专利名称：区域电网调控一体计算机仿真系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机仿真系统，特别是一种区域电网调控一体计算机仿真系统。
背景技术：
区域电网中包括变电站以及输电电网，现有技术中变电站和输电电网分别独立控制，在控制上二者之间并无太多的交互，其中变电站由监控员监控，输电电网则由调度员调度，为了培训监控员，设置了变电站监控仿真系统，同样，为了培训调度员，则设置了输电电网调度仿真系统，这些仿真系统也各自独立并不进行任何交互。但上述的变电站和输电电网的各自独立调控已经不能满足现代大电网的调控需求，其事故处理效率和日常操作效率不能满足需求，而若将区域内的变电站和输电电网组成一体进行调控，又存在调度员对变电站不熟悉，监控员对输电电网不熟悉的问题。发明构成
本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，而提供一种可以仿真区域电网内变电站以及输电电网的运行状况、运行信息以及变电站与输电电网交互后的运行状况信息，并可模拟故障并进行模拟一体调控的区域电网调控一体计算机仿真系统。本发明的目的是通过以下途径来实现的。区域电网调控一体计算机仿真系统，其组成要点在于，包括变电站仿真系统、变电站综合自动化控制仿真系统、电网仿真系统、电网SCADA调度仿真系统、教员和学员系统以及仿真运行支撑系统，变电站仿真系统、变电站综合自动化控制仿真系统、电网仿真系统、电网SCADA调度仿真系统各自基于CPU以及数据库计算并生成、存储所模拟的数字信息，教员和学员系统基于CPU以及数据库计算并生成、存储教案数字信息、模拟调度命令数字信息以及学院管理数字信息等，它还包括有教员计算机操作终端和学员计算机操作终端，上述各数字信息通过各自系统分别与基于中央CPU以及中央数据库而生成的仿真运行支撑系统的连接将该等信息传递给仿真运行支撑系统，变电站仿真系统与变电站综合自动化控制仿真系统交互连接并计算控制生成交互信息交互传递给仿真运行支撑系统，电网仿真系统与电网SCADA调度仿真系统交互连接并计算控制生成交互信息交互传递给仿真运行支撑系统，上述各连接基于计算机网络连接，教员通过教员计算机操作终端以数字信息模拟设置各种运行状态以及各种故障数字信息，各地学员在教员的指挥下通过各自的学员计算机操作终端进行协同配合操作及事故处理训练。上述各系统中变电站仿真系统和电网仿真系统是设备仿真系统，而变电站综合自动化控制仿真系统和电网SCADA调度仿真系统是对应运行控制其设备仿真系统的控制仿真系统。上述各系统的仿真数字模型与仿真运行支撑系统的交互，设备仿真数字模型与各自运行控制系统仿真数字模型的交互以及所计算生成的交互信息与仿真运行支撑系统的交互，实现了区域电网范围内的全范围、全过程、全场景的仿真，在此基础上，基于计算机网络系统以及计算机操作终端，可以对调控中心调度员、监控员、运行所操作员进行全方位调控一体培训，既可进行单站模式训练，也可进行调控一体化模式训练，满足现场运行管理模式变化和培训需求变化。这是本发明区别于现有技术的优点。
附图是本发明所述的区域电网调控一体计算机仿真系统结构方框图。下面结合附图对本发明进行更详尽的描述。
具体实施例方式最佳实施例
参照附图1，区域电网调控一体计算机仿真系统，包括变电站仿真系统、变电站综合自 动化控制仿真系统、电网仿真系统、电网SCADA调度仿真系统、教员和学员系统以及仿真运行支撑系统，变电站仿真系统、变电站综合自动化控制仿真系统、电网仿真系统、电网SCADA调度仿真系统各自基于CPU以及数据库计算并生成、存储所模拟的数字信息，教员和学员系统基于CPU以及数据库计算并生成、存储教案数字信息、模拟调度命令数字信息以及学院管理数字信息等，它还包括有教员计算机操作终端和学员计算机操作终端，上述各数字信息通过各自系统分别与基于中央CPU以及中央数据库而生成的仿真运行支撑系统的连接将该等信息传递给仿真运行支撑系统，变电站仿真系统与变电站综合自动化控制仿真系统交互连接并计算控制生成交互信息交互传递给仿真运行支撑系统，电网仿真系统与电网SCADA调度仿真系统交互连接并计算控制生成交互信息交互传递给仿真运行支撑系统，上述各连接基于计算机网络连接，教员通过教员计算机操作终端以数字信息模拟设置各种运行状态以及各种故障数字信息，各地学员在教员的指挥下通过各自的学员计算机操作终端进行协同配合操作及事故处理训练。仿真运行支撑系统中，包括有交互连接通信和计算控制的数据库系统、软件支撑系统以及应用软件，其中
