CN102209074B - 一种电力***全数字动态仿真*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力***仿真技术领域，具体讲涉及一种电力***全数字动态仿真***，包括并行计算机群、高速计算网交换机、计算与实时数据库服务器、事件调度服务器、以太网交换机、***与外部通信服务器、监视控制与磁盘数据服务器和若干监视台。该***可以模拟变电站内部详细的接线变化、可以模拟继电保护的动作过程、可以在高性能计算机群上进行大规模交直流电网的全数字动态仿真等，其仿真模型和计算精度与电力***分析综合程序(PSASP)等同，而仿真功能与***扩展性优于电力***分析综合程序，适用于电力企业进行电网分析计算、电力***故障再现与分析、连锁故障反应研究、模拟电网运行作为电力调度自动化***数据源等。
Description
技术领域
本发明属于电力***仿真技术领域，具体讲涉及一种电力***全数字动态仿真***。
背景技术
大规模交直流电力***的动态过程按照仿真时间长短一般可以分为三类：电磁暂态过程、机电暂态过程和中长期动态过程。后两者紧密联系，没有明确的界限。机电暂态仿真研究电力***受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。中长期动态仿真研究电力***受到扰动后的较长时间的***动态过程，包括自动发电控制、继电保护、安稳控制、锅炉汽机以及核反应***等动态过程。电力***中的全数字动态仿真兼具二者功能，并且能够较长时间地详细模拟变电站操作、继电保护、安稳装置等动作的动态过程数字仿真软件。目前市场上商业的仿真软件侧重于模型的高精度仿真分析计算，如电力***综合稳定程序(PSASP)、电力***分析软件包(PSD)等；而工程应用的仿真软件侧重于调度培训或者继电保护仿真，模拟调度员日常运行调度操作。这些仿真软件在某一特定的应用领域功能十分强大，但仿真的精度和真实性往往不能兼顾。例如，能够详细模拟变电站开关动作和继电保护动作配合情况的工程化仿真软件往往计算精度低，仿真结果不符合实际物理现象；而能够进行高精度仿真分析计算的仿真软件却无电网接线分析功能，既不能详细模拟变电站开关刀闸动作，也不能模拟继电保护的动作配合情况等。
技术人员知晓，总线是一种描述电子信号传输线路的结构形式，是信号线的集合，子***间传输信号的公共通道。而在计算机***中，总线则是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的公共通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接。将总线技术引入到软件***集成中，称之为软总线。软总线是软件***中处理各个组件间相互通信、协调与控制的核心，任何符合一定标准的应用程序都可以通过适配器以插件方式获得软总线的支持。通信中间件技术是软总线实现的基础。通信中间件技术框架提供了一个环境，允许两个或者多个应用程序间建立会话并相互交换数据，而不限制应用程序所处的操作***环境。一般而言，数据交换将触发一个或多个事务。通信中间件技术框架可对应用程序开发人员隐藏网络协议的细节而只关注应用功能的开发，达到提高开发效率的目的。采用通信中间件技术构建***软总线目前在电力***调度自动化领域已经得到应用，效果甚好。
本申请发明人通过深入分析成熟可靠的各类电力***分析软件诸如电力***网络拓扑程序、继电保护仿真、机电暂态仿真程序等功能及其输入输出数据结构，提出了采用通信中间件技术搭建起每个程序之间的数据交换通道，使得这些程序能够相互协调运行，可以实现电力***全数字动态仿真。采用中间件技术构建的新的电力***全数字动态仿真***不仅具备原有程序的固有功能，而且使得仿真程序能够详细模拟变电站主接线开关动作和继电保护配合动作情况以及自动装置动作等，可更进一步拓展原有电力***仿真程序的功能。
本申请中所涉及的术语分别定义如下：
通信中间件介于应用***与***软件之间的软件，使用***软件所提供的功能，连接不同的应用软件，达到资源共享和功能共享的目的。
软总线面向对象的管理分布式对象动态集合的通信***，使用软总线对象的应用能够通过网络与运行在不同***上的其他进程共享数据和功能。
应用服务对象基于通信中间技术开发，在软总线环境下运行的具有面向对象特征的应用程序。
