CN115114789A

CN115114789A - 一种配电系统自动仿真建模方法

Info

Publication number: CN115114789A
Application number: CN202210765394.4A
Authority: CN
Inventors: 何武略; 谭超; 李飞
Original assignee: China Nuclear Power Operation Technology Corp Ltd
Current assignee: China Nuclear Power Operation Technology Corp Ltd
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2022-09-27

Abstract

本发明提供了一种配电系统自动仿真建模方法，包括：从电气一次接线图上标定出需要模拟的范围；对已标定的文件进行识别，并转化为带方向属性的矢量图文件；将提取的文字信息与对应设备绑定，用于生成该设备对应模型的变量初始化；按照连接规则将矢量图翻译得到仿真模型组态图；使得仿真模型部件有唯一的设备名称及变量初值；将两张仿真模型组态图连接；对自动生成的仿真模型组态图进行校验；对仿真系统边界参数进行设定；对仿真模型进行编译和加载运行，得到整个配电网络仿真系统的潮流分布。本发明提供的方法能大大的减少人力和时间的投入，并保证仿真模型开发的准确性及规范性。

Description

一种配电系统自动仿真建模方法

技术领域

本发明涉及配电系统仿真建模技术领域，尤其涉及一种配电系统自动仿真建模方法。

背景技术

仿真建模是工程领域常用的一种分析方法，具有易于验证、传达和理解的优点，同时允许模型和外界实时交互，从而实现对动态过程进行分析。工业大型工程中系统复杂，在其设计、建造，运行经常会遇到各种夸学科问题。若采用实验方法则成本太高，且效率低下。仿真建模则提供了有价值的跨越行业及学科的解决方案，可高效和经济的解决实际问题。图形化建模是一种典型的仿真建模方式，将每个仿真子单元抽象为图像模块，允许用户直观，形象，高效的建模，是国际上一种主流的仿真建模方式。国内外有较多开发比较成熟的图形化建模软件，如PSCAD，MATLAB，SimuWorks等，这些商业化的图形建模软件已经越来越多地应用到工程论证和科研开发中。

配电系统作为电厂系统的重要组成部分，其仿真建模通常是根据电气一次接线图，从仿真模型部件库中拖出对应的部件，按照图纸所示的连接方式将各个部件连接起来，进而构成一个完整的配电网络模型。由于电厂配电系统数目众多，每个系统又包含了大量的电气设备，例如：发电机、变压器、母线、开关及负荷等设备，配电系统的仿真建模无疑是一项复杂的工程。以往采取的建模方法都是工程师根据图纸手动完成，不仅工作量巨大，而且不同工程师建模能力和建模习惯也不尽相同，手动完成的模型难以保证建模工作的准确性及一致性。

配电系统的建模虽然工作量巨大，但是也有自己的一些特点：①系统数量众多，但是每个系统结构类似，系统所包含的主要设备也基本相同；②系统结构相对简单，部件之间的连接清晰可见，错综复杂的连接很少。随着计算机技术的不断发展，特别是图像和文字识别技术已被越来越多的应用到实际工程项目中,使得配电系统的自动仿真建模在技术上具有可行性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所述的缺陷，从而提供一种配电系统自动仿真建模方法，该方法能大大的减少人力和时间的投入，并保证仿真模型开发的准确性及规范性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种配电系统自动仿真建模方法，包括以下步骤：

S1：根据仿真需求和范围，从电气一次接线图上标定出需要模拟的范围；

S2：利用计算机图像/文字识别技术对步骤S1中已标定的文件进行识别，并转化为带方向属性的矢量图文件；

S3：将提取的文字信息与对应设备绑定，用于生成该设备对应模型的变量初始化；

S4：根据矢量图中部件和仿真模型部件库中部件的映射关系及矢量图和仿真模型组态图位置的映射关系，按照连接规则将矢量图翻译得到仿真模型组态图；

S5：根据电气一次接线图中所示的设备名称对仿真模型自动命名，提取与该设备绑定的参数信息对仿真模型中对应的部件变量进行赋值操作，使得仿真模型部件有唯一的设备名称及变量初值；

S6：对于不同电气接线图之间的连接，通过模型部件库中表征图间连接的部件将两张仿真模型组态图连接；

S7：利用网络部件与节点的连接规则及管道流向校验规则对自动生成的仿真模型组态图进行校验；

S8：对仿真系统边界参数进行设定；

S9：对仿真模型进行编译和加载运行，得到整个配电网络仿真系统的潮流分布。

步骤S1中，需要标识的电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器及负荷。

步骤S2中识别部件的类型、位置、连接关系和文本信息。

步骤S3中，文字信息与设备的绑定采用就近原则。

步骤S4中，连接规则是指仿真模型部件按其连接特性分为双端连接部件和单端连接部件。

进一步地，双端连接部件包括变压器、断路器、电流互感器和隔离开关，单端连接部件包括发电机、接地开关和负荷，双端连接部件首/末两端均与节点相连，单端连接部件只一侧与节点相连。

