電網調控一體化全維度培訓仿真系統研究

秦 亮，鄒根華，萬 暢，劉 專

（1.國網江西省電力公司南昌供電分公司，江西南昌 330006；2.國網江西省電力公司，江西南昌 330029；3.國網江西省電力科學研究院，江西南昌 330096）

0 引言

電網“調控一體化”是“大運行”體系建設的重要組成部分，調度/集中監控/變電站操作人員的技能水平直接關系電網安全，影響“調控一體化”工作能否順利開展。建設“調控一體化”環境下，涵蓋調度員、監控人員、變電站操作人員培訓的一體化聯合培訓系統顯得極為必要。

傳統的調度員培訓仿真系統（DTS）與監控（變電）運行人員培訓仿真系統是孤立運行的，這種應用模式隔離了電網培訓仿真和監控（變電）模擬仿真的信息交互，一定程度上影響了電網和變電站仿真的真實性和培訓效果。隨著調控一體化建設，對調度運行人員和變電運行人員的要求越來越高，研究實現調度、監控一體的聯合培訓仿真系統，實現調度員和變電運行人員的真實互動培訓仿真，對于進一步提高調控一體化水平，提高調度駕馭大電網的能力具有非常重要的意義。電網全維度培訓仿真系統能有效提高調控運行人員事故時的快速正確決策和上下級協調處理事故能力，對實現電網的安全、穩定運行具有重要意義。

本文圍繞著電網調控一體化全維度培訓仿真這一研究課題回答了以下幾個問題：1）如何實現調度/監控/變電仿真互聯；2）海量信號快速建模技術如何解決；3）如何協調監控仿真深度與調度仿真廣度的矛盾。

1 總體框架

圖1 調控一體化全維度培訓仿真系統結構圖。仿真平臺包括應用管理、權限管理、數據流管理、時序管理、應用接口等，以實現電網調度培訓仿真系統、變電站仿真系統教員控制中心模塊、模擬的調控一體化系統的監控中心模塊、遠程WEB互操作、上下級聯合仿真系統交互等子模塊的有機結合及多地區分布、多角色用戶的交互式使用。

圖1 調控一體化全維度培訓仿真系統結構

2 仿真研究內容

2.1 集中監控仿真技術

監控培訓仿真系統需實現數據、信號監視和報警模擬功能。在電網和變電仿真的基礎上，實現二次設備仿真模型自動生成和監控信號快速建模技術，以變電仿真的深度模擬集控范圍內的所有變電站，實現所轄范圍內變電站數據、信號的集中顯示和設備的控制仿真。實現與變電站仿真系統的互聯，實現監控和變電的一體化仿真。系統的主要功能包括：教案在線生成系統、電力系統模型仿真、監視和報警模擬功能、教員系統、學員系統、仿真評估系統。

2.2 變電站3D 全維度仿真技術

基于3D 建模與虛擬現實技術，實現變電站深度仿真培訓系統。仿真范圍包括變電站的一次設備、二次設備、控制設備，采用多媒體和3D 技術實現計算機軟仿真，包括模擬表盤、控制屏柜、室內外高壓設備等，可以模擬變電站的所有日常操作，并可以模擬故障情況下各種聲、光信號。

研究調度仿真系統和監控仿真系統融合技術，實現調控一體化全景聯合仿真；研究變電站二次設備模型與調度中心一次設備模型的自動關聯技術，為調度仿真系統進行詳細的二次設備模型仿真提供條件，實現基于變電站二次系統詳細仿真模型全維度聯合仿真。

2.3 調度仿真與監控、變電仿真互聯技術

研究調度/監控/變電多級調度聯合仿真培訓技術及相關標準規范，實現調度仿真系統與監控和變電仿真系統的互聯。開發一體化聯合仿真支持平臺，實現調度、監控一體化的培訓仿真系統。

電網仿真和監控/變電仿真一體化就是在電網模型、數據庫、人機界面、功能模塊等多個方面實現完全的一體化，兩套系統共享公共的電網模型，共享公共的設備參數和仿真畫面，對于公共的部分，只需要維護一套模型和參數。電網仿真和變電站仿真可以各自單獨運行，也可以聯合仿真。聯合仿真時，兩套系統共享同一套電網模型，在任一個系統中進行操作或設定故障后，兩套系統均能自動響應，給出一致的潮流結果，并各自給出正確、完整的二次設備動作信息。

