CN113821928B - 建立可视化推演模型的方法、系统、终端及存储介质 - Google Patents

建立可视化推演模型的方法、系统、终端及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了建立可视化推演模型的方法、系统、终端及存储介质，应用于高压直流仿真及故障模拟技术领域，包括：数据获取步骤、控保模型引擎建立步骤、通信接口建立步骤、控保界面建立步骤、三维场景建立步骤、换流站控制保护反事故可视化推演模型获取步骤。本发明采用虚拟现实和基于可视化逻辑建模的技术，对直流控制设备、保护设备进行建模，提高用于参与度；对各种异常和故障情况进行建模，实现对特高压换流站一二次设备的进行仿真，提高故障推演的速度和准确性；在PSCAD/EMTDC中开发Fortran语言模块来实现与变电站仿真系统的交互。

Description

建立可视化推演模型的方法、系统、终端及存储介质
技术领域
本发明涉及高压直流仿真及故障模拟技术领域，尤其涉及建立可视化推演模型的方法、系统、终端及存储介质。
背景技术
特高压直流输电系统具有输电电压高、输送功率大、输送功率容易调整、不同电网之间的隔离等特点，特高压直流不仅在大功率长距离电能输送需求上具有十分巨大的优势，也在能源全球化、电网互联互通上起到重要的作用。特高压直流输电存在控制逻辑复杂，技术掌握难度大等问题，一旦操作不慎、对系统不熟悉或其他原因造成故障，会引起交直流系统连锁反应，给调度带来巨大考验，也给系统稳定性带来严峻的问题。经过几年的运行，暴露出在运行、维护、检修方面的经验不足，应对故障及事故预案不够、训练不足、训练条件有限的问题特别明显。运行、维护、检修相关人才短缺严重。我们需要对特高压直流人员进行培训演练，使其可以在更深了解特高压直流控制逻辑，熟练掌握特高压直流的控制原理、保护原理、反事故预案和措施。
国内和国外目前做高压直流项目仿真及故障模拟多依赖于RTDS(Real TimeDigital Simulator)，为加拿大曼尼托研究中心下属RTDS公司开发制造，是一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置，RTDS可以做到实时仿真，可以将其连接到电力系统的控制和保护装置上。因此特别适用于高压直流项目的仿真运行及故障模拟。但是，RTDS造价昂贵，一套设备价值上千万，目前仅为电网、控保厂家(南瑞、许继)和高校做研究和设计之用。因其高昂的价格，并没有被培训和学习之用。另外一个可用来做直流仿真及其故障模拟的工具是PSCAD/EMTDC，目前主要的控保厂家都有和实际系统一致的模型，但只能作为一种离线仿真的模放在PSCAD环境中运算，并不能和其它系统进行交互，也没有反事故推演的功能。因其软件的专业性，并不能给变电站运行、检修人员做理论培训之用。
做反事故推演的基础是建立在精准仿真的基础上，很多高校和学者都对直流控制和保护推出了自己的模型和算法，但大部分也只是理论上的，不完整的，只包含部分功能的模型。这种模型和实际系统差别太大，并不能作为反事故推演的基础。而掌握实际模型的直流换流站控保厂家因为其技术保密性，对其模型都加入了封装，展现在客户面前的就是一个黑匣子，使得用户和其他厂家并不能很好的了解直流控制系统的内部逻辑。
因此，提供一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法及系统，来解决上述技术问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法及系统，对控制设备和保护设备进行建模，提高用户的参与度；对异常和故障情况进行建模，提高故障推演的快速和准确性，适于培训。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法，以PSCAD/EMTDC为内核，包括以下步骤：
数据获取步骤：获取换流站内的设备数据；
控保模型引擎建立步骤：根据获取的所述设备数据建立控保模型引擎；
通信接口建立步骤：建立所述控保模型引擎与变电站仿真系统的通信连接；
控保界面建立步骤：根据现场的运行人员工作站，建立直流换流站控保界面；
三维场景建立步骤：根据直流场的场景及设备，建立直流换流站三维场景；
换流站控制保护反事故可视化推演模型获取步骤：根据推演操作指令，建立与所述推演操作指令相对应的模型。
