面向自主設(shè)備云服務(wù)的水電站大規(guī)模仿真建模研究.pdf

1、隨著三峽等一大批大型電站相繼建成投產(chǎn)和傳統(tǒng)電站的智能化改造，以及國家“一帶一路”水電裝備“走出去”戰(zhàn)略的實(shí)施，作為水電站運(yùn)行維護(hù)培訓(xùn)和分析診斷研究理想平臺的水電站仿真系統(tǒng)面臨著巨大而迫切的需求。水電站仿真系統(tǒng)的大規(guī)模定制及互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的按需訪問成為當(dāng)前我國水電生產(chǎn)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題。水電站是典型的復(fù)雜大系統(tǒng)，涉及水力、機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)控制等多個領(lǐng)域，系統(tǒng)規(guī)模大、設(shè)備數(shù)量多、組成結(jié)構(gòu)和運(yùn)行規(guī)程多變、耦合性強(qiáng)、動態(tài)過程復(fù)雜、“人-機(jī)”

2、和設(shè)備之間交互呈智能化自主化特征，運(yùn)行工況難以事先編排。傳統(tǒng)的基于水電站大系統(tǒng)邏輯分解和聯(lián)立方程求解的建模方法對大規(guī)模仿真和智能化運(yùn)行的新特征和新需求很少考慮，因而難以解決水電站云仿真平臺這一新的應(yīng)用和計(jì)算環(huán)境下水電站仿真系統(tǒng)大規(guī)模定制開發(fā)和部署中存在的模型云化解耦與融合、分布交互與協(xié)同、高并發(fā)可擴(kuò)展與模型容錯性等問題。本文從水電站設(shè)備運(yùn)行智能化這一獨(dú)特視角，以建模水電設(shè)備的自主化特征為切入點(diǎn)，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，探索與水電站大規(guī)模仿真和“

3、互聯(lián)網(wǎng)+水電仿真”服務(wù)模式相適配的建模理論和方法。研究如何賦予設(shè)備模型智能感知和主動服務(wù)能力，使之像真正的智能設(shè)備一樣進(jìn)行組織和交互，從而以符合真實(shí)水電站本身運(yùn)行機(jī)制的方式進(jìn)行系統(tǒng)解耦和模型融合。并在此基礎(chǔ)上尋求與云計(jì)算環(huán)境相適配的模型分布式、高并發(fā)、可擴(kuò)展、可容錯特性的解決之道，建立“互聯(lián)網(wǎng)+”時代下的水電站云仿真平臺和運(yùn)行框架，為水電站大規(guī)模仿真這一水電生產(chǎn)領(lǐng)域急需解決的重大工程實(shí)際問題提供新的建模理論和實(shí)現(xiàn)方案。本文的主要研究內(nèi)容

4、和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1）針對水電站智能化運(yùn)行特征和大規(guī)模仿真的新計(jì)算環(huán)境和新要求，提出一種與之相適配的面向自主設(shè)備云服務(wù)的新建模思想和計(jì)算模型。以水電設(shè)備為模型組織和運(yùn)行的基本單位，基于云消息總線技術(shù)，無縫集成面向服務(wù)和事件驅(qū)動思想于設(shè)備模型，使其具備主動感知和自主服務(wù)這一智能水電裝備的關(guān)鍵特性，并據(jù)此構(gòu)建和真實(shí)水電站運(yùn)行結(jié)構(gòu)和機(jī)理相一致的松耦合組織、分布式協(xié)同、異步非阻塞并行交互的模型架構(gòu)。從而在一般的SaaS云服務(wù)模式基礎(chǔ)上拓

5、展出新的適應(yīng)水電站大規(guī)模仿真的“ADaaS”（自主設(shè)備模型即服務(wù)）云服務(wù)模式。
　　2）給出了面向自主設(shè)備云服務(wù)建模方法和框架。定義和實(shí)現(xiàn)了框架的核心組件，包括主動感知設(shè)備模型、可感知消息、虛擬總線、模型容器等。在設(shè)計(jì)上突破了目前互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中流行的無狀態(tài)服務(wù)模式，即服務(wù)化架構(gòu)的服務(wù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)分離模式，實(shí)現(xiàn)了有狀態(tài)設(shè)備模型服務(wù)的“In-Memory”運(yùn)行模式創(chuàng)新，可大大提高模型運(yùn)行處理速度，保證了仿真計(jì)算的實(shí)時性。
　　3）通

6、過模型分布決策權(quán)的反轉(zhuǎn)，創(chuàng)新性地將分布式消息發(fā)布訂閱下的消息路由問題轉(zhuǎn)化為模型在云計(jì)算資源節(jié)點(diǎn)的調(diào)度分配的經(jīng)典問題。從而可采用很多經(jīng)典智能優(yōu)化算法對這一問題進(jìn)行建模和求解，并給出了鯰魚粒子群優(yōu)化算法及最優(yōu)解。同時，自主設(shè)備云服務(wù)模型由消息路決定的靈活分布方式，使得設(shè)備模型內(nèi)生具備云平臺下的分布式水平擴(kuò)展和容錯遷移能力，從而在軟件模型層次對大規(guī)模仿真所需的高并發(fā)、高可用特性提供了不依賴硬件的“廉價(jià)”解決方案，可有效發(fā)揮云計(jì)算的優(yōu)勢。

7、>　　4）針對水電生產(chǎn)電氣主系統(tǒng)強(qiáng)耦合特征，提出模塊化解耦的分割交替求解算法，為松耦合的自主設(shè)備模型應(yīng)用到強(qiáng)耦合的水機(jī)電動態(tài)過程提供了算法基礎(chǔ)。提出了圖形化電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌阉魉惴ú?yīng)用于電力系統(tǒng)潮流計(jì)算和故障計(jì)算?；诜指罱惶媲蠼馑惴ㄋ枷虢⒘藛卧獧C(jī)組和電網(wǎng)絡(luò)各設(shè)備子系統(tǒng)仿真模型及其聯(lián)合動態(tài)仿真過程。
　　5）針對輔機(jī)系統(tǒng)設(shè)備種類復(fù)雜數(shù)量眾多的難題，提出輔機(jī)系統(tǒng)分層模塊化建模思路，將其分為交互層、過程層、元件層、系統(tǒng)層等四個層次，通過