電網調度員培訓仿真系統設計與實現

何欣， 尚天婷， 黃一秀， 吳稚卉， 吳蝶娜

(1.國網浙江省電力有限公司 信息通信分公司， 浙江 杭州 310000；2.浙江華云信息科技有限公司， 浙江 杭州 310000)

0 引言

近年來，隨著國家經濟迅速發展，人類對于電力的需求較早年高出了許多，用電的需求以20%以上的速度增加，人們的需求越來越大的同時，電網的建立規模也隨之增大，種類方式向多元化發展，電網調度員培訓仿真系統建立之后，引起了人們的熱議，一瞬間成為各行各業的關注焦點之一，人們開始重視相關方面的應用。本文結合了DTS/EMS系統，對于硬件的開發以及反事故演習、調度員的培訓做了重點敘述，對于繼電保護裝置方面的研究做出了及時調整。

1 電網調度員培訓仿真系統架構分析

1.1 系統概況

電網調度員培訓仿真系統，又叫DTS，是一套計算機系統，該仿真系統的設計目的主要是為了模擬各種調度操作出現故障后的系統工作情況，將所得到的信息傳送到電力系統控制中心的系統模型內，可以為電網調度員提供一個更加逼真的培訓環境，同時又不影響電力系統的正常運轉，既可以加強調度員們應變能力，也可以作為電網運行人員分析電網運行情況的工具。該培訓仿真系統主要由“學員臺”以及“教員臺”兩部分組成，學員臺主要負責SCADA/EMS實時數據部分的控制功能，進行系統之間的網絡通信；教員臺系統內主要包括運動系統功能、電力系統仿真服務器等功能，可以調控教員與學員之間的聯系[1]。電網DTS系統軟件模塊結構，如圖1所示。

圖1 電網DTS系統軟件模塊結構圖

1.2 系統功能及特點

1.2.1 系統功能

電網調度員培訓仿真系統的構成主要分為三部分，分別是教員系統、學員系統和電力系統仿真模型，教員系統主要負責接收電網系統運行過程中的電網狀態信息，將得到的信息傳送到學員系統，學員成功接收信息后對電力系統仿真模型進行遙控。

1.2.1.1 教員系統

該系統負責較多的功能，主要包括仿真模擬初始狀態下的系統狀態、系統發生故障后及時對其進行控制并處理、教學過程中需要的教案等功能。教員主要利用該系統進行培訓學員，生成培訓時所需要的教案，為了更好地培訓學員，教員可以使用該系統自行設置電網事故，學員根據電網出現的故障進行適當的應對方法后，對教員下達“調度指令”，教員根據學員所下達的指令判斷該學員的應變能力是否能勝任這份工作[2]。

1.2.1.2 電力系統

電力系統主要包括發電、輸電、變電、配電、用電等過程，由這些過程組成電能生產與消費系統稱為電力系統。電力系統主體結構由電源、電力網絡、負荷中心等部分組成，該系統在保證電能質量的同時，實現了安全且可靠的用電環境，完成了準確且完整的電力系統模型，提供給教員和學員使用，為電網調度員培訓仿真系統提供了保障。

1.2.1.3 學員系統

學員系統主要包括控制系統中心的SCADA以及EMS功能，該系統部分可以對數據進行采集并處理和計算，還可以對突發事件進行報警處理等，學員們可以通過EMS軟件對電網調度員培訓仿真系統進行控制與調控，更加真實的模擬電網培訓仿真系統的調度環境，通過該系統使學員的基礎能力得到升華，同時系統設置的電網事故也可以使學生的應變能力進一步提高[3]。

1.2.2 系統特色

電網調度員培訓仿真系統設計根據各地區電網的不同，特別設計了一套更加完整且先進的系統，其主要特點如下。

該系統設計較以往的系統相比，做出了巨大改變，將DTS與EMS相結合，形成一體化系統，用戶使用起來更加方便，該系統模擬了SCADA/EMS實時數據，使電網在使用方面較以往更加安全，功能更加齊全，核心算法具有準確且先進的優勢。通常調度員在使用系統過程中，對于發電機狀態的關注度不高，有一些潛在的問題調度員不能及時發現，因此，設計該系統時特別加入故障仿真模式，真正意義上實現了穩態與故障仿真一體化。