数据库系统采用商用关系数据库与实时数据库相结合的方式，既保证数据访问、数据处理的实时响应性，又能满足对外部系统接口的标准性和开放性。商用数据库采用当前世界上广泛使用的关系数据库系统，用户可以根据实际情况自选。软件支撑系统采用可以支持交互式、分布式仿真系统的仿真软件开发平台，解决了分布式仿真培训系统的互操作和可扩充性问题，可以将电网仿真、变电站仿真集成到一个综合的仿真环境中，满足仿真培训的需要。另外在软件结构上，仿真软件支撑系统采用总线式对称体系结构，具有良好的规模可伸缩性和扩充性，将电网仿真、变电站仿真和变电站综合自动化后台仿真集成到一个综合的仿真环境中，能够满足各种规模电网多级联合仿真培训系统的需要，可以进行调控一体化监控员和操作员的培训。为充分考虑使用的方便性和可维护性、提高系统开发速度和性能价格比，电网部分采用图形、数据库和仿真模型的一体化技术，为数据录入提供了直观的、图形化的输入工具，自动生成电网拓扑参数，系统中还采取了多种有效措施，保证数据正确可靠，达到一次输入，全局共享的目的。在应用软件上将变电站三维场景仿真、电网仿真、变电站监控系统仿真、变电站仿真有机结合为一体化系统，实现了变电站三维全范围仿真培训，可以正确地反映电网、变电站监控系统和变电站之间相互作用、相互影响的关系，提高了整个仿真培训系统的一致性和真实性。系统中的各个计算机的通信均采用ISO标准、IEC标准、ITU标准以及在计算机网络和通信中最广泛采用的TCP/IP协议，充分体现了系统的开放性，以达到开放系统的互连(任何使用上述标准和通信协议的计算机将十分容易、方便地与本系统进行互连，实现信息交换)，因此系统能满足可靠性和可扩充性的要求。在变电站仿真系统中，在变电站的一、二次设备仿真和一、二次设备巡视系统中，采用基于OpenGL的虚拟现实技术，开发了变电站一、二次设备三维交互式虚拟场景系统，实现了变电站一、二次设备的三维重现，形象地反映了设备的正常、异常、事故状态及其动作过程，不但可以对虚拟场景中的设备巡视、检查、漫游，而且可以进行虚拟操作，提高了系统的真实感、现场感。变电站监控系统仿真是模拟监控系统的功能和人机界面的功能和人机界面，为学员提供一个虚拟的监控系统。变电站部分采用面向物理设备的组件技术，为变电站中的各种一二次设备开发成一个个独立的、可复用的仿真组件，将仿真组件装配成完整的变电站仿真应用系统，其结构更加简洁、易于调整，开发更加容易，质量更有保证。这些技术的应用大大提高了系统开发的效率和质量，同时也使得系统易于修改、升级和维护。在仿真运行支撑系统中，电网仿真系统能够为变电站仿真提供正确的潮流数据和保护动作信息，并反映各变电站之间相互作用和相互影响，同时电网仿真还担负着整个仿真系统的时间推进的任务。在电网仿真的电网结构形成中，以福建省网架为基础，使得仿真电网具有与真实电网相似的运行工况，系统参数、电压、频率、潮流等数据完全符合现场实际，从而保证了电网仿真的准确性和真实性。在电网仿真的建模和方法上，建立电力系统各元件的动态数学模型，采用暂态、中期、长过程一体化计算方法，实现对电网的动态模拟。在继电保护和自动装置的仿真上，采用定值仿真的方法进行继电保护和自动装置的模拟，实现全网保护和自动装置的实时配合。为了保证整个变电站仿真系统仿真的真实性，需要建立与真实电网相似的仿真电网。在仿真电网中，以福建省电网为原型,形成500kV电压等级为主的环型电网，以220kV电压等级为辅的辐射型配电网，其中详细模拟的变电站与实际基本一致，考虑将来的扩建，其它各变电站的接线方式综合真实电网中变电站的不同典型接线方式，电网的运行工况也同样考虑真实电网的不同运行方式，并且根据电网的运行情况，选取适当的网络参数，保证仿真电网的电压、频率、潮流等数据符合现场实际。电网仿真的真实性取决于电网中各元件所采用模型的准确性，为了能够真实地再现各种操作、异常乃至故障情况下电网的潮流分布和动态过程，所选的元件动态模型必须具有足够的精度。另一方面，电网仿真又必须满足实时性的要求，对各种操作或故障应有快速的实时响应，这又要求在保证不影响仿真精度的前提下，对元件的动态模型作适当的简化。TS2000系统为了能够让学员比较全面地了解系统中各元件的动态特性，同时也为了便于进行应用和研究，对每一种元件建立了多种不同复杂程度的的动态模型，可以根据 仿真的具体需要任意选择并自动组装。
