一种云环境下多模式的调度员培训仿真系统

摘要

本发明公开了一种云环境下多模式的调度员培训仿真系统，搭建于云平台，系统架构包括：用户层，访问层，仿真微应用层，仿真公共服务层，仿真公共资源层和仿真资源交换层。用户层可进行模式选择和场景选择；仿真微应用层根据所选择的模式和场景创建仿真实例用于培训。通过自主模型选择和场景选择可实现自主练习，演习和考试等模式的训练，并能够实现市调场景、地调场景、市地联合场景等多场景的仿真实例构建。本发明满足了多场景和多模式的多级调控联合培训的需求，各地的参演人员可以不受时空限制，随时随地开展仿真培训，有效地提高调控一体运行人员专业技能培训效率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种云环境下多模式的调度员培训仿真系统，属于智能电网调度技术领域。

背景技术

D5000仿真培训系统是基于智能调度技术支持系统提供的服务，采用数字仿真技术能够模拟电力系统各种工况下的行为，使调控人员能在与实际调控中心完全相同的环境中进行系统正常操作、事故处理及系统恢复的培训，熟悉各种操作，熟悉电力系统的二次信号及报文的分析和处理，在观察系统状态和实施控制措施的同时，高度逼真地体验系统的变化情况，可以支持对调控人员的运行监视、设备操作及故障处理的培训，并可支持调度员、监控员的联合反事故演习。

目前，传统基于D5000的培训仿真系统存在以下不足：在系统部署方面，各地需要独立部署，硬件资源需求量大，利用率低；在培训使用方面，演练方案制作、准备工作量较大；在仿真培训范围方面，不能进行多用户多场景的同时培训，演练形式单一；在应用环境的创建方面，新建一套应用耗时较长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种云环境下多模式的调度员培训仿真系统，采用Docker虚拟化技术，实现传统培训仿真功能上云改造，满足了多场景和多模式的多级调控联合培训的需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种云环境下多模式的调度员培训仿真系统，搭建于云平台，包括：

