CN117612428A - 实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及一种实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法及系统。通过使用光纤局域网和IEC104协议进行数据交换，连接上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置，制定和分发仿真教案，进行联合运行和扰动分析，为调度员提供评分和事件记录。本发明将实时电磁暂态仿真装置与调度员培训仿真系统(DTS)结合，成功地突破了传统电力系统仿真的局限性，提供了一种更加全面、真实的仿真环境。此外，通过不同组件的协同工作，不仅加强了数据的交互性和实时性，还为调度员提供了更为丰富的仿真场景和数据分析，从而极大地提高了培训的效果和效率。
Description
技术领域
本发明属于电力系统仿真技术领域，具体涉及一种实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法及系统。
背景技术
随着电力系统的复杂性日益增加，电力系统的稳定性和可靠性成为了关键问题。为了提高调度员的应急响应能力和处理突发事件的技能，仿真训练成为了一种重要的培训方法。
传统的电力系统联合仿真主要针对电磁暂态与机电暂态的联合仿真，这种方法主要关注电力系统的物理特性和动态响应。但在实际的电力系统运行中，除了物理特性和动态响应，还有许多与运行和管理相关的因素需要考虑，如调度员的决策、系统的安全性和可靠性等。因此，将DTS与实时电磁暂态仿真结合起来，对于提高运行人员处置事故的能力非常重要。然而，目前还没有将DTS与实时电磁暂态仿真结合起来的方法。
发明内容
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是如何实现大规模复杂交直流电力系统的机电暂态、电磁暂态和混合暂态的实时仿真，以提高电力系统的安全性和可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法，包括：使用光纤局域网和IEC104协议进行数据交换，连接上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置，制定和分发仿真教案；上位机制定仿真教案，根据调度员的培训需求和水平，选择仿真区域、内容、扰动和评分标准，将教案分发给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；DTS系统和实时电磁暂态仿真装置根据教案的内容，分别完成主电网和变电站或者新能源电站的仿真，建立各自的拓扑结构、参数和仿真结果，存储在内存中；开始联合运行，DTS系统和实时电磁暂态仿真装置通过光纤局域网进行数据交换，DTS系统发送边界处的等值阻抗和电压，实时电磁暂态仿真装置发送功率结果和电压稳定性分析结果；在扰动发生时，DTS系统和实时电磁暂态仿真装置根据扰动所在的位置，进行相应的短路电流计算或发送扰动结果，模拟电力系统的突发情况；上位机接收来自历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置的数据，进行综合分析，根据仿真过程的稳定性和事故处理效果，为调度员提供评分和事件记录，供调度员查看和学习。
作为本发明所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法的一种优选方案，其中：所述使用光纤局域网和IEC104协议进行数据交换包括在高性能交换机上配置光纤局域网的拓扑结构，将上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置通过光纤连接到交换机上，分别分配端口号；
在上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上安装IEC104协议的软件，分别设置不同的通信地址，与端口号对应；
在上位机上启动IEC104协议的服务端，监听端口，等待其他部分的连接请求；
在历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上启动IEC 104协议的客户端，分别向上位机的2404端口发送连接请求，携带自己的通信地址和端口号；
上位机上收到连接请求后，根据通信地址和端口号，建立与其他部分的连接，分别发送连接确认，携带自己的通信地址和端口号；
历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上收到连接确认后，根据通信地址和端口号，确认与上位机的连接，完成通信互联装置的连接；
所述制定和分发仿真教案包括上位机使用基于XML的教案编辑器，编写仿真教案的内容，包括仿真的目标、场景、时间、扰动、评分标准；
根据教案的内容，将仿真区域划分为主电网和变电站或者新能源电站，将教案的相应部分分发给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；
使用TCP/IP协议，通过光纤局域网，将教案的数据包发送给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；