电力***网络拓扑是根据断路器、刀闸或者设备的状态把诸如发电机、负荷、并联电容电抗、输电线、变压器等连接的电网转换成能用于电力***分析计算的母线-支路模型，并且识别相互孤立的电气子***的电力***分析功能。
继电保护仿真是根据电网运行状态信息和网络拓扑结构信息，模拟电力***继电保护装置动作行为的电力***分析程序。
实时数据库是运行快速能满足数据共享和实时要求的主内存数据库，存储有包括基本的电网元件参数、网络结构，动态模型参数等信息的电网模型。
磁盘数据库各种商用数据库管理***，如oracle、sybase、mysql等。
电力***机电暂态仿真研究电力***受到大干扰后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于通信中间件的软总线技术框架，实现电力***网络拓扑、继电保护仿真、机电暂态仿真等功能模块的协调运行，拓展传统仿真程序的应用功能，共同完成电力***全数字动态仿真的任务，为电力***规划、生产、研究、培训等方面提供功能齐全并且高效的仿真工具。
本发明提供的电力***全数字动态仿真***是通过以下技术方案实现的：
一种电力***全数字动态仿真***，包括通过以太网互联的并行计算机群***、以太网交换机和若干服务器，所述各服务器中分别设有基于通信中间件接口的各应用服务对象和监视控制台，所述每个应用服务对象分别通过相对应的通信中间件接口与以太网总线相连，其特征在于，该仿真***具体包括：
1)并行计算机群***，包括：
并行计算机群，其包括并行的各计算节点，用于对仿真电网对象进行电力***机电暂态并行仿真，接收计算与实时数据服务器提交的数据和指令，并且返回仿真过程中的报警和计算结果数据至计算与实时数据服务器；和
高速计算网交换机，用于连接并行计算机群中的各计算节点，实现仿真过程中的高速数据交换；
2)计算与实时数据服务器，包括：
计算服务对象，用于从并行计算机群的各计算节点处获取机电暂态并行仿真结果，并将该结果保存到实时数据库服务对象中，同时按配置要求发送到***与外部通信服务器的外部通信服务对象中；和
实时数据库服务对象，用于完成初始化仿真数据的准备，并提交到并行计算机群的各计算节点，在仿真过程中完成仿真结果信息与实时数据库的交换，供监视控制台显示和外部通信服务对象查询；
3)事件调度服务器，包括：
事件调度服务对象，用于将事件转换成计算服务对象可以识别的数据格式并发送给计算服务对象来完成仿真***事件转换；远程调用计算与实时数据服务器上的仿真功能通信中间件接口实现电网一个仿真步长计算的工作流程完成仿真计算调度；并在仿真过程中按照监视控制台的设置进行速度控制来完成计算速度控制；
4)以太网交换机，用于连接部署在电力***全数字动态仿真***中各服务器上的基于通信中间件接口的各应用服务对象；
5)***与外部通信服务器，包括：
***服务对象，用于用户登录管理、***配置信息服务，在仿真***启动过程中最先启动，在其他应用服务对象启动过程中被相应服务对象所调用；和
外部通信服务对象，用于接收来自计算服务对象的仿真结果，以及与外部***的数据交换；以及
6)监视控制与磁盘数据库服务器，包括：
监视控制台，用于对电网对被仿真的电网进行监视和控制，以及监视电力***全数字动态仿真***中各应用服务对象的状态；和
磁盘数据库服务对象，包括基础数据库、计算数据库和结果数据库，用于实现电网基础数据、计算数据和结果数据的存储和通信中间件接口访问服务。
较优地，该电力***全数字动态仿真***还包括：若干监视台，用于用户查看仿真***中各应用服务对象的状态，以及监视电网潮流断面和仿真监视量曲线。
其中，所述计算服务对象采用基于TCP通信协议的Socket接口与并行计算机群通信。
其中，所述计算服务对象和实时数据库服务对象部署在同一计算与实时数据服务器上，所述实时数据库服务对象提供有用于提高大容量电网数据读写效率的大容量实时数据库访问接口。
其中，所述并行计算机群、计算与实时数据服务器和事件调度服务器之间以如下方式进行交互：首先，通过所述计算与实时数据服务器上的通信中间件接口供事件调度服务器的计算调度线程调用；所述计算与实时数据服务器的计算服务对象准备并行仿真计算所需的计算文件和启动脚本提交到并行计算机群上；然后，通过所述事件调度服务器上通信中间件接口来驱动并行计算机群上的机电暂态并行仿真程序运行；所述计算与实时数据服务器上的通信中间件接口包括网络拓扑分析接口、继电保护仿真接口、机电暂态并行仿真接口和自动装置仿真服务接口，所述事件调度服务器上的通信中间件接口包括计算调度线程调度本服务器接口和计算服务对象接口。
