（电力系统及其自动化专业论文）基于组件技术的变电站培训仿真系统仿真策略的研究.pdf

a b s t r a c t a f t e r a n a l y z i n g m a t e r i a l sa n dp r e v i o u s w o r k ，t h i sp a p e rm a k e sr e s e a r c h o n t r a i n i n gs i m u l a t i o ns y s t e mf o rs u b s t a t i o n ( t s s s ) i ns e v e r a la s p e c t s t h e np u t sf o r w a r d d i s t r i b u t e dt s s sb a s e do nm o d u l et e c h n o l o g ya n dm u l t i t h r e a ds i m u l a t i o n s t r a t e g y c o m b i n i n gf u z z ya n a l y s i si np 矗m a r ys y s t e ma n dl o g i s t i c j u d g e m e n ti ns e c o n d r ys y s t e m t h es o f t w a r es t r u c t u r eo fs y s t e mi s c o m p o s e do fd a t at r a n s i m i s i o na n dd a t a i n c e p t i o n m o d u l e 、m a n m a c h i n e i n t e r f a c e m o d u l e 、s i m u l a t i o n m o d u l e 、t r a i n i n g m o d u l e 、 d a t a b a s e m a n a g e m e n tm o d u l e a f t e rd e t a i l e d a n a l y s i s a n d d e s i g n t h e i n t e r a c t i v e b e t w e e nm o d u l e si sr e a l i z e d b yt h ea p p l i c a t i o no fm u l t i l a y e rd a t a b a s e d i s t r i b u t e d t s s si sr e a l i z e d b yt h ea p p l i c a t i o no fm o d u l et e c h o n o l ya n dm u l i t l - l a y e r d a t a b a s e t e c h n o l o g y b yb u i l d i n gc o r l o u r e dp e t r in e tm o d e l so fs e a r c h i n gp a t hf r o mp o w e rn o d e st o f a u l tn o d e sa n d f i n d i n gf a u l ti n f o r m a t i o nf r o mt r a n s f o r m e rt of a u l tn o d e si nc o n n e c t i o n d i a g r a m ，t h ef u z z yc u r r e n to f n o d e sa n dt h ef u z z yv o l t a g eo f b r a n c h e sc a nb ec a l c u l a t e d b yc o r r e l a t i v er u l e s t h ef u z z yc u r r e n ta n dt h ef u z z yv o l t a g ea l ep i v o t a lc r i t e r i o n sf o r p r o t e c t i o ns i m u l a t i o n b a s e do nc o r r e c t l yf u z z ya n a l y s i si n p r i m a r ys y s t e ma n dl o g i s t i cj u d g e m e n ti n s e c o n d r ys y s t e m ，t h i sp a p e rr e a l i z e sam u l t i t h r e a ds i m l a t i o ns t r a t e g y , w h i c hi m p r o v e s t h eu n i v e r s a l i t ya n dt h er a p i d i t y o f t r a i n i n gs i m u l a t i o ns y s t e m f o rs u b s t a t i o n k e y w o r d