根据不同的调度员的培训需求和水平，选择不同的仿真区域和内容，以及不同的扰动类型和程度，以提高仿真教案的针对性和有效性。
作为本发明所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法的一种优选方案，其中：所述建立变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数包括实时电磁暂态仿真装置接收上位机发送的教案的数据包，解析教案的内容，根据教案的目标和场景，从数据库中提取变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数，包括节点、支路、发电机、负荷、变压器、断路器；实时电磁暂态仿真装置使用电磁暂态仿真软件，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数，进行电磁暂态仿真，得到变电站或者新能源电站的电磁暂态结果，包括节点电压、支路电流、发电机电压、负荷电流等；实时电磁暂态仿真装置将变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果存储在内存中。
作为本发明所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法的一种优选方案，其中：所述开始联合运行包括DTS系统进行周期性的动态潮流计算，并将边界处的等值阻抗和电压发送给实时电磁暂态仿真装置；
DTS系统根据教案的时间，开始联合运行，使用动态潮流计算软件，根据主电网的拓扑结构、参数和潮流结果，进行周期性的动态潮流计算，得到主电网的动态潮流结果，包括节点电压、支路功率、发电机出力、负荷消耗；
DTS系统根据主电网和变电站或者新能源电站的连接方式，确定边界处的节点，计算边界处的等值阻抗和电压；
所述等值阻抗的计算表示为：
其中，Zeq是等值阻抗，Vb是边界处的电压，Sb是边界处的功率，Sc是边界处的控制功率；
所述控制功率的计算表示为：
Sc＝kc·(Vb-Vr)
其中，kc是控制系数，Vr是参考电压；
所述控制系数的计算公式为：
其中，Zi是边界处的第i个支路的阻抗，n是边界处的支路的数量；
DTS系统使用IEC 104协议，通过光纤局域网，将边界处的等值阻抗和电压的数据包发送给实时电磁暂态仿真装置；
实时电磁暂态仿真装置根据DTS系统发送的边界处的等值阻抗和电压，进行实时电压稳定性分析，判断是否存在电压崩溃的风险，如果有，则向DTS系统发送电压崩溃的位置和程度；
实时电磁暂态仿真装置使用电压稳定性指数，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果，进行实时电压稳定性分析，判断是否存在电压崩溃的风险；电压稳定性指数的计算公式为：
其中，VSIi是节点i的电压稳定性指数，Pi和Qi是节点i的有功功率和无功功率，Vi是节点i的电压；电压稳定性指数越大，表示节点的电压越不稳定，越有可能发生电压崩溃；
实时电磁暂态仿真装置根据电压稳定性指数的大小，判断是否存在电压崩溃的风险，若有，则向DTS系统发送电压崩溃的位置和程度；电压崩溃的程度的计算公式为：
其中，VDi是节点i的电压崩溃的程度，Vr是参考电压，Vi是节点i的电压；电压崩溃的程度越大，表示节点的电压越低，越接近崩溃的临界点。
作为本发明所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法的一种优选方案，其中：所述联合运行包括实时电磁暂态仿真装置根据DTS系统发送的等值阻抗和电压，进行实时功率计算，并周期性地把功率结果发送给DTS系统；实时电磁暂态仿真装置接收DTS系统发送的等值阻抗和电压的数据包，解析等值阻抗和电压的值，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数，进行实时功率计算，得到变电站或者新能源电站的功率结果，包括节点功率、支路功率、发电机功率、负荷功率；实时功率计算的公式为：
其中，Pi是节点i的功率，Vi是节点i的电压，Gij和Bij是节点i和节点j之间的导纳矩阵的实部和虚部，θij是节点i和节点j之间的电压相角差，Pc是节点i的补偿功率；补偿功率的计算公式为：
Pc＝kp·(Pi-Pr)
其中，kp是补偿系数，Pr是参考功率；补偿系数的计算公式为：
其中，Pi是节点i的功率，n是节点的数量；实时电磁暂态仿真装置使用IEC 104协议，通过光纤局域网，将功率结果的数据包发送给DTS系统。
作为本发明所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法的一种优选方案，其中：所述模拟电力系统的突发情况包括DTS系统和实时电磁暂态仿真装置根据教案的内容，预设扰动的位置、类型、时间和持续时间；在扰动发生时，根据扰动所在的位置，进行相应的短路电流计算或发送扰动结果；
若扰动在主电网，则由DTS系统进行短路电流计算，使用对称分量法，根据主电网的拓扑结构、参数和动态潮流结果，计算短路电流的大小和方向；短路电流的计算公式为：
其中，If是短路电流，Vp是短路点的电压，Zp是短路点的正序阻抗，Zf是短路电阻；DTS系统将短路瞬间的边界处的等值阻抗和电压的数据包发送给实时电磁暂态仿真装置；