2.4 與智能電網調度技術支持系統（SG-OSS）的無縫對接技術

滿足國家電網智能電網調度技術支持系統（SG-OSS）的功能架構，基于IEC61970標準實現調控一體化仿真系統與SG-OSS的無縫銜接方案，實現電網模型、數據、圖形與SG-OSS的完整對接。其中電網模型通過CIM格式從SG-OSS中獲取、實時數據通過E語言從SG-OSS實時庫中獲取，電網一次接線圖以G格式方式獲取。無縫對接技術減少維護工作量，提高培訓效率。

3 海量信號快速建模算法

傳統的電網培訓仿真系統在二次設備仿真過于簡單，對于變電站內部的設備操作細節仿真程度不夠；而變電培訓仿真系統雖然能夠實現變電站內部的深度仿真，但由于廠站建模的工作量大而無法簡單地覆蓋集控范圍的所有廠站。如何以變電仿真的深度來快速建立集控范圍的一、二次設備仿真模型，滿足電網深度和廣度仿真要求是調控一體化全維度培訓仿真研究的關鍵點。

對電網的研究表明，很多設備對象在功能屬性和操作屬性方面存在類似性。這種類似性在電網的各個層次均有表現。基于這種類似性的認知，將操作對象劃分為不同的類，每類操作對象包含若干具有相似屬性的實際對象。

圖2 為快速建模示意圖。變電站設備操作通用認知模型中的原子表達了根據屬性進行分類的概念。

圖2 系統功能結構

集中監控變電站信號仿真動作引擎規則建立的四元組。

應用對象（Apdev）

狀態受其它影響（Otdev）

應用條件（MCondn）

MCondn是由設備原子和狀態組成的集合：

即當Cn1…Cnn均成立時，復合條件才為真。Ci可以為多種形式，如式（3）。

式（3）中[]表示選項，X代表線路間隔原子或廠站間隔原子，Y代表一次設備原子或二次設備原子，Z代表設備的狀態。

結論（Conc）

結論是一個終態，如式（4）。

即當第n 組條件滿足時，結論是執行MCondnn→Msn狀態對應。

式（4）中MCondnn為條件滿足的組，Msn表示被操作設備的終態（目標狀態），即條件組MCondnn滿足，應用對象的二次設備的終態將為Msn。

4 仿真互聯的技術難點

聯合仿真培訓系統在縱向上涉及到多級調度之間、調度與監控之間電網模型、仿真數據的交互處理以及聯合培訓的協調控制，在橫向上涉及到電網仿真軟件與各種聯網數據的接口。因此，確定多個仿真系統之間模型、數據的交互規范，如何對參與聯合培訓的多個仿真系統的培訓進程進行協調控制，以及如何對聯合培訓過程中的各種交互數進行實時處理是該系統研究的關鍵點。

傳統的電網培訓仿真系統在二次設備仿真過于簡單，對于變電站內部的設備操作細節仿真程度不夠；而變電培訓仿真系統雖然能夠實現變電站內部的深度仿真，但由于廠站建模的工作量大而無法簡單地覆蓋集控范圍的所有廠站。如何以變電仿真的深度來快速建立集控范圍的一、二次設備仿真模型，滿足電網深度和廣度仿真要求是該系統研究的關鍵點。

研究3D建模與虛擬現實技術在電力系統仿真中的應用。采用三維虛擬現實技術，實現變電站的深度仿真。聯合仿真培訓中對二次系統的仿真是以一次設備為單元，通過保護仿真觸發對應的二次信號來實現的，因此需要建立電網一次設備與二次設備之間的對應關系，而目前調度技術支持系統中一次設備和二次信號之間是相互分離的，二次信號的命名也缺乏統一的規范，隨意性強。如何建立系統中一次設備和二次設備的關聯關系，實現基于二次系統詳細仿真模型的全維度培訓仿真是該系統的難點。

5 結論

本文提出適用于調度/監控/變電一體化聯合培訓仿真技術，在調度、監控和變電仿真系統間通過交互仿真事件，相互跟蹤電網潮流，實現調控一體化和變電站的深度仿真；探討了3D 建模與虛擬現實技術在電力系統仿真中的應用及采用三維虛擬現實技術實現變電站的深度仿真；闡述了變電站通用認知模型的變電站監控信號建模和仿真方法，從而實現對集中監控下大量變電站的海量信號快速建模和動態仿真。在傳統的電網培訓仿真系統基礎上，研究調度/監控/變電一體化的聯合培訓仿真系統，實現調度員和監控人員的真實互動培訓仿真，對于提高調控一體化水平，進一步提高調度駕馭大電網的能力具有非常重要的意義。

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