專利名稱：區域電網調控一體計算機仿真系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種計算機仿真系統，特別是一種區域電網調控一體計算機仿真系統。
背景技術：
區域電網中包括變電站以及輸電電網，現有技術中變電站和輸電電網分別獨立控制，在控制上二者之間并無太多的交互，其中變電站由監控員監控，輸電電網則由調度員調度，為了培訓監控員，設置了變電站監控仿真系統，同樣，為了培訓調度員，則設置了輸電電網調度仿真系統，這些仿真系統也各自獨立并不進行任何交互。但上述的變電站和輸電電網的各自獨立調控已經不能滿足現代大電網的調控需求，其事故處理效率和日常操作效率不能滿足需求，而若將區域內的變電站和輸電電網組成一體進行調控，又存在調度員對變電站不熟悉，監控員對輸電電網不熟悉的問題。發明構成
本發明的目的在于克服現有技術中的不足之處，而提供一種可以仿真區域電網內變電站以及輸電電網的運行狀況、運行信息以及變電站與輸電電網交互后的運行狀況信息，并可模擬故障并進行模擬一體調控的區域電網調控一體計算機仿真系統。本發明的目的是通過以下途徑來實現的。區域電網調控一體計算機仿真系統，其組成要點在于，包括變電站仿真系統、變電站綜合自動化控制仿真系統、電網仿真系統、電網SCADA調度仿真系統、教員和學員系統以及仿真運行支撐系統，變電站仿真系統、變電站綜合自動化控制仿真系統、電網仿真系統、電網SCADA調度仿真系統各自基于CPU以及數據庫計算并生成、存儲所模擬的數字信息，教員和學員系統基于CPU以及數據庫計算并生成、存儲教案數字信息、模擬調度命令數字信息以及學院管理數字信息等，它還包括有教員計算機操作終端和學員計算機操作終端，上述各數字信息通過各自系統分別與基于中央CPU以及中央數據庫而生成的仿真運行支撐系統的連接將該等信息傳遞給仿真運行支撐系統，變電站仿真系統與變電站綜合自動化控制仿真系統交互連接并計算控制生成交互信息交互傳遞給仿真運行支撐系統，電網仿真系統與電網SCADA調度仿真系統交互連接并計算控制生成交互信息交互傳遞給仿真運行支撐系統，上述各連接基于計算機網絡連接，教員通過教員計算機操作終端以數字信息模擬設置各種運行狀態以及各種故障數字信息，各地學員在教員的指揮下通過各自的學員計算機操作終端進行協同配合操作及事故處理訓練。上述各系統中變電站仿真系統和電網仿真系統是設備仿真系統，而變電站綜合自動化控制仿真系統和電網SCADA調度仿真系統是對應運行控制其設備仿真系統的控制仿真系統。上述各系統的仿真數字模型與仿真運行支撐系統的交互，設備仿真數字模型與各自運行控制系統仿真數字模型的交互以及所計算生成的交互信息與仿真運行支撐系統的交互，實現了區域電網范圍內的全范圍、全過程、全場景的仿真，在此基礎上，基于計算機網絡系統以及計算機操作終端，可以對調控中心調度員、監控員、運行所操作員進行全方位調控一體培訓，既可進行單站模式訓練，也可進行調控一體化模式訓練，滿足現場運行管理模式變化和培訓需求變化。這是本發明區別于現有技術的優點。


附圖是本發明所述的區域電網調控一體計算機仿真系統結構方框圖。下面結合附圖對本發明進行更詳盡的描述。
具體實施例方式最佳實施例