优选的，所述控保模型引擎建立步骤包括两个阶段：第一阶段为建立理论模型，第二阶段为建立全站模型；
具体包括以下步骤：
理论模型建立步骤：利用开关，等效交流电网，换流变压器，交直流滤波器，工频滤波器，冲击电容器，直流线路，建立理论模型；
理论模型判定步骤：所述理论模型是否满足稳态参数校核，若满足，则进入全站模型建立步骤，若不满足，则返回所述理论模型建立步骤，重新建模；
全站模型建立步骤：向所述理论模型中依次加入控制模型、保护模型和配套系统模型，建立全站模型；
全站模型判定建立步骤：对依次加入的所述控制模型、所述保护模型和所述配套系统模型进判定，若任一加入的模型不符合判定标准，则返回上一模型加入阶段，若均满足判定标准，则所述全站模型建立完成。
优选的，所述通信接口建立步骤中在所述PSCAD/EMTDC中开发Fortran语言模块来实现与所述变电站仿真系统的交互。
在PSCAD/EMTDC模型中建立自定义输入输出模型，在自定义模型中，打开共享内存，进行控制信号的写入和波形/事件信号的读取。
优选的，所述控保界面建立步骤中的所述现场的运行人员工作站包括：系统图、交流场、交流滤波器场、直流场、阀组状态、顺序控制、对站接线图、事件记录、录播回放和故障重现功能。
优选的，所述三维场景建立步骤中的所述直流场的场景及设备包括：阀厅和控制保护屏。
一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的系统，包括：
数据获取模块、控保模型引擎建立模块、通信接口建立模块、控保界面建立模块、三维场景建立模块和换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块；
所述数据获取模块，与所述控保模型引擎建立模块的输入端连接，用于获取所述换流站内的所述设备数据；
所述控保模型引擎建立模块，与所述通信接口建立模块的输入端连接，用于根据获取的所述设备数据建立所述控保模型引擎；
所述通信接口建立模块，用于建立所述控保模型引擎与所述变电站仿真系统的通信连接；
所述控保界面建立模块，与所述通信接口建立模块的第一输出端连接，用于根据所述现场的运行人员工作站，建立所述直流换流站控保界面；
所述三维场景建立模块，与所述通信接口建立模块的第二输出端连接，用于根据所述直流场的场景及设备，建立所述直流换流站三维场景；
所述换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块的第一输入端与所述控保界面建立模块的输出端连接，所述换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块的第二输入端与所述三维场景建立模块的输出端连接，所述换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块用于根据所述推演操作指令，建立与所述推演操作指令相对应的模型。
优选的，所述控保模型引擎建立模块包括依次连接的理论模型建立单元和全站模型建立单元；
所述理论模型建立单元，用于利用所述开关，所述等效交流电网，所述换流变压器，所述交直流滤波器，所述工频滤波器，所述冲击电容器，所述直流线路，所述建立所述理论模型；
所述全站模型建立单元，用于向所述理论模型中依次加入所述控制模型、所述保护模型和所述配套系统模型，建立所述全站模型。
一种终端，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法。
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法及系统：采用虚拟现实和基于可视化逻辑建模的技术，对直流控制设备、保护设备进行建模，提高用于参与度；对各种异常和故障情况进行建模，实现对特高压换流站一二次设备的进行仿真，提高故障推演的速度和准确性；在PSCAD/EMTDC中开发Fortran语言模块来实现与变电站仿真系统的交互；适于培训。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法流程图；
图2为本发明控保模型引擎建立步骤方法流程图；
图3为本发明控保模型引擎建立步骤具体方法流程图；
图4为本发明一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的系统结构框图；
图5为本发明控保模型引擎建立模块结构框图；