若扰动在变电站或新能源电站，则由实时电磁暂态仿真装置发送扰动后的结果至DTS系统，包括变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果的变化；实时电磁暂态仿真装置使用扰动敏感度，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果，进行扰动分析，判断扰动对电力系统的影响；扰动敏感度的计算公式为：
其中，DSi是节点i的扰动敏感度，ΔPi是节点i的功率变化，ΔPf是扰动点的功率变化；扰动敏感度越大，表示节点对扰动的影响越敏感，越容易发生不稳定或失效；实时电磁暂态仿真装置根据扰动敏感度的大小，判断扰动对电力系统的影响，如果较大，则向DTS系统发送扰动后的结果，包括变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果的变化。
作为本发明所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法的一种优选方案，其中：所述为调度员提供评分和事件记录包括上位机使用TCP/IP协议，通过光纤局域网，接收来自历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置的数据，包括历史仿真数据、主电网的动态潮流结果、变电站或者新能源电站的电磁暂态结果；上位机使用综合仿真分析软件，根据教案的评分标准，进行综合分析，得到仿真过程的稳定性和事故处理效果的评分和事件记录；评分标准包括电力系统的稳定性、安全性、可靠性、经济性指标；事件记录包括扰动的位置、类型、时间和持续时间，以及调度员的操作和反馈；上位机将评分和事件记录显示在屏幕上，供调度员查看和学习。
本发明的另外一个目的是提供一种基于应用层特征识别的TCP加密通信画像和风险识别系统，其能通过使用光纤局域网和IEC104协议进行数据交换，连接上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置，制定和分发仿真教案，进行联合运行和扰动分析，为调度员提供评分和事件记录，解决了现有电磁暂态仿真平台的建模仿真能力不足、仿真效率低下和服务决策能力弱的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于应用层特征识别的TCP加密通信画像和风险识别系统，包括上位机、历史服务器、DTS系统、实时电磁暂态仿真装置、以及通信互联装置；
所述通信互联装置负责连接上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；使用光纤局域网确保数据传输的高速度和低延迟；配置IEC 104协议，以实现各部分之间的互联互通；
所述上位机负责制定仿真教案，根据需要进行仿真的区域和内容，将教案分发给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；接收来自历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置的数据，进行综合分析；根据仿真过程的稳定性和事故处理效果，为调度员提供评分和事件记录；
所述历史服务器用于存储历史仿真数据，为上位机提供数据支持，帮助调度员分析历史事件和事故；在仿真过程中，实时收集并保存仿真数据，以备后续分析和回溯；
DTS系统用于在教案制定阶段，完成主电网的仿真；在联合运行阶段，进行周期性的动态潮流计算，并将边界处的等值阻抗和电压发送给实时电磁暂态仿真装置；在扰动发生时，如果扰动在主电网，则进行短路电流计算，并将短路瞬间的边界结果发送给实时电磁暂态仿真装置；
所述实时电磁暂态仿真装置在教案制定阶段，完成变电站或者新能源电站的仿真；在联合运行阶段，根据DTS系统发送的等值阻抗和电压，进行实时功率计算，并周期性地把功率结果发送给DTS系统；在扰动发生时，如果扰动在变电站或新能源电站，则将扰动后的结果发送至DTS系统。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明将实时电磁暂态仿真装置与调度员培训仿真系统(DTS)结合，成功地突破了传统电力系统仿真的局限性，提供了一种更加全面、真实的仿真环境。此外，通过不同组件的协同工作，不仅加强了数据的交互性和实时性，还为调度员提供了更为丰富的仿真场景和数据分析，从而极大地提高了培训的效果和效率。此发明对于提高电力系统运行人员的事故处理能力和应急响应技能具有显著的意义，同时也为电力系统的稳定性和可靠性研究提供了有力的工具。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为本发明一个实施例提供的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法的流程图。
图2为本发明一个实施例提供的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行系统的结构图。
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，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。
