配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法技术方案

本发明专利技术涉及电力系统仿真领域，尤其涉及一种配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法。所述方法包括如下步骤：(1)仿真目标的确定；(2)信息系统和物理电网图形窗口建模；(3)特征指标及计算模型配置；(4)实时数据库、历史数据库配置；(5)主题图的构建和配置；(6)实时数据驱动多态可视化展现；(7)历史数据驱动主题图回演。本发明专利技术解决了配电网信息物理系统仿真过程中动态仿真数据、多种配网运行状态、配电网络及通信网络的多维度可视化展现问题，从而实现配电网信息物理系统多运行状态转换、配电网信息物理系统区域连锁反应及信息系统与物理电网动态交互影响过程等研究内容的可视化仿真。

Modeling method of polymorphic visualization in the simulation process of distribution network information physical system

The present invention relates to the field of power system simulation, especially a method of polymorphism visualization modeling in the simulation process of distribution network information physical system. The method comprises the following steps: (1) to determine the target; (2) information systems and physical grid window graphics modeling; (3) feature configuration index and calculation model; (4) real-time database and historical database configuration; (5) the construction and configuration of topic map; (6) real-time data driven polymorphism visualization; (7) historical data driven topic map to play. The invention solves the physical information system of distribution network simulation process dynamic simulation data, a variety of distribution network operation status, distribution network and communication network and multi dimension visualization problems, so as to realize the visual simulation of physical information system of distribution network operation research content of state transition, affecting the process of distribution network information system and information system of regional physical chain reaction with the physical power dynamic interaction etc..