继电保护和自动装置的模拟是电网仿真的一个主要功能，一般采用的方法有逻辑判断和定值比较两种方法。逻辑判断法快速、简单直接，定值比较法更为准确，可靠性高，适应性强，但耗时较多。本系统采用定值比较和逻辑判断相结合方法，对于定值完备的仿真变电站，基于电气量启动的保护采用定值比较法，基于对于不适用于定值比较法(如非电气量保护)的保护采用逻辑判断法，对缺少定值的其它变电站采用逻辑判断法。由于在故障计算和动态计算采用了先进的计算方法，提高了计算速度，本系统定值比较法能够很好地满足实时性的要求。
局部电网故障计算和基于定值比较的保护域仿真技术是指为准确模拟故障时保护动作情况，在故障发生时对故障点周围电网进行短路潮流计算，得到各个支路电流和母线的电压，然后与各个保护装置的定值进行比较，以此决定保护是否动作。该技术与纯逻辑启动相比，避免了复杂的逻辑判断，具有保护动作更准确、现象更真实、自适应性更强的特点，有利于培训质量的提高。教员和学员系统中的教员系统可以用来修改各个数据库及画面，控制训练进程的启动、停止，亦可控制训练过程中人为改变系统状态或设置故障，还可以生成教案，模拟调度命令和学员管理。在分层分布式远程培训模式下，教练员台可以实现培训中心对各电业局、培训中心对各超高压公司的远程联合在线培训，各地学员可在教员的指挥下协同配合，进行操作或者事故处理训练。教练员台能控制训练进程的启动、停止，在训练过程中可随时人为改变系统状态或设置故障，并可远程获取培训记录报表，依此对培训效果做出评估。分布式网络环境下的每台计算机都可以运行多种仿真应用程序，充当不同的角色，展示不同的培训界面。教员能够通过教员系统设置计算机的角色和组别，把仿真运行环境分解成多个培训区域，每个培训区域运行一个仿真系统实例，仿真实例之间互相独立，互不干扰；同时，教员可以根据培训需要，裁剪培训区域中的仿真实例，把仿真实例配置成不同的培训模式。学员系统直接提供人机交互操作界面。学员通过人机交互进行正常操作、事故处理、异常处理等。变电站学员席提供变电站主控制室及一次设备的仿真人机界面
“调控一体”仿真培训系统既不同于电网仿真，也不同于变电站仿真，它是在调度自动化系统(EMS系统)的基础上，增加或修改系统配置和软件功能，实现调度、监控功能的一体化设计、统一管理和分责维护，在调控系统界面中实时反映电网和变电站的运行状态，调控仿真系统具有信号分类功能和紧急操作功能，可为福建电网调控中心调度员、监控员，运行所操作员等人员提供了全范围、全过程、全场景的技能培训、考核以及联合仿真培训与反事故演习的综合培训平台。本发明所述技术方案的技术特点如下
(一)基于变电站一次系统、二次系统的详细仿真模型及地区电网调控一体化系统详细仿真，实现了福建地区电网调控一体的全范围、全过程、全场景的仿真，可以对调控中心调度员、监控员，运行所操作员进行全方位的培训。整个培训系统具有很强的适应性，即可进行单站模式培训，也可进行调控一体化模式培训，满足现场运行管理模式变化和培训需求变化。(二)系统采用了基于定值比较的保护域仿真技术。继电保护模型采用与实际设备相同的实现方式，即由短路电流计算结果与预设的整定值进行比较，电压、电流及时间定值等均按此实现，决定动作行为，从而可以正确反映变电站、综合自动化系统和电网的相互作用、相互影响，提高了整个仿真培训系统的真实性和正确性。(三)仿真支撑系统采用可以支持交互式、分布式仿真系统的仿真软件开发平台。它结合了电网仿真/变电站仿真/变电站综合自动化系统仿真/调控一体化系统仿真的特点，解决了交互式、分布式仿真培训系统中仿真应用之间互操作性、分布性和时空一致性问题，可以将电网仿真、变电站仿真、变电站综合自动化系统仿真、教员与学员系统集成到一个综合的仿真环境中，满足仿真培训系统的目前和未来发展需要。(四)仿真软件支撑系统采用基于CEPRI-RTI的总线式对称体系结构，具有良好的规模可伸缩性和扩充性，采用分布式数据存储和数据过滤技术，占用网络流量非常小，能够满足各种规模的局域网和远程及分层分布式仿真培训系统的需要。(五)仿真系统便于维护、修改，采用了图形系统和仿真模型的一体化技术；仿真支撑软件的模型管理系统采用面向对象可视化图形建模技术。
