CN116629020A - 一种模拟电站数据环境的数字孪生方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种模拟电站数据环境的数字孪生方法，包括配置设备信息生成文件devInfo_PLC.xml文件以及配置点表信息生成devIoPoint.csv文件，并保存后形成一个基于项目的配置文件夹、根据devIoPoint.csv文件中某点的限制值设值，更改某点的状态和数值，生成的AlarmConfig.xml文件，并以项目的方式保存生成的AlarmConfig.xml文件，基于配置文件，加载一体化SCADA系统的通讯协议等，本发明基于数字孪生概念、导入设备模型，智能模拟各个设备或系统的运行状况，产生大量数据，并输出至SCADA系统，满足SCADA系统对电站数据调试，测试系统功能。
Description
技术领域
本发明涉及电站数字孪生技术领域，具体为一种模拟电站数据环境的数字孪生方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
随着社会数字化，信息化的发展，各行各业都要面对大量数据的分析、展示、存储等。电力监控软件也是如此，SCADA(SupervisoryControlAndData Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统，广泛应用于电力系统中，该系统可以对现场设备监视控制，实现对设备数据的采集、设备控制、监测、设备参数的调节、告警、设备数据的存储等，在当今变电站综合自动化建设中起了相当重要的作用。
介于SCADA系统丰富的功能需求，复杂的逻辑处理，对SCADA系统软件及硬件提出了较高的要求，SCADA系统软件系统具有以下特征：1、数据的采集及存储，将数据通过tcp、udp、串口等通过应用层通信协议的方式采集到SCADA服务器，对数据解析后存储，供整个电站、集控或者远端用户使用，2、实时数据和历史数据趋势，将实时数据记录下来，使用算法分析数据，得出行业需要的重要资料，3、系统的动态模拟，图形界面展示，将采集的数据、分析得出的数据、以及电站的设备等进行图形化的直观展示，4、报表输出，在生产行为中产生的数据，以报表的形式输出，5、报警，现场在设备或者启动、运行、控制过程中产生异常，需要以声音、文字、灯光、语音等形式报警及记录。
该类型监控软件功能繁多，性能要求严苛，因此在使用过程中需要充分测试，以期在现场使用时能够减少bug的产生，让系统快速部署稳定运行。与此同时SCADA也要适应不同的操作系统及硬件系统，每当更换操作系统及硬件设备，数据库时，组合的系统要经过回归测试，然而实际部署时，存在工期紧张，现场调试环境受限，安全性不足等问题，一般都需要在实验室搭建测试系统尽量的模拟现场环境，做到充分测试，然而实验室缺乏相关现场设备，即使是有设备，也缺乏实际运行的数据，SCADA系统有时存在测试不充分的情况，造成bug产生，影响系统安全稳定运行。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
因此，本发明的目的是提供一种模拟电站数据环境的数字孪生方法、系统、设备及存储介质，基于数字孪生概念、导入设备模型，智能模拟各个设备或系统的运行状况，产生大量数据，并输出至SCADA系统，满足SCADA系统对电站数据调试，测试系统功能。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种模拟电站数据环境的数字孪生方法，其包括：
配置设备信息生成文件devInfo_PLC.xml文件以及配置点表信息生成devIoPoint.csv文件，并保存后形成一个基于项目的配置文件夹；
根据devIoPoint.csv文件中某点的限制值设值，更改某点的状态和数值，生成的AlarmConfig.xml文件，并以项目的方式保存生成的AlarmConfig.xml文件；
基于配置文件，加载一体化SCADA系统的通讯协议，读取上述根据devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据，将数据通过配置的通讯通道发送给一体化SACADA系统；
加载生成的AlarmConfig.xml文件，根据配置启动运行指定的算法，更新devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据。
作为本发明所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法的一种优选方案，其中，所述通讯协议包括modbus协议、104协议或者自定义协议。
作为本发明所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法的一种优选方案，其中，配置设备信息生成文件devInfo_PLC.xml文件的步骤如下：
创建设备，并选择设备类型：
设置通信方式及通信参数，生成devInfo_PLC.xml文件。
作为本发明所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法的一种优选方案，其中，所述通信方式为tcp、udp、http，设备类型为modbus、104、CDT。
作为本发明所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法的一种优选方案，其中，所述根据devIoPoint.csv文件中某点的限制值设值，更改某点的状态和数值的步骤如下：
打开本地或远程访问数据库图形化界面，读取数据库信息；
选择输入输出并判断输入输出数据类型；
根据输入输出数据类型判断算法类型，如果是脚本则编写计算脚本，如果是库，则编写自定义算法库；
检查脚本语句合法性，并生成算法配置的AlarmConfig.xml文件。
一种实现一种模拟电站数据环境的数字孪生方法的模拟电站数据环境的数字孪生系统，包括：
设备模型配置可视化单元，用于配置设备信息生成文件devInfo_PLC.xml文件以及配置点表信息生成devIoPoint.csv文件，并保存后形成一个基于项目的配置文件夹；
算法设计配置可视化单元，用于根据devIoPoint.csv文件中某点的限制值设值，更改某点的状态和数值，生成的AlarmConfig.xml文件，并以项目的方式保存生成的AlarmConfig.xml文件；