其中，所述***与外部通信服务器的运行方式为：电力***全数字动态仿真***先启动所述***与外部通信服务器的***服务对象，来载入用户登录信息、所有仿真工程信息以及各应用服务对象所在的部署位置；待用户选定仿真工程后，所述***服务对象对该仿真工程的位置、所用实时数据库和磁盘数据库的名称进行登记，并按照各应用服务对象的部署位置启动其它服务器上的应用服务对象；
所述外部通信服务对象从所述***服务对象获得计算与实时数据服务器的位置，调用计算与实时数据服务器的通信中间件接口获得仿真结果，并按照标准通信规约组建TCP数据包发送给外部***；所述该计算与实时数据服务器的通信中间件接口为仿真计算结果数据接口。
其中，标准通信规约为DL476-92协议、IEC104协议或IEEE1344协议。
其中，所述外部***为SCADA或WAMS***。
其中，所述事件调度服务对象的仿真步长计算采用如下的工作流程：
首先，检查用户目前操作的仿真工程是否是重演模式，并判断当前仿真时刻是否等于重演开始时刻，如果是，则查询本时刻及以前发生的报警与事件并发给监视控制台，重现本重演开始时刻前发生的事件和报警信息；否则，先处理开关、母线和线路等的接地与撤销接地，以及开关同期操作、重合闸、开关误动和拒动事件，将其转换成拓扑分析、继电保护仿真和机电暂态并行仿真可以识别的开关动作和故障数据格式；然后再依次如下执行：处理设备投退，进行拓扑分析；为继电保护仿真设置开关压板投退状态、旁带线路开关状态以及旁带变压器开关状态；发电出力调节；负荷大小调节；变压器抽头信息调节；自动装置投退处理；形成故障集；继电保护仿真；机电暂态并行仿真；最后输出报警信息和计算结果。
本发明提供的电力***全数字动态仿真***，***由基于通信中间件技术开发的各个应用服务对象以及消息软总线构建，包括并行计算机群，高速计算网交换机，组成高性能并行计算网络，完成机电暂态并行仿真计算；计算与实时数据服务器，由实时数据库服务对象与计算服务对象组成。实时数据库服务对象提供实时数据访问接口服务等功能。计算服务对象集中了***中大部分的计算分析功能，如网络拓扑、继电保护仿真、自动装置仿真、机电暂态并行仿真接口等；事件调度服务器，部署事件调度服务对象，用于仿真***的计算调度。调度内容包含实时数据库服务对象、计算服务对象等；监视控制与磁盘数据服务器，由监视控制台与磁盘数据库服务对象组成。监视控制台用于电网建模、提交仿真计算数据、控制仿真***运行、显示仿真***结果等。磁盘服务对象用于存放电网基础数据、计算数据和结果数据等；***与外部通信服务器，由***服务对象与外部通信服务对象组成。***服务对象负责进程状态监视、工程配置信息服务、以及登录信息管理等。外部通信服务对象提供仿真***与外部其他***之间的数据通信服务。若干个监视台，用于显示仿真***服务对象运行状态、仿真结果等。
与现有技术相比的有益效果是，本发明提供的电力***全数字动态仿真***，可以模拟变电站内部详细的接线变化、可以模拟继电保护的动作过程、可以在高性能计算机群上进行大规模交直流电网的全数字动态仿真等，其仿真模型和计算精度与电力***分析综合程序(PSASP)等同，而仿真功能与***扩展性优于电力***分析综合程序，适用于电力企业进行电网分析计算、电力***故障再现与分析、连锁故障反应研究、模拟电网运行作为电力调度自动化***数据源等。
附图说明
图1是根据本发明的电力***全数字动态仿真***硬件***连接示意图；
图2是根据本发明的电力***全数字动态仿真***软件***交互结构示意图；
图3是根据本发明的电力***全数字动态仿真***中事件调度服务对象实现电网一个仿真步长的工作流程图；
具体实施方式
目前，国内外常见的电力***仿真分析软件功能单一，往往解决电力***内某一特定的问题。如网络拓扑程序完成电力***物理接线模型到母线-支路计算模型的转换，响应变电站开关状态变化，设备的投入与退出等；继电保护仿真程序完成继电保护动作逻辑的模拟，响应电网接线变化或者故障与电气量变化，输出开关动作信息等；机电暂态或者中长期动态仿真软件则在网络拓扑基础上完成对电网电路的时域求解等。根据本发明的电力***全数字动态仿真***采用通信中间件技术，将各个分散的电力***应用程序通过软总线相互协调，共同完成电力***全数字动态仿真任务。和以往的单个机电暂态或者中长期动态仿真软件相比，根据本发明的电力***全数字动态仿真***可以详细仿真变电站内接线变化、可以仿真继电保护和自动装置动作情况、可以较长时间地仿真电力***机电暂态过程或者中长期动态过程，从而大大提高了原有电力***应用程序的功能。