(六)为提高仿真系统的开发速度，开发了基于plug-in技术的三维场景建模系统，实现了一次设备建模系统与商用三维建模软件的无缝连接，形成了新型的、功能强大的三维场景建模系统。建模系统能够利用商用软件的强大功能进行三维图形建模，利用插件实现三维图形与电力设备数据的自动绑定，具有功能强大、建模效率高、简单易用的优点。(七)采用动态菜单、动态图符和动态工具条等动态人机界面技术，实现多种变电站监控系统人机界面和调控一体化调控中心监视界面的支持，保证整个培训系统的多种适应性，
(A)发展了一些先进的电力系统仿真技术，实现了电力系统暂态与中长期过程的统一仿真，提高了电网及变电站仿真的精度，不仅可以显示系统在操作后的稳态，而且可以显示系统事故发展的全过程，使受训人员对事故有一个全面、清晰的认识。(九)变电站一、二次设备采用虚拟现实技术进行三维重现，可以在虚拟场景中进行设备巡视、检查、漫游和虚拟操作，能够动态反映开关、刀闸等设备的分合过程和GIS设备的拐臂的运动过程，系统形象、生动、逼真。(十)仿真系统可以进行变电运行专业的多种技能培训。监视、巡视与维护，刀闸操作，事故处理，异常处理，布置安全措施的培训项目均可在此系统内进行。(十一)开发了灵活的教练员台系统，满足了仿真机房本地培训和远程分层分布远程培训的需求。教员能够把仿真运行环境分解成多个培训区域，每个培训区域运行一个仿真实例，仿真实例之间互相独立，互不干扰；教员还可以根据培训需要，裁剪培训区域中的仿真实例，把仿真实例配置成不同的培训模式；具有支持网络环境下多个培训模式不同的仿真实例并行运行的能力；学员在仿真系统上进行的正常操作、事故处理和异常处理的全部操作过程均由计算机实时记录，教员可根据该记录对学员的操作过程进行评估。(十二)站内交直流系统依据现场收集到的交直流系统图，详细模拟实际的拓扑关系，能够延伸至端子箱，实现双回路的倒换、并列等功能；对重要的空开、熔丝进行详细仿真。本发明未述部分与现有技术相同。
权利要求
1.区域电网调控一体计算机仿真系统，其特征在于，包括变电站仿真系统、变电站综合自动化控制仿真系统、电网仿真系统、电网SCADA调度仿真系统、教员和学员系统以及仿真运行支撑系统，变电站仿真系统、变电站综合自动化控制仿真系统、电网仿真系统、电网SCADA调度仿真系统各自基于CPU以及数据库计算并生成、存储所模拟的数字信息，教员和学员系统基于CPU以及数据库计算并生成、存储教案数字信息、模拟调度命令数字信息以及学院管理数字信息，它还包括有教员计算机操作終端和学员计算机操作終端，上述各数字信息通过各自系统分别与基于中央CPU以及中央数据库而生成的仿真运行支撑系统的连接将该等信息传递给仿真运行支撑系统，变电站仿真系统与变电站综合自动化控制仿真系统交互连接并计算控制生成交互信息交互传递给仿真运行支撑系统，电网仿真系统与电网SCADA调度仿真系统交互连接并计算控制生成交互信息交互传递给仿真运行支撑系统，上述各连接基于计算机网络连接，教员通过教员计算机操作终端以数字信息模拟设置各种运行状态以及各种故障数字信息，各地学员在教员的指挥下通过各自的学员计算机操作终端进行协同配合操作及事故处理训练。
全文摘要
本发明涉及一种计算机仿真系统，特别是一种区域电网调控一体计算机仿真系统,包括变电站仿真系统、变电站综合自动化控制仿真系统、电网仿真系统、电网SCADA调度仿真系统、教员和学员系统以及仿真运行支撑系统，上述各系统的仿真数字模型与仿真运行支撑系统的交互，设备仿真数字模型与各自运行控制系统仿真数字模型的交互以及所计算生成的交互信息与仿真运行支撑系统的交互，实现了区域电网范围内的全范围、全过程、全场景的仿真，在此基础上，基于计算机网络系统以及计算机操作终端，可以对调控中心调度员、监控员、运行所操作员进行全方位调控一体培训，既可进行单站模式训练，也可进行调控一体化模式训练，满足现场运行管理模式变化和培训需求变化。
文档编号G09B9/00GK102663912SQ201210065720
公开日2012年9月12日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者刘婷, 张丰, 朱菁, 罗松, 郭碧嫒, 郭飞云, 金昌榕, 陈余航, 陈大凤, 陈昊, 高秋锋 申请人:福建省电力有限公司培训中心