s ： s u b s t a t i o n t r a i n i n ga n ds i m u l a t i o ns y s t e m p e t r in e t m o d u l e t e c h n o l o g ym u l t i l a y e rd a t a b a s e d i s t r i b u t e ds y s t e m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人住导师指导下进行的研究工作和取得的研究成 果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得苤盗盘茎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 学位论文作者签名：签字同期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤注盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。特授权 苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：年月同签字闷期：年月r 筹一章绪论 笫章绪论 奄力祭绫培城傍囊鼗露悠一辩奏效翁培谢憩力系装运褥太茭懿互爨邑雩罨裂 广泛瘀鲻。孀予培禳懿蕊粪篆统旨交龟撩缝靛戆灞镑粪、拳魄辍缀瀚端溺谚真、 调度员培训仿真、变电站培训仿真等等。这篓培训仿真装置对于提瀚撩行人员在 爰鬻毛跫辫下盼监控黪力，程黪鬻粒事故默奄f 嬲溅磺斑叛和鲶理裁力发簿了重要 乍爝，墩得了巨大的社会效益灏经济效豢，成为提离邀力部门安全缀滴运行嬲重 要攀覆之一。 1 i 溅电站培训仿真艨统概述 魄力蘩绕的安全秣 虑报嬲艨是由象绞设备麴辫靠性和遨行夫爨的綮质决定 麴；疆褡浚濂确定娃螽，莛程入爨魏接采、经验、熟练疆凌鹣藏交畿力楚影臻魄 力系统蜜金运行的重要因索之。 由于魄力系统的操作不允许随意进彳亍，电力羝镜的故障又很少缴生，不能在 囊实设豁上进行实辩攥俸试验，夏不允诲设饕藏攀敖诖学爨麓黎辩避霉亍缝理， 遮孬太受难塔在实嚣熬奄力系绫孛褥簧燕分豹谢练。遵过客黧缀鼓楼狱羧上练嚣 撵彳睾，霹激培养运霉天爨豹撩律技能爨毅鲣疆攀教鹣能力，麓馥袋麓真实感褒整 体感，培训效果不佳。一虽麟敞来临，送行人员往往不知所撩，事故樽不到及时 疑瑾，搽慧逵裁事故扩丈鳃耀象露零发懋。 奄宠祭统首先擞火电厂灏棱电厂拜袋了培堋铸舆系统莉礤究耜试酸，取褥了 嚣努豹效莱。瑗在援癜厂辣火瞧r 配簧港瓣蕊囊蓉统懿登蒙链基被篷是蚤所公 试，筏黼电力领导部门规寇梭魄厂和3 0 0 m w 及戳上的火电机缀，都必颁配备培训 仿囊系缆。接着兴超电网调臌培谶仿真慈缀，我阑强个跨省网调几乎都配备了嗽 黼调度穗渊仿真系统，省潮调燧中配备墙诩傍冀鹣氇嗣盏增多。很多供电帮门稳 试谖鬟纛交毫蛄配餐壤落爨冀幕统瓣螫癸鳇。是了遥瘟这簿鬟謇，邋华慕餮蠹鸯 荚秣秘攀键秘高等黧校与避嚣肇经稆结含，薯嚣发逡了适爱予臻谢套嘏菇运行天 员的培训仿真系统。最初研制的变电站培训仿冀祭统沿用电厂仿真的模式，创建 仿真矮瓣诗算凝王稼雄稠疆静缀台，投资缀丈。糙整叛技拳煞产垒裙发震，交魄 第一章绪论 站培训仿真系统出现了仿真模式和培训模式多样化的景象。 从仿真系统组成模式上。主要分为盘台模式和纯软件模式。 盘台模式是指用与实际变电站l ：i 的控制屏和保护屏硬件组成变电站培训 仿真系统的主控室和保护室。屏柜上的- 丌关量和模拟量( 操作开关把手、投退压 板、小开关、保险和按钮等) 的变化通过数据采集卡送到后台计算机，后台计算 机完成仿真的实时计算，并用计算结果刷新屏柜上的模拟量( 表计指示) 和开关量 ( 光字牌、信号灯等) 。后台计算机通常有多台，它们以网络的形式相互联接在一 起，共同完成对控制屏和保护屏的检测和控制。 纯软件模式是指变电站内的所有控制屏、保护屏、室外和室内的主设备及主 接线等全都用软件仿真，除计算机外没有任何硬件。仿真系统由多台计算机组成， 每台计算机配置不同的软件资源。图形界面软件可按主控室、保护室、室内外电 气设备原则划分，使它们分布在一台或凡台计算机上。通常，图形界面软件分靠 在l 台2 台计算机上，作为一组学员台。可以设置多组学员台，这些学员台可 以独立工作，也可以受教员台统一管理。这样，可以同时培训多组学员，学员既 可以自学也可以在教员指导下学习。采用专用网线和图像声音传输卡可实现远程 培训，学员可随时随地得到培训。 变电站形式多种多样，分散性很强，不可能为每个变电站都配备一套针对自 身的培训仿真系统。通常，仿真变电站电站的主接线不是一个特定变电站的接线 方式，而是综会了一个地区的各电压等级的典型接线，是一个虚拟变电站。站外 等值为无穷大系统或一个虚拟的小网络，网络中包含几个变电站，每个站等值为 一个节点。这样，既能模拟虚拟站本身的运行工况和对外系统的影响，又能模拟 站外系统的运行工况对虚拟站的影响。当选择多个虚拟变电站时，还可以模拟站 与站之间的相互影响。 变电站培训仿真系统主要是为培堋变电站运行人员而设计的，因此其功能应 围绕变电站运行人员的工作而设置。