为了满足电力***企业级的大规模电网全数字动态仿真要求，本发明在***设计过程中考虑了若干提高仿真效率的措施，包括应用服务对象部署优化，采用高性能机群提供并行计算服务，采用高速计算专用网络等。仿真***将实时数据库服务对象和计算服务对象部署在同一台服务器上，并对大容量数据交换接口提供高效的实时数据库访问接口，以提高***初始化和数据交换的效率。对于计算量大，计算频度高的机电暂态或者中长期动态仿真计算，使用高性能并行机群，并采用高速计算专用网计算；事件调度服务对象负责全***事件队列处理和计算协调，并向全***发布告警等信息，单独部署在事件调度服务器上；***服务对象负责为接入软总线的应用提供***配置信息，登录安全管理等，通信开销较小，外部通信服务对象按照国内外标准通信规约提供本***与外部***之间的数据通信，通信开销较大，二者部署在***与外部通信服务器上；仿真***对历史数据的存储需求不大，访问频度较小，因此将磁盘数据库服务对象与监视控制台部署在同一服务器上。
图1是根据本发明的电力***全数字动态仿真***硬件***连接示意图，表示了根据本发明的电力***全数字动态仿真***的各个部分之间的连接关系。如图1所示，根据本发明的电力***全数字动态仿真***，其中包括并行计算机群10、高速计算网交换机20、计算与实时数据库服务器30、事件调度服务器40、千兆以太网交换机50、***与外部通信服务器60、监视控制与磁盘数据服务器70和监视台80。
并行计算机群10承担电网机电暂态并行仿真任务，是仿真***核心计算功能所在。仿真***初始化时，通过监视控制台与磁盘数据库服务对象接口选择仿真方案，定义方案计算数据、输出量和监视量、计算精度与总时间、并行计算分网方案以及计算速度控制策略等信息，实时数据库服务对象调用磁盘数据库服务对象接口，将提取的数据存储在实时数据库中，然后由计算服务对象将数据提交到并行计算机群上开始并行仿真。
高速计算网交换机20负责为并行计算机群10提供高速计算专用网络，只供并行计算时MPI接口使用，以提高并行仿真的速度。高速计算专业网络可选用Myrinet网络或者其他高速计算专用网。网络的传输介质采用光纤，可保证仿真***计算效率达到实时。
计算与实时数据服务器30上部署实时数据库服务对象和计算服务对象。实时数据库服务对象提供实时数据库访问接口、数据库导入/导出功能以及数据合理性与一致性的校验，允许用户将其作为一个数据缓存容器，存储潮流断面等信息，供其他服务访问。计算服务对象封装了网络拓扑、继电保护、自动装置仿真、与并行机群仿真计算程序的接口等功能，另外计算服务对象还提供了并行计算数据准备以及事件转换功能的接口，负责从实时数据库服务接口读入数据，并转换成并行计算可用数据文件，包括分网信息文件、任务分配文件、计算数据、潮流结果数据、动态模型参数文件等；负责将常用的电网操作事件如接地、拒动、开关动作等转换成仿真程序能够识别的故障或者设备母线编号变化等。实时数据库服务对象与计算服务对象提供的通信中间件接口只负责接口功能内部的逻辑顺序，是对仿真***提供的一个数据存储、转换和计算的接口集合。
事件调度服务器40部署有事件调度服务对象，负责全***仿真逻辑功能的实现，是仿真***的事件调度枢纽。在事件调度服务对象中，定义了一个计算调度线程。用户启动仿真时，事件调度服务对象将启动计算调度线程，并按照监视控制台设定的计算速度循环调用事件调度服务对象中的单步仿真计算函数，从而驱动仿真前进。在单步仿真调用过程中，事件调度服务对象接收来自监视控制台的事件信息，包括设备接地操作、开关动作、继保拒动误动设置等信息，然后调用计算服务对象接口将其转换成并行仿真程序可以识别的故障、设备母线编号变化等信息并发送给并行计算机群；在仿真过程中，将根据是否有开关动作或者设备投退决定是否调用网络拓扑，根据是否存在故障决定是否调用继电保护仿真。仿真生成的报警和日志信息，将由事件调度服务对象提供给监视控制台或者监视台显示。
以太网交换机50可采用千兆以太网交换机或百兆以太网交换机等，以千兆为佳。以太网交换机50是仿真***的工作网络，传输的数据由各种应用服务对象如计算服务对象、事件调度服务对象等定义的接口决定。如***配置信息、仿真输出量和监视量、仿真速度控制信息、报警信息、事件信息、故障信息、拓扑变化事件、潮流断面信息等等。
