基于图形建模的变电站控制与信号系统的仿真
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摘要
变电站的控制与信号系统是实现变电站安全、经济运行和操作管理的必不可少的重要组成部分，特别是对日常的运行控制来说，显得更加重要。实现对其的数字仿真，对于变电站的控制与信号系统的设计、各种保护的组合及功能测试，以及对变电站的培训仿真，都有着重要的意义。
为了实现仿真的可视性、通用性和开放性，本文采用图形控件的思想绘制变电站控制与信号系统的图纸，创建了代表各种设备的图形控件，并在图形控件中引入热点敏感区的概念，使得图形控件能够准确地自动连接。通过依次分析图形控件的连接关系、设备的连接关系以及电气部件连接关系，最终建立起通用的变电站控制与信号系统的仿真模型。考虑到在所建的仿真模型中存在着大量的开关性电气部件以及一些相对独立的模块，文中采用了等效节点法、模块分割法和树梢消去法等方法对模型进行处理，减少了节点，缩小了方程矩阵的阶数，提高了仿真的速度。最后再采用局部调整的方法，克服了化简的结果受电气部件状态的影响而变得无效的现象，实现了变电站控制与信号系统的动态分析。
对于系统中存在的智能型设备，本文采用了“输入—智能环节—输出”的建模方法，以完成与其他设备的连接。同时，为进一步提高仿真的速度，在分布式计算方面做了尝试，在制定相应的分布策略后，采用Socket技术，实现程序之间的通信。
Substation’s control and signal system play an important role in the safe, economical running and operation management of the substation, especially for the daily running and control. The digital simulation for the system is really significant for the design of the substation, for the combinative optimization and testing of various protections, and even for the substation’s training simulation.
To realize the visibility and commonality of the simulation, many graphical controls, which represent all kinds of actual devices, are constructed to plot the drawings of substation’s control and signal system. The sensitive areas of hotspots are used to enable the neighboring controls to connect together automatically and exactly. The connected relations of graphical controls, devices and electrical components are analyzed on the basis of the drawings, and as a result the common simulation model of the control and signal system for substation is established. Because of the fact that the model is made up of many self-governed modules and lots of on-off electrical components, such methods as equivalent-node, separate-module and treetop-elimination are applied to decrease the number of nodes and the dimensions of corresponding matrixes, and largely increase the speed of the simulation. The method of partial modification is adopted to prevent the simplification from being ineffective as the result of the varying states of on-off electrical components. Thus, the dynamic analysis of the substation’s control and signal system are obtained.
The models of those intelligentized devices are constructed distinguishingly in this paper, in which import circuits and output circuits are put apart to communicate with other devices. Some attempts in distributed calculating have been made to further increase the speed of simulation. After the strategies of assignment being set down, the technology of socket is adopted to realize the communication among different programs.
为了实现仿真的可视性、通用性和开放性，本文采用图形控件的思想绘制变电站控制与信号系统的图纸，创建了代表各种设备的图形控件，并在图形控件中引入热点敏感区的概念，使得图形控件能够准确地自动连接。通过依次分析图形控件的连接关系、设备的连接关系以及电气部件连接关系，最终建立起通用的变电站控制与信号系统的仿真模型。考虑到在所建的仿真模型中存在着大量的开关性电气部件以及一些相对独立的模块，文中采用了等效节点法、模块分割法和树梢消去法等方法对模型进行处理，减少了节点，缩小了方程矩阵的阶数，提高了仿真的速度。最后再采用局部调整的方法，克服了化简的结果受电气部件状态的影响而变得无效的现象，实现了变电站控制与信号系统的动态分析。
对于系统中存在的智能型设备，本文采用了“输入—智能环节—输出”的建模方法，以完成与其他设备的连接。同时，为进一步提高仿真的速度，在分布式计算方面做了尝试，在制定相应的分布策略后，采用Socket技术，实现程序之间的通信。
Substation’s control and signal system play an important role in the safe, economical running and operation management of the substation, especially for the daily running and control. The digital simulation for the system is really significant for the design of the substation, for the combinative optimization and testing of various protections, and even for the substation’s training simulation.
