一种水调自动化系统仿真数据模拟方法

摘要

本发明公开了一种水调自动化系统仿真数据模拟方法，通过分析水调自动化系统需要模拟产生的数据的特点，模拟实际运行的水调自动化系统，设计各种运行场景，模拟产生包括水位、雨量、机组有功、无功、机组状态、水务计算结果、水情报文等各项原始数据，设计各种运行场景，进行系统仿真培训或者系统调试检验，加速水调自动化系统在不同来数条件下的场景重现，改善培训质量和效率或者提高水调自动化系统出厂的质量，提高现场系统投运效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水调自动化系统仿真数据模拟方法，属于水利水电自动化控制技术领域。

背景技术

随着水调自动化系统技术水平的不断进步以及各个生产单位的高度重视，国内绝大部分水电厂及网省公司都建设了比较完备的水调自动化系统，这些系统基本实现了自动采集、自动传输、自动计算及处理，并在水调平台的基础上开发了高级应用软件，这些系统在日常生产中发挥了重要作用，极大地降低了值班人员的劳动强度，对水库的控制运用决策形成了很强的支撑作用。

随着水调系统自动化技术水平的不断提高，系统复杂程度也随之提高，对系统最终用户操作应用能力的要求也迈上了新的台阶。对于一些在流域内承担了重要防洪任务的水库以及在电网中承担了重要发电任务的水电站，提高值班人员系统应用水平和工作能力成为保障电站安全运行的关键，系统应用培训成为一项比较重要的工作。通常用户都在实际运行系统中完成操作实践及培训，但是一些重要性和可靠性要求比较高、向一些重要单位和部门报送业务信息的水调系统，这种培训方式有较大的风险，容易由一些误操作干扰业务的正常运行，或者由于一些关键的操作影响重大而不敢进行操作实践。同时电厂一般在汛期尤其是大水期间值班工作比较紧张，关注水雨情信息的人员比较多，同时需要结合实际降雨进展情况进行来水分析和制作水库调度方案，这种大水期间的水雨情来数场景一般出现频率较低，而根据培训和仿真对于这种数据场景又有更为迫切的需要，而且需要重复重现这种数据来数场景。

另外工程投运规模较大的系统集成商通常采用组态式思路进行软件开发，以便提高软件复用程度及系统可靠性，软件开发完成后，工程人员根据各个现场的业务应用需要进行系统配置，在现场投运前通常会进行厂内调试以提高现场投运效率及系统上线后的可靠性。由于厂内调试阶段无法获得现场通过采集或者通信交换获得的各项原始数据，系统各项功能的检验只能是静态检验，因此在不同原始数据场景下，测试检验不充分的系统通常要在现场耗费较多的安装调试工作量，同时由于某些来数场景重现周期较长，可能会给系统带来较多的后期系统维护工作量。

目前关于水调系统的仿真数据模拟方法，只能完成定值的模拟产生，忽视了各项数据之间的关联特性，如在相同的来水条件下，库水位的变化是与机组的发电情况以及流域的降雨情况存在一定相关关系的；同时对于一些自定义的极限原始数据来数场景缺乏模拟手段，如在一些超过历史情况的设计频率来水条件下如何模拟水调系统来数情况通过其它方法无法模拟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种比较全面的水调自动化系统仿真数据模拟方法，引入了仿真数据来数场景的概念，能实现水调仿真数据更为真实地模拟，实现一些非常见场景的自由重现，以及一些非常见数据来数场景的自定义模拟。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种水调自动化系统仿真数据模拟方法，包括以下步骤：

1）分析水调自动化系统需要模拟产生的数据的特点，模拟产生这些数据，并直接存入到相应的库表中；所述需要模拟产生的数据包括遥测站采集的水雨情信息，机组监控系统发送的机组信息，机组状态信息及电量信息，闸门及泄洪设施的开度及启闭时间信息，水情报文，水务计算结果；

2）进行数据建模，具体为：

对于水雨情信息，定义水雨情遥测站点、测站类型及遥测信道；

对于机组信息及电量信息，根据水调自动化系统电站的装机情况进行机组定义，定义包括机组有功无功、机组状态、机组和线路电量各种待模拟原始数据点号，根据需要模拟产生的各种类型原始数据设置默认值，根据数据发生的频率设置数据产生频率；

