地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)

摘要：文章介紹了地調(diào)電網(wǎng)調(diào)度員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)(TH-DTS)的體系結(jié)構(gòu)與功能特色。根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)的特點，使用DTS系統(tǒng)進(jìn)行了電網(wǎng)分析。使用DTS系統(tǒng)培訓(xùn)調(diào)度員、反事故演習(xí)，大大提高了調(diào)度員的素質(zhì)，提高了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行水平。

關(guān)鍵詞：DTS；電網(wǎng)調(diào)度；介紹；仿真；培訓(xùn)

1 概述。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大、電網(wǎng)電壓等級的不斷提高，電力系統(tǒng)規(guī)劃、運行和控制的復(fù)雜性呈現(xiàn)指數(shù)遞增的趨勢。傳統(tǒng)的依靠電力系統(tǒng)調(diào)度員的運行和處理事故的經(jīng)驗培訓(xùn)新的調(diào)度人員的方法，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展速度和規(guī)模的要求。電網(wǎng)調(diào)度員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)（DTS）已經(jīng)成為調(diào)度員掌握電網(wǎng)運行規(guī)律、分析電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)、增強事故處理能力、提高電網(wǎng)調(diào)度運行水平的重要工具。

臨汾地調(diào)使用的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是TH-DTS， 它是新一代調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，它實現(xiàn)了與TH-EMS的真正一體化，可以應(yīng)用于調(diào)度員培訓(xùn)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)分析、事故重演和分析、運行計劃研究和制訂、EMS功能開發(fā)和研究、電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的教學(xué)和科研等目的。

2 DTS系統(tǒng)原理

圖1給出了DTS系統(tǒng)的原理圖。圖形的右邊表示實際的電網(wǎng)和調(diào)度系統(tǒng)，它通過遠(yuǎn)動設(shè)備采集電力系統(tǒng)中各電力設(shè)備的運行狀態(tài)（如頻率、潮流、電壓、開關(guān)狀態(tài)、繼電保護(hù)信號和事故信號等），通過通信通道送到調(diào)度室的實時調(diào)度系統(tǒng)上，調(diào)度員坐在調(diào)度室中，面對由數(shù)據(jù)采集監(jiān)控（SCADA）和EMS高級應(yīng)用軟件共同組成的EMS系統(tǒng)，完成對實際電力系統(tǒng)的實時監(jiān)控和分析決策。圖形的左邊表示DTS系統(tǒng)，它好似實際電網(wǎng)及調(diào)度系統(tǒng)的“鏡像系統(tǒng)”，學(xué)員坐在學(xué)員室中充當(dāng)“調(diào)度員”，接受培訓(xùn)，學(xué)員室中配備與實際調(diào)度室一致（或接近的）EMS軟硬件系統(tǒng)（即學(xué)員臺），讓學(xué)員有一種身臨其境的感覺；而教員一般由經(jīng)驗豐富的資深調(diào)度員充當(dāng)，他坐在教員室里，利用教員臺，在培訓(xùn)前準(zhǔn)備教案，在培訓(xùn)中控制培訓(xùn)過程、設(shè)置電網(wǎng)事故，并充當(dāng)廠站值班員，執(zhí)行由學(xué)員下達(dá)的“調(diào)度命令”，在培訓(xùn)結(jié)束后評價學(xué)員的調(diào)度能力。在培訓(xùn)進(jìn)行過程中，學(xué)員與教員之間的通信采用電話進(jìn)行，來模擬調(diào)度時調(diào)度員和廠站值班員之間的通信方式。教員室與學(xué)員室可以是兩間屋子，也可以是同一個屋子，中間用單向玻璃墻隔開。電力系統(tǒng)模型和遠(yuǎn)動設(shè)備模型分別是實際電力系統(tǒng)和遠(yuǎn)動設(shè)備的數(shù)字仿真。