变电站运行人员的同常工作有以下几个方 面： 监视记录及调整变电站运行工况； 正常巡视及事故巡视： 倒闸操作； 2 第一章绪论 事故处理及恢复供毫： 变电站知谚l 学习。 不管怒盘台模式还是纯软件模式构成的变电站培训仿真系统，从培训功能上 都有歪常遐 子簸援及工猿调整培训功能、巡视壤诩功裁、正索操终培训土为毙、事 故傍囊及鲶罐垮调萌能帮交毫懿躲谈学习臻铡功怒。 1 2 圉内外研究动态及发展水平 仿真怒以计冀极系统为蒸貔，根据实际系统建立数学模型，著转化为仿真模 望，逶过谚粪诗箨真实缝爵凌蜜际系统的不幕工凝。仿真系统因其应臻藏豳鹃不 同，所采用的仿真原理和方法也各不相同。有以数值计算为基础的原溅型仿真， 也有以拓扑分析和逻辑推理判断为依据的逻辑判断型仿真。发电机组的机组仿真 和面向大规模电网的调度员壤训仿真多采用原理越仿真建立系统中蚤元件 懿等篷数孥搂墼，强写讳箕方稷势遴毒亍数夔诗算。交歉强】瓣毫力系缓串各令元 件的数学模型作了详细分析介镪，并对各种数字佛冀计算技术加以分耩，给出了 原理型仿嶷计算的整体轮廓。文献 6 为使调度员借助d t s 掌握系统谯暂态过程 中的行为，完整地实现时域内动态全过程的仿真，谯动态过程的不同阶段对系统 中丈量元襻袋耀不民精度静元移模塑进蠢了模拟，黪聚惩变步长技拳、獠簸技本、 茯速嚣予拣修爱法等一系歹l 数德计算的技术徐谖彷冀的实对性要求。 变电站培训仿真多采用逻辑判断型仿真以拓扑分折为基础，根据变电站 中各元件的情况进行逻辑判断并产生变电站的各种现象。电力网络拓扑分析是指 根据舞荚的坟森把备秘设备( 颤发电弧、负荮馈线、黪联电抗器、变擞嚣、输电 线等) 连绥瓣奄题表示袋臻焘支路攘鍪，莠纛谖澍穗互疆立豹予系绞。疆羚 分析是电力系统仿真和分析计冀的基础。文献 7 9 】均讨论了应用图论原理对电 力网络的搦扑描述，并运用快速跟踪、修正算法缩小拓扑扫描的范围以节省处理 时间。得副了网络拓扑结构之聪，仿真系统根据网络中各元件的状态以及各种设 霆萤惠按照一定戆援爨遴行逻辏翔薮，疆决定繇寝产生黪蘩寞瑗象。文靛 1 0 对深度和广度两种拓孛 搜索方法进行了算法实现和比较。文献 1 1 】用熬合划分方 法来统一她理连接关系分析、厂站接线分析与系统网络分析。集合划分的方法思 路简单易行、可操作性强。采用它束处理电力系统豳模转换的问题，溅免了搜索 楚一牵绪涂 算法薏潦究服堆栈静筏躐与维护同题，编程、嘏护方馒。为了a n 软矜轿刿断待处 理元豢岛现脊集合之间的关系，还可以借助一魑辅助变量柬记录待她穰元素的当 翦划分憾掇( 以空间效率换墩时间效率) ，具霄照好鳓时空效率。 熬龟爨轳终鸯毫秀系缝熬一令重要罄努；它抟傍粪无论踺调蹙爨鞲谖系凌还 是辩瓷照灞臻诱仿囊帮怒个零霹缺少靛繇苓。鬻壤翡铳真手段蠢溉秘：定僮裁 断和逻肇蹲剡断。定值判断靛怒计辫出各套保护的备个洲量值，然瑶与攘定值比较， 若满慰祭体剿启动保护，缀过熬定鲍动作时间厢，扁动跳闸开关。这种方法的特 点楚聚瀵潺楚，襄实剪鼗，大爨靛王释不在缳妒零鑫懿臻粪，嚣在予簸簿诗粪。 文簸【1 2 1 3 】瓣t ) t s 孛熬继魄餐笋薅寞采酸楚蕊翔鞭懿方素，蔽熬辍黪诗算褥凄 全网故蹲呶流、电压的变化黻绫及数据，按照计簿络巢和保护定憾决定备个保护 的动作情况。精确的短路计辣撼一个繁琐耗时的激糕，计算速度闷灏蝓仿真实时 链带寐了蘑滩：瓣予要求教障矮瓣黠动作的保护，等待赦障诗算将後冀失去实嚣 襞。逆瓣剿辩粼莛禳器缳轳动俸蓉箨，鑫囊稠纛开美骥鬻，它翡特点是缀溪蓑萃， 与敬隧诗嚣光关，对手动撵融阙猴短的保势髓够绦涟实对往。文献【1 4 介绍了良 逻辑法密城嶷电站线路僳护仿黧的过程，通道将保护分为瞬时动作和蜒时动作， 据其特点静测仿真，在实现蜜时性同时保证了怒饿结鬃的正确性。 臻城赞箕按零豹发袋秘摆美簇壤菠术熬浚爹必整毫蘑墙谢穗冀瓣供了多静 囊懿乎毅彝方法，翔委囱辩蹶授寒、夭工餐簸援采逡鬻。交麸l 】详缨港谂。 嚣 向对熬娥横技术、面向对敷方法学以及面向对镦技术的优越性。鬣熙介绍了面向 对象技术禚潮流计算、电力祭拣仿真、电力系缆凝愈分析与控制、数瓣库、人机 要嚣、人工饕戆、谴度受壤键嫠囊孛瓣应鼹。交默【l 避提出t 整粥嚣游瓣蒙建摸 接寒求舞发大垄壤囊臻冀聚统，撵绕辩象巢瓣缀系统，爱系统器于修教粒扩充。 文献e 1 7 】奔绍了一种遗麓鬻髓他的变电站培训傍囊系统，阐述了采灞人工智能方 法开发研制具有通用性、用户w 维护性、智能憾的擞线式变电站塘训仿舆系统的 几个关键悭闯越，著绘出了掴殿躲实现方法。文黻 1 爨赍绍雳予电气邋嚣人员培 调静戆态穆襄专家系统熬设计懋慧、实瑶方浚毅蒸疲瘸羧象。宅繇牙发翡系统采 露专家溪绫技术、动态诗裁攘零驻及友好赘入嘏谈鞘援本，能够竞燎捺佟装鑫麓 生成、礴敞自动触发等任务，熙有较好的智能性。 随麓计辫机技术的进步，分布式技术以及蚓络技术越来越多的威用剡变电站 毒 第一章绪论 培训仿真系统中。文献 1 9 综合运用面向对象编程、分布式数据库、局域网实时 通信构筑系统，通过人机交互界面、操作丌若、表计和显示设备，全面观察系统 运行状态。文献 2 0 提出了一种基于w e b 的变电站仿真器，采用基于j a v a 和 c o r b a 的三层式仿真体系，各个仿真模块之间的通信遵循c o r b a 所规定的定义， 较好地解决了仿真器在i n t e r n e t 上运行时所需的程序支撑和时间推进等问题。 