To realize the visibility and commonality of the simulation, many graphical controls, which represent all kinds of actual devices, are constructed to plot the drawings of substation’s control and signal system. The sensitive areas of hotspots are used to enable the neighboring controls to connect together automatically and exactly. The connected relations of graphical controls, devices and electrical components are analyzed on the basis of the drawings, and as a result the common simulation model of the control and signal system for substation is established. Because of the fact that the model is made up of many self-governed modules and lots of on-off electrical components, such methods as equivalent-node, separate-module and treetop-elimination are applied to decrease the number of nodes and the dimensions of corresponding matrixes, and largely increase the speed of the simulation. The method of partial modification is adopted to prevent the simplification from being ineffective as the result of the varying states of on-off electrical components. Thus, the dynamic analysis of the substation’s control and signal system are obtained.
The models of those intelligentized devices are constructed distinguishingly in this paper, in which import circuits and output circuits are put apart to communicate with other devices. Some attempts in distributed calculating have been made to further increase the speed of simulation. After the strategies of assignment being set down, the technology of socket is adopted to realize the communication among different programs.
引文
黄家裕，陈礼义，孙得昌。电力系统数字仿真。水利水电出版社，1995
文锋。发电厂及变电所的控制。中国电力出版社，1998
范锡普。发电厂电气部分。水利电力出版社，1987
王树南。发电厂和变电所电气设备的自动控制与信号装置。水利电力出版社，1975
华中工学院编。电力系统继电保护原理与运行。电力工业出版社，1981
贺家李，宋丛矩。电力系统继电保护原理。水利电力出版社，1985
唐世林。电站计算机仿真技术。科学出版社，1996
马自卫，黄象贤，周颖。计算机仿真技术。人民邮电出版社，1988
张国峰。C++语言及其程序设计教程。电子工业出版社，1999, 6
【美】赖斯多夫亨，德森，希望图书创作室译。Borland C++ Builder实用培训教程。宇航出版社，1998, 6
肖勇，龙玺，徐健，张翼飞等著。C++ Builder 4应用程序开发。人民邮电出版社，2000, 1
梅杓春，许世民。Windows环境下的Socket编程技术。计算机与通信，1998, (7), 28~30
边奠英。软件技术基础。天津大学出版社，1993
钟佐华，李灿宏编。网络图论和矩阵分析法。人民邮电出版社，1983, 3
戴一奇著。图论及其应用。水利电力出版社出版，1988, 6
严蔚敏，吴伟民。数据结构清华大学出版社，1997。
金兰。分布式计算机系统纵论。小型微型计算机系统，1984, (1), 1~6
武汉大学分布式系统研究组。分布式并行处理系统探索。武汉大学出版社，1984
彭德纯，邱毓兰，林子禹。分布式并行处理技术导论。武汉大学出版社，1995
金国华，陈福接。大规模并行机程序并行化理论与技术。科学出版社，1995
袁赣南，李金。分布式多处理机控制系统。哈尔滨工业大学出版社，1997
王铁红，张炳达，沈捷。继电保护培训仿真系统。继电器，1999, 27(6), 34~36
刘蔚，孔斌等。变电站计算机仿真培训专家系统的图形管理系统。继电器，1999, (7), 45~47
黄重。近年来计算机仿真技术的新发展。华北电力技术，1996, (9), 52~54