图6为本发明推演模型的软件架构图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
参照图1所示，本实发明公开了一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法，具体包括以下步骤：
数据获取步骤：获取换流站内的设备数据；
控保模型引擎建立步骤：根据获取的设备数据建立控保模型引擎；
通信接口建立步骤：建立控保模型引擎与变电站仿真系统的通信连接；
控保界面建立步骤：根据现场的运行人员工作站，建立直流换流站控保界面；
三维场景建立步骤：根据直流场的场景及设备，建立直流换流站三维场景；
换流站控制保护反事故可视化推演模型获取步骤：根据推演操作指令，建立与推演操作指令相对应的模型。
在一个具体实施例中，参照图2所示，控保模型引擎建立步骤包括两个阶段：第一阶段为建立理论模型，第二阶段为建立全站模型；
具体包括以下步骤：
理论模型建立步骤：利用开关，等效交流电网，换流变压器，交直流滤波器，工频滤波器，冲击电容器，直流线路，建立理论模型；
理论模型判定步骤：理论模型是否满足稳态参数校核，若满足，则进入全站模型建立步骤，若不满足，则返回理论模型建立步骤，重新建模；
全站模型建立步骤：向理论模型中依次加入控制模型、保护模型和配套系统模型，建立全站模型；
全站模型判定建立步骤：对依次加入的控制模型、保护模型和配套系统模型进判定，若任一加入的模型不符合判定标准，则返回上一模型加入阶段，若均满足判定标准，则全站模型建立完成。
在一个具体实施例中，控制系统包括：功率/极电流控制；极顺序控制；流变抽头控制；无功控制；功率调制；保护性监视功能；换流器触发计算；点火控制；换流器变抽头控制。
保护系统包括：极区(高压母线、中性母线、直流线路、直流滤波器)保护；双极区(双极连接区、接地极线路、金属回线)保护；换流器区保护；换流变区保护；交流滤波器保护。
在一个具体实施例中，参照图3所示，全站模型建立步骤具体内容如下：
1)向理论模型中依次加入控制模型；
2)判断加入控制模型后，是否满足稳态参数校核，若不满足，则返回1)，若满足，则进入3)；
3)向2)中得到的模型加入保护模型；
4)判断加入保护模型后，数据变化是否满足出厂试验报告，若不满足，则返回3)，若满足，则进入5)；
5)向4)中得到的模型中加入配套系统模型；
6)判断加入配套系统模型后，数据变化是否满足出厂试验报告，若不满足，则返回5)，若满足，则全站模型建立完成。
在一个具体实施例中，通信接口建立步骤中在PSCAD/EMTDC中开发Fortran语言模块来实现与变电站仿真系统的交互；即，在PSCAD/EMTDC模型中建立自定义输入输出模型，在自定义模型中，打开共享内存，进行控制信号的写入和波形/事件信号的读取。
在一个具体实施例中，控保界面建立步骤中的现场的运行人员工作站包括：系统图、交流场、交流滤波器场、直流场、阀组状态、顺序控制、对站接线图、事件记录、录播回放和故障重现功能。
在一个具体实施例中，现场的运行人员工作站，包括以下几点：
系统图：系统的接线图及其开关状态，电气信号值；
交流场：交流部分的接线图及其开关状态，电气信号量
交流滤波器场：显示交流滤波器的投运状态，开关状态及其电气信息，其中包括谐波信号量的显示；
直流场：显示场内部晶闸管、开关的状态及其线路信号量的数值(电流、电压、功率)；显示直流场运行参数(换流器的控制角度，电压，频率，换流变压器的分接头位置，交流电压，交流有功，交流无功)；控制功能(直流功率设定，控制模式设置，控制位置设定)；
阀组状态：接地状态、停运状态、备用状态、闭锁状态；
顺序控制：显示变换运行模式需要的操作步骤和当前开关的状态；
对站接线图：显示对站的接线图及其开关状态和电气参数；
事件记录：操作事件记录、告警事件记录；
录播回放和故障重现功能：
录播回放：先设置录播的开始时间和持续时间，当时间到了开始时间时，自动激发记录功能，把当前系统的配置参数及其电气参数记录下来。当选择回放时，就把当前的参数下发，启动仿真系统。
故障重现：实际也是加故障的录播回放，这里需要设置的是故障的位置和类别
自动分析功能：其输入是现场实际发生故障时的各种数据信号，每一个信号对应的异常对应一种故障或者几种，几种各种信号对应的可能故障取交集，最终，给到用户可能发生故障的位置。
在一个具体实施例中，三维场景建立步骤中的直流场的场景及设备包括：阀厅和控制保护屏。
在一个具体实施例中，控制保护屏主要包括在以下区域：
(1)极1/2及其极端阀组控制保护设备室：
