地區電網調度員仿真培訓系統

摘要：文章介紹了地調電網調度員仿真培訓系統(TH-DTS)的體系結構與功能特色。根據地區電網的特點，使用DTS系統進行了電網分析。使用DTS系統培訓調度員、反事故演習，大大提高了調度員的素質，提高了電網的安全、穩定和經濟運行水平。

關鍵詞：DTS；電網調度；介紹；仿真；培訓

1 概述。隨著現代電力系統網絡規模的不斷擴大、電網電壓等級的不斷提高，電力系統規劃、運行和控制的復雜性呈現指數遞增的趨勢。傳統的依靠電力系統調度員的運行和處理事故的經驗培訓新的調度人員的方法，已經不能滿足現代電網發展速度和規模的要求。電網調度員仿真培訓系統（DTS）已經成為調度員掌握電網運行規律、分析電網薄弱環節、增強事故處理能力、提高電網調度運行水平的重要工具。

臨汾地調使用的仿真培訓系統是TH-DTS， 它是新一代調度員培訓仿真系統，它實現了與TH-EMS的真正一體化，可以應用于調度員培訓、電網安全穩定經濟分析、事故重演和分析、運行計劃研究和制訂、EMS功能開發和研究、電力系統調度自動化的教學和科研等目的。

2 DTS系統原理

圖1給出了DTS系統的原理圖。圖形的右邊表示實際的電網和調度系統，它通過遠動設備采集電力系統中各電力設備的運行狀態（如頻率、潮流、電壓、開關狀態、繼電保護信號和事故信號等），通過通信通道送到調度室的實時調度系統上，調度員坐在調度室中，面對由數據采集監控（SCADA）和EMS高級應用軟件共同組成的EMS系統，完成對實際電力系統的實時監控和分析決策。圖形的左邊表示DTS系統，它好似實際電網及調度系統的“鏡像系統”，學員坐在學員室中充當“調度員”，接受培訓，學員室中配備與實際調度室一致（或接近的）EMS軟硬件系統（即學員臺），讓學員有一種身臨其境的感覺；而教員一般由經驗豐富的資深調度員充當，他坐在教員室里，利用教員臺，在培訓前準備教案，在培訓中控制培訓過程、設置電網事故，并充當廠站值班員，執行由學員下達的“調度命令”，在培訓結束后評價學員的調度能力。在培訓進行過程中，學員與教員之間的通信采用電話進行，來模擬調度時調度員和廠站值班員之間的通信方式。教員室與學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。電力系統模型和遠動設備模型分別是實際電力系統和遠動設備的數字仿真。

3 DTS系統的結構和功能

圖2給出了DTS軟件系統的結構。其中，“學員臺”模擬了控制中心的EMS功能，它一般是由實際EMS軟件系統的完整拷貝和模擬的EMS硬件系統所組成。“教員臺”則負責實現仿真支持（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)、電力系統模型、遠動系統模型以及仿真運行評估等功能。其中，電力系統模型不僅可用于模擬電力系統的穩態運行狀況還可以模擬系統喪失穩定時的動態過程行為，實現了從穩態到動態，再從動態返回穩態的平滑過渡，實現了穩態模型和動態模型的一體化。

在“教員臺”上，電力系統仿真服務器負責對電力系統進行仿真，各種仿真功能的時間均嚴格統一在仿真時鐘下。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的運行工況，而電力系統模型按照指定在教案初始條件中的負荷/發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一制作和管理，可直接取用EMS的實時狀態估計結果作為在線教案，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模型進行各種操作和事件設置，來靈活地改變電力系統的運行工況。

4 DTS系統的系統結構和典型配置

硬件配置：采用PⅣ處理器、3GCPU微機，512M內存，160G硬盤，17寸液晶顯示器，現配置了服務器兼教員機1臺，學員機2臺。可以滿足目前臨汾地調電網調度仿真培訓方面的主要性能指標的要求。系統軟件：教員臺/學員臺均采用Windows 2000操作系統。應用開發工具和編程語言采用標準的C++語言。支持軟件：采用數據圖形一體化支撐環境，從而可以采用統一的數據、圖形、符號規范標準對數據庫、畫面進行維護。