步骤S5中，仿真模型自动生成后，根据文字识别信息对组态图中的部件进行命名和变量初始化。

步骤S6中，针对有连接关系的系统，在上游系统出线侧及下游系统进线侧分别放置表征网络图间连接的部件，将这对连接部件连接，在仿真模型中实现电气系统的连接和拓展。

步骤S7中，对模型组态图中存在的错误连接进行检查，并自动给出错误定位和错误类型。

进一步地，错误分类分为三类：设备连接错误、节点悬空和管道流向错误。

步骤S8中，对系统边界参数进行设置，系统边界参数包括发电机节点类型、初始电压和相角、初始有功及无功。

与现有技术相比，本发明提供的配电系统自动仿真建模方法具有以下有益效果：

(1)由电气一次接线图自动翻译为图形化仿真模型，减少了人工干预过程，提高了建模效率。

(2)本发明制定出了一整套的电气系统仿真建模标准流程，减少人工建模的多样性，保证了建模工作的规范性，有利于仿真模型的后期维护。

(3)本发明还提出了模型自动检查功能，不仅能快速定位到问题所在，也能节省人工查找错误的繁琐过程。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例所提供的配电系统自动仿真建模方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的确定仿真范围的电气一次图；

图3为本发明实施例所提供的仿真自动化方法建立的图形化模型的示意图；

图4为本发明实施例所提供的标注了设备编码的图形化模型的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明。

如图1至图4所示，本发明提供了一种配电系统自动建模方法，包括以下步骤：

步骤S1：根据仿真需求和范围，从一次接线图上标定出需要模拟的范围(如图2所示)，包括主要的电气设备及电流流通管道。作为系统建模开发输入的文件一般为PDF格式，在PDF文件上标定模拟范围时也需要遵循特定的规则，便于计算机识别。对于接线图中因不同系统连接而引起的重复设备，只需标记上游系统出现的设备，下游系统重复出现的设备不再标记。

步骤S2：利用成熟的计算机图像/文字识别技术，对步骤(1)中已标定的PDF文件进行识别，并转化为带方向属性的矢量图文件，矢量图命名与参考图纸名称保持一致即可。

步骤S3：将提取的文字信息与对应设备绑定，用于生成该设备对应模型的变量初始化。

步骤S4：根据矢量图中部件和仿真模型部件库中部件的映射关系及矢量图和仿真模型组态图位置的映射关系，按照特定的连接规则将矢量图翻译得到仿真模型组态图。仿真模型组态图可按照系统三字码+图纸序号的组合方式命名。

步骤S5：根据电气一次接线图中所示的设备名称对仿真模型自动命名，提取与该设备绑定的参数信息对仿真模型中对应的部件变量进行赋值操作，使得仿真模型部件有唯一的设备名称及变量初值。

步骤S6：通过上述步骤可完成单张电气一次接线图对应的仿真模型自动生成功能，对于不同电气接线图之间的连接，还需要通过模型部件库中表征图间连接的部件将两张仿真模型组态图连接起来，构成一个完整的配电网络系统。

步骤S7：利用网络部件与节点的连接规则及管道流向校验规则对自动生成的仿真模型组态图进行校验。若有错误提示，则根据错误提示对自动生成的仿真模型进行核查和局部修改，直到所有模型组态图的校验都无错误提示。

步骤S8：由电气潮流计算原理可知，为了能保证模型正常计算，还需要对仿真系统边界参数进行设定，包括：发电机节点类型(PQ、PV或平衡节点)、电压和相角、初始有功及无功等初值的设定。由于此部分信息无法从电气一次接线图上获取，需要手动输入。

步骤S9：对仿真模型进行编译和加载运行，即可得到整个配电网络仿真系统的潮流分布。

步骤S1中，需要标识的电气设备包括：发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器及负荷，设备用矩形方框标识，电流流通通道用线段标识。

步骤S2中，需要识别部件的类型、位置、连接关系，及文本信息。部件之间的连接线带有方向属性，代表电流流通方向。由电路原理可知，电流方向为高电压等级指向低电压等级，在接线图中可按照从上到下、从左到右的原则标定矢量图中连接线的方向。

步骤S3中，文字信息与设备的绑定通常遵循就近原则，即一次接线图中设备的相关文字描述信息通常与该设备距离较近，该设备的参数信息可从与该设备绑定的文字信息中获取。

步骤S4中，部件的映射关系是指矢量图中所示部件与仿真模型部件一一对应的关系。根据②中所罗列的电气设备，部件的映射关系具体是指：发电机-GEN、变压器-XF、母线-ND1、断路器-CB、隔离开关-SW、接地开关-GNSW、电压互感器-VT、电流互感器-CT、负荷-LD。位置的映射关系是指根据矢量图中部件的发现及位置(横/纵坐标)成比例的映射到仿真模型组态图中。设备连接规则是指：仿真模型部件按其连接特性可分为双端连接部件和单端连接部件。双端连接部件是指部件首/末两端均应与一个节点相连，单端连接部件是指该部件不分首/末端，只需与一个节点相连即可。需要注意的是节点(ND)并不是真实的电气设备，只是用于识别仿真模型部件之间的连接关系。双端连接部件包括：变压器、断路器、电流互感器及隔离开关，单端连接部件包括：发电机、接地开关及负荷，母线及电压互感器均按节点处理。网络流向标准是指：仿真模型部件连接线的流向应与矢量图中连接线的方向一致，且双端连接部件两端的流向必须从一段流入，从另一端流出，不能出现两端同时流入或流出。遵循上述部件映射关系及连接规则，即可自动将矢量图翻译为仿真平台支持的仿真模型组态图。