***与外部通信服务器60部署有***服务对象和外部通信服务对象。***服务对象存储了当前仿真方案名称、实时库名称、磁盘数据库名称等信息，也存储了计算服务对象、事件服务对象、磁盘数据库服务对象、实时数据库服务对象等应用服务对象所部署的位置信息等。***服务对象除了存储***配置信息外，还提供对仿真***各个服务对象位置的部署功能，如事件调度服务对象不一定非要部署在服务器40上，如服务器30资源足够的话，也可以部署在服务器30上。外部通信服务对象提供标准通信规约实现功能，将计算服务对象生成的潮流断面、开关状态等转换成标准协议格式的TCP通信包，发给外部***，如SCADA***、WAMS***等。
监视控制与磁盘数据服务器70上部署有监视控制台和磁盘数据库服务对象，是仿真***数据维护和人机界面操作终端。监视控制台除了能够在仿真过程中查看仿真结果外，还有图模一体化的建模功能，用于仿真电网模型的构建。另外监视控制台可以计算初始潮流，运行并行分网程序将大规模电网分割成相互独立的子网和联络***，进行任务分配等。磁盘数据库服务对象提供磁盘数据库的中间件访问接口，可隐藏不同磁盘数据库***的访问细节。
监视台80用于监视仿真电网的状态，包括单线图潮流显示、仿真曲线显示、报警显示等，也可以用于监视仿真***中各应用服务对象活动状态。监视台80可以多于一台，也可以没有。监视控制与磁盘数据服务器70中的监视控制台具备监视台的所有功能，当该动态仿真***中没有监视台80时，由监视控制与磁盘数据服务器70中的监视控制台来完成监视仿真电网的状态和监视仿真***服务对象活动状态的功能，即用于完成用户查看仿真***中各应用服务对象的状态，以及用于监视电网潮流断面和仿真监视量曲线。
本发明中基于通信中间件的服务对象可部署在不同的计算服务器上或不同的操作***上，这种异构环境下灵活部署正是通信中间件技术基础上软总线的技术优势。
图2是根据本发明的电力***全数字动态仿真***软件***交互结构示意图。整个仿真***中每个服务对象通过基于中间件技术构建的软总线连接。基于中间件的服务对象可以在异构环境下分布式部署，并不限于某一种操作***，也不限于部署在某一特定的服务器。由此带来的好处是可以充分利用在不同平台下开发的应用程序而减少开发工作量。
图2中软总线基于通信中间件技术构建，实现两类接口服务。一类接口服务是面向客户的请求/答复机制的远程函数调用。远程函数的接口参数和返回值可以是原始的数据类型，如整数、浮点数等，也可以是数组等集合类数据，甚至可以不带任何参数。因此它们既可以作为数据通道，也可以作为控制通道。例如事件调度服务对象在做计算控制时，发现有电网开关状态变化事件，向计算服务对象发起拓扑分析的远程调用，计算服务对象完成拓扑分析后返回设备母线编号变化信息。在仿真***的软总线技术框架内，大部分接口提供的是这类服务。另一类接口服务是基于订阅/发布机制的消息广播服务。仿真***每个服务对象不但可以通过软总线发送消息，还可以订阅自己感兴趣的消息。它们不必关心它订阅的消息是哪个服务发送的，当软总线上有它订阅的消息时，它就会收到该消息。每个服务不会受到没有订阅消息的骚扰。这类服务的接口函数不带返回值，但函数的参数可以接收简单数据类型，也可以接受数组和集合。监视控制台或监视台中的报警显示、曲线监视等信息均通过这类接口服务实现。
计算服务对象基本功能由拓扑分析、机电暂态并行仿真接口、继保仿真、自动装置仿真等功能组成。网络拓扑分析具有全网拓扑分析功能和变化拓扑分析功能。全网拓扑分析功能只在仿真初始化时运行一次。在仿真过程中如果有开关状态变化或者设备投退等操作，都会自动调用变化拓扑接口。机电暂态并行仿真接口是计算服务与并行计算机群间基于TCP的Socket通信接口，采取长连接形式，保证通信稳定可靠性，因此机电暂态并行仿真的计算功能实际上在并行计算机群上实现。继电保护仿真由电网故障事件触发，触发条件由计算服务对象根据拓扑分析结果以及用户操作自动判断，其输出结果由机电暂态并行仿真接口返回的相关运行数据以及继保动作逻辑决定。自动装置仿真计算由机电暂态并行仿真程序负责，计算服务对象负责模型参数的传递。计算服务对象还有很多其他辅助服务，包括与实时数据库服务对象的信息交互、并行计算数据的准备与提交等。