a)PCP，极控屏
b)PPR，极保护屏
c)CCP，极1/2低端换流器控制屏
d)CPR，极1/2低端换流器保护屏
e)VBE，换流阀阀基电子设备
(2)极1/2辅控楼辅助及控制保护设备室：
a)CCP，极1/2高端换流器控制
b)CPR，极1/2换流器保护
c)VBE，换流阀阀基电子设备
(3)站及双极控制保护室：
a)OHM，谐波监视屏
b)ASC，辅助系统控制
c)SPC，站用电系统控制
(4)#1/2/3/4交流滤波器控制保护舱：
a)AFC，交流滤波器控制屏。
参照图4所示，本发明还公开了一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的系统，包括：
数据获取模块、控保模型引擎建立模块、通信接口建立模块、控保界面建立模块、三维场景建立模块和换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块；
数据获取模块，与控保模型引擎建立模块的输入端连接，用于获取换流站内的设备数据；
控保模型引擎建立模块，与通信接口建立模块的输入端连接，用于根据获取的设备数据建立控保模型引擎；
通信接口建立模块，用于建立控保模型引擎与变电站仿真系统的通信连接；
控保界面建立模块，与通信接口建立模块的第一输出端连接，用于根据现场的运行人员工作站，建立直流换流站控保界面；
三维场景建立模块，与通信接口建立模块的第二输出端连接，用于根据直流场的场景及设备，建立直流换流站三维场景；
换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块的第一输入端与控保界面建立模块的输出端连接，换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块的第二输入端与三维场景建立模块的输出端连接，换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块用于根据推演操作指令，建立与推演操作指令相对应的模型。
在一个具体实施例中，参照图5所示，控保模型引擎建立模块包括依次连接的理论模型建立单元和全站模型建立单元；
理论模型建立单元，用于利用开关，等效交流电网，换流变压器，交直流滤波器，工频滤波器，冲击电容器，直流线路，建立理论模型；
全站模型建立单元，用于向理论模型中依次加入控制模型、保护模型和配套系统模型，建立全站模型。
参照图6所示，公开了换流站控制保护反事故可视化推演系统的软件架构。
在一个具体实施例中，事故推演功能包括正推和反推两种功能：
正推指的是指定系统某处发生故障时，推算出系统会发生的变化以及在此变化下，为了保证此故障带来的影响最小的情况下，我们可以采取的措施。这种变化的情况或者是具体执行的措施可以在三维场景中展现，以给检修人员一个形象具体的故障演示和怎样执行措施的三维演示。这样，检修人员或者运行维护人员在发生故障时不会慌忙应对，这也为故障的反事故演习提供了培训资料和模拟预演的环境。
反推有两种，其一是根据异常/故障现象来判断是出了何种故障，其二是根据信号记录数据判断问题在哪里。根据异常/故障现象来判断故障指的是当系统发生某种故障现象，如极闭锁，或者某断路器跳开，用户可以在故障库中选定指定的故障，那么系统会自动给出一系列系统可能出问题的位置或者是某些设置的错误。用户也可以把自己的经验输进故障库中以备查询；根据信号记录数据来判断问题指的是用户可以将现场的实际数据输入到系统中，系统根据信号的名称和信号的波形来判断故障的位置，给出的分析结果可能是一种或几种情况的组合。
一种终端，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法。
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法。
对所公开的实施例的上述说明，按照递进的方式进行，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法，其特征在于，以PSCAD/EMTDC为内核，包括以下步骤：
数据获取步骤：获取换流站内的设备数据；
控保模型引擎建立步骤：根据获取的所述设备数据建立控保模型引擎；
通信接口建立步骤：建立所述控保模型引擎与变电站仿真系统的通信连接；
控保界面建立步骤：根据现场的运行人员工作站，建立直流换流站控保界面；
三维场景建立步骤：根据直流场的场景及设备，建立直流换流站三维场景；
