1.本发明涉及电力仿真技术领域，尤其涉及一种柔性直流配电网仿真培训系统及其数据建模方法。


背景技术：

2.柔性直流输配电技术作为一种新兴的输配电技术被逐步推广应用。由于柔性直流配电网的设备结构、接线方式以及控制保护系统逻辑比较复杂，运行维护专业性非常强，需要柔性直流配电网换流站的运行维护人员掌握较高的专业知识和运行经验。由此，各种仿真培训系统应运而生。
3.现有针对柔性直流配电网的仿真培训系统包括rtds(实时数字仿真系统)、rt_lab(半实时仿真系统)及lab_view(实验室虚拟仪器工程平台)等动模仿真软件。采用rtds(实时数字仿真系统)可以为柔性直流配电网的控制保护系统提供数据源，但是rtds投资大，占地面积大，维护费用高，所提供的仿真培训内容也是对直流输配电的运行特性、控制算法及故障分析等提供一些手段，但是对提高运行维护人员的管理水平的效果并不明显。rt_lab(半实时仿真系统)及lab_view(实验室虚拟仪器工程平台)等动模仿真软件，均侧重于对直流输配电系统的特性研究和控制保护设备的测试分析，虽然可以进行一部分输配电系统运行和控制特性的培训，但并不适用于运行维护人员的技能培训。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种柔性直流配电网仿真培训系统及其数据建模方法，解决了现有针对柔性直流配电网的仿真培训系统维护费用高及适用性差的技术问题。
5.本发明第一方面提供一种柔性直流配电网仿真培训系统的数据建模方法，所述数据建模方法包括：
6.获取待仿真柔性直流配电网换流站中控制保护主机的配置数据；
7.根据所述控制保护主机的配置数据，在柔性直流配电网仿真培训系统中仿真生成对应的虚拟控制保护主机，并将所述虚拟控制保护主机连接培训主站；
8.在所述虚拟控制保护主机设置模拟模块，所述模拟模块使得所述虚拟控制保护主机接收到所述培训主站下发的操作指令时，根据所述操作指令产生对应的换流站模拟数据；
9.在所述虚拟控制保护主机中设置模拟数据压板及采样插件，以使得所述模拟数据压板投入时，所述虚拟控制保护主机的数据源来自所述换流站模拟数据，而所述模拟数据压板退出时，所述虚拟控制保护主机的数据源来自所述采样插件采集的换流站实际运行数据。
10.根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述根据所述操作指令产生对应的换流站模拟数据，包括：
11.所述虚拟控制保护主机根据所述操作指令向对应的换流站设备发送控制信号时，
生成与所述控制信号对应的所述换流站设备的状态模拟信息。
12.根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述根据所述操作指令产生对应的换流站模拟数据，还包括：
13.对于有信号返回的开关量，所述虚拟控制保护主机根据换流站的当前运行状态，将相应的开关量模拟信号置于对应的状态。
14.根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
15.在所述虚拟控制保护主机中设置显示模块，以使得所述虚拟控制保护主机通过所述显示模块显示所述数据源对应的数据。
16.根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
17.在所述虚拟控制保护主机中设置与所述培训主站连接的通讯模块，以使得所述虚拟控制保护主机通过所述通讯模块将所述数据源对应的数据发送至所述培训主站。
18.本发明第二方面提供一种柔性直流配电网仿真培训系统，包括相连接的培训主站和虚拟控制保护主机，所述虚拟控制保护主机根据待仿真柔性直流配电网换流站中控制保护主机的配置数据进行仿真生成；所述虚拟控制保护主机包括：
19.模拟模块，用于在接收到所述培训主站下发的操作指令时，根据所述操作指令产生对应的换流站模拟数据；
20.采样插件，用于采集换流站实际运行数据；
21.模拟数据压板，用于将虚拟控制保护主机的数据源从所述换流站实际运行数据切换为所述换流站模拟数据。
22.根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述模拟模块包括第一模拟单元，所述第一模拟单元用于：