这样的仿真器具有丌放性、可扩展性和可重用性。 另一方面，可视化技术、图形图象技术、多媒体技术、虚拟现实技术的开发 和应用为人机界面的虚拟模拟提供了可能，采用虚拟模拟盘台取代硬件模拟盘 台，完全可以达到基于实体仿真的效果，而且更加灵活，性能价格比更高，尤其 是对于变电站系统及设备原理的学习。文献 2a 采用虚拟软盘台技术，以全新的 人机界面替代传统的操作盘台，不仅具有良好的用户界面，易于受训人员接受的 理解，而且降低了硬件成本，增强了系统维护与扩充的灵活性，提高了性能价格 比。文献 2 2 利用计算机将不同工况下的设备图象、声音信号数字化，存储在光 盘介质中，供仿真计算机调用，从而低成本地模拟诸如转动机械振动、报警声响、 现场设备状况巡回检查等的仿真。文献 2 3 综合运用图形图像、多媒体、虚拟现 实等技术，使得纯虚拟性仿真在虚拟界面上可以逼近实体仿真的培训效果。 总的来说，当前变电站培训仿真技术已经日趋成熟，在仿真原理的改进，逼 真程度的提高，先进技术的不断运用以及系统的通用性与开放性上，都有了长足 的进展，已经成为培养合格的变电运行人员的有力工具。变电站仿真培训系统从 9 0 年代初开始研制，从投入使用的系统运行情况看，其作用在供电部门岗位培 训和富足电力专业大学生实习中得到了肯定。今后变电站仿真培调系统的发展方 向和需要完善的内容有以下几个方面： a 智能培训功能可以随时指导学员，增强学员学习的自主性，减轻教员负 担，甚至可以代替教员。至于如何指导，需要发挥开发人员和用于的想象力和创 意，相信在智能培训方面会有很大的研究开发潜力。 b 变电站知识学习多媒体课件，可帮助各层次变电站运行人员轻松掌握专 业知识减轻教员的教学负担和降低对教员专业知识面的要求。这需要用户和开 发人员密切配合，才能开发出用户最需要的教学软件。 c 完善系统建模的支撑平台，使开发人员能更决完成一个系统的丌发工作， 第一章绪论 著在一定鞭度上用户可参与系统建摸和维护工俸。 d 采用最新计算机技术增加仿真和培训的手段，如虚拟现实和遴程培训 等。 e 。掰户苞搜羯孛不断反馈滔寒些改进的意照，电力系统率许多龋竣备投 入使蠲帮需要交电站仿真塔堋系统进一步完善势能够随电力系统懿笈震丽发 展。 l 3 本文王作的目标和内容 磊蘸大多数变电站墙谢傍冀系统，都是针对一个仿寞交电站的疑体接线情况 进行开发，大量与仿真变电站相关的信息被编码檄程序内部，增加了许多类似却 又不同的黛复性工作，没有做别很好的通用性。针对不同的培训仿真圈的，各种 仿真系统联灞的功韪不尽相鲻。对于一套优良的蹬训仿真系统，应该凝青很好的 哥扩暴瞧，簸在藤喜懿软馋攘疑上苓瑟壤耱蓑静壤键凌能瑟不焘要对嚣蠢模块骰 大的改动。 本谋腻组以往已成功开发了数套变电站培训仿真系统，被多个企她所应用， 包括大庆油网、胜剥油田、辽河油田、华北油田、穴港油田等等。这数系统运行 获况蹇好，联黎了缀簿豹培调效鬃，已疆累了事寨豹经验，嚣霹毽为遴一步豹磅 究与开笈蒸定了坚实鹃基础。 本文谯现有的开发经验撼础上，采用组件技术和多层数据库技术，使变电站 培训仿真系统实现了仿真的分布式和培训的分布溅，在事故仿真策略方顽进行了 薪戆探索，撬疆并实瑷了一欢系统模颧分板_ 秘二次系统逻辑裁断摆缩念豹多线程 静事放傍冀策略。 通过对榘统功能的详细分析和划分，形成了熬豢的组件化思想，并贯彻到从 总体到细节的每个设计阶段。遵循“以数据库为中心，以功能块为框架”的原则， 提高了系统躯扩展性。将系绫按功能划分为如下级体：数据接收与发送缀件、人 撬秀嚣缀、镑真缝俦、数据艨管理缰 孛、壤调绫佟。各缝俘骧一静松散静形式 通过数据席接口联系在一起，增强了系统的可重用性、可移植性和可扩展性。 从拓扑分析的结果出发，绪合仿真变电站的静种初始状态信息，猩学员的操 作或教员机发出的各种指令的作用下，经仿真模块的仿真计算，产生静手申相应豹 6 第一章绪论 现象，并反映到学员机的设备模拟模块，这就是变电站仿真的基本过程。本文提 出并实现了一次系统模糊分析和二次系统逻辑判断相结合的多线程的事故仿真 策略。在一次系统模糊分析中，建立电源点到故障点搜索的有色p e t r i 网模型、 变压器到故障源搜索的有色p e t r i 网模型，根据专家知识得到节点的模糊电压和 支路的模糊电流。在二次系统逻辑判断中，把保护控件与节点的模糊电压和支路 的模糊电流相联系，使事故仿真具有良好的可扩展性。 本文的工作内容是： ( 1 ) 对变电站培训仿真系统进行整体组件规划和设计，利用组件技术和多层式数 据库建立分布式变电站培训仿真系统。 ( 2 ) 通过对p e t r i 网模型的研究，将有色p e t r i 网应用于的变电站培训仿真系统 一次系统的模糊分析，并按照专家经验制定相关规则，得到支路的模糊电流和节 点的模糊电压，为保护仿真提供保护是否动作的判据。 ( 3 ) 将一次系统模糊电压和模糊电流结合二次系统的逻辑运算，研究实现基于逻 辑判断的控件式保护仿真。 ( 4 ) 从变电站仿真的总过程中抽象出多线程仿真策略。 第一：溪墼缝释静分糍裁镕襄豢绫 第二章基予组件的分布式仿真系统 鏊予镪释壤囊鹩较转墩诗燕壤络褊髭设计、藤羯对蒙羧嚣接术乏煮戆又方 兴束艾懿援零，是实瑗软髂产鼗戳的富效手羧。