【技术实现步骤摘要】
配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法
本专利技术涉及电力系统仿真领域，尤其涉及一种配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法。
技术介绍
在配电网快速建设过程中，随着随机性、间歇性和波动性的可再生能源的不断接入，智能柔性负荷和电动汽车不断普及，“源-网-荷”柔性互动运行模式的不断应用以及数字化和信息化水平日益提高，配电网中能量流和信息流交互影响愈加频繁，能量系统与信息系统的耦合程度也越加紧密，传统的配电系统正逐渐演变为由信息系统和物理系统构成的“二元复合系统”，即信息物理融合系统(cyberphysicalsystem，CPS)。配电网CPS的核心特征是信息系统与物理电网间的深度交互影响，电网中的能量流和信息流共同决定着配电系统的功能和行为特征，无论是电力系统本身，还是通信系统发生故障，都可能导致整个耦合网络的崩溃。因此，要提高其规划设计的科学性和合理性、提升其运行管理水平，就必须能够全面、准确地理解配电网信息物理系统的行为特性，并能定量分析能量流和信息流的耦合机理、相互作用及发展态势。目前，配电网的信息化、自动化和智能化发展依赖于全面准确的仿真模拟数据。在配电网信息物理系统环境中，需要以物理电网和信息系统的动态交互过程、多运行状态转变特性等内容为研究目标，因此除了动态、静态、电能质量等传统仿真内容外，还需要开展通信系统与物理电网动态交互影响，配电网故障、设备投切、信息通信系统瘫痪、通信系统拥塞、信息延迟及丢包等各类事件触发引起的配电运行状态转换和区域连锁反应等仿真内容，以实现从不同角度衡量配电网信息物理系统的运行特征。现有的配电网仿真工具，如PSASP，为三层体系结构，第一层为公用数据和模型的资源库，第二层为基于资源库的应用程序包，第三层为计算结果库和分析工具，由于其第二层的应用程序包较为固定，因此其所能进行的仿真内容是固定的，其中只包含物理电网的仿真内容，无法进行信息系统的仿真，而针对特定的仿真目标，其所使用的特征指标和计算模型也是固定的，因此，现有配电网仿真工具无法满足配电网信息物理系统环境下复杂且多样的仿真需求。针对此情况，本专利技术提出面向主题(或目标)的配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模技术，该技术在配电网综合数据模型基础上，通过图形化建模操作实现主题图的物理元素静态模型、可视化图元(曲线、表格、饼图等)与特征指标、计算模型的关联，并以多样化主题展示界面的方式可视化展现各类仿真数据和仿真过程。该技术解决了配电网信息物理系统仿真过程中动态仿真数据、多种配网运行状态、配电网络及通信网络的多维度可视化展现问题，为实现后续仿真结果数据的分析与可视化展示奠定了基础。现有配电网仿真过程建模技术的缺点如下：1)现有技术所能进行的仿真内容是固定的，只能进行物理电网的仿真，不具备对信息系统进行仿真的能力，因此无法全面、准确、深入的分析配电网信息物理系统的行为特性；2)针对特定的仿真目标，现有技术采用的特征指标和计算模型均是固定的，无法自由选择和配置所需要的特征指标，也无法制定和配置精细化的计算模型，导致仿真数据和仿真过程的展示缺乏灵活性和多样性，因此，现有技术无法为在配电网信息物理系统环境下进行复杂且多样的仿真提供支撑；3)现有技术不具备多窗口主题展示、多窗口数据协同联动、主题展现方式的配置能力，因此其不具备以可视化的方式直观的展现配电网信息物理系统复杂的仿真数据和仿真过程的能力。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术的目的在于：1)提供进行信息系统仿真所需的各类元素，从而使仿真工具具备对信息系统进行仿真的能力，以全面、准确、深入的分析配电网信息物理系统的行为特性；2)提供针对仿真目标，自由选择和配置配电网的特征指标及计算模型的方法、步骤和流程，提高仿真过程可视化模型建立的灵活性和多样性，以满足配电网信息物理系统环境下复杂且多样的仿真需求；3)提出基于主题的多态可视化界面展现模型，使仿真数据和仿真过程的展现方式更加灵活、直观，实现配电网信息物理系统多运行状态转换、配电网信息物理系统区域连锁反应及信息系统与物理电网动态交互影响过程等复杂研究内容的仿真数据和仿真过程的可视化展现。为了实现上述目的，本专利技术提出如下技术方案：一种配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)仿真目标的确定：根据业务需求确定仿真实验的主题和仿真的目标；(2)信息系统和物理电网图形窗口建模；(3)特征指标及计算模型配置；(4)实时数据库、历史数据库配置：配置特征指标数据和计算模型计算结果数据的数据ID，数据ID是一个正整数，用以在实时数据库及历史数据库中表征一个特征指标数据或计算结果数据；配置历史数据库中需要存储的数据及存储时间粒度；(5)主题图的构建和配置：对特征指标和计算模型输出结果的可视化展现方式进行配置，并将特征指标和计算模型输出结果关联到步骤(2)中建立的信息系统模型和物理电网模型上，从而形成多个主题图；(6)实时数据驱动多态可视化展现：将步骤(5)中配置好的多个主题图组合成多子窗口的多主题展现界面，在仿真过程中由仿真计算的实时数据来驱动；(7)历史数据驱动主题图回演：多主题展现界面以历史仿真数据为驱动，针对不同主题图进行回演。进一步地，在步骤(2)中，图形窗口建模的具体步骤如下：(2.1)根据该图形窗口所要展现的内容，从模型库中确定和选择相应的物理元素静态模型；(2.2)根据该图形窗口的展现目标和物理元素静态模型所代表设备的特性，分别对选择的各个物理元素静态模型的参数进行配置；同时，物理元素静态模型参数将存入模型数据库；(2.3)对物理元素静态模型在窗口中的位置进行布局，并建立和配置连接网络；同时，连接网络参数将存入模型数据库；至此，一个图形窗口建模完成。进一步地，在所述步骤(2.1)中，信息系统的物理元素静态模型包括：自动化终端和通信设备；所述自动化终端包括DTU、FTU、RTU、TTU；所述通信设备包括SDH/MSTP、交换机、EPON、PCM；物理电网的物理元素静态模型包括：传统的电力一次设备模型、分布式新能源设备模型和电力二次设备模型；所述传统的电力一次设备模型包括发电机、变压器、开关刀闸、负荷；所述分布式新能源设备模型包括风机电站、光伏电站、大容量储能电池系统；所述电力二次设备模型包括熔断器、继电器、控制开关、电压表、电流表。进一步地，步骤(3)包括如下步骤：(3.1)针对仿真目标，从特征指标库中选择该仿真实验所需的配电网信息物理系统特征指标，即指定为达到此次仿真实验目的，需要重点关注的特征指标数据，并对选择的特征指标的属性进行配置，特征指标及其属性都将存入模型数据库；(3.2)针对仿真目标，自定义创建配电网信息物理系统计算模型，创建的计算模型将存入模型数据库；(3.3)将特征指标和计算模型进行绑定；仿真过程中，计算模型的输入数据来自于特征指标数据，通过计算模型对特征指标数据进行计算得到输出结果，输出结果将存入实时数据库。进一步地，在步骤(3.1)中，特征指标的属性包括：数据类型、数据单位、数据格式、阈值、采集间隔、筛选方法、触发事件。进一步地，在步骤(3.2)中，计算模型包括两类：第一类为配电网信息物理系统状态计算模型，该模型通过数学公式定义了配电网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)仿真目标的确定：根据业务需求确定仿真实验的主题和仿真的目标；(2)信息系统和物理电网图形窗口建模；(3)特征指标及计算模型配置；(4)实时数据库、历史数据库配置：配置特征指标数据和计算模型计算结果数据的数据ID，数据ID是一个正整数，用以在实时数据库及历史数据库中表征一个特征指标数据或计算结果数据；配置历史数据库中需要存储的数据及存储时间粒度；(5)主题图的构建和配置：对特征指标和计算模型输出结果的可视化展现方式进行配置，并将特征指标和计算模型输出结果关联到步骤(2)中建立的信息系统模型和物理电网模型上，从而形成多个主题图；(6)实时数据驱动多态可视化展现：将步骤(5)中配置好的多个主题图组合成多子窗口的多主题展现界面，在仿真过程中由仿真计算的实时数据来驱动；(7)历史数据驱动主题图回演：多主题展现界面以历史仿真数据为驱动，针对不同主题图进行回演。