汤涌。电力系统数字仿真的现状与发展。电力系统自动化，2002, 26(17), 66~70
王子才。仿真技术发展及应用。中国工程科学，2003, 5(2), 40~44
郑毅，李建华等。甘肃电网调度员培训仿真系统的开发与应用。电网技术，1998,
22(4), 21~25
范文涛，慕志恒。面向对象技术及其在电力系统中的应用。电力系统自动化，1998, 22(12), 72~76
杨奇逊。变电站综合自动化技术发展趋势。中国电机工程学报，1996, 16(3), 145~146
杨明，夏浩。面向对象建模技术开发大型培训仿真系统的一种方法。系统仿真学报，1997, 12(4), 32~39
刘怡文。基于Socket的网络实时管理与通信。微计算机应用，1998, 19(5), 264~267
姜文平，谭晖。基于TCP/IP的Socket接口实现网络通信。湖北邮电技术，1998, (4), 32~39
曹宁，冯忠义等。基于客户/服务器模式的Socket网络编程。计算机工程，1999, 25(2), 72~74
周建华。变电站仿真系统中的实时通讯应用研究。电工技术杂志，2002(1), 21~23
陈礼义，顾强。电力系统数字仿真及其发展。电力系统自动化，1999, 23(23）, 1~6
杨胜春，王力科等。DTS中基于定值判断的继电保护仿真。电力系统自动化，1998, 22(8), 30~32
吴东，沈捷，张炳达。用于设计的变电站二次系统原理性仿真。天津市电力学会一九九八年学术年会论文
陈德树主编。计算机继电保护原理与技术。水利电力出版社出版，1992
陈德树主编。计算机继电保护原理与技术。水利电力出版社出版，1992
杨山主编。线形网络分析，高等教育出版社，1987, 5
熊洪允，曾绍标，毛云英编著。应用数学基础。天津大学出版社，1994, 9
朱文东等。电力网络局部拓扑的快速算法。电网技术，1996, 20(3), 30~33
竺炜，李卫国，周有庆。用于DTS的实用电力网络拓扑分析方法。华北电力技术，1998(8), 10~12
【美】W. H. 普雷斯等。数值方法大全──科学计算的艺术。兰州大学出版社，1991, 5
张炳达，吴 东，沈 捷。用C++实现的变电站培训仿真专家系统。电网技术，1999, 23(10), 39~40
姚建国，王元林等。新一代调度员培训仿真器的设计和实现。电力系统自动化，1995, 19(2), 12~17
马全喜，赵玉琴，王俊仙等。LPR—30型集成电路保护装置的改进与应用。河南冶金，1998(3), 32~35
赵靖英，陆俭国，王景芹等。智能化保护继电器的发展概况。电工技术，2003(4), 20~22
孙丰奇。10KV, 35KV线路保护组合继电器。郑州工学院学报，1995, 16(4), 50~52
王威，蔡瑞忠，唐多元等。电站仿真建模图形化软件系统—GNET。系统仿真学报，1997, 9(2), 100~105
韩罡，孙长嵩，刘金鑫。面向对象的图形建模应用。新浪潮，1997, (1), 11~13
王美瑄，徐开理，窦河群。变电站仿真机中线路保护的仿真。电力学报，2000, 15(1), 68~70
黄彩凤。220Kv新建变电站继电保护仿真。华东电力，2002, 30(1), 61~63
曾福望。变电站继电保护仿真。江西电力职工大学学报，2001, 14(2), 26~29
陈维铁。电力系统仿真技术的发展和应用。西南石油学院学报，1996, 18(1), 116~121
张炳达，黄大鹏，陈伟乐。基于图形的变电站控制与信号系统仿真的研究。计算机仿真，2003, 20(12), 127~129
狄东宁，王正元，岑凯辉等。装甲车辆作战仿真平台设计。计算机仿真，2003, 20(3), 22~24
李杨。卫星电总体数字仿真辅助设计研究。航天器工程，2002, 11(1), 28~40
李庚银，陈志业。电力系统无功及谐波综合补偿系统的动态特性研究。电力系统及其自动化学报，1995, 7(1), 59~65
张东英，周庆捷，杨以涵。基于网络系统的变电站仿真培训。电力系统自动化，1998, 22(3), 30~32
张东英，柳焯等。变电站仿真培训的远程教学系统。东北电力大学学报，1998, 25(2), 18~24
杨宛辉，许珉等。变电站计算机仿真培训专家系统的开发与应用。继电器，1999, 27(2), 32~34
康华光。电子技术基础。高等教育出版社，1999, 6
张扬，陆承宇，杜振东。电力系统仿真软件PSS/E简介。华东电力，1997, 25(1), 6~9
洪先龙，孙家广，王泽毅等。计算机辅助电路分析。清华大学出版社，1982, 9
IEEE电力工程委员会编，孙军等译。微处理机式继电器和保护系统。重庆大学出版社，1990, 1
杨永生。基于面向对象技术的微机保护仿真。电力自动化设备，2001, 21(7), 46~48
汪世明。智能型微机保护装置概述。炼油技术与工程，2003, 33(1), 37~39
Rochefort M. Development of a graphical user interface for a real-time Power System simulator. ElectricPower System Research, 1996, 36(3), 203~210
Zhang BD, W.L. CHAN ,Huang DP. The Study on the Simulation for Substation’s Control and Signal System Based on Graph. INTERNATIONAL CONFERENCE
ON ADVANCES IN POWER SYSTEM CONTROL, OPERATION & MANAGEMENT, 2003