參照附圖1，區域電網調控一體計算機仿真系統，包括變電站仿真系統、變電站綜合自 動化控制仿真系統、電網仿真系統、電網SCADA調度仿真系統、教員和學員系統以及仿真運行支撐系統，變電站仿真系統、變電站綜合自動化控制仿真系統、電網仿真系統、電網SCADA調度仿真系統各自基于CPU以及數據庫計算并生成、存儲所模擬的數字信息，教員和學員系統基于CPU以及數據庫計算并生成、存儲教案數字信息、模擬調度命令數字信息以及學院管理數字信息等，它還包括有教員計算機操作終端和學員計算機操作終端，上述各數字信息通過各自系統分別與基于中央CPU以及中央數據庫而生成的仿真運行支撐系統的連接將該等信息傳遞給仿真運行支撐系統，變電站仿真系統與變電站綜合自動化控制仿真系統交互連接并計算控制生成交互信息交互傳遞給仿真運行支撐系統，電網仿真系統與電網SCADA調度仿真系統交互連接并計算控制生成交互信息交互傳遞給仿真運行支撐系統，上述各連接基于計算機網絡連接，教員通過教員計算機操作終端以數字信息模擬設置各種運行狀態以及各種故障數字信息，各地學員在教員的指揮下通過各自的學員計算機操作終端進行協同配合操作及事故處理訓練。仿真運行支撐系統中，包括有交互連接通信和計算控制的數據庫系統、軟件支撐系統以及應用軟件，其中
數據庫系統采用商用關系數據庫與實時數據庫相結合的方式，既保證數據訪問、數據處理的實時響應性，又能滿足對外部系統接口的標準性和開放性。商用數據庫采用當前世界上廣泛使用的關系數據庫系統，用戶可以根據實際情況自選。軟件支撐系統采用可以支持交互式、分布式仿真系統的仿真軟件開發平臺，解決了分布式仿真培訓系統的互操作和可擴充性問題，可以將電網仿真、變電站仿真集成到一個綜合的仿真環境中，滿足仿真培訓的需要。另外在軟件結構上，仿真軟件支撐系統采用總線式對稱體系結構，具有良好的規模可伸縮性和擴充性，將電網仿真、變電站仿真和變電站綜合自動化后臺仿真集成到一個綜合的仿真環境中，能夠滿足各種規模電網多級聯合仿真培訓系統的需要，可以進行調控一體化監控員和操作員的培訓。為充分考慮使用的方便性和可維護性、提高系統開發速度和性能價格比，電網部分采用圖形、數據庫和仿真模型的一體化技術，為數據錄入提供了直觀的、圖形化的輸入工具，自動生成電網拓撲參數，系統中還采取了多種有效措施，保證數據正確可靠，達到一次輸入，全局共享的目的。在應用軟件上將變電站三維場景仿真、電網仿真、變電站監控系統仿真、變電站仿真有機結合為一體化系統，實現了變電站三維全范圍仿真培訓，可以正確地反映電網、變電站監控系統和變電站之間相互作用、相互影響的關系，提高了整個仿真培訓系統的一致性和真實性。系統中的各個計算機的通信均采用ISO標準、IEC標準、ITU標準以及在計算機網絡和通信中最廣泛采用的TCP/IP協議，充分體現了系統的開放性，以達到開放系統的互連(任何使用上述標準和通信協議的計算機將十分容易、方便地與本系統進行互連，實現信息交換)，因此系統能滿足可靠性和可擴充性的要求。在變電站仿真系統中，在變電站的一、二次設備仿真和一、二次設備巡視系統中，采用基于OpenGL的虛擬現實技術，開發了變電站一、二次設備三維交互式虛擬場景系統，實現了變電站一、二次設備的三維重現，形象地反映了設備的正常、異常、事故狀態及其動作過程，不但可以對虛擬場景中的設備巡視、檢查、漫游，而且可以進行虛擬操作，提高了系統的真實感、現場感。變電站監控系統仿真是模擬監控系統的功能和人機界面的功能和人機界面，為學員提供一個虛擬的監控系統。變電站部分采用面向物理設備的組件技術，為變電站中的各種一二次設備開發成一個個獨立的、可復用的仿真組件，將仿真組件裝配成完整的變電站仿真應用系統，其結構更加簡潔、易于調整，開發更加容易，質量更有保證。