23.在根据所述操作指令向对应的换流站设备发送控制信号时，生成与所述控制信号对应的所述换流站设备的状态模拟信息。
24.根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述模拟模块还包括第二模拟单元，所述第二模拟单元用于：
25.对于有信号返回的开关量，根据换流站的当前运行状态，将相应的开关量模拟信号置于对应的状态。
26.根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述虚拟控制保护主机还包括：
27.显示模块，用于显示所述数据源对应的数据。
28.根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述虚拟控制保护主机还包括：
29.通讯模块，与所述培训主站连接，用于将所述数据源对应的数据发送至所述培训主站。
30.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
31.本发明根据控制保护主机的实际配置数据，在柔性直流配电网仿真培训系统中仿真生成对应的虚拟控制保护主机，以及将所述虚拟控制保护主机连接培训主站，并在所述虚拟控制保护主机设置模拟模块，使得所述虚拟控制保护主机接收到所述培训主站下发的操作指令时，根据所述操作指令产生对应的换流站模拟数据；本发明还在所述虚拟控制保护主机中设置模拟数据压板及采样插件，以使得所述模拟数据压板投入时，所述虚拟控制保护主机的数据源来自所述换流站模拟数据，而所述模拟数据压板退出时，所述虚拟控制
保护主机的数据源来自所述采样插件采集的换流站实际运行数据；本发明由控制保护主机内部对所需数据进行模拟，减少了装置间的接线需求，无需采购类似rtds(实时数字仿真系统)等仿真平台即可实现对换流站的仿真模拟，减少了仿真培训系统的投资，减少维护费用；通过设置模拟数据压板，对控制保护主机的数据源进行切换(由实际设备切换为模拟数据)，不需要对控制保护主机的算法进行任何修改，就可以实现对换流站操作的仿真模拟、运行特性的仿真模拟以及故障的仿真模拟，便于换流站运行维护人员对换流站特性的学习及设备的维护，提高运行管理水平，从整体上解决了现有针对柔性直流配电网的仿真培训系统维护费用高及适用性差的技术问题。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
33.图1为本发明一个可选实施例提供的一种柔性直流配电网仿真培训系统的数据建模方法的流程图；
34.图2为本发明一个可选实施例提供的虚拟控制保护主机的结构框图。
35.附图说明：
36.1-模拟模块；2-采样插件；3-模拟数据压板。
具体实施方式
37.本发明实施例提供了一种柔性直流配电网仿真培训系统及其数据建模方法，用于解决现有针对柔性直流配电网的仿真培训系统维护费用高及适用性差的技术问题。
38.为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
39.请参阅图1，图1示出了本发明实施例提供的一种柔性直流配电网仿真培训系统的数据建模方法的流程图。
40.本发明提供的一种柔性直流配电网仿真培训系统的数据建模方法，包括步骤s1-s4。
41.步骤s1，获取待仿真柔性直流配电网换流站中控制保护主机的配置数据。
42.为在仿真培训实验室部署柔性直流配电网仿真培训系统用的控制保护主机，需要获取待仿真柔性直流配电网换流站中控制保护主机的配置数据。该配置数据包括配置参数及控制程序，其中配置参数包括控制保护主机型号及数量信息，该控制程序包括控制保护主机进行数据处理时所使用的算法。
43.步骤s2，根据所述控制保护主机的配置数据，在柔性直流配电网仿真培训系统中仿真生成对应的虚拟控制保护主机，并将所述虚拟控制保护主机连接培训主站。
44.本发明实施例基于该配置数据生成对应的虚拟控制保护主机，以使得生成的虚拟控制保护主机能够具备与应用于实际现场的控制保护主机一致的特性。
45.步骤s3，在所述虚拟控制保护主机设置模拟模块，所述模拟模块使得所述虚拟控制保护主机接收到所述培训主站下发的操作指令时，根据所述操作指令产生对应的换流站模拟数据。
46.在一种能够实现的方式中，所述根据所述操作指令产生对应的换流站模拟数据，包括：