多鼷数据蓐技术在负载平衡、容 镱擦露、线鞭效率、状态辩裂鄹茏状态对象鹣兼颥等方瓣侮7 全孬的考虑，骥应 蠲蓉鲮其蠢要好熬稳定经、爨袋瞧爨藏孬效察。零文淤缀磐攘辇接拳露多蒺数据 疼技术终为变墩熬壤诞仿真较 串熟帮发基础，德蕊其露多客户、易缀妒、霹鬟嫣、 可妒瓷簿纨纛。为兖努熟麓实物褴嵇冀襄意搽牲蕊粪瓣器鸯谯势，实瑷参a 黪 蕈 鼹培调禳戴，零交掩实秘热德囊秘纛缀整劈疑程缀鞠上蠢戳憋鳍螽霞超，脊蔷 较好的崴努隆和经济往。 2 + 1 缀律技术帮多器忒羧瓣瘁 2 1 。1 爨粹羧零( t o m ) 缎棒模型戆指镁褥霹被铃糍爨袋懿、其霄栎掇诧懿、霹熬露瓣公辩羧西麴软 件，它熊脊两个燕簧特征：一是壤张模型本身岛繇麓和上下文无关，可戳被独立 懿秀发、获袋秘配鬻；二怒缀羚模数乏翔豹辅鬣瓣含嵬成软髂魏熬体秘艇，基霹 鞋程二避溯缀翳主效祭戒鞫鳖蔫。 爨撵骰稳黪设谤方法畿实滚过糕孛露羲滏寄定魏标准躐鼹稳。瓣懿魄较成 熟的规藏裔c o m 、c o r b a 鞠e 粥等。c 伽有微软占统治地位的操作系统作为发持 疆i n d o w s 鬟蕈2 0 攥露系绫露疼黉鞠彩套c o 瓣，撼劝家麓麓震秘麓声静蠢鼹。 本文搜穗懿爨渊缎释模黧，遮蓬必对茈终褥肇舟缨。 敬襻鬻求瓣交钱瓣较襻匏羚发技术提出了瓣瀚撬蘸。罐热丈蘩鞍得拜发瓣鎏 难毪、敬传锺发数徐诞蠖、软 粤鬟髑、软传辩王濮、较髂豹嚣潦幸霉瞧、款l 警瓣踌 平台蠛及熟俺毙歉现露软 牛释靛技术存在的缺酾艨翊题，使鞔搏王褪颈妪赫豹课 题。燕蕊避予遂一漾避鹣磷巍，m i c r o s o f t 考罐懑c o w d c o t 技术，羚褥戮了辩 学实羧魏骏泛及进一疹煞发溪。 e 黼揽范瓴据e 蹶穰& 、滔祷能眷籍、统一数箍传输。镶靛命惑帮系统缀豁 实现( c o m 霹) 。c o m 核心规滗了组件对象与客户濑过= 进制接口标准进行燮豆的 霉 第二誊基缎十i ：豹分布式谤嶷券统 原刘，鲶构化存褚定义了复合文档的存储格式以及翎建文档的接日，绞一数据传 输约定了缌件之间数据交换的标准接口，智能命名给予对象一个系统可识别的唯 一标识。 c o b 怒一静构造软转组件豹= 进制标准，巍瑟内对象技术是组件他式设计愚 怒鹃基磷。繇缢，c c g t 矮范联窥义弱缓释模型鬓蠢瓣巍鼹象豹特熹羚，j 荟有萁区 别于面向对蒙的特征，主要袭聪为： ( 1 ) 谮甯无关性 c o m 规范的定义不依赖予特定语言。它所采用的是一种二进制代码级的标 准，孬不怒滚筏羁缓豹标班。臻骧，编写缀转鼹象获疆弱戆语言与绫霹霉户程枣 所使用的谣害可以不同。只要窀们都能生成符合c o w 规范的可执行代硒朝可。c o m 的语言光燕性为跨语言的合作开发提供了统一的标准。目前，差不多簿种语言在 实现时酃撮供对c o w 的支持，如c + + 、v c 、v b 、v j + + 、d e l p h i 、c + + b u i l d e r 等。 ( 2 ) 谶攘骢透骥性 t o m 缀馋分秀进程内缓髂毒进程终缝箨，餐囊客户程序创建c o m 对象辩可鞋 使用一致的方法。所有实现细节对客户来说都是透明的。这就是创建c o m 对象的 进程透明特性。同样地，客户调用c o m 接口也具柯进程透明特性。因为客户程序 匐建进穰外的组件对象蜃，得到缀 牛对象的接口糖针，通过该指针，就可以调月 缝终怼象瓣残燹函数。帮援这释接日谖矮楚阙接逐行豹，荬争邈袋焉列集 ( m a r s h a li n g ) 和散集( u n m a s h a l i n g ) 技术，僚客户程序调用接翻黼数就如同 调用在进程内的函数一样。 ( 3 ) 可熬用性 对象熏羯是e 围援藏缀黧瑟豹一个方瑟，它绦谖c 淡哥用于捣遗大型熬靛终 系统，使簧杂翦系统篱纯为魏篱单的对象模块，体现了蟊向对象的憋想。c o m 重用性是建立在组件对象的杼为方式上，它指示tc o m 对象如何莺用融有的c o m 对象功能。c o m 重用性的实现肖两种途径：包容和聚合。 与软件拜发者密切相关的c o m 组件模型的内容包括： ) c 滋接蠢：表示“套对象土实琵浆一缓溪义秘关兹功筵”。款彩式上看， 接口是一个虚拟函数跳转表( v t b l ) ，即由成最函数的地址组成的数缌；从语义 上看，接脚是一组具有较高的内聚性及较弱的外部耦合性的成员函数。所有的接 夸 第二章基丁组什的分布式仿真系统 口皆直接或问接地从i u n k o w n 接口继承而来，具有一个1 2 8 位的唯一标识( u u i d ) 。 c o m 对象：即c o c i a s s 实例，提供接口的具体服务。c o c l a s s 是一个或多 个c o m 接口的实现。通过一个指向其接口的指针实现对c o m 对象的调用。 c o m 服务器：是一个程序或库，包含c o m 对象，向客户提供服务。 类工厂：用于创建、注册c o m 对象的特殊对象，为实例化c o c l a s s 提供 种标准机制。通过调用w i n d o w sa p i 函数c o g e t c l a s s o b j e c t 或c o c r e a t e l n s t a n c e 实现对c o c l a s s 实例化。 类型库：一个二进制资源文件，包含c o m 服务器中对象与接口的类型信息， 可以从m i d l 或o d l 转换而来。 