一种电气暂态仿真分析系统及其构建方法

技术领域

本发明涉及操作系统技术领域，具体涉及一种电气暂态仿真分析系统及其构建方法。

背景技术

目前，在核电项目中，用于暂态仿真分析的主要是ETAP电力系统分析软件，该软件具有智能建模、多维数据管理模式、多种输入表达方式、统一数据库、虚拟现实操作、集成全面的电力和物理数据库等多种优点，因此被广泛应用于多个领域。然而，在核电项目分析中，该软件也展现了其存在的弊端，例如：第一，当面临各类电力系统的仿真分析时，需要针对不同系统分别搭建不同的底层模型，学习成本较高；第二，由于ETAP分析软件并非只针对核电领域，因此会导致软件本身存在很多冗余功能，进而使得操作更加复杂；第三，该软件虽然能够为宽范围、多工况下的设备及网络结构进行建模和仿真计算，但是这些独立运行的客户端程序，在工业实际应用中较难进行定制化嵌入和自动化处理，缺乏针对性，若在该软件的基础上进行针对性的开发，操作难度很大；第四，该软件在实际应用中会存在大量的系统参数交互，由于缺乏合理的管理方式，容易造成数据泄露或进一步加大操作难度。因此，如何针对核电站提供一套相对独立的电气暂态仿真分析系统，是本领域亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电气暂态仿真分析系统及其构建方法，以解决现有技术中由于缺乏针对核电站独立设计的分析系统，进而导致核电站电气暂态仿真分析过程存在操作难、效率低、成本高及适用性差的问题。

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了一种电气暂态仿真分析系统，包括：

底层模型原型模块，用于获取反映核电站总体电气情况的底层模型原型，并根据不同工况对所述底层模型原型建立不同的工况暂态分析模型；

暂态分析环境配置模块，用于对所述工况暂态分析模型的输入及输出进行初始化，得到输出信号为时间序列的目标文件并存储至本地数据库；

后台管理模块，包括权限管理单元，用于针对不同用户设置不同权限的账号类型及操作功能；操作层管理单元，用于根据操作层定义操作函数，所述操作函数为用户行为分别与模型选择、参数设置、模型调整、仿真计算、结果保存指令的映射关系；日志与报表管理单元，用于设置统一的日志审计管理功能；

用户界面模块，用于显示所述权限管理单元、操作层管理单元及日志与报表管理单元中的各项功能，并通过交互模型概图和实时反馈的仿真界面进行核电站电气暂态工况分析。

进一步地，所述底层模型原型包括核电发电机组模型、核电机组接入电网模型及厂用电模型。

进一步地，所述核电发电机组模型、所述核电机组接入电网模型及所述厂用电模型均包括核电站电气一次设备及其暂态动作、等效保护设备、网络结构以及设备必要参数。

进一步地，所述暂态分析环境配置模块，还用于用变量代替所述工况暂态分析模型的待修改参数，以构建初始化赋值文件，控制所述工况暂态分析模型读取所述初始化赋值文件中的相关器件参数及设置观测点，并根据所述观测点将观测母线信号输出为时间序列文件存储至本地数据库。

进一步地，利用Simulink仿真软件建立所述底层模型原型模块及实现仿真分析。

进一步地，所述账号类型包括：起账号保护作用的隐藏账号、用于创建、修改、删除及授予的授权账号、进行仿真设置及运行的使用账号以及用于查询数据的查询账号。

进一步地，通过平面多级菜单式UI界面显示所述权限管理单元、操作层管理单元及日志与报表管理单元中的各项功能。

本发明还提供了一种电气暂态仿真分析系统的构建方法，包括：

获取反映核电站总体电气情况的底层模型原型，并根据不同工况对所述底层模型原型建立不同的工况暂态分析模型；

对所述工况暂态分析模型的输入及输出进行初始化，得到输出信号为时间序列的目标文件并存储至本地数据库；

设置后台管理功能，包括针对不同用户设置不同权限的账号类型及操作功能；根据操作层定义操作函数，及设置统一的日志审计管理功能；其中，所述操作函数为用户行为分别与模型选择、参数设置、模型调整、仿真计算、结果保存指令的映射关系；