【技术特征摘要】
1.一种配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)仿真目标的确定：根据业务需求确定仿真实验的主题和仿真的目标；(2)信息系统和物理电网图形窗口建模；(3)特征指标及计算模型配置；(4)实时数据库、历史数据库配置：配置特征指标数据和计算模型计算结果数据的数据ID，数据ID是一个正整数，用以在实时数据库及历史数据库中表征一个特征指标数据或计算结果数据；配置历史数据库中需要存储的数据及存储时间粒度；(5)主题图的构建和配置：对特征指标和计算模型输出结果的可视化展现方式进行配置，并将特征指标和计算模型输出结果关联到步骤(2)中建立的信息系统模型和物理电网模型上，从而形成多个主题图；(6)实时数据驱动多态可视化展现：将步骤(5)中配置好的多个主题图组合成多子窗口的多主题展现界面，在仿真过程中由仿真计算的实时数据来驱动；(7)历史数据驱动主题图回演：多主题展现界面以历史仿真数据为驱动，针对不同主题图进行回演。2.根据权利要求1所述的一种配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法，其特征在于：在步骤(2)中，图形窗口建模的具体步骤如下：(2.1)根据该图形窗口所要展现的内容，从模型库中确定和选择相应的物理元素静态模型；(2.2)根据该图形窗口的展现目标和物理元素静态模型所代表设备的特性，分别对选择的各个物理元素静态模型的参数进行配置；同时，物理元素静态模型参数将存入模型数据库；(2.3)对物理元素静态模型在窗口中的位置进行布局，并建立和配置连接网络；同时，连接网络参数将存入模型数据库；至此，一个图形窗口建模完成。3.根据权利要求2所述的一种配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法，其特征在于：在所述步骤(2.1)中，信息系统的物理元素静态模型包括：自动化终端和通信设备；所述自动化终端包括DTU、FTU、RTU、TTU；所述通信设备包括SDH/MSTP、交换机、EPON、PCM；物理电网的物理元素静态模型包括：传统的电力一次设备模型、分布式新能源设备模型和电力二次设备模型；所述传统的电力一次设备模型包括发电机、变压器、开关刀闸、负荷；所述分布式新能源设备模型包括风机电站、光伏电站、大容量储能电池系统；所述电力二次设备模型包括熔断器、继电器、控制开关、电压表、电流表。4.根据权利要求1所述的一种配电网信息物理系统仿真过程多态可视化建模方法，其特征在于：步骤(3)包括如下步骤：(3.1)针对仿真目标，从特征指标库中选择该仿真实验所需的配电网信息物理系统特征指标，即指定为达...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉凯，林昌年，韩佳兵，王兰香，邱红锴，张岩，周浩涵，杨选怀，
申请(专利权)人：国家电网公司，北京科东电力控制系统有限责任公司，南京南瑞集团公司，
类型：发明
国别省市：北京,11