云技术与省地一体实时调控仿真技术研究

云技术与省地一体实时调控仿真技术研究

黄志刚 郭凌旭 刘海鹏

国网天津市电力公司，天津市河北区， 300010

摘要：在天津市131创新团队国网天津市电力公司郭凌旭创新工作室的资金和技术支持下，本文提出了基于云技术的省地一体化实时调控仿真系统建设方案，通过省地一体化电网模型整合，不但实现了多单位群用户的同时使用功能，而且实现了多场景并行仿真。与传统仿真系统相比，效果更加真实，服务对象更加广泛，对培训地的硬件要求更加简洁，投资更少。在国网天津市电力公司进行投入使用后，取得了显著的经济效益和社会效益。

关键词：云技术；仿真；并行仿真

引言

在天津市131创新团队国网天津市电力公司郭凌旭创新工作室的资金和技术支持下，笔者及同事进行了云技术与省地一体实时调控仿真技术研究工作。大量电网运行实践表明，简单的虚拟电网或固化的电网仿真模型显然是不能满足调控运行需要的。调控实时仿真系统则解决了这一难题。它通过截取实际电网模型和数据，模拟了实时电网运行。近年来云技术的出现，引发了电网调控工作领域的深刻技术变革，无疑也为实时调控仿真技术升级和改造创造了条件。

1现有调控仿真系统在存在的问题

我国各电网调度部门目前使用的实时调控仿真工具一般是继承于2012年以前原有的能量管理系统中的调控员培训仿真应用模块的建设思路，模型和实时数据基本局限于本调度范围，对上下级及相邻电网的模型和数据采用了等值的处理方法。上下级及相邻电网间的实时信息同步共享比较复杂，导致多调度单位联合仿真困难，此外由于原有仿真系统不能很好的适应监控工作实际，如保护、安控、备自投等信息不完善，实际使用中只能大量以标准配置形式进行二次信息的等值化处理，真实感低。因此上下级、相邻电网间的仿真程度低。此外原有的原有的仿真系统不支持并行仿真，同一时间内仅能为一组教学员提供演习服务。由于信息安全限制，采用的是客户机/服务器（C/S）结构。因此仿真通常只能在调控中心专用的终端上进行，共享性差。

2云技术的省地一体实时调控仿真构架

2.1调控云简述

国家电网公司2017年下达了关于加快生产控制云（以下简称调控云）建设的文件。调控云由国分云和省级云两级云组成。其中省级云侧重省地县电网运行管理业务。云之间、云与数据源端之间部署纵向同步功能，实现数据的即时同步。通过在云端采用A、B节点方案，部署横向同步功能，实现读写分离、业务双活。并按照《电力监控系统安全防护规定》和《信息系统安全等级保护基本要求》，建立信息安全防御系统。

2.2调控仿真与云技术的结合

近年来随着加密解密、横向隔离与传输技术及工程器件性能的提高，电网运行信息得以准实时的单向镜像至安全三区。由2.1部分的论述可见，调控云平台就具备了完整的电网模型数据，以发挥出资源的虚拟化及弹性扩展能力等优势。本文结合上述特点，在调控仿真建设方案中采用基于云计算虚拟化技术的弹性场景创建及动态回收技术，最大化地利用物理硬件和装配所需的调用服务组件，提升仿真系统的软硬件利用效率。同时由于云平台和数据中心自然的实现了电网数据的统一整合，有效的避免了同一省内不同调控中心调控边界的仿真计算等值问题，省地电网模型达到了跨实际调控平台和调度范围的无缝衔接。

2.3数据抽取技术

由于实际各电网采用不同厂家、不同类型的电气设备，不仅数量巨大而且种类繁多，简单的通过命名进行匹配显然是不能满足使用要求的。本文将数据看作一种数据流，基于规则引擎对业务过程中持续产生的各种事件进行按照专家规则库规则进行模糊匹配处理，能够实现对连续数据的快速分析处理。针对实时库、历史库和CIM文件等数据源，分别开发数据访问接口，组成数据总线。用户通过数据选择抽取程序选择数据源，程序调用数据总线访问该数据源接口，抽取数据到本地内存中的数据缓冲池，数据处理引擎从缓冲池中取得流化数据进行规范化处理，将结果存入分析结果数据库。专家规则库规则包括关键词替换规则、信号内装置名称剔除规则和信号模式识别规则以及模糊识别规则等。算法上首先利用ElasticSearch 对所有信号词条进行分词和词频统计，生成原始项集；然后执行Apriori 算法找出频繁项集，设最小支持度数，每次迭代进行连接和剪枝，直至出现空项集；最后，通过最小置信度阈值判断，对找出的所有频繁项集及子集进行置信度验证，产生强关联，生成规则。

3实际建设和应用

基于云技术的省地一体化调控仿真系统建设工作，列入了国网天津市电力公司2019年技术改造重点工作。得到了国家电网公司总部的大力支持。截止2020年10月国网天津市电力公司利用调控云平台信息整合的优势完成天津电网内99座发电厂，612座变电站，1369条线路的模型整合工作。具备了30台以上仿真推演同时进行的仿真模拟能力。在应用中还增加了各种通知下载功能和辅助工具下载功能。

4效益与性能检测

2020年10月23日在国网天津电力调度控制中心、国网天津市电力公司培训中心及国网天津城东公司等供电单位同时开展不同内容的仿真演练工作，服务器由22台物理服务器变为3台虚拟机，CPU占用率，内存占用率，I/O吞吐量均在合理范围内，圆满完成仿真工作。

5结论

经实际运行和使用，证明本文提出的基于云技术的省地一体化调控仿真建设方案，不但实现了多单位群用户的大量同时使用功能，而且实现了多场景并行仿真。与传统系统相比，仿真效果更加真实，硬件要求更加简洁，投资更少。取得了显著的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1] “基于云计算的电网调度控制培训仿真系统设计”，林静怀，《电力系统自动化》，2017.7。

[2] “省地一体化在线安全分析技术探讨”，黄志刚、冯长有、王伟臣等，《电力系统及其自动化学报》，2016.12。

[3] “天津电网负荷模型及适应参数”，黄志刚、郑卫洪，《电网与清洁能源》，2011.2。