這些技術的應用大大提高了系統開發的效率和質量，同時也使得系統易于修改、升級和維護。在仿真運行支撐系統中，電網仿真系統能夠為變電站仿真提供正確的潮流數據和保護動作信息，并反映各變電站之間相互作用和相互影響，同時電網仿真還擔負著整個仿真系統的時間推進的任務。在電網仿真的電網結構形成中，以福建省網架為基礎，使得仿真電網具有與真實電網相似的運行工況，系統參數、電壓、頻率、潮流等數據完全符合現場實際，從而保證了電網仿真的準確性和真實性。在電網仿真的建模和方法上，建立電力系統各元件的動態數學模型，采用暫態、中期、長過程一體化計算方法，實現對電網的動態模擬。在繼電保護和自動裝置的仿真上，采用定值仿真的方法進行繼電保護和自動裝置的模擬，實現全網保護和自動裝置的實時配合。為了保證整個變電站仿真系統仿真的真實性，需要建立與真實電網相似的仿真電網。在仿真電網中，以福建省電網為原型,形成500kV電壓等級為主的環型電網，以220kV電壓等級為輔的輻射型配電網，其中詳細模擬的變電站與實際基本一致，考慮將來的擴建，其它各變電站的接線方式綜合真實電網中變電站的不同典型接線方式，電網的運行工況也同樣考慮真實電網的不同運行方式，并且根據電網的運行情況，選取適當的網絡參數，保證仿真電網的電壓、頻率、潮流等數據符合現場實際。電網仿真的真實性取決于電網中各元件所采用模型的準確性，為了能夠真實地再現各種操作、異常乃至故障情況下電網的潮流分布和動態過程，所選的元件動態模型必須具有足夠的精度。另一方面，電網仿真又必須滿足實時性的要求，對各種操作或故障應有快速的實時響應，這又要求在保證不影響仿真精度的前提下，對元件的動態模型作適當的簡化。TS2000系統為了能夠讓學員比較全面地了解系統中各元件的動態特性，同時也為了便于進行應用和研究，對每一種元件建立了多種不同復雜程度的的動態模型，可以根據 仿真的具體需要任意選擇并自動組裝。
繼電保護和自動裝置的模擬是電網仿真的一個主要功能，一般采用的方法有邏輯判斷和定值比較兩種方法。邏輯判斷法快速、簡單直接，定值比較法更為準確，可靠性高，適應性強，但耗時較多。本系統采用定值比較和邏輯判斷相結合方法，對于定值完備的仿真變電站，基于電氣量啟動的保護采用定值比較法，基于對于不適用于定值比較法(如非電氣量保護)的保護采用邏輯判斷法，對缺少定值的其它變電站采用邏輯判斷法。由于在故障計算和動態計算采用了先進的計算方法，提高了計算速度，本系統定值比較法能夠很好地滿足實時性的要求。

局部電網故障計算和基于定值比較的保護域仿真技術是指為準確模擬故障時保護動作情況，在故障發生時對故障點周圍電網進行短路潮流計算，得到各個支路電流和母線的電壓，然后與各個保護裝置的定值進行比較，以此決定保護是否動作。該技術與純邏輯啟動相比，避免了復雜的邏輯判斷，具有保護動作更準確、現象更真實、自適應性更強的特點，有利于培訓質量的提高。教員和學員系統中的教員系統可以用來修改各個數據庫及畫面，控制訓練進程的啟動、停止，亦可控制訓練過程中人為改變系統狀態或設置故障，還可以生成教案，模擬調度命令和學員管理。在分層分布式遠程培訓模式下，教練員臺可以實現培訓中心對各電業局、培訓中心對各超高壓公司的遠程聯合在線培訓，各地學員可在教員的指揮下協同配合，進行操作或者事故處理訓練。教練員臺能控制訓練進程的啟動、停止，在訓練過程中可隨時人為改變系統狀態或設置故障，并可遠程獲取培訓記錄報表，依此對培訓效果做出評估。分布式網絡環境下的每臺計算機都可以運行多種仿真應用程序，充當不同的角色，展示不同的培訓界面。教員能夠通過教員系統設置計算機的角色和組別，把仿真運行環境分解成多個培訓區域，每個培訓區域運行一個仿真系統實例，仿真實例之間互相獨立，互不干擾；同時，教員可以根據培訓需要，裁剪培訓區域中的仿真實例，把仿真實例配置成不同的培訓模式。學員系統直接提供人機交互操作界面。學員通過人機交互進行正常操作、事故處理、異常處理等。變電站學員席提供變電站主控制室及一次設備的仿真人機界面