在下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它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，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。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1，为本发明的一个实施例，提供了实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法，包括：
S1：使用光纤局域网和IEC104协议进行数据交换，连接上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置，制定和分发仿真教案；
更进一步的，所述使用光纤局域网和IEC104协议进行数据交换包括在高性能交换机上配置光纤局域网的拓扑结构，将上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置通过光纤连接到交换机上，分别分配端口号；
在上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上安装IEC104协议的软件，分别设置不同的通信地址，与端口号对应；
在上位机上启动IEC104协议的服务端，监听端口，等待其他部分的连接请求；
在历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上启动IEC 104协议的客户端，分别向上位机的2404端口发送连接请求，携带自己的通信地址和端口号；
上位机上收到连接请求后，根据通信地址和端口号，建立与其他部分的连接，分别发送连接确认，携带自己的通信地址和端口号；
历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上收到连接确认后，根据通信地址和端口号，确认与上位机的连接，完成通信互联装置的连接。
更进一步的，所述制定和分发仿真教案包括使用基于XML的教案编辑器，编写仿真教案的内容，包括仿真的目标、场景、时间、扰动、评分标准；
根据教案的内容，将仿真区域划分为主电网和变电站或者新能源电站，将教案的相应部分分发给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；
使用TCP/IP协议，通过光纤局域网，将教案的数据包发送给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；
根据不同的调度员的培训需求和水平，选择不同的仿真区域和内容，以及不同的扰动类型和程度，以提高仿真教案的针对性和有效性。
应当说明的是，在两个系统之间进行数据交换时，为了保证大量数据传输的实时性和带宽需求，采用高性能光纤与以太网交换机。由于IEC 104协议建立在TCP协议基础上，自带有丢包处理与重传机制，可保证数据同步的可靠性。
上位机的用户界面建立在桌面开发软件上，运行环境为Linux，但使用方式与Windows的常规软件一致。
如果需要增加更多的仿真节点或模型，系统通过增加新的服务器以满足需求。
S2：DTS系统和实时电磁暂态仿真装置根据教案的内容，分别完成主电网和变电站或者新能源电站的仿真，建立各自的拓扑结构、参数和仿真结果，存储在内存中；
更进一步的，所述使用光纤局域网和IEC104协议进行数据交换包括在高性能交换机上配置光纤局域网的拓扑结构，将上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置通过光纤连接到交换机上，分别分配端口号；
在上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上安装IEC104协议的软件，分别设置不同的通信地址，与端口号对应；
在上位机上启动IEC104协议的服务端，监听端口，等待其他部分的连接请求；
在历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上启动IEC 104协议的客户端，分别向上位机的2404端口发送连接请求，携带自己的通信地址和端口号；
上位机上收到连接请求后，根据通信地址和端口号，建立与其他部分的连接，分别发送连接确认，携带自己的通信地址和端口号；
历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上收到连接确认后，根据通信地址和端口号，确认与上位机的连接，完成通信互联装置的连接；
所述制定和分发仿真教案包括上位机使用基于XML的教案编辑器，编写仿真教案的内容，包括仿真的目标、场景、时间、扰动、评分标准；
根据教案的内容，将仿真区域划分为主电网和变电站或者新能源电站，将教案的相应部分分发给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；
使用TCP/IP协议，通过光纤局域网，将教案的数据包发送给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；
根据不同的调度员的培训需求和水平，选择不同的仿真区域和内容，以及不同的扰动类型和程度，以提高仿真教案的针对性和有效性。