a u t o m a t i o n 服务器扩展：用于实现i d i s p a t c h 接口的对象，i d i s p a t c h 是在i u n k o w n 的基础上增加了g e t i d s o f n a m e s 、g e t t y p e l n f o 、g e t t y p e l n f o c o u n t 以及i n v o k e 接口。 c o m 定义了两类服务器，进程内服务器( i n p r o c e s s ) 和进程外服务器( o u t o f p r o c e s s ) 。进程内服务器即本地机上的d l l ，进程外服务器分为两类，一是本 地机上的e x e 可执行程序，二是远程机上的d l l 或e x e 程序。服务器内部包 括组件接口的实现体和类工厂，类工厂生产组件对象，将对象的接口指针返回给 客户。c o m 的调用过程大致是：客户应用程序将对象的类标识符( c l s i d ) 传 递到c o m 库，c o m 库根据系统注册表将c s l i d 匹配到c o m 对象服务器，并 将服务器产生的对象接口指针返回给客户应用程序，客户应用程序通过对象接口 调用对象服务器所提供的服务。当所有服务结束后，如果客户应用程序不再需要 该对象，该对象所占的资源( 包括对象自身) 被释放。 d c 0 m 是c o m 的无缝扩展，它充分利用基于c o m 的应用、组件开发工具及知 识，并把它们转移到分布式计算的应用领域，实现了不同计算机上的组件对象与 客户程序之间或组件对象之间在网络上的相互通信。它建立在分布式计算环境 ( d c e ) 的远程过程调用( r p c ) 之上，采用d c er p c 的n d r ( n e t w o r kd a t a r e p r e s e n t a t i o n ) 格式来进行数据分组和传输，并利用d e cr p c 的安全机制进行 数据的安全认证和一致性检验。d c o m 增强了c o m 的分布处理性能，支持多种通 信协议，使得局域网上不同计算机间的c o m 可以进行通信。它把i n t e r n e t 安全 机制和w i n d o w sn t 的安全机制集成在一起，加强了组件通信的安全保障。在操 l o 第二嚣基 臻魏翳分南式偾嚣系统 俸系统中，遴程秘憝稳甄謦蔽豹，各进疆潮鹣交流楚通过终是麴遁僚方式船醛实 现，警谶糨位于不周的机器时，d c o m 用网络协议米代替本地进程之间的通信胁 议。 c o m + 觳c 渊、d c o m 秘m t s 三者蠢撬地统一越容，。憩时也耨瀵了一些服务( 鳃 爨载乎鬻、蠹存数豢簿、攀律搂塑、酞巍羧努警) ，影或一枣壤念灏、翡裁谩麓 缀件体撩结构。c o m + 阱系统服务的形式掇供给糟户，软件开发者可戡按剿用系统 服务缡测艇 譬程痔，避受7 繁聚懿底层缨节姓璇葶瓣捷态了缓髂的擞瞧。 2 i 2 辫艨式数据霖魏b a s 雾鼹数据骞孛鬣夔墼爨三滕数撵蓐穰式( t h r e e - t ie r e dd a t a b a s em o d e l ) 。 三层数攥魔模式是张原来的客户服务器( c 1 i e n t s e r v e r ) 模式基赫赶上增加了一 个中润燃( 皮惩骚务器) ，撼畿户爨程缪鞠数搿瓣黢务器瞩豢开采。瘛羯辍务嚣 通过箕慰熊封装酌众救对鬣协调备个客户端稳序艘请求，完成客户端骥序和数攒 簿鼹务黎之逮戆数搽交滚，使照掰系统粪骞受姆鹳安空往移菇溪鼗，嚣铡予获释 鹩维护和辩缀。 m i d a s ( m u l t i - t i e rd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ns e r v i c e ss u i t e ) 是 w b o r l a n d i n p r i s e 公蔼翔聚燕溉努毒式多屡数瓣鬻惫蠲酾逶麓孛瓣髂产赫，它稳 安客户鞴疆垮襄鏖溪爨务嚣之戴蔓逶数鬃摩落惑瓣莰载。m i d a s , d l l 渤拳连接瘴 燕簧瘸子警理数据，褥数掇辍数据毽( d a t a p a c k e t 鹩形式程客户溃獠黪秘应藤缀 务器之间传递。创建一个弗屡数据库应用程序的般步骤是：瞢先创嬷应用服务 撩，然燃搿发窖产端程序。熬聚霉户程澎葛燧羧务器不慈筏一谤黪糠，螫矮奄 客户计冀掇上注翡域安装艨粼服务器。本文搿发的多攫数撵瘁癍燃程序以c + + b u il d e r5 。0 为芽黧擎鸯，充分耪震$ i d a s 技寒豹德势，襞数据疼管爨缀辞书蕊 旌用服务器和其它缀件中豹客户端程序阐的数撼交流安全可靠、灵满方便。以下 介缓e b u i l d e r5 0 环境下的应用服务嚣和客户端程序的创建方法。 戏辩j 暇务器主簧出远糕数据模块( r e m o t ed a t am o d u l e ) 辍封靛了髑韭逻辑 静金监对象( b u s i n e s so b j e c t 嚣部癸缀袋。程e + b u i l d e r5 ，0 巾，遥霉 f i l e 。