事件调度服务对象由报警处理、事件队列、计算控制以及仿真输出等功能组成。报警信息可由计算服务对象生成，也可以是事件调度服务本身生成，大量的遥测量报警甚至是机电暂态并行仿真程序生成，取决于判断报警产生的判定参数存储在哪边。如母线电压限值和线路电流限值等在机电暂态并行仿真侧更易更快获得，此类报警由并行计算机群通过接口发送到计算服务对象；事件调度服务对象发现用户设置了不合理的参数，给出***报警；计算服务对象发现继保仿真输出了开关操作，也产生报警信息等。事件调度服务对象收集整理所有的报警信息，发送给监视控制台或监视台显示。事件调度服务对象维护了几个不同类型的事件队列，包括开关操作与设备投退类事件、故障设置事件、接地操作类、开关压板类、发电负荷调节类等，这些事件按照仿真时步存储，在计算控制模块中根据需要取出并转换成计算服务对象可以识别的数据格式。计算控制模块定义了一个计算调度线程。该线程按照监视控制台设定的计算速度循环调用单步仿真计算函数，从而驱动仿真前进。关于单步仿真计算函数在事件调度服务对象中的定义在描述本发明图3中说明。仿真输出功能采用中间件的信息发布接口在网络中分发。
监视控制台是仿真***的人机交互界面，由图模一体化建模功能、潮流计算、网络分割、标注显示、报警显示、曲线监视、进程状态监视、事件列表与仿真速度控制等功能组成。其中图模一体化功能实现电网数据的建模，初始潮流的建立等；网络分割实现对大规模电网的并行计算子网划分；速度设置实现对仿真计算速度的控制，可以使得仿真计算实时、慢于实时或者快于实时运行。
下面以一次完整的仿真过程为例，说明本发明提供的电力***全数字动态仿真的具体实现过程。整个仿真***运行分为两大过程：1)仿真***启动；2)全数字动态并行仿真计算。过程1)完成软总线的构建，并装载仿真电网的基础数据。过程2)装载仿真方案的潮流计算数据和结果数据，根据用户设置的分网方案等仿真参数，开始仿真并在仿真过程中控制、监视等。
仿真***启动步骤如下：1)启动***服务对象，装载***配置参数，包括各服务对象的部署位置、服务名称等；2)启动监视控制台，验证用户安全登录信息，选择仿真工程，***进入监视控制台主界面。在***进入控制台主界面过程中，将根据仿真工程名调用磁盘数据库服务对象接口、实时数据库服务对象接口等，完成电网基础数据从磁盘导入到实时数据库的过程；同时根据***上次进入***保留的潮流作业信息导入潮流计算数据和结果数据，如果不曾运行过，自动装载第一个计算成功的潮流作业。在此步骤中，实时数据库服务对象、磁盘数据库服务对象、计算数据服务对象、事件调度服务对象相继启动完成，外部通信服务对象根据是否需要与外部***通信决定启动。
本发明提供的全数字动态并行仿真计算步骤如下：1)监视控制台完成电网建模，并形成收敛的初始潮流；在电网建模和计算潮流的过程中，将调用磁盘数据库服务对象接口多次读取计算数据，并将计算结果存储到数据库中。2)监视控制台完成网络划分；划分网络前，设定分网个数以及每个子网间母线个数误差，如对10000节点电网，可分为5个子网，网间母线数误差可取20％。3)监视控制台设定仿真参数，如计算总时间、精度、计算速度、输出监视信息的间隔、潮流断面刷新间隔等，定义输出量和监视量等；4)监视控制台进行任务分配，将子网分配到并行计算机群指定的CPU上；5)监视控制台上点击仿真计算初始化，将调用磁盘数据库服务对象接口、实时数据库服务对象接口等刷新实时库中的潮流作业计算数据和结果数据，并导入动态模型参数、并行分网信息、任务分配、仿真参数等到实时库中；监视控制台调用事件调度服务对象接口将用户预设的事件如开关动作、故障设置、发电负荷调节等发送到事件调度服务对象；调用计算服务对象接口形成并行计算机群可用的计算文件和启动脚本并上传到机群上；计算服务对象远程启动并行机群上的并行仿真程序，完成仿真初始化工作；6)在监视控制台上调用事件调度服务对象的启动仿真接口，启动事件调度服务对象内的计算调度线程；计算调度线程按照时步取出电网事件，调用计算服务对象转换成仿真程序可以解释的故障等信息，并通过动态并行仿真接口发送到并行机群，开始机电暂态并行仿真；该过程在本发明附图3中详细说明；7)监视控制台设置故障、开关动作、扰动等或对仿真过程作暂停、继续、终止等操作；8)仿真过程中的监视量、潮流断面、报警等信息将根据每个监视控制台或监视台订阅情况发送到用户，供用户实时浏览查看；10)仿真过程中，外部通信服务对象可以调用计算服务对象接口获得仿真输出量，调用磁盘数据库服务对象根据电网数据解释输出量并形成标准规约的数据报文，发给指定外部***。