Zhu J. Object-oriented development of software systems for Power System simulations. IEEE Transactions on Power Systems, 1987, 12(2), 1002~1007
Zhang BD, Xie SW, etc. The Training Simulation System for Substation Based on Network and Expert System. 5th INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCES IN POWER SYSTEM CONTROL, OPERATION & MANAGEMENT, 2000
Chengyan Yue; Ruihua Song; Ruomei Li; Xiaoxin Zhou; Study on the development of real-time digital simulation based on Matlab Power System Technology, 2002. Proceedings. PowerCon 2002. International Conference on , Volume: 4 , 13~17 Oct. 2002
Weijia Jia; Lee, C.H.; Chow, P.K.O.; Jiannong Cao. Object-oriented groups for distributed computation developmentSystems. Man, and Cybernetics, 1996., IEEE International Conference on , Volume: 3 14~17 Oct. 1996
文锋。发电厂及变电所的控制。中国电力出版社，1998
范锡普。发电厂电气部分。水利电力出版社，1987
王树南。发电厂和变电所电气设备的自动控制与信号装置。水利电力出版社，1975
华中工学院编。电力系统继电保护原理与运行。电力工业出版社，1981
贺家李，宋丛矩。电力系统继电保护原理。水利电力出版社，1985
唐世林。电站计算机仿真技术。科学出版社，1996
马自卫，黄象贤，周颖。计算机仿真技术。人民邮电出版社，1988
张国峰。C++语言及其程序设计教程。电子工业出版社，1999, 6
【美】赖斯多夫亨，德森，希望图书创作室译。Borland C++ Builder实用培训教程。宇航出版社，1998, 6
肖勇，龙玺，徐健，张翼飞等著。C++ Builder 4应用程序开发。人民邮电出版社，2000, 1
梅杓春，许世民。Windows环境下的Socket编程技术。计算机与通信，1998, (7), 28~30
边奠英。软件技术基础。天津大学出版社，1993
钟佐华，李灿宏编。网络图论和矩阵分析法。人民邮电出版社，1983, 3
戴一奇著。图论及其应用。水利电力出版社出版，1988, 6
严蔚敏，吴伟民。数据结构清华大学出版社，1997。
金兰。分布式计算机系统纵论。小型微型计算机系统，1984, (1), 1~6
武汉大学分布式系统研究组。分布式并行处理系统探索。武汉大学出版社，1984
彭德纯，邱毓兰，林子禹。分布式并行处理技术导论。武汉大学出版社，1995
金国华，陈福接。大规模并行机程序并行化理论与技术。科学出版社，1995
袁赣南，李金。分布式多处理机控制系统。哈尔滨工业大学出版社，1997
王铁红，张炳达，沈捷。继电保护培训仿真系统。继电器，1999, 27(6), 34~36
刘蔚，孔斌等。变电站计算机仿真培训专家系统的图形管理系统。继电器，1999, (7), 45~47
黄重。近年来计算机仿真技术的新发展。华北电力技术，1996, (9), 52~54
汤涌。电力系统数字仿真的现状与发展。电力系统自动化，2002, 26(17), 66~70
王子才。仿真技术发展及应用。中国工程科学，2003, 5(2), 40~44
郑毅，李建华等。甘肃电网调度员培训仿真系统的开发与应用。电网技术，1998,
22(4), 21~25
范文涛，慕志恒。面向对象技术及其在电力系统中的应用。电力系统自动化，1998, 22(12), 72~76
杨奇逊。变电站综合自动化技术发展趋势。中国电机工程学报，1996, 16(3), 145~146
杨明，夏浩。面向对象建模技术开发大型培训仿真系统的一种方法。系统仿真学报，1997, 12(4), 32~39
刘怡文。基于Socket的网络实时管理与通信。微计算机应用，1998, 19(5), 264~267
姜文平，谭晖。基于TCP/IP的Socket接口实现网络通信。湖北邮电技术，1998, (4), 32~39
曹宁，冯忠义等。基于客户/服务器模式的Socket网络编程。计算机工程，1999, 25(2), 72~74
周建华。变电站仿真系统中的实时通讯应用研究。电工技术杂志，2002(1), 21~23
陈礼义，顾强。电力系统数字仿真及其发展。电力系统自动化，1999, 23(23）, 1~6
杨胜春，王力科等。DTS中基于定值判断的继电保护仿真。电力系统自动化，1998, 22(8), 30~32
吴东，沈捷，张炳达。用于设计的变电站二次系统原理性仿真。天津市电力学会一九九八年学术年会论文
陈德树主编。计算机继电保护原理与技术。水利电力出版社出版，1992
陈德树主编。计算机继电保护原理与技术。水利电力出版社出版，1992
杨山主编。线形网络分析，高等教育出版社，1987, 5
熊洪允，曾绍标，毛云英编著。应用数学基础。天津大学出版社，1994, 9
朱文东等。电力网络局部拓扑的快速算法。电网技术，1996, 20(3), 30~33