更进一步的，所述建立变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数包括实时电磁暂态仿真装置接收上位机发送的教案的数据包，解析教案的内容，根据教案的目标和场景，从数据库中提取变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数，包括节点、支路、发电机、负荷、变压器、断路器；实时电磁暂态仿真装置使用电磁暂态仿真软件，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数，进行电磁暂态仿真，得到变电站或者新能源电站的电磁暂态结果，包括节点电压、支路电流、发电机电压、负荷电流等；实时电磁暂态仿真装置将变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果存储在内存中。
S3：开始联合运行，DTS系统和实时电磁暂态仿真装置通过光纤局域网进行数据交换，DTS系统发送边界处的等值阻抗和电压，实时电磁暂态仿真装置发送功率结果和电压稳定性分析结果；
更进一步的，所述开始联合运行包括DTS系统进行1s至10s的周期性的动态潮流计算，并将边界处的等值阻抗和电压发送给实时电磁暂态仿真装置；
应当说明的是，算法为准稳态模型(也就是在常规潮流计算模型中增加系统频率等准稳态动态模型)。
DTS系统根据教案的时间，开始联合运行，使用动态潮流计算软件，根据主电网的拓扑结构、参数和潮流结果，进行周期性的动态潮流计算，得到主电网的动态潮流结果，包括节点电压、支路功率、发电机出力、负荷消耗；
DTS系统根据主电网和变电站或者新能源电站的连接方式，确定边界处的节点，计算边界处的等值阻抗和电压；
所述等值阻抗的计算表示为：
其中，Zeq是等值阻抗，Vb是边界处的电压，Sb是边界处的功率，Sc是边界处的控制功率；
所述控制功率的计算表示为：
Sc＝kc·(Vb-Vr)
其中，kc是控制系数，Vr是参考电压；
所述控制系数的计算公式为：
其中，Zi是边界处的第i个支路的阻抗，n是边界处的支路的数量；
DTS系统使用IEC 104协议，通过光纤局域网，将边界处的等值阻抗和电压的数据包发送给实时电磁暂态仿真装置；
实时电磁暂态仿真装置根据DTS系统发送的边界处的等值阻抗和电压，进行实时电压稳定性分析，判断是否存在电压崩溃的风险，如果有，则向DTS系统发送电压崩溃的位置和程度；
实时电磁暂态仿真装置使用电压稳定性指数，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果，进行实时电压稳定性分析，判断是否存在电压崩溃的风险；电压稳定性指数的计算公式为：
其中，VSIi是节点i的电压稳定性指数，Pi和Qi是节点i的有功功率和无功功率，Vi是节点i的电压；电压稳定性指数越大，表示节点的电压越不稳定，越有可能发生电压崩溃；
实时电磁暂态仿真装置根据电压稳定性指数的大小，判断是否存在电压崩溃的风险，若有，则向DTS系统发送电压崩溃的位置和程度；电压崩溃的程度的计算公式为：
其中，VDi是节点i的电压崩溃的程度，Vr是参考电压，Vi是节点i的电压；电压崩溃的程度越大，表示节点的电压越低，越接近崩溃的临界点。
更进一步的，所述联合运行包括实时电磁暂态仿真装置根据DTS系统发送的等值阻抗和电压，进行实时功率计算，并周期性地把功率结果发送给DTS系统；实时电磁暂态仿真装置接收DTS系统发送的等值阻抗和电压的数据包，解析等值阻抗和电压的值，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数，进行实时功率计算，得到变电站或者新能源电站的功率结果，包括节点功率、支路功率、发电机功率、负荷功率；实时功率计算的公式为：
其中，Pi是节点i的功率，Vi是节点i的电压，Gij和Bij是节点i和节点j之间的导纳矩阵的实部和虚部，θij是节点i和节点j之间的电压相角差，Pc是节点i的补偿功率；补偿功率的计算公式为：
Pc＝kp·(Pi-Pr)
其中，kp是补偿系数，Pr是参考功率；补偿系数的计算公式为：
其中，Pi是节点i的功率，n是节点的数量；实时电磁暂态仿真装置使用IEC 104协议，通过光纤局域网，将功率结果的数据包发送给DTS系统。
S4：在扰动发生时，DTS系统和实时电磁暂态仿真装置根据扰动所在的位置，进行相应的短路电流计算或发送扰动结果，模拟电力系统的突发情况；
更进一步的，所述模拟电力系统的突发情况包括DTS系统和实时电磁暂态仿真装置根据教案的内容，预设扰动的位置、类型、时间和持续时间；在扰动发生时，根据扰动所在的位置，进行相应的短路电流计算或发送扰动结果；
若扰动在主电网，则由DTS系统进行短路电流计算，使用对称分量法，根据主电网的拓扑结构、参数和动态潮流结果，计算短路电流的大小和方向；短路电流的计算公式为：
其中，If是短路电流，Vp是短路点的电压，Zp是短路点的正序阻抗，Zf是短路电阻；DTS系统将短路瞬间的边界处的等值阻抗和电压的数据包发送给实时电磁暂态仿真装置；
若扰动在变电站或新能源电站，则由实时电磁暂态仿真装置发送扰动后的结果至DTS系统，包括变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果的变化；实时电磁暂态仿真装置使用扰动敏感度，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果，进行扰动分析，判断扰动对电力系统的影响；扰动敏感度的计算公式为：