n e w 篥擎，在i t e m s 密西巾选择r e m o t ed a t am o d u l e ，歼发豢绫爨动产生 一个类型麾原始程序，按提承蝓类型库命名( 它魁o l ea u t o m a t i o n 接口对象的类 名) 。凌r e m o t ed a t am o d u l e 上添翻数褥集浚转( 磐t t a b l e 、t q u e r y ) ，薄这鹜 第二章基丁组件的分布式仿真系统 控件进行属性设置，使它们与相应的远程数据库相联系。放置t p r o v i d e r 控件， 将其d a t a s e t 属性设置为要访问的数据集控件名。有一个数据集控件，就要有一 个t p r o v i d e r 控件与之对应。 客户端程序中不必可少的控件是t r e m o t e s e r v e r 和t c l i e n t d a t a s e t 。在客户 端程序的窗体中添加t r e m o t e s e r v e r 控件，设置其s e r v e r n a m e 属性为应用服务 器名( 即类型库名) ，添加t c l i e n t d a t a s e t 控件，使其r e m o t e s e r v e r 属性为客户 端程序本身的t r e m o t e s e r v e r ，其p r o v i d e r n a m e 属性为应用服务器的中的某一 t p r o v i d e r 控件名。这样，客户端程序可以通过t c l i e n t d a t a s e t 控件访问到与其相 对应的远程数据库。为了显示远程数据库中的数据，添加t d a t a s o u r c e 控件，指 定其d a t a s e t 属性为t c l i e n t d a t a s e t 控件名，添加t d b g r i d 控件，指定其 d a t a s o u r c e 属性为t d a t a s o u r c e 控件名。 2 2 系统的结构和特点 2 2 1 系统整体结构 图2 - 1 是系统的整体结构图。实物仿真变电站、s t d 工控机和仿真机构成实 物性仿真，学员在实物仿真变电站有着与真实变电站相同的操作环境。 图2 - 1系统的整体结构图 l o n w o r k 网完成实物性仿真内部各计算机间的信息交换。 s t d 工控机完成对实物仿真变电站的信号采集和驱动。 j 2 第二章基于组件的分布式仿真系统 仿真机一方面完成对实物仿真变电站的仿真与控制，另一方面把实物仿真变 电站的信息输送给虚拟性仿真网络。 主域服务器、w e b 服务器、教员机、学员机组成虚拟性仿真网络。 主域服务器实现培训基地局域网的管理并实现路由功能。它是培训基地局域 网的域管理器，为其它计算机分配局域网私有地址以及提供d n s 服务。并配置 微软w i n d o w s2 0 0 0 路由及远程访问服务，将培训中心的局域网与因特网连接起 来，实现远程培训的目的。 w e b 服务器完成网上注册、信息查询、培训仿真软件下载和更新等服务。 教员机完成教学演示、任务分配、课堂管理、组织考核以及指导信息的发布 等。 学员机是受训学员进行操作的地方，可以分布在培训基地的局域网内，也可 分布在与因特网相连接的其它网域。 e t h e m e t 标准要求e t h e m e t 的联机必须采用串接式，但串接式有“一台断， 全部断”的缺点，因而采用含有l u 4 5 插口的集线器，使系统的联机结构成为 并接式。集线器的内部电路满足8 0 2 3 的e t h e r n e t 标准。在局域网中，由于传输 距离比较近，环境单纯，采用r j - 4 5 双绞线作为网络联机，费用比同轴电缆和光 纤便宜。 变电站培训仿真系统的仿真对象是变电站主控室内仪表、光字、红绿灯、信 号继电器、事故音响和预告音响等。它不仅能模拟变电站的正常运行方式和非正 常运行方式，而且能模拟变电站可能发生的各种故障。变电站可能发生故障是各 种各样的，但按其性质可划分为：单相接地、单相断线、相间短路、保护拒动或 误动、开关拒动或误动、p t 故障、直流接地以及谐振等。采用组合式仿真机制 模拟复合故障，即由单独故障组成复合故障，增强了仿真功能。 虚拟性仿真网络中的变电站培训仿真系统有独立( 信息交流仅仅在虚拟性仿 真网络内部) 、跟踪( 运行方式和负荷状况取自于实物仿真变电站或真实变电站) 和观察( 包括真实变电站、实物仿真变电站、虚拟仿真变电站) 三种运行方式。 前两种方式学员可在学员机上对仿真变电站的设备进行操作。 第。蘑毖r 组引：的分布式仿粪系统 2 + 2 2 系统的维俘传设诗 本系统是针瓣通用型变电站仿真而设计的。甍求它其商庭好的通潮拣和灵活 性，因此在设计系统时尽量使不同的组件模块之间相互独立，只通过共搴数据库 疆羧教、疆台的方式鞠联系。这嵇，一方委i 撬裹了系统瓣戆麓，舅方甏添燕豢 功髓也比较容易，增强了功麓扩矮幢。銎2 2 楚培翊仿真系统的组件模块凰，对 组件的熬体规划j 藤循“以数攒库为中心以功能块为框架”的原则，将系统分为 鞋下主要缓髂，帮：数攥接收与发送邃l 孛、久辍赛蘑缍传、谤真维传、数摄疼管 理缀件、培训组件。 圈2 - 2 变电站培训仿真组件闰 数耀攘牧与发送缝 串。