附图3是本发明是本发明提供的电力***全数字动态仿真***中事件调度服务对象一个仿真步长计算的工作流程图。全数字动态并行仿真***的重演指的是由用户给定重演的开始时刻，***基于上次仿真结果将仿真状态恢复到该时刻，然后从该时刻开始剩下时间的仿真计算过程。附图3示出了如下仿真步长计算步骤：①是否重演：在事件调度服务对象单步仿真接口函数中，首先检查是否重演；②判断当前仿真时刻等于重演开始时刻，如果是，则进行③查询本时刻及以前的报警与事件发给监视控制台；否则进行④开始事件转换处理，如开关、母线以及线路的接地与撤销接地事件，转换成三相短路接地故障或者取消故障；开关同期操作命令转换成开关动作等。然后再依次如下执行：⑤处理重合闸，如状态刷新、拒动等；该功能通过调用计算服务对象继电保护仿真模块重合闸状态设置接口实现；⑥处理开关误动与拒动，该功能通过调用计算服务对象接口设置开关误动与拒动信息。对于全相误动或者拒动，转换成开关状态变化事件，由计算服务对象中网络变化拓扑程序处理；对于缺相的误动或者拒动信息，在计算服务对象中转换成网络故障，送给并行机群仿真计算程序处理；⑦处理设备投退，完成事件转换，进行拓扑分析。该功能以事件调度服务对象中整理收集的事件集合为参数，调用计算服务对象接口的变化网络拓扑接口，确定当前电网带电状态以及计算母线-支路模型，并输出事件发生所致的电网故障；⑧为继电保护仿真设置开关压板投退、旁带线路开关、旁带变压器开关状态等。该功能调用计算服务对象接口设置开关压板投退状态、旁带线路开关以及旁带变压器开关状态等，并保存在继电保护仿真模块中；⑨发电出力调节。调用计算服务对象接口设置发电机出力调节信息；⑩负荷大小调节。调用计算服务对象接口设置负荷大小调节信息；变压器抽头信息调节。调用计算服务对象接口设置变压器抽头调节信息；自动装置投退。调用计算服务对象接口处理自动装置投退。⑨⑩中生成的数据将通过TCP的Socket通信接口通知并行计算机群，保存到机电暂态并行仿真计算程序中。形成故障集。在事件调度服务对象中整理收集上述步骤形成故障，并抽取本时刻的所有故障；继电保护仿真。以本时刻故障集为参数，调用计算服务对象的继电保护仿真接口，输出开关动作序列并存入事件队列中；机电暂态并行仿真。调用计算服务对象中与并行计算机群连接的TCPSocket通信接口，发送设备母线编号变化信息和本时刻故障信息，完成本时刻的机电暂态并行仿真；输出报警信息和计算结果等。收集整理以上步骤中产生的报警信息和计算结果信息，发送到监视控制台或监视台。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，结合上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (9)
1.一种电力***全数字动态仿真***，包括通过以太网互联的并行计算机群***、以太网交换机(50)和各服务器，所述各服务器中分别设有基于通信中间件接口的各应用服务对象和监视控制台，每个应用服务对象分别通过相对应的通信中间件接口与以太网总线相连，其特征在于，该仿真***具体包括：
1)并行计算机群***，包括：
并行计算机群(10)，其包括并行的各计算节点，用于对仿真电网对象进行电力***机电暂态并行仿真，接收计算与实时数据服务器(30)提交的数据和指令，并且返回仿真过程中的报警和计算结果数据至计算与实时数据服务器(30)；和
高速计算网交换机(20)，用于连接并行计算机群(10)中的各计算节点，实现仿真过程中的高速数据交换；
2)计算与实时数据服务器(30)，包括：
计算服务对象，用于从并行计算机群(10)的各计算节点处获取机电暂态并行仿真结果，并将该结果保存到实时数据库服务对象中，同时按配置要求发送到***与外部通信服务器(60)的外部通信服务对象中；和
实时数据库服务对象，用于完成初始化仿真数据的准备，并提交到并行计算机群(10)的各计算节点，在仿真过程中完成仿真结果信息与实时数据库的交换，供监视控制台显示和外部通信服务对象查询；
3)事件调度服务器(40)，包括：
事件调度服务对象，用于将事件转换成计算服务对象可以识别的数据格式并发送给计算服务对象来完成仿真***事件转换；远程调用计算与实时数据服务器(30)上的仿真功能通信中间件接口实现电网一个仿真步长计算的工作流程完成仿真计算调度；并在仿真过程中按照监视控制台的设置进行速度控制来完成计算速度控制；
