[发明专利]一种电力仿真系统的层次化建模方法

摘要

一种电力仿真系统的层次化建模方法，采用自底向上的思路，自底层向顶层依次设计为交互层、控制层、设备层、系统层。在此层次的基础上，将水电站所有设备进行分类，将具有类似功能的设备抽象成元件类，通过配置不同的属性来区分设备实例，考虑到电气拓扑分析与辅机管网拓扑分析的需求，元件对象采用基于元件端口数的分类方法，把电站设备分为：一端口元件、二端口元件、三端口元件、连接元件，依据元件端口数和元件的功能进一步往下细分，统一建立通用模型模板，并用事件触发机制描述了模型的构建与交互过程。本发明不但能反映设备的连续动态过程，还能凸现离散化的控制过程，以及模型之间的交互和触发过程。

主权项

1.一种电力仿真系统，其特征在于：自底向上依次为：交互层、控制层、设备层、系统层；交互层用于实现操作、故障设置、信号显示的功能，并将操作内容传递至控制层；控制层用于反映设备的控制过程，接收来自交互层的操作、以及由设备层、系统层启动的自动化操作，实施控制设备的工作状态的改变；设备层用于实现水电站设备的连续动态过程；系统层用于实现系统的功能；所述设备层将具有相同动态特性和性能指标的设备抽象为基本元件，通过配置不同的属性来区分设备实例，考虑到电气拓扑分析与辅机管网拓扑分析的需求，元件对象采用基于元件端口数的分类方法，把电站设备分为：一端口元件、二端口元件、三端口元件、连接元件，依据元件端口数和元件的功能进一步细分，统一建立通用模型模板，并用事件触发机制描述模型的构建与交互过程；电力仿真系统的层次化建模方法，包括：将电站设备和基本部件按照层次关系建立元件类，归纳各个层次元件的功能设计通用模型，模型基本框架由输入部分、模型算法和输出部分三个部分构成；所述输入部分：事件作为通用模型的输入部分，事件包括操作信息和交互信息，这些信息都是以变量的形式存在于仿真系统，称作操作变量和交互变量；所述操作变量：即模型用来接收来自外部的操作指令，模型接收到操作变量后启动算法；操作变量包括以下内容：①、来自监控画面的操作指令，即由监控画面上可以进行操作的部件来触发，直接以变量的形式发送至共享内存；②、故障设置指令，同样也是以变量的形式发送至共享内存；③、来自其他模型的操作指令或者其他模型的输出；所述交互变量：作为模型的执行条件，通常由其他模型生成的，或者是该模型本身生成，影响本模型计算的结果的变量；所述模型算法，包括一级处理部分和二级处理部分：一级处理部分用于辨析事件的性质，是触发事件还是保持事件或者执行条件，1)触发事件：其指令以脉冲的形式存在，具有间歇性和不可保持性的特点，指令周期只有一个步长间隔，产生这种事件的典型元件有复位按钮；2)保持事件：能够自保持的事件，产生这种事件的元件有压板、开关、状态按钮；3)执行条件：是来自于其他模型的交互信息，影响本模型的执行结果和设备的自动启停；二级处理部分用于选择不同状态下的算法对事件进行响应处理，包括四块：工作状态、算法、设备状态、标志位；1)工作状态：包含正常、异常和故障三种工作状态；2)算法：对应不同状态下的算法；3)设备状态：包括设备的静态参数和动态参数，不同的实例具有各自不同的静态参数，不同状态下也有典型静态参数，动态参数是反应设备在不同状态下经算法算出来的典型状态变量；4)标志位：对于区分触发时间和保持事件产生的标志位，一次不能执行完毕的应予以保持，执行完毕后应清除相位的标志位；所述输出部分，包括：新事件作为通用模型的输出部分，同样也包括操作信息和交互信息；由本模型执行后造成的状态变化量，包括模拟变化量和数字变化量，作为交互信息输出；数字变化量指该模型的执行状态，包括流程执行情况、该设备的当前状态，模拟变化量包括电压、电流、压力、流量；根据构建的通用模型模板，采用如下执行机制：定义事件为集合E，输入事件和输出事件为集合E的子集E_in和E_out；E＝{E_in,E_out}对于某一元件，E_in代表启动元件的事件合集，包括触发事件子集P_I，保持事件子集H_I，交互信息子集C_I；E_out代表元件执行任务时产生的新事件合集，同样包括新触发事件子集P_O，新保持事件子集H_O，新交互信息子集C_O；建立基于事件处理的元件执行机制；S＝{I_D,R_I,E_in,I_S,R_PS,E_out,T}＝{I_D,R_I,{P_I,H_I,C_I},{M₀,I_p,I_v},R_PS,{P_O,H_O,C_O},T}式中：I_D是元件的标识，用来描述元件的功能，元件类型以及实例类型；R_I是主动检测事件池中的事件处理模块；I_S是元件的内部参数和状态变量合集，其中I_p是元件计算所需的参数合集，I_v是状态量合集，不同的实例具有不同的I_S，能够通过参数设置模块设置不同的实例的初始I_S；M₀是模式合集，包含元件的正常、异常、故障工作模式；R_PS表示元件的执行规则；T是执行步长；在一个计算步长t₀内，元件主动对仿真事件池进行检测并与E_in进行比对，当检测到仿真事件池中有双方约定的特定事件时，取出仿真事件池中的事件，并优先响应触发事件；执行时，将触发事件用内部保持事件保存下来执行，而保持事件则可以直接经过保持事件的处理机制，交互信息作为元件的执行条件处理，满足条件时，元件根据执行条件，载入工作模式合集M₀、元件计算所需的参数合集I_p、状态量合集I_v，启动元件的执行规则R_PS更新当前模式下元件的状态量；执行结果用来修正元件的状态量合集I_v并作为新事件合集E_out输出，用来触发和影响其它的元件的执行过程；每一个元件都有一个唯一的元件的标识I_D，能够通过外部的参数设定调整元件的内部参数实现对元件类的实例化。