3 DTS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

圖2給出了DTS軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。其中，“學(xué)員臺”模擬了控制中心的EMS功能，它一般是由實際EMS軟件系統(tǒng)的完整拷貝和模擬的EMS硬件系統(tǒng)所組成。“教員臺”則負(fù)責(zé)實現(xiàn)仿真支持（包括：教員操作臺、教案的制作與管理、仿真過程控制、事件處理器、仿真時鐘等功能)、電力系統(tǒng)模型、遠(yuǎn)動系統(tǒng)模型以及仿真運行評估等功能。其中，電力系統(tǒng)模型不僅可用于模擬電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行狀況還可以模擬系統(tǒng)喪失穩(wěn)定時的動態(tài)過程行為，實現(xiàn)了從穩(wěn)態(tài)到動態(tài)，再從動態(tài)返回穩(wěn)態(tài)的平滑過渡，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型的一體化。

在“教員臺”上，電力系統(tǒng)仿真服務(wù)器負(fù)責(zé)對電力系統(tǒng)進(jìn)行仿真，各種仿真功能的時間均嚴(yán)格統(tǒng)一在仿真時鐘下。DTS啟動初始化時，可在教案庫中指定某一教案作為電力系統(tǒng)的運行工況，而電力系統(tǒng)模型按照指定在教案初始條件中的負(fù)荷/發(fā)電曲線以及指定在事件表中的操作事件等運行工況來運行。各種教案由教案制作與管理模塊統(tǒng)一制作和管理，可直接取用EMS的實時狀態(tài)估計結(jié)果作為在線教案，在線的EMS每15分鐘自動為DTS生成一個完整的在線教案，也可通過人機界面由人工請求生成在線教案，在線教案全部保存在教案庫里統(tǒng)一管理，能夠自動生成豐富的真實的教案以滿足各種仿真研究的應(yīng)用要求。在仿真運行過程中，可以通過教員操作臺實時地方便地對電力系統(tǒng)模型進(jìn)行各種操作和事件設(shè)置，來靈活地改變電力系統(tǒng)的運行工況。

4 DTS系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和典型配置

硬件配置：采用PⅣ處理器、3GCPU微機，512M內(nèi)存，160G硬盤，17寸液晶顯示器，現(xiàn)配置了服務(wù)器兼教員機1臺，學(xué)員機2臺。可以滿足目前臨汾地調(diào)電網(wǎng)調(diào)度仿真培訓(xùn)方面的主要性能指標(biāo)的要求。系統(tǒng)軟件：教員臺/學(xué)員臺均采用Windows 2000操作系統(tǒng)。應(yīng)用開發(fā)工具和編程語言采用標(biāo)準(zhǔn)的C++語言。支持軟件：采用數(shù)據(jù)圖形一體化支撐環(huán)境，從而可以采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、圖形、符號規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)庫、畫面進(jìn)行維護(hù)。

5 地調(diào)DTS的特點

地調(diào)與網(wǎng)調(diào)管轄的范圍不同，網(wǎng)調(diào)管轄的是500 kV、200 kV及少量的110 kV變電站，臨汾地調(diào)管轄的是少量的220 kV變電站，大量的110 kV變電站。地調(diào)電網(wǎng)的特點如下：電網(wǎng)正常運行時為開放式網(wǎng)絡(luò)，呈樹狀結(jié)構(gòu)；電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，繼電保護(hù)的動作情況與網(wǎng)調(diào)電網(wǎng)不同，由于地調(diào)有大量的10 kV線路，當(dāng)10 kV線路電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，并不立即跳開線路；地區(qū)電網(wǎng)中心點經(jīng)常不接地或經(jīng)消弧線圈接地。

地調(diào)所管轄的發(fā)電機很少，僅僅為幾個小水、火電，調(diào)度員一般不關(guān)心發(fā)電機的動態(tài)過程，因此在進(jìn)行仿真時，只采用邏輯保護(hù)來模擬實際的保護(hù)動作過程。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，系統(tǒng)不計算短路電流。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，根據(jù)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運行策略模擬繼電保護(hù)裝置的動作情況。可模擬線路、母線、變壓器、發(fā)電機、電容器、電抗器等電力設(shè)備上的各種主備保護(hù)，可模擬自動重合閘、繼電保護(hù)多級拒誤動和開關(guān)的拒誤動。保護(hù)種類可根據(jù)系統(tǒng)的實際配置設(shè)計。線路保護(hù)有高頻、方向、零序、距離保護(hù)；發(fā)電機保護(hù)有速斷、過勵、失磁、失步保護(hù)；變壓器保護(hù)有差動、過流保護(hù)；母線保護(hù)應(yīng)考慮差動等保護(hù)。