用户层，提供用户界面，设置调度员和系统管理员；

访问层，用于提供人机界面访问通道；

仿真微应用层，以微应用的形式提供核心业务，包括教案管理微应用、培训实例在线监控微应用、系统维护微应用、自学模式微应用组、演习模式微应用组和考试模式微应用组；

仿真公共服务层，以微服务的形式提供公共服务，包括公共算法微服务、场景资源管理微服务、培训过程监控微服务和调度规则知识库微服务；

仿真公共资源层，存储培训过程所需的仿真基础数据、教案、调度规则知识库、3D模型和地图数据；

仿真资源交换层，以微服务形式提供模型、数据和图形访问接口。

进一步的，所述用户层具体用于，

提供模式选择，场景选择和培训管理；

所述模式包括自学模式、演习模式和考试模式；

所述场景包括：市调场景、地调场景和市地联合演习场景；

所述培训管理包括对用户信息、仿真实例、调度规则知识库、数据和图形进行管理。

进一步的，所述仿真微应用层具体用于，

根据用户选择的模式和场景，从镜像仓库选择对应的镜像文件；

通过镜像实例化为用户分配独立的计算资源、存储空间和应用服务。

进一步的，所述镜像仓库中预先存储若干模板镜像；

所述模板镜像创建方式为：

根据现有的镜像启动一个容器实例；

将培训项目运行的编辑环境、依赖库打包部署进容器，并进行编辑环境测试；

测试通过后，将调试好的D5000项目打包进容器，在容器内运行D5000生成实例并测试；

测试通过后将当前容器提交为DTS模板镜像；

所述模板镜像包括各个属地的镜像和演习镜像、考试镜像。

进一步的，所述仿真微应用层具体用于，

根据用户选择的场景，从镜像仓库选择对应的镜像文件；

从仿真公共资源层调用所选择的教案；

基于镜像文件和教案创建仿真实例；

在线监控用户对仿真实例的操作。

进一步的，所述仿真微应用层具体用于，

创建演习记录，并添加参演员演习信息；

选择场景和教案；

根据场景从镜像仓库选择对应的镜像文件，从仿真公共资源层调用所选择的教案；

基于镜像文件和教案创建仿真实例；

在同一场演习中共享所创建的仿真实例；

对参演员对共享的仿真实例的操作进行监控。

进一步的，所述仿真微应用层具体用于，

创建考场信息，并添加考生信息；

选择场景和教案创建仿真实例；

将仿真实例分发给本考场内考生；

向考生发布电网操作命令，监控考生基于操作命令对仿真实例的操作过程并评价；

所述考场内考生都采用独立的仿真电网容器。

进一步的，所述仿真微应用层还用于，

在调度员退出登录后，采用自动或手动的方式销毁用户实例。

进一步的，所述仿真公共资源层具体用于，

调用仿真基础数据，以及调度规则知识库中的操作步骤事件信息，形成子教案；

将一系列子教案形成自学、演习或者考试教案；

将审核通过的教案保存于教案库。

进一步的，所述访问层为终端设备，包括工作站Web浏览器、工作站桌面客户端和可视大屏幕。

本发明所达到的有益效果：

本发明采用Docker虚拟化技术，将现有的D5000培训仿真系统改造到调控云平台上，满足了多场景和多模式的多级调控联合培训的需求。各地的参演人员可以不受时空限制，随时随地开展仿真培训，有效地提高调控一体运行人员专业技能培训效率，缩短培训周期，提高培训质量。

附图说明

图1 为本发明的云环境下多模式的调度培训仿真系统架构；

图2为本发明的调度培训仿真系统硬件架构；

图3为本发明中模板镜像生成过程；

图4为本发明中模板镜像更新过程；

图5为本发明中调度员培训过程示意；

图6为本发明中自学模式容器实例；

图7为本发明中联合演习模式容器实例；

图8为本发明中考试模式容器实例；

图9为本发明中教案管理示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明采用“微服务、微应用”的设计思想，基于Docker虚拟化技术设计云环境下多模式的调度培训仿真系统搭建于云平台，系统架构如图1所示，包括：

用户层，用于调度员和系统管理员设置，面向调度员进行一体化培训，面向系统管理员进行模型、教案等资源管理。

访问层，即终端，支持多人机界面访问通道，如工作站Web浏览器、工作站桌面客户端和可视大屏幕。

仿真微应用层，以微应用的形式提供系统核心业务功能，如教案管理微应用、培训实例在线监控微应用、系统维护微应用、自学模式微应用组、演习模式微应用组和考试模式微应用组等。

仿真公共服务层，以微服务的形式提供公共服务，如公共算法微服务、场景资源管理微服务、培训过程监控微服务和调度规则知识库微服务等。

仿真公共资源层，存储培训过程所需的仿真基础数据、教案、调度规则知识库、3D模型和地图数据等。

仿真资源交换层，以微服务形式提供模型、数据、图形访问接口。

基础服务层，提供云平台和调度培训仿真系统的服务总线。

数据层，提供模型数据云平台，实时数据云平台，运行数据云平台和大数据云平台。

硬件层，提供服务器，存储和网络。

基础服务层，数据层和硬件层通过云平台实现。

本发明的云环境下多模式的调度员培训仿真系统的硬件架构，如图2所示，各区调教员、学员终端作为云仿真实例用户通过区调度数据网络接入仿真实例服务器，进行培训。

仿真实例服务器根据培训实例需求，从镜像仓库匹配场景镜像，调用仿真实例创建接口，创建数据隔离的多个仿真培训租户环境，实现仿真培训场景按需创建，支持多场景多用户培训。

仿真实例服务器通过基础数据服务器和仿真公共应用服务器获取资源，创建仿真实例。

结合图1的系统架构，硬件层所需的服务器、存储、网络是通过原有的云平台实现；数据层部署于基础数据服务器；基础服务层是通过云平台的总线服务架构实现；仿真资源交换层是以微服务的形式对模型、数据、图形进行访问；仿真公共资源层是通过仿真公共应用服务器实现，其基础数据、教案、调度规则知识库、3D模型、地图数据存储于仿真公共应用服务器；仿真微应用层是以仿真公共服务层为数据基础，以微服务的形式进行数据整合；访问层是通过各类教员、学员终端（浏览器、大屏、客户端）实现。