步骤S5中，仿真模型自动生成后，需要给组态图中的部件进行命名和变量初始化工作。部件的命名通过上述的绑定原则，通过获取文字信息中的设备编码可以对仿真模型部件直接命名。以某电厂主外电源系统一次接线图中的断路器“GEW130JA”为例对设备命名依据进行进一步解释：GEW代表主外电源系统三字码，130代表该断路器在本系统中的编号，JA代表断路器。表征设备类型的字符串与实际设备对应关系如表1所示：

表1字符串与设备的对应关系表

通常电气一次接线图所展示的文字信息已包含了完整的设备名称信息，可以通过文字识别获取的设备名称对仿真模型部件直接命名。部分系统的一次接线图中可能省略了本系统三字码，只有设备编号及字符串后缀，只需自动添加系统三字码进行补全即可。电厂负荷众多，常见负荷包括：泵(PO)、阀门(VP)、电加热器(AE)、风机(ZV)等等。模型部件变量的初始化是自动建模工作中的重要环节，变量初始化的主要依据也是来自文字识别所获取的相关信息。根据电气一次图所示信息，部件的变量初始化与识别的文字信息对应关系如下表2所示：

表2变量初始化与识别文字信息的说明

步骤S6中，针对有连接关系的系统，会在上游系统出线侧及下游系统进线侧分别放置表征网络图间连接的部件，将这对连接部件连接起来就可在仿真模型中实现电气网络的连接和拓展。网络图间连接部件都是成对使用，不允许单个使用，且网络图间连接部件不是实际电厂设备，不应改变电厂系统原有的连接关系。

步骤S7中，需要对模型组态图中存在的错误连接进行检查，并能自动给出错误定位和错误类型。错误定位能直接定位到具体设备上，错误分类则可分为三类：1)设备连接错误，单端连接设备能且只能与一个节点相连，双端连接部件首/末端能且只能与一个节点相连；2)节点悬空，即节点未与任何设备相连；3)管道流向错误。

步骤S8中，还需要对系统边界参数，例如：发电机节点类型、初始电压及相角、初始有功及无功等参数进行设置。考虑电厂正常运行时，厂内主发电机并网运行，厂内主发电机需要设置为PQ节点，厂外等效发电机设置为平衡节点。平衡节点的初始电压、初始相角及外电网等效负荷容量等参数无法从电气一次接线图直接获取，需要参考当地电网实际容量手动赋值，保证配电网络仿真模型运行结果正确。

因此，本发明提出了一种基于电气一次接线图的配电系统自动建模方法，利用计算机图像识别技术，根据图中所示部件与仿真模型部件一一映射关系及部件之间特定的连接规律，自动翻译生成配电网络系统的仿真模型组态图。根据文字识别技术，通过识别部件的设备名称及参数信息，对仿真模型进行相应的变量初始化，最后再根据配电网络模型程序计算的需要对仿真系统的边界条件进行调整，就能得到整个配电系统的仿真模型。为了保证模型的正确性，该方法还提出了模型组态图的检验功能，进而保证仿真模型的正确性。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S8：对仿真系统边界参数进行设定；

2.根据权利要求1所述的配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，步骤S1中，需要标识的电气设备包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器及负荷。

3.根据权利要求1所述的配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，步骤S2中识别部件的类型、位置、连接关系和文本信息。

4.根据权利要求1所述的配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，步骤S3中，文字信息与设备的绑定采用就近原则。

5.根据权利要求1所述的配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，步骤S4中，连接规则是指仿真模型部件按其连接特性分为双端连接部件和单端连接部件。

6.根据权利要求1所述的配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，双端连接部件包括变压器、断路器、电流互感器和隔离开关，单端连接部件包括发电机、接地开关和负荷，双端连接部件首/末两端均与节点相连，单端连接部件只一侧与节点相连。

7.根据权利要求1所述的配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，步骤S5中，仿真模型自动生成后，根据文字识别信息对给组态图中的部件进行命名和变量初始化。

8.根据权利要求1所述的配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，步骤S6中，针对有连接关系的系统，在上游系统出线侧及下游系统进线侧分别放置表征网络图间连接的部件，将这对连接部件连接，在仿真模型中实现电气系统的连接和拓展。

9.根据权利要求1所述的配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，步骤S7中，对模型组态图中存在的错误连接进行检查，并自动给出错误定位和错误类型。

10.根据权利要求9所述的配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，错误分类分为三类：设备连接错误、节点悬空和管道流向错误。

11.根据权利要求1所述的配电系统自动仿真建模方法，其特征在于，步骤S8中，对系统边界参数进行设置，系统边界参数包括发电机节点类型、初始电压和相角、初始有功及无功。