其中，DSi是节点i的扰动敏感度，ΔPi是节点i的功率变化，ΔPf是扰动点的功率变化；扰动敏感度越大，表示节点对扰动的影响越敏感，越容易发生不稳定或失效；实时电磁暂态仿真装置根据扰动敏感度的大小，判断扰动对电力系统的影响，如果较大，则向DTS系统发送扰动后的结果，包括变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果的变化。
S5：上位机接收来自历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置的数据，进行综合分析，根据仿真过程的稳定性和事故处理效果，为调度员提供评分和事件记录，供调度员查看和学习。
更进一步的，所述为调度员提供评分和事件记录包括上位机使用TCP/IP协议，通过光纤局域网，接收来自历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置的数据，包括历史仿真数据、主电网的动态潮流结果、变电站或者新能源电站的电磁暂态结果；上位机使用综合仿真分析软件，根据教案的评分标准，进行综合分析，得到仿真过程的稳定性和事故处理效果的评分和事件记录；评分标准包括电力系统的稳定性、安全性、可靠性、经济性指标；事件记录包括扰动的位置、类型、时间和持续时间，以及调度员的操作和反馈；上位机将评分和事件记录显示在屏幕上，供调度员查看和学习。
实施例2
本发明第二个实施例，其不同于前一个实施例的是：
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
实施例3
参照图2，为本发明的第三个实施例，该实施例提供了实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行系统，包括数据采集模块、设备定位模块、设备巡检模块、设备识别模块、设备评估模块和数据分析模块；
所述数据采集模块用于采集山地光伏电站的场址信息、设备信息、气象信息等数据，并将数据传输到后台数据库；
所述设备定位模块用于根据数据采集模块提供的数据，利用双卫星定位技术和地图APP导航技术，确定每个设备的安装位置和方向，并在地图上进行标注和显示；
所述设备巡检模块用于根据设备定位模块提供的数据，利用无人机航拍技术和二维码标识技术，对每个设备进行可视化巡检，并在手机或其他扫描设备上显示设备的信息和状态；
所述设备识别模块用于根据设备巡检模块提供的数据，利用IV智能扫描技术和红外成像技术，对每个设备进行智能识别，并判断设备是否存在故障或异常，并给出相应的提示和建议；
所述设备评估模块用于根据设备识别模块提供的数据，利用统计方法和动态规划算法，对每个设备进行科学评估，并计算出设备的运行性能、发电效率、经济收益等指标，并给出相应的评分和排名；
所述数据分析模块用于根据各个模块提供的数据，利用数据挖掘和可视化技术，对山地光伏电站的设备定位管理的效果进行分析和评价，并给出相应的报告和建议。
实施例4
本发明第四个实施例，提供了实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和实验进行科学论证。
DTS仿真系统模拟某地市供电公司的电网，该电网模型由能量管理系统导出，可以满足调度员培训需求，但是无法对新能源电站进行详细仿真。实时电磁暂态仿真装置针对风光新能源电站进行详细建模，并进一步通过两者互联，实现新能源电站与主电网的协调运行模拟。
以下是仿真主要规模：
由于现有方案要么对新能源电站进行详细建模，但是对主电网进行等值建模，不能反映主电网的动态过程；要么对主电网进行建模，无法对新能源电站进行详细建模，难以反映主电网与新能源电站之间的复杂交互。本方案两者结合，可以实现更加全面、真实的仿真。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围。
Claims (10)
1.实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法，其特征在于，包括：
使用光纤局域网和IEC104协议进行数据交换，连接上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置，制定和分发仿真教案；
DTS系统和实时电磁暂态仿真装置根据教案的内容，分别完成主电网和变电站或者新能源电站的仿真，建立各自的拓扑结构、参数和仿真结果，存储在内存中；
开始联合运行，DTS系统和实时电磁暂态仿真装置通过光纤局域网进行数据交换，DTS系统发送边界处的等值阻抗和电压，实时电磁暂态仿真装置发送功率结果和电压稳定性分析结果；
在扰动发生时，DTS系统和实时电磁暂态仿真装置根据扰动所在的位置，进行相应的短路电流计算或发送扰动结果，模拟电力系统的突发情况；
上位机接收来自历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置的数据，进行综合分析，根据仿真过程的稳定性和事故处理效果，为调度员提供评分和事件记录，供调度员查看和学习。