4)以太网交换机(50)，用于连接部署在电力***全数字动态仿真***中各服务器上的基于通信中间件接口的各应用服务对象；
5)***与外部通信服务器(60)，包括：
***服务对象，用于用户登录管理、***配置信息服务，在仿真***启动过程中最先启动，在其他应用服务对象启动过程中被相应服务对象所调用；和
外部通信服务对象，用于接收来自计算服务对象的仿真结果，以及与外部***的数据交换；以及
6)监视控制与磁盘数据库服务器(70)，包括：
监视控制台，用于对被仿真的电网进行监视和控制，以及监视电力***全数字动态仿真***中各应用服务对象的状态；和
磁盘数据库服务对象，包括基础数据库、计算数据库和结果数据库，用于实现电网基础数据、计算数据和结果数据的存储和通信中间件接口访问服务。
2.如权利要求1所述的电力***全数字动态仿真***，其特征在于：该电力***全数字动态仿真***包括：
若干监视台(80)，用于用户查看仿真***中各应用服务对象的状态，以及监视电网潮流断面和仿真监视量曲线。
3.如权利要求1或2所述的电力***全数字动态仿真***，其特征在于：
所述计算服务对象采用基于TCP通信协议的Socket接口与并行计算机群(10)通信。
4.如权利要求1或2的所述的电力***全数字动态仿真***，其特征在于：所述计算服务对象和实时数据库服务对象部署在同一计算与实时数据服务器(30)上，所述实时数据库服务对象提供有用于提高大容量电网数据读写效率的大容量实时数据库访问接口。
5.如权利要求1所述的电力***全数字动态仿真***，其特征在于：所述并行计算机群(10)、计算与实时数据服务器(30)和事件调度服务器(40)之间以如下方式进行交互：
首先，通过所述计算与实时数据服务器(30)上的通信中间件接口供事件调度服务器(40)的计算调度线程调用；所述计算与实时数据服务器(30)的计算服务对象准备并行仿真计算所需的计算文件和启动脚本提交到并行计算机群(10)上；然后，通过所述事件调度服务器(40)上通信中间件接口来驱动并行计算机群(10)上的机电暂态并行仿真程序运行；所述计算与实时数据服务器上的通信中间件接口包括网络拓扑分析接口、继电保护仿真接口、机电暂态并行仿真接口和自动装置仿真服务接口，所述事件调度服务器上的通信中间件接口包括计算调度线程调度本服务器接口和计算服务对象接口。
6.如权利要求1所述的电力***全数字动态仿真***，其特征在于：所述***与外部通信服务器(60)的运行方式为：
电力***全数字动态仿真***先启动所述***与外部通信服务器(60)的***服务对象，来载入用户登录信息、所有仿真工程信息以及各应用服务对象所在的部署位置；待用户选定仿真工程后，所述***服务对象对该仿真工程的位置、所用实时数据库和磁盘数据库的名称进行登记，并按照各应用服务对象的部署位置启动其它服务器上的应用服务对象；
所述外部通信服务对象从所述***服务对象获得计算与实时数据服务器(30)的位置，调用计算与实时数据服务器(30)的通信中间件接口获得仿真结果，并按照标准通信规约组建TCP数据包发送给外部***；所述计算与实时数据服务器的通信中间件接口为仿真计算结果数据接口。
7.如权利要求6所述的电力***全数字动态仿真***，其特征在于：标准通信规约为DL476-92协议、IEC104协议或IEEE1344协议。
8.如权利要求1或6所述的电力***全数字动态仿真***，其特征在于：所述外部***为SCADA或WAMS***。
9.如权利要求1所述的电力***全数字动态仿真***，其特征在于：所述事件调度服务对象的仿真步长计算采用如下的工作流程：
首先，检查用户目前操作的仿真工程是否是重演模式，并判断当前仿真时刻是否等于重演开始时刻，如果是，则查询本时刻及以前发生的报警与事件并发给监视控制台，重现本重演开始时刻前发生的事件和报警信息；否则，先处理开关、母线和线路等的接地与撤销接地，以及开关同期操作、重合闸、开关误动和拒动事件，将其转换成拓扑分析、继电保护仿真和机电暂态并行仿真可以识别的开关动作和故障数据格式；然后再依次如下执行：处理设备投退，进行拓扑分析；为继电保护仿真设置开关压板投退状态、旁带线路开关状态以及旁带变压器开关状态；发电出力调节；负荷大小调节；变压器抽头信息调节；自动装置投退处理；形成故障集；继电保护仿真；机电暂态并行仿真；最后输出报警信息和计算结果。
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