“調控一體”仿真培訓系統既不同于電網仿真，也不同于變電站仿真，它是在調度自動化系統(EMS系統)的基礎上，增加或修改系統配置和軟件功能，實現調度、監控功能的一體化設計、統一管理和分責維護，在調控系統界面中實時反映電網和變電站的運行狀態，調控仿真系統具有信號分類功能和緊急操作功能，可為福建電網調控中心調度員、監控員，運行所操作員等人員提供了全范圍、全過程、全場景的技能培訓、考核以及聯合仿真培訓與反事故演習的綜合培訓平臺。本發明所述技術方案的技術特點如下
(一)基于變電站一次系統、二次系統的詳細仿真模型及地區電網調控一體化系統詳細仿真，實現了福建地區電網調控一體的全范圍、全過程、全場景的仿真，可以對調控中心調度員、監控員，運行所操作員進行全方位的培訓。整個培訓系統具有很強的適應性，即可進行單站模式培訓，也可進行調控一體化模式培訓，滿足現場運行管理模式變化和培訓需求變化。(二)系統采用了基于定值比較的保護域仿真技術。繼電保護模型采用與實際設備相同的實現方式，即由短路電流計算結果與預設的整定值進行比較，電壓、電流及時間定值等均按此實現，決定動作行為，從而可以正確反映變電站、綜合自動化系統和電網的相互作用、相互影響，提高了整個仿真培訓系統的真實性和正確性。(三)仿真支撐系統采用可以支持交互式、分布式仿真系統的仿真軟件開發平臺。它結合了電網仿真/變電站仿真/變電站綜合自動化系統仿真/調控一體化系統仿真的特點，解決了交互式、分布式仿真培訓系統中仿真應用之間互操作性、分布性和時空一致性問題，可以將電網仿真、變電站仿真、變電站綜合自動化系統仿真、教員與學員系統集成到一個綜合的仿真環境中，滿足仿真培訓系統的目前和未來發展需要。(四)仿真軟件支撐系統采用基于CEPRI-RTI的總線式對稱體系結構，具有良好的規模可伸縮性和擴充性，采用分布式數據存儲和數據過濾技術，占用網絡流量非常小，能夠滿足各種規模的局域網和遠程及分層分布式仿真培訓系統的需要。(五)仿真系統便于維護、修改，采用了圖形系統和仿真模型的一體化技術；仿真支撐軟件的模型管理系統采用面向對象可視化圖形建模技術。
(六)為提高仿真系統的開發速度，開發了基于plug-in技術的三維場景建模系統，實現了一次設備建模系統與商用三維建模軟件的無縫連接，形成了新型的、功能強大的三維場景建模系統。建模系統能夠利用商用軟件的強大功能進行三維圖形建模，利用插件實現三維圖形與電力設備數據的自動綁定，具有功能強大、建模效率高、簡單易用的優點。(七)采用動態菜單、動態圖符和動態工具條等動態人機界面技術，實現多種變電站監控系統人機界面和調控一體化調控中心監視界面的支持，保證整個培訓系統的多種適應性，