竺炜，李卫国，周有庆。用于DTS的实用电力网络拓扑分析方法。华北电力技术，1998(8), 10~12
【美】W. H. 普雷斯等。数值方法大全──科学计算的艺术。兰州大学出版社，1991, 5
张炳达，吴 东，沈 捷。用C++实现的变电站培训仿真专家系统。电网技术，1999, 23(10), 39~40
姚建国，王元林等。新一代调度员培训仿真器的设计和实现。电力系统自动化，1995, 19(2), 12~17
马全喜，赵玉琴，王俊仙等。LPR—30型集成电路保护装置的改进与应用。河南冶金，1998(3), 32~35
赵靖英，陆俭国，王景芹等。智能化保护继电器的发展概况。电工技术，2003(4), 20~22
孙丰奇。10KV, 35KV线路保护组合继电器。郑州工学院学报，1995, 16(4), 50~52
王威，蔡瑞忠，唐多元等。电站仿真建模图形化软件系统—GNET。系统仿真学报，1997, 9(2), 100~105
韩罡，孙长嵩，刘金鑫。面向对象的图形建模应用。新浪潮，1997, (1), 11~13
王美瑄，徐开理，窦河群。变电站仿真机中线路保护的仿真。电力学报，2000, 15(1), 68~70
黄彩凤。220Kv新建变电站继电保护仿真。华东电力，2002, 30(1), 61~63
曾福望。变电站继电保护仿真。江西电力职工大学学报，2001, 14(2), 26~29
陈维铁。电力系统仿真技术的发展和应用。西南石油学院学报，1996, 18(1), 116~121
张炳达，黄大鹏，陈伟乐。基于图形的变电站控制与信号系统仿真的研究。计算机仿真，2003, 20(12), 127~129
狄东宁，王正元，岑凯辉等。装甲车辆作战仿真平台设计。计算机仿真，2003, 20(3), 22~24
李杨。卫星电总体数字仿真辅助设计研究。航天器工程，2002, 11(1), 28~40
李庚银，陈志业。电力系统无功及谐波综合补偿系统的动态特性研究。电力系统及其自动化学报，1995, 7(1), 59~65
张东英，周庆捷，杨以涵。基于网络系统的变电站仿真培训。电力系统自动化，1998, 22(3), 30~32
张东英，柳焯等。变电站仿真培训的远程教学系统。东北电力大学学报，1998, 25(2), 18~24
杨宛辉，许珉等。变电站计算机仿真培训专家系统的开发与应用。继电器，1999, 27(2), 32~34
康华光。电子技术基础。高等教育出版社，1999, 6
张扬，陆承宇，杜振东。电力系统仿真软件PSS/E简介。华东电力，1997, 25(1), 6~9
洪先龙，孙家广，王泽毅等。计算机辅助电路分析。清华大学出版社，1982, 9
IEEE电力工程委员会编，孙军等译。微处理机式继电器和保护系统。重庆大学出版社，1990, 1
杨永生。基于面向对象技术的微机保护仿真。电力自动化设备，2001, 21(7), 46~48
汪世明。智能型微机保护装置概述。炼油技术与工程，2003, 33(1), 37~39
Rochefort M. Development of a graphical user interface for a real-time Power System simulator. ElectricPower System Research, 1996, 36(3), 203~210
Zhang BD, W.L. CHAN ,Huang DP. The Study on the Simulation for Substation’s Control and Signal System Based on Graph. INTERNATIONAL CONFERENCE
ON ADVANCES IN POWER SYSTEM CONTROL, OPERATION & MANAGEMENT, 2003
Zhu J. Object-oriented development of software systems for Power System simulations. IEEE Transactions on Power Systems, 1987, 12(2), 1002~1007
Zhang BD, Xie SW, etc. The Training Simulation System for Substation Based on Network and Expert System. 5th INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCES IN POWER SYSTEM CONTROL, OPERATION & MANAGEMENT, 2000
Chengyan Yue; Ruihua Song; Ruomei Li; Xiaoxin Zhou; Study on the development of real-time digital simulation based on Matlab Power System Technology, 2002. Proceedings. PowerCon 2002. International Conference on , Volume: 4 , 13~17 Oct. 2002
Weijia Jia; Lee, C.H.; Chow, P.K.O.; Jiannong Cao. Object-oriented groups for distributed computation developmentSystems. Man, and Cybernetics, 1996., IEEE International Conference on , Volume: 3 14~17 Oct. 1996