DTS系統在電力調度仿真培訓中的應用

于宏芳 胡日成 袁濱 張忠梅 陳士強

摘 要：電網調度人員的經驗和業務水平以及處理緊急事故的能力，對現代電網的安全穩定運行至關重要，設置調度員培訓模擬系統，簡稱DTS系統。對調度員進行培訓，對提高調度人員的業務水平具有重要作用。因此，本文深入分析了DTS系統在電力調度仿真培訓中的應用。

關鍵詞：DTS系統;電力調度;仿真培訓;應用

1 電網DTS的構成分析

1.1 硬件結構

電網DTS系統采用開放式系統結構形式，它作為電網SCADA/EMS系統的一個網絡站點，由基于RISC技術的一臺DECALPHAXP1000工作站和一臺DECALPHADS20服務器構成其硬件平臺，采用局域網連接[1]。ALPHA工作站作為學員臺主機，運行SCADA/EMS仿真子系統，培訓環境與SCADA實際運行情況一致;ALPHA服務器作為教員臺主機，運行電網仿真子系統和教員控制子系統。虛線部分是DTS系統與實際SCADA/EMS系統的數據接口，DTS系統可以通過該接口取得SCADA/EMS的系統結構參數和實時數據供培訓或分析使用。投影儀充當模擬盤。投影儀既可顯示學員臺的畫面，也可顯示教員臺的畫面。DTS自成一個網段，與實時SCADA/EMS通過網絡Switch相聯，這樣既可保證DTS的運行不增加實際SCADA/EMS系統的網絡負擔，又使DTS與其有可靠的聯系。

1.2 軟件結構

電網引進一套電力系統SCADA/EMS系統，該系統具有豐富、友好的調度員監控人機界面?？紤]到DTS中控制中心模型與實際操作環境的一致性要求，DTS作為EMS系統的一個子系統，力求與EMS系統運行在同一個平臺上。同一平臺體現在以下三個方面：3）DTS與EMS共用同一個數據庫管理系統;2）DTS與EMS共用同一個畫面管理系統;3）DTS與EMS共用同一個網絡通訊管理系統。因此DTS系統采用與SCADA/EMS系統相同的支撐環境，即DTS系統采用DigitalUNIX操作系統、大型Oracle關系式數據管理系統、TCP/IP網絡通信協議等標準軟件構成其軟件平臺，用ANSIC編程語言和XWINDOW/MOTIF開發用戶人機界面，使整個系統具有較高的擴展性和開放性。

2 DTS系統功能分析

針對電網的特點，從培訓的角度看，整個仿真培訓系統的主要功能有：

2.1 運行操作仿真培訓

第一，正常操作模擬培訓，用于培訓學員正確進行實際操作的能力。第二，事故仿真及處理培訓，設置和模擬一些故障，對學員進行事故、故障處理培訓。第三，操作過程監視培訓，配合學員的操作，顯示運行參數、狀態信息和設備的動作情況和動態變化過程。

2.2 故障的設置

模擬各種故障時間的輸入，教員可以根據需要選擇下列故障要素：故障起始時間、故障點、故障的持續時間、故障類型、故障點接地阻抗。

2.3 誤操作的模擬

對于帶負荷拉刀閘、帶負荷合刀閘、用刀閘充空載線路或變壓器、帶空載線路或變壓器拉刀閘、帶電壓合地刀、帶地刀合開關、強送至永久故障上等基本操作均可自動生成相應的故障事件。