47.所述虚拟控制保护主机根据所述操作指令向对应的换流站设备发送控制信号时，生成与所述控制信号对应的所述换流站设备的状态模拟信息。
48.例如，虚拟控制保护主机根据操作指令向某一个断路器发送合闸信号时，在虚拟控制保护主机中将产生一个对应的断路器已经合闸的模拟位置信号。
49.进一步地，若操作指令包括针对虚拟控制保护主机本身的控制指令，此时虚拟控制保护主机也会根据该控制指令模拟生成相应的控制参数值。例如，该控制指令为控制虚拟控制保护主机位于功率控制模式，其中有功功率目标值是ptarget，该虚拟控制保护主机中将产生一个对应的实际功率模拟值psim，此功率模拟值psim与ptarget的值相等。
50.在一种能够实现的方式中，所述根据所述操作指令产生对应的换流站模拟数据，还包括：
51.对于有信号返回的开关量，所述虚拟控制保护主机根据换流站的当前运行状态，将相应的开关量模拟信号置于对应的状态。
52.其中，虚拟控制保护主机所控制的开关量包括：各断路器、隔离开关的分合闸位置，以及控制保护装置的运行状态信息。
53.本实施例的操作，针对的是在虚拟控制保护主机本身没有模拟数据，但是有具体数据返回的情况。例如，在虚拟控制保护主机执行操作指令后，换流站的某些装置会反馈相应的状态信息，此时，虚拟控制保护主机会根据该状态信息将相应的开关量模拟信号置于对应的状态。
54.步骤s4，在所述虚拟控制保护主机中设置模拟数据压板及采样插件，以使得所述模拟数据压板投入时，所述虚拟控制保护主机的数据源来自所述换流站模拟数据，而所述模拟数据压板退出时，所述虚拟控制保护主机的数据源来自所述采样插件采集的换流站实际运行数据。
55.其中，该采样插件包括模拟量采样插件、开光量采样插件和通讯插件。其中，模拟量采样插件采集的数据为模拟量，包括电压、电流等数据。开光量采样插件采集的数据为隔离刀闸、断路器的分、合闸位置等信息。通讯插件采集到的数据为其他系统的输入数据，例如来自稳控装置的有功功率指令等数据信息。
56.其中，模拟数据压板是设置在控制保护主机算法中的一个软压板，用来选择输入数据源。实际工程应用中，控制保护主机的算法输入数据一般来自模拟量采样插件、开关量采样插件以及通讯方式采集到的其他控制系统的数据信息。在本技术中，设置了模拟数据压板，当这个模拟数据压板投入时，控制保护主机算法中用到的数据，与实际工程应用不一样，不再是采样插件采集到的数据，而是控制保护主机中自身产生的模拟数据。
57.例如，实际应用中，控制保护主机用到的直流电压值和直流电流值，都是通过采样
插件采集到的数据。在此申请中，如果投入了模拟数据压板，那么控制保护主机在计算时所用到的直流电压和直流电流数值，就是控制保护主机自己产生的数据，而不是采样插件采集到的数据。
58.本发明上述实施例，采用在控制保护主机内对所需数据进行模拟的方法，无需采购类似rtds等仿真平台即可实现对换流站的仿真模拟，减少了仿真培训系统的投资，减少维护费用，且不需要对控制保护主机原有算法进行任何修改，不需要额外开发硬件系统，完全采用与实际运行系统一致的软件和硬件，减少研发工作量，能够一比一的模拟换流站的运行状态。
59.在一种能够实现的方式中，所述方法还包括：
60.在所述虚拟控制保护主机中设置显示模块，以使得所述虚拟控制保护主机通过所述显示模块显示所述数据源对应的数据。
61.在一种能够实现的方式中，所述方法还包括：
62.在所述虚拟控制保护主机中设置与所述培训主站连接的通讯模块，以使得所述虚拟控制保护主机通过所述通讯模块将所述数据源对应的数据发送至所述培训主站。
63.其中，所述的数据源对应的数据包括数据源本身以及通过内置的算法对该数据源进行处理后生成的数据。
64.该内置的算法为实际控制保护主机中所配置的现有算法，本发明实施例对该算法不作限定。
65.作为优选，该通讯模块通过iec61850协议与培训主站通信。该培训主站设有人机交互界面用于展示虚拟控制保护主机传送的数据。
66.通过培训主站来呈现对应换流站运行状态的数据，有利于运行维护人员对系统的熟悉和管理。
67.具体实施时，以实现对柔性直流配电网中换流站运行状态的仿真模拟为例，对本发明上述实施例的方法进行详细阐述。
68.其中，换流站运行状态包括接地状态、停运状态、备用状态、闭锁状态、解锁状态及运行状态。各个运行状态的定义如下：
69.接地状态：所有的接地刀闸处于合闸位置，所有的隔离开关处于分闸位置，所有的断路器处于分闸位置；