换流站控制保护反事故可视化推演模型获取步骤：根据推演操作指令，建立与所述推演操作指令相对应的模型；
所述控保模型引擎建立步骤包括两个阶段：第一阶段为建立理论模型，第二阶段为建立全站模型；
具体包括以下步骤：
理论模型建立步骤：利用开关，等效交流电网，换流变压器，交直流滤波器，工频滤波器，冲击电容器，直流线路，建立理论模型；
理论模型判定步骤：所述理论模型是否满足稳态参数校核，若满足，则进入全站模型建立步骤，若不满足，则返回所述理论模型建立步骤，重新建模；
全站模型建立步骤：向所述理论模型中依次加入控制模型、保护模型和配套系统模型，建立全站模型；
全站模型判定建立步骤：对依次加入的所述控制模型、所述保护模型和所述配套系统模型进判定，若任一加入的模型不符合判定标准，则返回上一模型加入阶段，若均满足判定标准，则所述全站模型建立完成；
所述通信接口建立步骤中在所述PSCAD/EMTDC中开发Fortran语言模块来实现与所述变电站仿真系统的交互;
所述控保界面建立步骤中的所述现场的运行人员工作站包括：系统图、交流场、交流滤波器场、直流场、阀组状态、顺序控制、对站接线图、事件记录、录播回放和故障重现功能；
所述三维场景建立步骤中的所述直流场的场景及设备包括：阀厅和控制保护屏。
2.一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的系统，其特征在于实施权利要求1所述的一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法，包括：
数据获取模块、控保模型引擎建立模块、通信接口建立模块、控保界面建立模块、三维场景建立模块和换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块；
所述数据获取模块，与所述控保模型引擎建立模块的输入端连接，用于获取所述换流站内的所述设备数据；
所述控保模型引擎建立模块，与所述通信接口建立模块的输入端连接，用于根据获取的所述设备数据建立所述控保模型引擎；
所述通信接口建立模块，用于建立所述控保模型引擎与所述变电站仿真系统的通信连接，在所述PSCAD/EMTDC中开发Fortran语言模块来实现与所述变电站仿真系统的交互；
所述控保界面建立模块，与所述通信接口建立模块的第一输出端连接，用于根据所述现场的运行人员工作站，包括系统图、交流场、交流滤波器场、直流场、阀组状态、顺序控制、对站接线图、事件记录、录播回放和故障重现功能，建立所述直流换流站控保界面；
所述三维场景建立模块，与所述通信接口建立模块的第二输出端连接，用于根据所述直流场的场景及设备，具体包括阀厅和控制保护屏，建立所述直流换流站三维场景；
所述换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块的第一输入端与所述控保界面建立模块的输出端连接，所述换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块的第二输入端与所述三维场景建立模块的输出端连接，所述换流站控制保护反事故可视化推演模型获取模块用于根据所述推演操作指令，建立与所述推演操作指令相对应的模型；
所述控保模型引擎建立模块包括依次连接的理论模型建立单元和全站模型建立单元；
所述理论模型建立单元，用于利用所述开关，所述等效交流电网，所述换流变压器，所述交直流滤波器，所述工频滤波器，所述冲击电容器，所述直流线路，所述建立所述理论模型；
所述全站模型建立单元，用于向所述理论模型中依次加入所述控制模型、所述保护模型和所述配套系统模型，建立所述全站模型。
3.一种终端，其特征在于，
包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行权利要求1所述的一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法。
4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，
计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行权利要求1所述的一种建立换流站控制保护反事故可视化推演模型的方法。
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