2.如权利要求1所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法，其特征在于：所述使用光纤局域网和IEC104协议进行数据交换包括在高性能交换机上配置光纤局域网的拓扑结构，将上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置通过光纤连接到交换机上，分别分配端口号；
在上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上安装IEC104协议的软件，分别设置不同的通信地址，与端口号对应；
在上位机上启动IEC104协议的服务端，监听端口，等待其他部分的连接请求；
在历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上启动IEC 104协议的客户端，分别向上位机的2404端口发送连接请求，携带自己的通信地址和端口号；
上位机上收到连接请求后，根据通信地址和端口号，建立与历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置的连接，分别发送连接确认，携带自己的通信地址和端口号；
历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置上收到连接确认后，根据通信地址和端口号，确认与上位机的连接，完成通信互联装置的连接；
所述制定和分发仿真教案包括上位机使用基于XML的教案编辑器，编写仿真教案的内容，包括仿真的目标、场景、时间、扰动、评分标准；
根据教案的内容，将仿真区域划分为主电网和变电站或者新能源电站，将教案的对应部分分发给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；
使用TCP/IP协议，通过光纤局域网，将教案的数据包发送给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；
根据不同的调度员的培训需求和水平，选择不同的仿真区域、内容以及不同的扰动类型和程度，提高仿真教案的针对性和有效性。
3.如权利要求2所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法，其特征在于：所述建立变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数包括实时电磁暂态仿真装置接收上位机发送的教案的数据包，解析教案的内容，根据教案的目标和场景，从数据库中提取变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数，包括节点、支路、发电机、负荷、变压器、断路器；实时电磁暂态仿真装置使用电磁暂态仿真软件，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数，进行电磁暂态仿真，得到变电站或者新能源电站的电磁暂态结果，包括节点电压、支路电流、发电机电压、负荷电流；实时电磁暂态仿真装置将变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果存储在内存中。
4.如权利要求3所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法，其特征在于：所述开始联合运行包括DTS系统进行1s至10s周期性的动态潮流计算，并将边界处的等值阻抗和电压发送给实时电磁暂态仿真装置；
DTS系统根据教案的时间，开始联合运行，使用动态潮流计算软件，根据主电网的拓扑结构、参数和潮流结果，进行周期性的动态潮流计算，得到主电网的动态潮流结果，包括节点电压、支路功率、发电机出力、负荷消耗；
DTS系统根据主电网和变电站或者新能源电站的连接方式，确定边界处的节点，计算边界处的等值阻抗和电压；
所述等值阻抗的计算表示为：
其中，Zeq是等值阻抗，Vb是边界处的电压，Sb是边界处的功率，Sc是边界处的控制功率；
所述控制功率的计算表示为：
Sc＝kc·(Vb-Vr)
其中，kc是控制系数，Vr是参考电压；
所述控制系数的计算公式为：
其中，Zi是边界处的第i个支路的阻抗，n是边界处的支路的数量；
DTS系统使用IEC 104协议，通过光纤局域网，将边界处的等值阻抗和电压的数据包发送给实时电磁暂态仿真装置；
实时电磁暂态仿真装置根据DTS系统发送的边界处的等值阻抗和电压，进行实时电压稳定性分析，判断是否存在电压崩溃的风险，如果有，则向DTS系统发送电压崩溃的位置和程度；
实时电磁暂态仿真装置使用电压稳定性指数，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果，进行实时电压稳定性分析，判断是否存在电压崩溃的风险；电压稳定性指数的计算公式为：
其中，VSIi是节点i的电压稳定性指数，Pi和Qi是节点i的有功功率和无功功率，Vi是节点i的电压；电压稳定性指数越大，表示节点的电压越不稳定，越有可能发生电压崩溃；
实时电磁暂态仿真装置根据电压稳定性指数的大小，判断是否存在电压崩溃的风险，若有，则向DTS系统发送电压崩溃的位置和程度；电压崩溃的程度的计算公式为：
其中，VDi是节点i的电压崩溃的程度，Vr是参考电压，Vi是节点i的电压；电压崩溃的程度越大，表示节点的电压越低，越接近崩溃的临界点。