搭建用户显示界面，通过交互模型概图和实时反馈的仿真界面进行核电站电气暂态工况分析。

本发明还提供了一种计算机终端设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的电气暂态仿真分析系统的构建方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如上所述的电气暂态仿真分析系统的构建方法。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明能够以较简单的开发流程实现核电站电气暂态仿真分析，且分析结果来源于底层仿真软件，可信度高；同时，软件受上层系统用户界面约束，不会出现复杂的底层操作，具有分析结果可信度高、操作简便、使用成本低、数据易管理和保密性能好的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明某一实施例提供的电气暂态仿真分析系统的结构示意图；

图2是本发明某一实施例提供的底层模型中各个设备模型的连接关系示意图；

图3是本发明某一实施例提供的核电发电机组模型的结构示意图；

图4是本发明某一实施例提供的核电机组接入电网模型的结构示意图；

图5是本发明某一实施例提供的厂用电模型的结构示意图；

图6是本发明某一实施例提供的电气暂态仿真分析系统的构建方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，本发明某一实施例提供了一种电气暂态仿真分析系统，包括：

底层模型原型模块01，用于获取反映核电站总体电气情况的底层模型原型，并根据不同工况对所述底层模型原型建立不同的工况暂态分析模型；

在本实施例中，底层模型原型为对应多种暂态工况的系列simulink模型，可由simulink仿真软件调用，功能实现层根据现场工作需要集成各种操作函数，能够启动simulink仿真软件，需要说明的是，采用simulink仿真只是本实施例的一种优选方式，在实际应用中可根据需求选择其他软件，例如ETAP等其他仿真软件以实现相同的效果，在此不作出任何限定。

进一步地，在创建底层模型原型时根据核电站的电气结构和设备参数，在simulink软件中搭建核电站电气模型原型；该模型体现核电站电气一次设备及其暂态动作、等效保护设备、网络结构以及设备必要参数，其中，底层模型中各设备模型的连接关系如图2所示，而核电发电机组模型、核电机组接入电网模型及厂用电模型的电路结构分别如图3-5所示。对模型原型进行修改，产生对应于暂态工况的事故模型，事故模型包含了原型中的所有器件、参数和拓扑结构，同时针对不同暂态工况进行了设置和反应。

进一步地，暂态工况共包括以下14种：

工况1：正常工况；

工况2：主发电机满功率运行工况；

工况3：主交流电源系统切换工况；

工况4：主交流电源系统切换时的仿真模型；

工况5：单元机组主变或高厂变故障，主保护动作，同时跳开220kV断路器、发电机出口断路器和正常运行供电系统6.3kV母线进线断路器。供电电源自动切换至高备变；

工况6：单元机组主变或高厂变故障，主保护拒动，后备保护动作，同时跳开220kV断路器、发电机出口断路器和正常运行供电系统6.3kV母线段工作电源进线断路器。供电电源自动切换至高备变；

工况7：500kV系统短路故障，断路器失灵保护隔离故障。正常运行供电系统6.3kV母线段电压降低，供电电源自动切换至高备变；

工况8：6.3kV母线上功率最大的一台电动机满载启动工况；

工况9：6.3kV母线上功率最大的一台电动机退出及再启动工况；

工况10：发电机低励失磁工况；

工况11：发电机失步或系统振荡时，失步振荡中心在发变组内的工况；

工况12：发电机失步或系统振荡时，失步振荡中心在发变组外的工况；

工况13：核电机组参与电网调峰调频时的工况；

工况14：自定义工况。

进一步地，暂态分析环境配置模块02，用于对所述工况暂态分析模型的输入及输出进行初始化，得到输出信号为时间序列的目标文件并存储至本地数据库；

在本模块中，为了方便在系统用户界面中对simulink模型直接调用，需要对各项模型的输入/输出进行初始化，在模型中将需要更改的参数用变量代替，构建初始化赋值文件，模型从该文件中读取相关器件参数，设置模型观测点，将观测母线信号输出为时间序列文件，保存至结果数据库中；

进一步地，后台管理模块03包括：权限管理单元，用于针对不同用户设置不同权限的账号类型及操作功能；操作层管理单元，用于根据操作层定义操作函数，所述操作函数为用户行为分别与模型选择、参数设置、模型调整、仿真计算、结果保存指令的映射关系；日志与报表管理单元，用于设置统一的日志审计管理功能；