(A)發展了一些先進的電力系統仿真技術，實現了電力系統暫態與中長期過程的統一仿真，提高了電網及變電站仿真的精度，不僅可以顯示系統在操作后的穩態，而且可以顯示系統事故發展的全過程，使受訓人員對事故有一個全面、清晰的認識。(九)變電站一、二次設備采用虛擬現實技術進行三維重現，可以在虛擬場景中進行設備巡視、檢查、漫游和虛擬操作，能夠動態反映開關、刀閘等設備的分合過程和GIS設備的拐臂的運動過程，系統形象、生動、逼真。(十)仿真系統可以進行變電運行專業的多種技能培訓。監視、巡視與維護，刀閘操作，事故處理，異常處理，布置安全措施的培訓項目均可在此系統內進行。(十一)開發了靈活的教練員臺系統，滿足了仿真機房本地培訓和遠程分層分布遠程培訓的需求。教員能夠把仿真運行環境分解成多個培訓區域，每個培訓區域運行一個仿真實例，仿真實例之間互相獨立，互不干擾；教員還可以根據培訓需要，裁剪培訓區域中的仿真實例，把仿真實例配置成不同的培訓模式；具有支持網絡環境下多個培訓模式不同的仿真實例并行運行的能力；學員在仿真系統上進行的正常操作、事故處理和異常處理的全部操作過程均由計算機實時記錄，教員可根據該記錄對學員的操作過程進行評估。(十二)站內交直流系統依據現場收集到的交直流系統圖，詳細模擬實際的拓撲關系，能夠延伸至端子箱，實現雙回路的倒換、并列等功能；對重要的空開、熔絲進行詳細仿真。本發明未述部分與現有技術相同。
權利要求
1.區域電網調控一體計算機仿真系統，其特征在于，包括變電站仿真系統、變電站綜合自動化控制仿真系統、電網仿真系統、電網SCADA調度仿真系統、教員和學員系統以及仿真運行支撐系統，變電站仿真系統、變電站綜合自動化控制仿真系統、電網仿真系統、電網SCADA調度仿真系統各自基于CPU以及數據庫計算并生成、存儲所模擬的數字信息，教員和學員系統基于CPU以及數據庫計算并生成、存儲教案數字信息、模擬調度命令數字信息以及學院管理數字信息，它還包括有教員計算機操作終端和學員計算機操作終端，上述各數字信息通過各自系統分別與基于中央CPU以及中央數據庫而生成的仿真運行支撐系統的連接將該等信息傳遞給仿真運行支撐系統，變電站仿真系統與變電站綜合自動化控制仿真系統交互連接并計算控制生成交互信息交互傳遞給仿真運行支撐系統，電網仿真系統與電網SCADA調度仿真系統交互連接并計算控制生成交互信息交互傳遞給仿真運行支撐系統，上述各連接基于計算機網絡連接，教員通過教員計算機操作終端以數字信息模擬設置各種運行狀態以及各種故障數字信息，各地學員在教員的指揮下通過各自的學員計算機操作終端進行協同配合操作及事故處理訓練。
全文摘要
本發明涉及一種計算機仿真系統，特別是一種區域電網調控一體計算機仿真系統,包括變電站仿真系統、變電站綜合自動化控制仿真系統、電網仿真系統、電網SCADA調度仿真系統、教員和學員系統以及仿真運行支撐系統，上述各系統的仿真數字模型與仿真運行支撐系統的交互，設備仿真數字模型與各自運行控制系統仿真數字模型的交互以及所計算生成的交互信息與仿真運行支撐系統的交互，實現了區域電網范圍內的全范圍、全過程、全場景的仿真，在此基礎上，基于計算機網絡系統以及計算機操作終端，可以對調控中心調度員、監控員、運行所操作員進行全方位調控一體培訓，既可進行單站模式訓練，也可進行調控一體化模式訓練，滿足現場運行管理模式變化和培訓需求變化。
文檔編號G09B9/00GK102663912SQ201210065720
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月14日 優先權日2012年3月14日
發明者劉婷, 張豐, 朱菁, 羅松, 郭碧嬡, 郭飛云, 金昌榕, 陳余航, 陳大鳳, 陳昊, 高秋鋒 申請人:福建省電力有限公司培訓中心