变电站仿真模型参数及操作指令至与其相连的测试仪集群及仿真系统服务端；

所述测试仪集群接收仿真系统客户端集群发送的仿真模型参数及操作指令进行仿真运行，再将仿真运行数据发送至仿真系统客户端集群及仿真系统服务端；

所述仿真系统服务端接收仿真系统客户端集群发送的仿真模型参数及操作指令，将仿真系统客户端集群发送的仿真模型参数存储于仿真系统服务端，同时仿真系统服务端接收测试仪集群发送的运行数据及仿真系统客户端集群发送的操作指令数据，依据操作指令对运行数据进行仿真运算处理，并将处理的数据存储在仿真系统服务端，同时将处理后的数据发送至仿真系统客户端集群；

智能变电站仿真软件包含系统配置模块、模型管理模块、仿真运算模块、数据分析模块，其中：

所述系统配置模块与模型管理模块及数据分析模块相连，输出管理的电气元器件数据到模型管理模块，供模型管理模块调用，输出预设分析规则到数据分析模块；

所述模型管理模块与仿真运算模块相连，接收系统配置模块输出的电气元器件数据，完成智能变电站仿真模型的建模，输出智能变电站模型数据到仿真运算模块；

所述仿真运算模块与数据分析模块相连，接收模型管理模块发送的智能变电站模型数据，依据智能变电站模型参数进行潮流计算或故障计算，输出计算结果数据到数据分析模块；

所述数据分析模块接收仿真运算模块的计算结果数据，按照系统配置模块输出的预设分析规则对计算结果数据进行分析，并给出分析结果提示，同时以图形化方式展示详细分析数据。

2.一种智能变电站仿真方法，其特征在于，基于权利要求1中任一项所述的智能变电站仿真系统，包含以下步骤：

S1：在仿真系统客户端集群上设计智能变电站仿真模型；

S2：仿真系统客户端集群下发智能变电站仿真模型数据到测试仪集群；

S3：仿真系统服务端依据测试仪集群发送的运行数据进行仿真运算；

S4：仿真系统客户端集群依据该仿真运算结果数据调整智能变电站仿真模型参数；

S5：重复执行步骤S2-S4直至输出最优智能变电站仿真模型。

3.根据权利要求2所述的一种智能变电站仿真方法，其特征在于，所述步骤S1包含以下具体步骤：

S11：设计智能变电站仿真模型电网主接线图；

S12：依据该电网主接线图，仿真系统服务端自动推送相关智能变电站仿真模型数据到仿真系统客户端集群；

S13：仿真系统客户端集群参考推送的数据调整待设计智能变电站仿真模型中电气元器件、电网主接线图中电气连接及电网主接线图中电气元器件的电气属性；

S14：仿真系统客户端集群将设计的智能变电站仿真模型发送至仿真系统服务端，仿真系统服务端依据预设规则自动校验智能变电站仿真模型，对不符合设计规则的部分进行提示；

S14：重复S13-S14，直至得到无错误提示的智能变电站仿真模型。

4.根据权利要求3所述的一种智能变电站仿真方法，其特征在于，所述电气元器件的类型至少包括电源、母线、变压器、线路、负载、测试仪中的一种。

5.根据权利要求4所述的一种智能变电站仿真方法，其特征在于，所述智能变电站仿真系统预设规则至少包含：

电网主接线图中有电气属性的电气元器件均需通过断路器连接，断路器连接各电气元器件需设置断路器类型及连接属性，设置未使用断路器连接或连接属性设置缺失或错误的报错；

电气元器件依据不同类型约定其属性值的范围，设置超出约束范围报错；

电气元器件依据不同类型默认设置参考属性值。

6.根据权利要求5所述的一种智能变电站仿真方法，其特征在于，所述步骤S2中下发变电站仿真模型参数到测试仪集群，包含以下步骤：

S21：管理测试仪集群；

S22：连接测试仪集群；

S23：连接成功后，下发智能变电站仿真模型到测试仪集群；

S24：监控测试仪集群状态。

7.根据权利要求6所述的一种智能变电站仿真方法，其特征在于，所述步骤S3包含以下步骤：

S31：测试仪集群按照下发的智能变电站仿真模型完成仿真环境的模拟运行；

S32：在测试仪集群完成仿真环境模拟运行后，将运行数据实时发送至仿真系统客户端集群及仿真系统服务端；

S33：仿真系统服务端依据智能变电站仿真模型参数及测试仪集群的运行数据进行仿真运算，若智能变电站仿真模型中未设置故障，则执行电力系统潮流计算；若智能变电站仿真模型中设置了故障，则执行电力系统故障计算；

S34：电力系统潮流计算及电力系统故障计算完成后，将仿真运算结果发送至仿真系统客户端集群。

8.根据权利要求7所述的一种智能变电站仿真方法，其特征在于，所述仿真运算结果内容为：若智能变电站仿真模型中未设置故障，运算结果显示智能变电站仿真模型的潮流数据，其中潮流数据包含电流、电压、有功功率和无功功率；当智能变电站仿真模型中设有故障时，运算结果显示智能变电站仿真模型故障时的三相电流、母线残压及故障状态时的潮流数据。

9.根据权利要求8所述的一种智能变电站仿真方法，其特征在于，所述电力系统潮流计算采用牛顿拉夫逊法为基础进行计算。

10.根据权利要求9所述的一种智能变电站仿真方法，其特征在于，所述步骤S4包含以下步骤：

S41：将智能变电站仿真模型运算结果数据与仿真系统服务端中已有的同类型智能变电站潮流数据进行比对；

S42：分析比对结果，依据差值数据是否在智能变电站仿真系统约定的范围内，对超出约定范围的参数给出需调优电气元器件的参考说明；

S43：调整智能变电站仿真模型中电气元器件的属性，包含负荷功率设置，发电机功率，线路的停运及投入，变压器的停运及投入，母线的停运及投入。

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