按照逶信设备豹硬佟嚣瑾秘遴傣资议，按收寒自囊实 交旗始的数撩，舅一方面怒实臻仿真交电辩豹信塞输送绘纛数往侍冀翮终。 人机界面组件。培训仿舆累统营造的威拟仿真环境由人机界面组件究成。它 遴_ l 建入瓿接露囊实褥褒了实舔设蓉蠹冬终瓣、声蠹襄动态变德蓬程。它袋攥搽终售 怠，改变糨窿设备豹获态，黼瓣将搡终信惑掇交绘仿真缀传进行镑冀遮舞。该组 件与设备状态数据蓐的交强实现设备实际状态和模拟显示的一致性。 仿真组 牟。培训仿真系绶时刻都在进程大壁仿囊运算，仿真缀件怒系统的运 算核心。它根据来自各方的操作信息、变电站的当前状态以及其它参数德进行仿 真运辣，劳将运髯结果返回绘人桃界诬，弗及时更新设餐状态数据席。 壤调缀俸。培训组俘撵供与教员或学受遴幸亍交互酶入梳接日。巍教燕袋学员 自己的控制之下，发出培训指令，从数据库管瑷模块获取餐稀相应数瓣，并对学 员的操作跟踪判断。可以进行的培训项目包括：故障演示，由计算机发出故障指 1 4 第一二鞲攥予组嚣的分毋i 式铸粪爨统 令，糖真辘经诗算产叟稳成攀藏疆象音嘲、溅字、髂号等) 表现予实物俺粪交 中或计算机屏幕上，绘学员强瓣敞障现象的巍观认识；倒黼操作，攀撼羧收倒闸 操 乍命令，猩实物仿真变中获计算机屏幕上进行倒闸操作，计算机根搬标准操作 票粼凝撩撵难薅与翁，天为熬逢变魄遮蠹霹畿笈熏瀚各秘数簿，学爨谯实物臻窦 交孛躐盖幸簿撬舞幕主遴嚣事敬处鬻搽露，魏囊攘裟涎学委熬撩终隧瓣进行傍奏， 给绻相应域象，并判断操俸憝否谶确，直至处壤念滞完毕。 数攒露磐理缀黪。培训臻襄系统霭要爨露大爨瓷瓣，数据痒警惩缎俘宠成蹲 数据艨的懿中管理。其它组件邋避调用数据滕繁瑗组件提供的一系列接口宋完成 蜜耩豹粪键、嫠改、添爨、勰涂等功能。 2 。2 。3 努搿戏变电瓣培臻镑冀系统 张燕时仿真中，仿真结浆韵藏确性不仅体现在仿真的结果值，而殷避取决于 得到遮魃绺粜的时间。分布式的仿真系统能充分刹用计算机揆源，提高系统的效 辜。国予缀释攘鳖羧零魏多瑟羧嚣霹授零吴商分布戆靛特点，謦2 皿2 串番缀谗可 溢努纛瓷苓秘翡谨冀辍主运露。在安鼯串，举爨瓤惫入爨器鬣经蒋、鼗撬露警淫 组件濑黼丽成，仿冀机由数据接收舄发送组件、傍嶷缀件装羁己而成。仿粪机程序 哭奁一螽谤冀琉主逮孬，是整个凑潮揍真较黪熬撩，玉部分。学爨撬程蓐螯装在足 台计冀枫上，可以让它们问对遴稽。学员各自观察娥操作间一变电站豹运 予状况， 这释数掇赴壤耧赛麟箍示穗努离翡蠢涟，甄缣诞了攀爱飙葬溪致援，又嶷凌了 系统鹣势帮戏遮露耱瘳客户攥缀。纛藏基磴上鬻班窳蕊多入楱佟酌靖粥摸焱，璞 强了培w 效袋。 巍霹户螭程序采用a c d v ef o r m 技术以聪，通避众池内部网i n t r a n e t 釉公众 数蠡交按翻i n t e r n e t 舞努发凑客户壤程穿，耀户谯逡方魏够数测蘸器瓣方式运 行学樊撬麓潆。 臻使黛电站培硼仿冀软件默分：簸式、多鬻户的方式运行，必须程遴稽餐户端 程序瓣计夔撬上注瓣仿真祝释攀爨飘串毽含熬c o m 澈务器帮瘦蕉服务器。魏果应 用程序中包含了多髹数据库的痰蒯缀务器| 和客户端程序，剿运行该穗序鸵计算机 必须蜜装m i d a s 跣l 凌态连接瘁。 在镶髂纯鞋及安匏变与蠹数燮穰维台憨笨绞嬉褥下，燮毫菇墙瓣蕊燮鬃统不 再是仅局限于一座仿真变的单调培训。同一个网络中，甚堑同一台学员机中，都 第二章基r 组件的分布式仿真系统 霹对不| 咖j 窝电嬉避纷更其毹+ 对校戆培谶。臻谢糖爨辩各功戆缌释舔爨羁一定酌遗 蹦性，向与媳体变电站相关的信息则通过外部数搦的形式被功能组件调埔，只需 预先对努个变电站分别制作麓相应数据，即可实现培训方案的随懑缀合，使教 学豹瑟瑟程蹙太。 第三章事敬傍真策錾岛保护薅囊 第三意事故仿真策略与保护仿真 实现交毫鏊瑶巍镰真豹一个关缝部分魏怒采嗣舞静形式豹谤囊策臻亲综合 计算并最终得出仿真交魄站在事故状态下应有的现象，将这个i 奠程抽象出来兢是 事故仿真策略。 用于培训目的的变墩站仿真程序，既不同于实际系统，也不网于分析计算软 磐系绫。交毫站蕊囊萋黧定经静瑗象，对定爨豹要求 l 较绦。遴j 篷诗冀一次系缓 模糊魄漉和模糊电匿帮二次系统逻辑羯断翱结台来确定保护动乎馨情况，蕊快速准 确又保证了保护动作与嶷际吻合，完全具脊黛时性。 3 ，l 多线程的仿冀策略 与实际系统不同，仿褰规的故障诗冀与处理是在己知故障点的情况下进行 的。故障的来源有两个：一、学员自己设置的故障或者教员为培训举员而设定的 故障( 设定故障) 。二、学员在学员机上仿疑培训的过程中误操作而导致的故障 ( 蠢然赦障) 。设定故障绘定了鼓障点、故障类型秘故簿属性；彝然故障由误撵 俸产警，藏障在站内，一般为隶久毪藏簿，爨俸故障壶待真系统豢诶操捧发生e 季 自动判断，在内部转化为相对应的故障类型。因此，每种故障对变电站仿真系统 来说都是已知的。 在交电站仿真培训系绫巾，仿真枫簧璧定性酶现象，对定鬃的要求很低。衡 篓镰冀系统夔令垂簧豫漆，菰是系统戆实辩经。瑟耩确熬瓣终数薅诗羹蹩一令 繁琐耗时的过程，对予要求教障后瞬时性动作的保护，等待故障续果将使其失去 实时性。对于延时性保护中时限很短的保护，也存在这样的问题。由于故障对仿 真系统为已知条件，可以经过p e t f i 网模型的搜索和计算得到模糊电流和模糊电 压，麸露确定僳护鼓动傍馕涎，这样骰既抉逮准凑又僳涯了保护渤擘磬与实