对于闸门及泄洪设施，根据泄洪设施情况定义闸门开度点号；

对于水务计算结果，根据水调自动化系统中水库入库流量、出库流量及发电流量点号定义情况设置模拟仿真点号；

水情报文数据自身带有站号说明；

同时需要根据还原时间点进行数据单向同步，实现模拟仿真后的数据恢复；

3）进行数据场景编辑以及定义，具体为：

数据场景包括历史数据场景和自定义数据场景，其中，历史数据场景编辑根据选定的时间范围，定义并生成各项历史数据场景，根据历史实测资料情况，保存为各种来数条件下的数据场景；自定义数据场景编辑主要针对在真实的运行环境中不会出现或者重现频率低的来数场景，包括暴雨场景和来水场景自定义；

4）进行数据模拟，

根据需要，提取历史场景或者自定义场景，数据模拟的方法具体为：

水雨情、机组、闸门及泄洪设施、水务计算数据首先选择提取特定的数据场景，根据各个数据中定义的点号及数据库保存位置将自定义数据场景中数据根据当前时间加上数据序列的相对时间偏移进行写库，从而动态模拟实际水调自动化系统运行过程中采集和接收这些信息并将这些信息写入数据库相应的表中；

水情报文由于属于文本文件，获取报文后修改对应的报文数据及时间，根据当前时间进行相对时间偏移后完成报文的修订，写到指定文件目录下，从而完成水情报文数据模拟。

前述的步骤1）中，机组信息包括有功、无功，机组状态信息包括机组并网、发电、停机、备用状态，电量信息包括机组电量及线路电量。

前述的步骤1）中，水雨情信息包括水位和雨量，雨量数据的特点为：雨量原始数据产生的规律为达到一定量值产生一次计数，无降雨时产生每天定时发生若干次计数；水位数据的特点为：水位通常为定时加变幅的方式产生数据。

前述的步骤1）中，机组信息及电量信息数据的特点为：机组数据和电量数据在水调自动化系统中产生频率高，是计算发电流量并进一步进行水量平衡计算的主要依据。

前述的步骤1）中，闸门及泄洪设施的开度及启闭时间信息的数据特点为：在水调自动化系统中产生的频率低，是计算弃水流量的计算依据。

前述的步骤1）中，水务计算结果包括水库的入库流量、出库流量及发电流量的时段数据，是对水务计算结果的直接模拟。

前述的步骤1）中，水情报文的数据特点为：以文本的方式进行传输，报文的类型包括降雨报文、水库报文、加报类型，数据产生的频率在汛期和非汛期有差别。

前述的步骤2）中，测站类型包括水位站、雨量站、水位雨量站类型，遥测信道包括光纤有线、短信、海事卫星、北斗卫星、GPRS、VHF信道类型。

本发明的优点为：本发明引入了仿真数据来数场景的概念，能实现水调仿真数据更为真实地模拟，实现一些历史场景的自由重现，以及一些非常见数据来数场景的自定义模拟；本发明可以根据现场实际情况模拟产生水调系统原始数据，一方面为培训仿真系统建设服务，另一方面可以为系统厂内调试检验服务，从而进行充分地系统检验，以便大幅提高系统出厂质量和现场工程投运效率。

附图说明

图1为现有的水库调度自动化系统的外部联系及数据流程；

图2为本发明的仿真数据模拟过程流程图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

通常水调自动化系统运行过程中需要采集和接收多个外部系统的数据，经过计算和处理形成自身的业务数据，然后向一些关联系统报送业务信息。比较常见的水库调度自动化系统的外部联系及数据流程详见图1，水调系统安全Ⅱ区通过遥测站（传输信道包括短信信道，北斗卫星信道，光纤信道，海事卫星信道，超短波信道等）获取水雨情信息，通过机组监控系统获取机组信息，通过电能量计费系统获取电量信息，水调系统安全Ⅱ区将获取的信息发送给上级水调系统并进行流域信息共享，水调系统安全Ⅱ区通过水调系统安全Ⅲ区与水文部门进行水情报文的交互。水调自动化系统原始信息通常由硬件装置或外部系统采集并传送，在培训仿真环境下或者系统实验室调试阶段通常无法便捷地获得这些水调系统运行需要的原始数据。

本发明通过分析这些类型数据的特点，模拟产生这些数据，并直接存入到相应的库表中。水调系统需要模拟产生的数据内容包括遥测站采集的水雨情信息，机组监控系统发送的机组状态、机组有功无功、机组电量、线路电量等机组信息及电量信息，闸门及泄洪设施的开度及启闭时间、水情报文、水务计算结果等数据，通常一些规模较大、功能完备的水调自动化系统所采集的原始数据较多、数据流较为复杂，各种类别的原始数据数据特性如下：