2.4 繼電保護和自動裝置動作的模擬

故障時繼電保護及自動裝置模型將自動顯示其動作情況，同時通過跳開相應的元件開關去影響PSM。

2.5 開關或保護誤、拒動模擬

可模擬任一開關或保護的拒動、誤動。開關的拒動，可以模擬一級及多級的拒動行為。

2.6 查詢、監視功能

可查詢電網全網、公司（?。?、地區、廠站、線路、發電機、負荷、開關等元件中的有關信息;具備SCADA所具有的各種監視畫面，可監視相關的各電氣量及越限信息。

2.7 培訓過程控制

可進行暫停、恢復、快照、恢復初態、恢復事故前的狀態、重放等。

2.8 教案制作

可把具有教育或培訓價值的連續事件過程（包括初始狀態的建立、故障事件的設置、復原操作或一些典型的標準操作等）存作教案以供反復調用。

2.9 培訓評估

可根據學員操作行為給出評估，同時對誤操作、繼電保護、自動裝置的動作信息、學員操作行為造成越限的情況給出相應的信息，并打印出評估報表。

3 仿真系統設計與實現

3.1 制訂設計方案

1）選用與SCADA/EMS環境一致且有生命力和發展潛力的硬件設備，維修和技術支持方便。2）采用開放式結構和標準，技術先進的支持系統;軟件設計采用模塊化結構。模塊化的DTS軟件可保證在學員臺變動的前提下，DTS其他的部分變動最少。按各模塊的作用，將整個系統軟件分為支持軟件和功能軟件兩大類。DTS系統軟件的3個功能模塊，即控制中心仿真模塊CCM、仿真培訓支持功能模塊TSF和電力系統仿真模塊PSM，在數據庫管理系統、圖形編輯管理系統、網絡通信管理系統等的支持下，形成一個有機的整體，構成DTS相對獨立的一個系統[2]。

3.2 建立仿真系統模型

實現仿真模擬培訓，關鍵是建立反映系統內在運動規律和外在表現形式的仿真模型，河南DTS仿真建模內容包括：

1）數值仿真模型，包括電力系統元器件模型：確定支路、發電機、變壓器、開關刀閘及負荷模型的表示與描述;確定相應的數據結構;相關數據錄入及處理。2）電力系統穩態模型：由網絡拓撲模塊搜索系統中各節點的連通情況，確定子系統情況及潮流分布，計算各支路潮流值，并作相應的限值檢查。3）電力系統動態模型：確定發電機模型、勵磁系統模型、原動機及調速系統模型、負荷模型、序網絡模型、復雜故障計算模型。4）自動裝置和繼電保護模型：低頻減載模型、各種自動裝置、各種繼電保護模型及程序模擬。動態在線模型：暫態穩定計算、中長期動態過程計算。

3.3 實現DTS與EMS一體化

DTS與EMS一體化可以共享信息資源，減少系統的維護量，主要體現在以下幾個方面：1）DTS可以共享EMS的網絡庫和網絡參數;2）DTS可以共享SCADA的廠站圖、系統圖;3）DTS可以直接利用狀態估計的結果。河南DTS可以共享EMS的網絡數據庫和網絡參數，使DTS數據庫可與在線數據庫同步維護;共享SCADA/EMS的廠站圖、系統圖，實現數據文件與圖形格式的轉換;取SCADA/EMS在線系統的數據作為培訓的初始條件，可以使DTS的培訓更具現實意義，同時也可大大減少教員建立初始條件的工作量。

3.4 數據和信息的組織與管理

培訓系統的數據和信息存貯于系統Oracle數據庫和實時內存數據庫，模塊間數據和信息的傳遞主要采用動態數據交換技術實現，由主控程序組織、管理和控制。主控程序模塊與仿真監控界面和系統內存數據庫的信息流是雙向的。設計中利用UNIX中進程間通訊（IPC）的功能，采用Client/Server模式，用主控程序作為服務器，將應用軟件和內存數據庫作為客戶程序，在模塊間建立熱鏈接關系，實現數據和信息的動態交換與連接。

4 結束語

本文針對電網的要求和新的SCADA/EMS環境，提出了一個適合本網特點的功能要求，并就DTS實用化方面，討論了新一代DTS的具體設計和真正做到實用化的關鍵途徑，為培訓調度人員提供了有效的工具。

參考文獻

[1]孫宏斌，吳文傳，張伯明電網調度員培訓仿真系統的新特征和概念擴展，電力系統自動化，2018，29（7）：6-10.

[2]張慎明，姚建國調度員培訓仿真系統的現狀和發展趨勢電網技術，2017，26（7）：60-66.