70.停运状态：所有的接地刀闸处于分闸位置，所有的隔离开关处于分闸位置，所有的断路器处于分闸位置；
71.备用状态：所有的接地刀闸处于分闸位置，所有的隔离开关处于合闸位置，网侧断路器处于分闸位置；
72.闭锁状态：换流变进线侧断路器处于合闸位置，换流阀处于闭锁状态；
73.解锁状态：换流阀处于解锁状态；
74.运行状态：换流阀处于解锁状态，换流变进线侧断路器处于合闸位置，并且直流电压大于某一定值，这里所说的定值，与换流站的电压等级有关系，一般为换流站电压等级的0.925ud，ud指换流站的直流额定电压等级。
75.根据上述实施例的方法设置虚拟控制保护主机后，当虚拟控制保护主机接收到要置于运行状态的操作指令时，虚拟控制保护主机自动生成对应的模拟信号，分别如下：
76.将换流阀的解锁状态模拟信号置为1，将换流阀的闭锁状态模拟信号置为0；
77.将换流变进线侧断路器的合闸位置模拟信号置为1，将换流变进线侧断路器的分闸位置模拟信号置为0；
78.将所有的接地刀闸的分闸位置模拟信号置为1，将所有接地刀闸的合闸位置模拟信号置为0；
79.将隔离开关的合闸位置模拟信号置为1，将隔离开关的分闸位置模拟信号置为0；
80.将系统电压的模拟信号置为对应的换流站额定电压；
81.将直流电压的模拟信号置为0.925ud。
82.在虚拟控制保护主机中投入模拟数据压板后，虚拟控制保护主机所需的数据源来自其本身产生的模拟数据，产生此组模拟数据与运行状态需要的数据相吻合，此时即可在相应的界面上看到换流站处于运行状态。
83.本发明还提供了一种柔性直流配电网仿真培训系统，包括相连接的培训主站和虚拟控制保护主机，所述虚拟控制保护主机根据待仿真柔性直流配电网换流站中控制保护主机的配置数据进行仿真生成。
84.请参阅图2，图2示出了本发明实施例提供的虚拟控制保护主机的结构框图。
85.本实施例的虚拟控制保护主机包括：
86.模拟模块1，用于在接收到所述培训主站下发的操作指令时，根据所述操作指令产生对应的换流站模拟数据；
87.采样插件2，用于采集换流站实际运行数据；
88.模拟数据压板3，用于将虚拟控制保护主机的数据源从所述换流站实际运行数据切换为所述换流站模拟数据。
89.在一种能够实现的方式中，所述模拟模块1包括第一模拟单元，所述第一模拟单元用于：
90.在根据所述操作指令向对应的换流站设备发送控制信号时，生成与所述控制信号对应的所述换流站设备的状态模拟信息。
91.在一种能够实现的方式中，所述模拟模块1还包括第二模拟单元，所述第二模拟单元用于：
92.对于有信号返回的开关量，根据换流站的当前运行状态，将相应的开关量模拟信号置于对应的状态。
93.在一种能够实现的方式中，所述虚拟控制保护主机还包括：
94.显示模块，用于显示所述数据源对应的数据。
95.在一种能够实现的方式中，所述虚拟控制保护主机还包括：
96.通讯模块，与所述培训主站连接，用于将所述数据源对应的数据发送至所述培训主站。
97.本发明上述实施例由控制保护主机内部对所需数据进行模拟，减少了装置间的接线需求，无需采购类似rtds等仿真平台即可实现对换流站的仿真模拟，减少了仿真培训系统的投资，减少维护费用；通过设置模拟数据压板，对控制保护主机的数据源进行切换(由实际设备切换为模拟数据)，不需要对控制保护主机的算法进行任何修改，就可以实现对换流站操作的仿真模拟、运行特性的仿真模拟以及故障的仿真模拟，便于换流站运行维护人
员对换流站特性的学习及设备的维护，提高运行管理水平。
98.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
99.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
100.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
101.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
102.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
103.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。