本发明实施例中，调度员进行一体化培训包括自学模式、演习模式和考试模式。

自学模式适用于自主练习，调度员自主设置培训内容，匹配场景镜像，创建仿真实例，进行操作。

自学模式中设置多场景模式，包括市调场景、地调场景和市地联合演习场景等，调度员自主选择培训场景和教案资源，创建仿真实例。

自学模式基于容器实现，参见图6，学员通过调度员身份登录，教员通过系统管理员身份登录。

基于容器实现自学、演习、考试模式在仿真微应用层面实现的。当用户选择3种模式时，系统会将创建实例的命令发布到仿真实例服务器，而后，会自动创建出相关的仿真实例。在部署中，仿真应用服务器部署web页面，管理程序等，用户通过访问层登录，之后，仿真公共应用服务器与基础数据服务器进行交互，向仿真实例服务器发布相应的实例管理命令，实例服务器DTS管理进程接收到命令，进行实例管理。

演习模式，设置导演角色和参演员角色；导演为系统管理员身份，参演员为调度员身份。演戏模式下，导演创建一条包含若干参演员的记录，导演和若干参演员共享同一个电网实例进行操作，导演对群组内演习人员进行管理、控制演习进度，参演人员在各自的客户端完成操作，并通过群组进行信息共享；互联演习模式下导演和各参演人员各自建立仿真电网，独立进行电网计算，通过互联通信总线同步遥信变位事件，各仿真电网收到事件后进行潮流计算。

基于容器云实现演习模式部署如图7所示。

通过导演来创建演习容器，各地参演员都加入导演的群组，共享同一个电网实例。导演登录系统之后，创建一场演习，添加参演员演习信息，之后创建演习实例，各地参演员与导演之间通过通信总线同步电网遥信信号。

考试模式，适用于技能鉴定、竞赛比武等应用需求，设置考官角色和考生角色，考官为系统管理员身份，考生为调度员身份；考官进行考生管理、批量考题设置、进度控制、收卷评价等操作，考生通过身份识别自动进入考试，可按照考题设置进行故障处理、电网控制、汇报提交等操作，考生间数据独立互不影响。

基于容器云实现考试模式部署如图8所示。

考官选择考试信息之后，创建考试容器，考生登录系统之后，在个人信息页面，可以看到自己相关的考试记录，选择记录进入考场。考官和考生分别是独立的仿真电网容器，考官可以通过控制、通信总线，对考生容器发放操作命令。

本发明实施例中，系统管理员还具有管理模型、教案等资源的权限，包括，进行教案资源管理、培训场景制作、模式管理、群组管理、硬件资源管理等操作，建立教案资源库、培训场景和培训模式，并对硬件资源进行监控维护。教案是仿真运行时，各初始变量的赋值文件。

参见图9，用户登录之后，可以根据角色不同，对教案进行不同权限的管理。其中，系统管理员通过调用自学模式微应用，演习模式微应用和考试模式微应用形成多模式培训方案；通过调用教案管理微应用形成模型、图形和收敛数据断面。

教员（系统管理员身份）通过调用教案管理微应用，维护教案、子教案的访问权限和状态，教案状态共分为教案通过、教案不通过、教案发布、教案不发布四种状态，教员可以管理教案的权限，只有审核通过且发布的教案，才可以上传至云端，可与所有地区用户共享、上传和下载。

学员（调度员身份）调用模型、图形、收敛数据断面等仿真基础数据，以及调度规则知识库中的操作步骤等事件信息，形成子教案，并将一系列子教案形成自学、演习或者考试教案记录下来，学员可以上传教案至云端，接收教员的审核与反馈。

参见图5，调度员仿真培训过程如下：

登录后自主进行模式和场景选择，从镜像仓库选择对应的镜像文件（通过获取登录人的属地信息，匹配相应属地的镜像）；

通过镜像实例化为用户分配独立的计算资源、存储空间和应用服务等，实现资源的按需创建和快速部署；

当调度员退出登录后，系统自动销毁该用户实例，实现资源的动态回收。也可以采用手动的方式销毁用户实例。

本发明实施例中，在仿真实例服务器上预先创建若干DTS模板镜像，并存储于镜像仓库。

创建DTS模板镜像参见图3，包括：

根据现有的镜像启动一个容器实例；

将培训项目运行的编辑环境、依赖库打包部署进容器，并进行编辑环境测试；

测试通过后，将调试好的D5000项目打包进容器，在容器内运行D5000生成实例并测试；

测试通过后将当前容器提交为DTS模板镜像。

模板镜像包括各个属地的镜像和演习镜像、考试镜像。

DTS模板镜像更新参见图4，包括：

从镜像仓库拉取所需更新镜像运行并生成容器；

将更新后的D5000项目打包进容器提交为新的镜像并测试；

测试通过后将将更新后的DTS模板镜像存储于镜像仓库。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。