5.如权利要求4所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法，其特征在于：所述联合运行包括实时电磁暂态仿真装置根据DTS系统发送的等值阻抗和电压，进行实时功率计算，并周期性地把功率结果发送给DTS系统；实时电磁暂态仿真装置接收DTS系统发送的等值阻抗和电压的数据包，解析等值阻抗和电压的值，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构和参数，进行实时功率计算，得到变电站或者新能源电站的功率结果，包括节点功率、支路功率、发电机功率、负荷功率；实时功率计算的公式为：
其中，Pi是节点i的功率，Vi是节点i的电压，Gij和Bij是节点i和节点j之间的导纳矩阵的实部和虚部，θij是节点i和节点j之间的电压相角差，Pc是节点i的补偿功率；补偿功率的计算公式为：
Pc＝kp·(Pi-Pr)
其中，kp是补偿系数，Pr是参考功率；其中，补偿系数的计算公式为：
其中，Pi是节点i的功率，n是节点的数量；实时电磁暂态仿真装置使用IEC 104协议，通过光纤局域网，将功率结果的数据包发送给DTS系统。
6.如权利要求5所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法，其特征在于，所述模拟电力系统的突发情况包括DTS系统和实时电磁暂态仿真装置根据教案的内容，预设扰动的位置、类型、时间和持续时间；在扰动发生时，根据扰动所在的位置，进行相应的短路电流计算或发送扰动结果；
若扰动在主电网，则由DTS系统进行短路电流计算，使用对称分量法，根据主电网的拓扑结构、参数和动态潮流结果，计算短路电流的大小和方向；短路电流的计算公式为：
其中，If是短路电流，Vp是短路点的电压，Zp是短路点的正序阻抗，Zf是短路电阻；DTS系统将短路瞬间的边界处的等值阻抗和电压的数据包发送给实时电磁暂态仿真装置；
若扰动在变电站或新能源电站，则由实时电磁暂态仿真装置发送扰动后的结果至DTS系统，包括变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果的变化；实时电磁暂态仿真装置使用扰动敏感度，根据变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果，进行扰动分析，判断扰动对电力系统的影响；扰动敏感度的计算公式为：
其中，DSi是节点i的扰动敏感度，ΔPi是节点i的功率变化，ΔPf是扰动点的功率变化；扰动敏感度越大，表示节点对扰动的影响越敏感，越容易发生不稳定或失效；实时电磁暂态仿真装置根据扰动敏感度的大小，判断扰动对电力系统的影响，如果较大，则向DTS系统发送扰动后的结果，包括变电站或者新能源电站的拓扑结构、参数和电磁暂态结果的变化。
7.如权利要求6所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法，其特征在于：所述为调度员提供评分和事件记录包括上位机使用TCP/IP协议，通过光纤局域网，接收来自历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置的数据，包括历史仿真数据、主电网的动态潮流结果、变电站或者新能源电站的电磁暂态结果；上位机使用综合仿真分析软件，根据教案的评分标准，进行综合分析，得到仿真过程的稳定性和事故处理效果的评分和事件记录；评分标准包括电力系统的稳定性、安全性、可靠性、经济性指标；事件记录包括扰动的位置、类型、时间和持续时间，以及调度员的操作和反馈；上位机将评分和事件记录显示在屏幕上，供调度员查看和学习。
8.一种采用如权利要求1～7任一所述的实时电磁暂态仿真与调度员培训仿真联合运行方法的系统，其特征在于：包括上位机、历史服务器、DTS系统、实时电磁暂态仿真装置、以及通信互联装置；
所述通信互联装置负责连接上位机、历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；使用光纤局域网确保数据传输的高速度和低延迟；配置IEC 104协议，以实现各部分之间的互联互通；
所述上位机负责制定仿真教案，根据需要进行仿真的区域和内容，将教案分发给DTS系统和实时电磁暂态仿真装置；接收来自历史服务器、DTS系统和实时电磁暂态仿真装置的数据，进行综合分析；根据仿真过程的稳定性和事故处理效果，为调度员提供评分和事件记录；
所述历史服务器用于存储历史仿真数据，为上位机提供数据支持，帮助调度员分析历史事件和事故；在仿真过程中，实时收集并保存仿真数据，以备后续分析和回溯；
DTS系统用于在教案制定阶段，完成主电网的仿真；在联合运行阶段，进行周期性的动态潮流计算，并将边界处的等值阻抗和电压发送给实时电磁暂态仿真装置；在扰动发生时，如果扰动在主电网，则进行短路电流计算，并将短路瞬间的边界结果发送给实时电磁暂态仿真装置；
所述实时电磁暂态仿真装置在教案制定阶段，完成变电站或者新能源电站的仿真；在联合运行阶段，根据DTS系统发送的等值阻抗和电压，进行实时功率计算，并周期性地把功率结果发送给DTS系统；在扰动发生时，如果扰动在变电站或新能源电站，则将扰动后的结果发送至DTS系统。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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