動態(tài)/穩(wěn)態(tài)一體化的電力系統(tǒng)模型

DTS中的電力系統(tǒng)模型包括穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型兩部分。穩(wěn)態(tài)模型考慮系統(tǒng)操作或調(diào)整后電網(wǎng)潮流的變化和系統(tǒng)頻率變化，采用動態(tài)潮流算法來模擬，不考慮機電暫態(tài)過程，可用穩(wěn)態(tài)電量來啟動自動裝置，并用邏輯方法來模擬繼電保護(hù)，這種模型考慮了中長期動態(tài)過程，主要應(yīng)用于調(diào)度員培訓(xùn)、運行方式安排和反事故演習(xí)等。動態(tài)模型考慮故障或操作后發(fā)電機的機電暫態(tài)變化過程，可用暫態(tài)變化過程中電量值來啟動自動裝置和繼電保護(hù)，這種模型考慮了暫態(tài)過程，主要應(yīng)用于運行方式研究、事故分析和繼電保護(hù)校核等。

電網(wǎng)仿真中實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)仿真和動態(tài)仿真的一體化。需要動態(tài)仿真時，程序能實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)仿真到動態(tài)仿真的平穩(wěn)過渡，可在動態(tài)仿真正在進(jìn)行的過程中人工設(shè)置操作，實現(xiàn)了整個動態(tài)過程的完整仿真。需要穩(wěn)態(tài)仿真時，可以實現(xiàn)潮流-故障-潮流連續(xù)過程的仿真。

正常仿真時采用穩(wěn)態(tài)模型，當(dāng)發(fā)生穩(wěn)態(tài)模型無法處理的故障事件時，系統(tǒng)可以自動（或手動）切換到動態(tài)模型。如果在動態(tài)過程中發(fā)生失穩(wěn)事件，系統(tǒng)將在繼續(xù)積分一段時間后自動轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)(擾動前的初態(tài))，也可以采用手工中止動態(tài)的方法來返回擾動前的初態(tài)。如果在動態(tài)過程中，電網(wǎng)逐漸穩(wěn)定，可自動返回穩(wěn)態(tài)模型。

地區(qū)電網(wǎng)中的單相接地故障。地調(diào)電網(wǎng)保護(hù)最主要的特點是單相接地問題。地調(diào)電網(wǎng)一般都為中心點不接地或小電流接地系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生單相接地時，故障點的實際電流很小，三相之間的線電壓和負(fù)荷電流仍然保持對稱，因此在一般情況下，都繼續(xù)運行1～2 h，不必立即跳閘。但在單相接地后，其它兩相對地電壓要升高3倍，為防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大成2點接地，應(yīng)及時發(fā)出母線絕緣檢查信號，以便運行人員采取措施。本系統(tǒng)成功模擬出單相接地的各種情況。

先進(jìn)的系統(tǒng)核心算法。本系統(tǒng)運用了清華大學(xué)多年研究開發(fā)的優(yōu)秀算法，例如：不良數(shù)據(jù)辨識中使用了獨立提出的遞歸量測誤差估計辨識法（RMEEI），大大提高了多相關(guān)不良數(shù)據(jù)辨識的速度和辨識可靠性；靈敏度分析中使用了獨立提出的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的靈敏度分析法，使得靈敏度分析更符合電網(wǎng)實際；最優(yōu)潮流中使用了獨立提出的有功無功交叉逼近法，可在2～5個快速分解潮流計算時間內(nèi)給出最優(yōu)潮流的結(jié)果。這一指標(biāo)在國際上也是領(lǐng)先的。

結(jié)論。通過采用地區(qū)電網(wǎng)DTS對調(diào)度運行人員進(jìn)行培訓(xùn)，可使調(diào)度員深入了解電網(wǎng)存在的問題和薄弱環(huán)節(jié)，幫助調(diào)度員提高事故處理能力，研究對策，加快事故處理速度，縮小事故影響范圍。同時，提高了調(diào)度運行人員的綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)，使電網(wǎng)在較經(jīng)濟(jì)的方式下運行。

參考文獻(xiàn)

[1]山西省電力公司電網(wǎng)仿真系統(tǒng)使用手冊.

[2]DTS系統(tǒng)在地區(qū)調(diào)度培訓(xùn)中的應(yīng)用 趙志辰 王津.