5 地調DTS的特點

地調與網調管轄的范圍不同，網調管轄的是500 kV、200 kV及少量的110 kV變電站，臨汾地調管轄的是少量的220 kV變電站，大量的110 kV變電站。地調電網的特點如下：電網正常運行時為開放式網絡，呈樹狀結構；電網發生單相接地時，繼電保護的動作情況與網調電網不同，由于地調有大量的10 kV線路，當10 kV線路電網發生接地故障時，并不立即跳開線路；地區電網中心點經常不接地或經消弧線圈接地。

地調所管轄的發電機很少，僅僅為幾個小水、火電，調度員一般不關心發電機的動態過程，因此在進行仿真時，只采用邏輯保護來模擬實際的保護動作過程。當設備發生故障時，系統不計算短路電流。當電網發生故障時，根據電力系統繼電保護運行策略模擬繼電保護裝置的動作情況。可模擬線路、母線、變壓器、發電機、電容器、電抗器等電力設備上的各種主備保護，可模擬自動重合閘、繼電保護多級拒誤動和開關的拒誤動。保護種類可根據系統的實際配置設計。線路保護有高頻、方向、零序、距離保護；發電機保護有速斷、過勵、失磁、失步保護；變壓器保護有差動、過流保護；母線保護應考慮差動等保護。

動態/穩態一體化的電力系統模型

DTS中的電力系統模型包括穩態模型和動態模型兩部分。穩態模型考慮系統操作或調整后電網潮流的變化和系統頻率變化，采用動態潮流算法來模擬，不考慮機電暫態過程，可用穩態電量來啟動自動裝置，并用邏輯方法來模擬繼電保護，這種模型考慮了中長期動態過程，主要應用于調度員培訓、運行方式安排和反事故演習等。動態模型考慮故障或操作后發電機的機電暫態變化過程，可用暫態變化過程中電量值來啟動自動裝置和繼電保護，這種模型考慮了暫態過程，主要應用于運行方式研究、事故分析和繼電保護校核等。

電網仿真中實現了穩態仿真和動態仿真的一體化。需要動態仿真時，程序能實現穩態仿真到動態仿真的平穩過渡，可在動態仿真正在進行的過程中人工設置操作，實現了整個動態過程的完整仿真。需要穩態仿真時，可以實現潮流-故障-潮流連續過程的仿真。

正常仿真時采用穩態模型，當發生穩態模型無法處理的故障事件時，系統可以自動（或手動）切換到動態模型。如果在動態過程中發生失穩事件，系統將在繼續積分一段時間后自動轉入穩態(擾動前的初態)，也可以采用手工中止動態的方法來返回擾動前的初態。如果在動態過程中，電網逐漸穩定，可自動返回穩態模型。

地區電網中的單相接地故障。地調電網保護最主要的特點是單相接地問題。地調電網一般都為中心點不接地或小電流接地系統。當發生單相接地時，故障點的實際電流很小，三相之間的線電壓和負荷電流仍然保持對稱，因此在一般情況下，都繼續運行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，為防止故障進一步擴大成2點接地，應及時發出母線絕緣檢查信號，以便運行人員采取措施。本系統成功模擬出單相接地的各種情況。

先進的系統核心算法。本系統運用了清華大學多年研究開發的優秀算法，例如：不良數據辨識中使用了獨立提出的遞歸量測誤差估計辨識法（RMEEI），大大提高了多相關不良數據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穩態的靈敏度分析法，使得靈敏度分析更符合電網實際；最優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給出最優潮流的結果。這一指標在國際上也是領先的。

結論。通過采用地區電網DTS對調度運行人員進行培訓，可使調度員深入了解電網存在的問題和薄弱環節，幫助調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，提高了調度運行人員的綜合業務素質，使電網在較經濟的方式下運行。

參考文獻

[1]山西省電力公司電網仿真系統使用手冊.

[2]DTS系統在地區調度培訓中的應用 趙志辰 王津.