在本模块中，目的是实现暂态仿真系统各项功能，并构建相应数据库，以系统功能进行存储，具体地，

首先在账号管理单元中，账号类型共有四类，分别对应于不同的角色安排，账号可以被添加、删除和更改角色，其中Root账号为隐藏账号，起账号保护的作用，Grantor用户仅拥有授权者角色，无其他身份，防止滥用Grantor账号。其中，各个账号的权限如表1所示：

表1账号及对应权限关系

由表1可知，授权者能够创建、修改和删除用户账号，授予账号角色。使用者主要负责提供仿真设置和运行等功能。查询者则可以历史数据，报表提取、打印、分发等。

第二，在操作层管理单元中定义操作函数，将用户界面中的用户行为与模型选择、参数设置、模型调整、仿真计算、结果保存等过程联系起来。一些隐操作如日志、告警也包括在其中。

第三，在日志与报表管理单元中设计统一的日志审计管理功能，为用户行为及结果进行管理和分析，可对日志进行查询。

进一步地，用户界面模块04，用于显示所述权限管理单元、操作层管理单元及日志与报表管理单元中的各项功能，并通过交互模型概图和实时反馈的仿真界面进行核电站电气暂态工况分析。

在本模块中，需要构建系统用户界面，其中，系统用户界面为平面多级菜单式，通过登陆选项可以使用账号和密码进入主界面，主界面下分为四个一级菜单区域，分别负责权限管理、仿真分析、日志统计和软件设置。授权界面包含了授权者账号的操作，其逻辑为没有Grantor权限的用户被禁止进入，拥有Grantor权限的用户可以对现有账号进行创建、更改和删除。仿真界面为平面式实时反馈设计，除了开始仿真和打印功能按钮外，其主要的内容被分为左右两大部分，左边为与右侧选项相匹配的有交互模型概图，右侧为仿真项目设置和结果输出窗口。仿真项目设置界面为下拉式选择界面，分为四级菜单，一级菜单为仿真工况选择，二级菜单为模型器件选择，三级菜单对模型参数进行选定，四级菜单对其进行修改。统计报表界面为对仿真结果及操作的记录和报表管理，操作记录以日志形式呈现在该界面中，同时可以供使用者进行搜索并导出到本地。

本发明实施例提供的电气暂态仿真分析系统，能够以较简单的开发流程实现核电站电气暂态仿真分析，且分析结果来源于底层仿真软件，可信度高；同时，软件受上层系统用户界面约束，不会出现复杂的底层操作，具有使用方便，培训成本小，数据易管理和保密性能好的优点。

请参阅图6，本发明某一实施例还提供了一种电气暂态仿真分析系统的构建方法，包括：

S10、获取反映核电站总体电气情况的底层模型原型，并根据不同工况对所述底层模型原型建立不同的工况暂态分析模型；

S20、对所述工况暂态分析模型的输入及输出进行初始化，得到输出信号为时间序列的目标文件并存储至本地数据库；

S30、设置后台管理功能，包括针对不同用户设置不同权限的账号类型及操作功能；根据操作层定义操作函数，及设置统一的日志审计管理功能；其中，所述操作函数为用户行为分别与模型选择、参数设置、模型调整、仿真计算、结果保存指令的映射关系；

S40、搭建用户显示界面，通过交互模型概图和实时反馈的仿真界面进行核电站电气暂态工况分析。

可以理解的是，通过本实施例所提供的构建方法得到的电气暂态仿真分析系统，能够以较简单的开发流程实现核电站电气暂态仿真分析，且分析结果来源于底层仿真软件，可信度高；同时，软件受上层系统用户界面约束，不会出现复杂的底层操作，具有使用方便，培训成本小，数据易管理和保密性能好的优点。

本发明某一实施例还提供了一种计算机终端设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的电气暂态仿真分析系统的构建方法。

处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的电气暂态仿真分析系统的构建方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

计算机终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行如上述任一项实施例所述的电气暂态仿真分析系统的构建方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

本发明某一实施例还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现如上述任一项实施例所述的电气暂态仿真分析系统的构建方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由计算机终端设备的处理器执行以完成如上述任一项实施例所述的电气暂态仿真分析系统的构建方法，并达到如上述方法一致的技术效果。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。