水雨情

水雨情数据通常是水调自动化系统采集的重要原始数据，包括水位和雨量，数据类型有自报数据和加报数据，常见的信息传输的信道有短信、北斗、海事、有线、VHF等等，每种类型的数据有不同的特征值。雨量原始数据产生的规律为达到一定量值产生一次计数，无降雨时产生每天定时发生若干次计数，水位通常为定时加变幅的方式产生数据，通过模拟，产生水雨情原始数据后直接按照相应规则写入数据库对应的表中。

机组信息及电量信息

机组信息及电量信息主要包括机组有功、无功、机组状态（主要指机组开机、停机、并网、发电、备用等状态）、机组电量、线路电量等信息，机组及电量数据在水调自动化系统中产生频率较高，是计算发电流量并进一步进行水量平衡计算的主要依据。

泄洪设施

水库的泄洪设施主要包括泄洪闸门、深孔泄洪洞、施工导流洞等设施，闸门开度及开度发生时间是水调自动化系统中弃水流量的计算依据，通常数据产生的频率较低。

水务计算结果

水务计算结果通常包括水库的入库流量、出库流量及发电流量等时段数据，是对水务计算结果的直接模拟，通常应用于重新频率较低的大洪水入库来水过程模拟，以便进行洪水调度模拟。

水情报文

水情报文对于电力系统水库的水调自动化系统通常属于外部数据源，由于数据经过人工确认，数据质量及可靠性比较高，在水库遥测站网密度较稀的情况下通常是一个重要的数据来源。水情报文以文本的方式进行传输，报文的类型包括降雨报文、水库报文、加报等类型，数据产生的频率在汛期和非汛期有一定的差别。

如图2所示，本发明的数据模拟过程包括以下步骤：

1）数据建模

根据水调自动化系统规模定义水雨情遥测站点、测站类型及遥测信道，其中，测站类型包括水位站、雨量站、水位雨量站等类型，遥测信道包括光纤有线、短信、海事卫星、北斗卫星、GPRS、VHF等信道类型；

根据水调自动化系统电站的装机情况进行机组定义，定义包括机组有功无功、机组状态、机组和线路电量等各种待模拟原始数据点号；根据需要模拟产生的各种类型原始数据设置默认值，根据数据发生的频率设置数据产生频率；

根据泄洪设施情况定义闸门开度点号；

根据水调自动化系统中水库入库流量、出库流量及发电流量点号定义情况设置模拟仿真点号；

水情报文数据自身带有站号说明；

同时需要根据还原时间点进行数据单向同步，实现模拟仿真后的数据恢复。

2）数据场景编辑以及定义

数据场景的编辑包括历史数据场景和自定义数据场景，历史数据场景编辑根据选定的时间范围，定义并生成各项历史数据场景，根据历史实测资料情况，保存为各种来数条件下的数据场景。历史数据场景选择通常根据库水位高、中、低各种情况以及大、中、小雨等情况进行选择，选择尽量具有代表性和典型性。自定义数据场景编辑主要针对在真实的运行环境中不会出现或者重现频率较低的来数场景，主要包括暴雨场景和来水场景自定义，如暴雨场景定义中，给定一场降雨的总量及历史，可以选择不同的降雨雨型分布，按照一定的规则进一步进行降雨时空分配，生成自定义暴雨数据场景；来水场景自定义通常会给定设计频率，根据一定的规则进行来水时间上的分配，然后仿真模拟。

3）数据模拟

根据水调自动化系统的机组及水雨情遥测站情况进行自定义数据场景设置，包括机组自定义出力变化情况，雨量给定降雨总量在指定时间范围内进行雨型及强度分配；水位指定变化范围进行起伏过程分配。

数据模拟的方法具体为：

进行数据模拟时按照不同类型的数据按照不同的方法进行数据模拟，

水雨情、机组、闸门及水务计算数据首先选择提取特定的数据场景，根据各个数据定义中的点号及数据库保存位置将自定义数据场景中数据根据当前时间加上数据序列的相对时间偏移进行写库，从而动态模拟实际系统运行过程中采集和接收这些信息并将这些信息写入数据库相应的表中。

水情报文由于属于文本文件，获取报文后修改对应的报文数据及时间，根据当前时间进行相对时间偏移后完成报文的修订，写到指定文件目录下，从而完成水情报文数据模拟。

本发明的工程应用范围一方面为水调培训仿真系统提供水调原始数据来源，实现历史来数场景自由重现或者自定义低频率数据场景出现；另一方面在系统厂内调试阶段提供原始数据模拟，提高水调系统厂内调试和检验质量，从而提高系统现场投运效率。