协议解析控制单元，用于基于配置文件，加载一体化SCADA系统的通讯协议，读取上述根据devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据，将数据通过配置的通讯通道发送给一体化SACADA系统；
算法运行控制单元，用于加载生成的AlarmConfig.xml文件，根据配置启动运行指定的算法，更新devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据。
作为本发明所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生系统的一种优选方案，其中，可在嵌入式设备上运行，也可以在主机上运行，既可以在linux环境下运行，也可以在windows下运行。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行一种模拟电站数据环境的数字孪生方法中的任一步骤。
一种计算设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行一种模拟电站数据环境的数字孪生方法中的指令。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明通过数字孪生，导入设备模型，智能模拟各个设备或系统的运行状况，产生大量数据，并输出至SCADA系统，提供一个可供单元测试、集成测试、动态测试、自动化测试的场景，节省一体化SCADA系统的测试、调试成本。
而且本系统既可以在嵌入式设备上运行，也可以在主机上运行，既可以在linux环境下运行，也可以在windows下运行，目最大程度的利用软硬件资源，方便搭建测试环境，快速提供测试数据单元。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一种模拟电站数据环境的数字孪生方法的运行原理示意图；
图2为本发明一种模拟电站数据环境的数字孪生方法的设备模型配置可视化运行程序的流程图；
图3为本发明一种模拟电站数据环境的数字孪生方法的算法设计配置可视化运行程序的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供一种模拟电站数据环境的数字孪生方法、系统、设备及存储介质，基于数字孪生概念、导入设备模型，智能模拟各个设备或系统的运行状况，产生大量数据，并输出至SCADA系统，满足SCADA系统对电站数据调试，测试系统功能。
如图1-图3所示，本发明提供一种模拟电站数据环境的数字孪生方法，其包括：
配置设备信息生成文件devInfo_PLC.xml文件以及配置点表信息生成devIoPoint.csv文件，并保存后形成一个基于项目的配置文件夹，其中，配置设备信息生成文件devInfo_PLC.xml文件的步骤如下：创建设备，并选择设备类型、设置通信方式及通信参数，生成devInfo_PLC.xml文件，所述通信方式为tcp、udp、http等，设备类型为modbus、104、CDT等。
根据devIoPoint.csv文件中某点的限制值设值，更改某点的状态和数值，生成的AlarmConfig.xml文件，并以项目的方式保存生成的AlarmConfig.xml文件，具体的，打开本地或远程访问数据库图形化界面，读取数据库信息，选择输入输出并判断输入输出数据类型，根据输入输出数据类型判断算法类型，如果是脚本则编写计算脚本，如果是库，则编写自定义算法库检查脚本语句合法性，并生成算法配置的AlarmConfig.xml文件。
基于配置文件，加载一体化SCADA系统的通讯协议，读取上述根据devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据，将数据通过配置的通讯通道发送给一体化SACADA系统，所述通讯协议包括modbus协议、104协议或者自定义协议。
加载生成的AlarmConfig.xml文件，根据配置启动运行指定的算法，更新devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据。
为了清楚的阐述上述方法步骤，以一个具体的模拟实验实例进行解释说明：
电力数据应用：
数据包括各种输入输出状态量遥信数据，例如：LCU在线离线状态、LCU与上位机网络连接状态、A套CPUA#网络连接状态、A套CPUB#网络连接状态、机组状态、时钟同步标志、数据采集状态、AVC无功给定方式使能、全场AVC增无功闭锁、全场AVC减无功闭锁等。
遥测数据如：全厂总有功给定值、全场总无功给定值、AGC有功优化值、AVC无功优化值、水导轴承轴瓦温、水导轴承油槽温度、推力轴承轴瓦温度、推力轴承油槽温度、上导轴承轴瓦温度、上油槽温度、下导轴承轴瓦温度、下油槽温度、空冷器冷风温度、空冷器热风温度等。
模拟实验：
以PLC设备作为模拟实验的对象。
运行环境：Ubuntu16.04操作系统，虚拟机。
1、使用DevModeldesign可视化工具。
1)创建设备；
2)设置设备类型：IEC104；
3)设置通信方式：TCP；
4)设置通信参数:ip地址及端口；
5)创建关于PLC的点表信息，如下所示：
表1为遥信点表
表2为遥测点表
6)保存设备信息的设置，生成文件devInfo_PLC.xml。
7)保存设置的点表信息，生成文件devIoPoint.csv。
2、使用AImodeldesign可视化软件
1)打开本地或远程访问sqlite数据库图形化界面，可以手动更改某点的状态和数值，根据devIoPoint.csv文件中该点的限制值设值，
例如设置DI_23点油位异常值为1，或者为0。
2)设置脚本控制变量值随时间变化，例如设置TEMP_11定子绕组温度随时间变化TEMP_11＝random()+TEMP_11，即设置每隔一定时间温度量增加随机数。
3)设置调速器随时间的启动流程，编写动态库，获取时间参数，按照时间依次设置调速器DI_15，DI_19，DI_25等状态或者遥测的值，形成一个调速器的启动或者运行过程。
4)保存脚本设置生成AlarmConfig.xml文件。
3、启动protocolRun控制台程序，读取点表信息，通过IEC104协议上送数据为初始值。
4、启动AIRun控制台程序，此时IEC104程序上送变化的值，将会产生第二步中的设备启动事件，以及温度变化事件。
本发明还提供一种实现上述模拟电站数据环境的数字孪生方法的模拟电站数据环境的数字孪生系统，该系统可在嵌入式设备上运行，也可以在主机上运行，既可以在linux环境下运行，也可以在windows下运行，在监控软件或者平台软件回归测试过程中，往往遇到不同项目组占用测试资源的问题，这时候不得不排队等待测试服务期的使用，为了最大可能节约测试资源，本系统既可以在嵌入式设备上运行，也可以在主机上运行，既可以在linux环境下运行，也可以在windows下运行，目的在于可以最大程度的利用软硬件资源，方便搭建测试环境，快速提供测试数据单元。
系统包括设备模型配置可视化单元、算法设计配置可视化单元、协议解析控制单元以及算法运行控制单元。
算法设计配置可视化单元用于根据devIoPoint.csv文件中某点的限制值设值，更改某点的状态和数值，生成的AlarmConfig.xml文件，并以项目的方式保存生成的AlarmConfig.xml文件，并且显示公共的设备信息模板配置，图形化方式导入、输出、修改、复制电力IO点表信息。
协议解析控制单元用于基于配置文件，加载一体化SCADA系统的通讯协议，读取上述根据devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据，将数据通过配置的通讯通道发送给一体化SACADA系统；
算法运行控制单元用于加载生成的AlarmConfig.xml文件，根据配置启动运行指定的算法，更新devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据。
本发明还提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行一种模拟电站数据环境的数字孪生方法中的任一步骤。
一种计算设备包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行一种模拟电站数据环境的数字孪生方法中的指令。
综上，本发明通过数字孪生，导入设备模型，智能模拟各个设备或系统的运行状况，产生大量数据，并输出至SCADA系统，提供一个可供单元测试、集成测试、动态测试、自动化测试的场景，节省一体化SCADA系统的测试、调试成本。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种模拟电站数据环境的数字孪生方法，其特征在于，包括：
配置设备信息生成文件devInfo_PLC.xml文件以及配置点表信息生成devIoPoint.csv文件，并保存后形成一个基于项目的配置文件夹；
根据devIoPoint.csv文件中某点的限制值设值，更改某点的状态和数值，生成的AlarmConfig.xml文件，并以项目的方式保存生成的AlarmConfig.xml文件；
基于配置文件，加载一体化SCADA系统的通讯协议，读取上述根据devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据，将数据通过配置的通讯通道发送给一体化SACADA系统；
加载生成的AlarmConfig.xml文件，根据配置启动运行指定的算法，更新devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据。
2.根据权利要求1所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法，其特征在于，所述通讯协议包括modbus协议、104协议或者自定义协议。
3.根据权利要求1所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法，其特征在于，配置设备信息生成文件devInfo_PLC.xml文件的步骤如下：
创建设备，并选择设备类型；
设置通信方式及通信参数，生成devInfo_PLC.xml文件。
4.根据权利要求3所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法，其特征在于，所述通信方式为tcp、udp、http，设备类型为modbus、104、CDT。
5.根据权利要求1所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法，其特征在于，所述根据devIoPoint.csv文件中某点的限制值设值，更改某点的状态和数值的步骤如下：
打开本地或远程访问数据库图形化界面，读取数据库信息；
选择输入输出并判断输入输出数据类型；
根据输入输出数据类型判断算法类型，如果是脚本则编写计算脚本，如果是库，则编写自定义算法库；
检查脚本语句合法性，并生成算法配置的AlarmConfig.xml文件。
6.一种实现如权利要求1-5任一项所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法的模拟电站数据环境的数字孪生系统，包括：
设备模型配置可视化单元，用于配置设备信息生成文件devInfo_PLC.xml文件以及配置点表信息生成devIoPoint.csv文件，并保存后形成一个基于项目的配置文件夹；
算法设计配置可视化单元，用于根据devIoPoint.csv文件中某点的限制值设值，更改某点的状态和数值，生成的AlarmConfig.xml文件，并以项目的方式保存生成的AlarmConfig.xml文件；
协议解析控制单元，用于基于配置文件，加载一体化SCADA系统的通讯协议，读取上述根据devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据，将数据通过配置的通讯通道发送给一体化SACADA系统；
算法运行控制单元，用于加载生成的AlarmConfig.xml文件，根据配置启动运行指定的算法，更新devIoPoint.csv文件设置的本地数据库数据。
7.根据权利要求6所述的一种数字孪生方法的模拟电站数据环境的数字孪生系统，其特征在于，可在嵌入式设备上运行，也可以在主机上运行，既可以在linux环境下运行，也可以在windows下运行。
8.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至5所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法中的任一步骤。
9.一种计算设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至5所述的一种模拟电站数据环境的数字孪生方法中的指令。
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