該系統還具有很好的擴展性,實現了各地區對于電網的保護，通過導入DMIS保證了DTS在正常運轉過程中減少系統的附加壓力值。系統設計的計算模型十分逼真，為教員提供了設置教案模塊，教員可以利用系統輕松制作教案，優化后的評估系統，使教員更加公平公正地對學員進行打分[4]。

2 電網調度員培訓仿真系統硬件設計分析

2.1 電網DTS體系結構

DTS的硬件設計除了教員系統以及學員系統外，新增了會議室系統，可以通過會議室特有的大屏幕觀看學員以及教員之間的培訓情況，電網DTS的硬件結構,如圖2所示。

圖2 電網DTS的硬件結構圖

電網調度員培訓仿真系統設計將硬件結構分為三個子系統，分別是SCADA/EMS仿真系統、電網模擬系統、教員和控制子系統。其中SCADA/EMS仿真系統主要負責模擬控制中心，對操作過程中的實際環境進行調控；電網模擬系統主要模擬學員在接受培訓過程中使用電力系統的物理過程；教員和控制子系統用于教員對學員進行培訓之前，教員可以通過該部分進行設立教案，對學員的學習情況進行實時記錄[5]。

2.2 系統功能特點

該系統實現了將EMS與DTS一體化，使二者的數據信息達成一致，在計算過程中采用相同的源代碼，在界面風格方面實現系統人機界面基本一致，可以共享圖形數據內容以及電網模型的大型數據庫信息，當系統進行共享負荷預測功能時，可以直接對系統進行預估，直接參與調度員培訓過程。此外，在此過程中DTS將作為EMS的子系統，DTS子系統為了將維護工作盡可能地做到簡化，將自身與EMS進行實時共享過程，共享內容包括DTS中的數據與畫面信息，該過程可以使培訓過程更加方便，為信息的獲取以及教案的制作方面提供了更好的環境[6]。

3 電網調度員培訓仿真系統功能創新

3.1 支持聯合反事故演習的實現技術

3.1.1 跨安全分區的系統構架

根據國家相關條例規定，特將電力企業的計算機網絡分為四個區域，分別是防火墻、BMS/DTS服務器和兩個EMS工作站兼學員臺，某地區電網仿真培訓系統硬件改造前方案,如圖3所示。

圖3 某地區電網仿真培訓系統硬件改造前方案圖

該方案的結構并不全面，倘若使用該方案對電網調度學員進行仿真培訓，學員只能進行演習之類的操作，達不到訓練學生應變能力的效果，為了加強電網調度學員隨機應變的能力，特將系統方案做出調整，某地區電網仿真培訓系統硬件改造后方案,如圖4所示。

圖4 某地區電網仿真培訓系統硬件改造后方案圖

改造后的方案達到了國家規定，實現了系統進行跨分區操作的需求，也就是通過EMS/DTS服務器系統時將所屬區域進行隔離操作，EMS/DTS服務器通過單向隔離裝置對教員臺進行控制，從而獲取狀態信息，保證整個方案的可實施性，維護電網安全，學員們可以操作管理網中的任何學員臺機器，以此來保證二區的安全性能[7]。

3.1.2 支持聯合反事故演習的系統軟件結構

該DTS軟件設計與以往的處理系統相比，新增加了許多模塊，比如遠程培訓系統模塊，該模塊主要設計了遠程終端系統服務、遠程數據信息共享、事件處理服務器。其中，遠程終端系統服務可以通過系統提供的軟件以及瀏覽器觀察教員臺以及學員臺的培訓操作流程，通過登錄系統將所得到的信息傳輸給遠程數據信息共享以及事件處理服務器進行處理；遠程數據信息共享以及事件處理服務器在接收到數據信息后，可以通過網絡與DTS本地系統進行連接，將數據反饋給終端服務器。新方案采取的是異步通信與同步通信兩種方式，異步通信主要功能是負責數據處理，當客戶端處理數據時，系統會啟用回調函數對數據進行處理，這種方式是由服務器終端發起，避免了當數據信息過多時造成的數據擁擠，處理效率減慢等問題，大大地降低了服務器端的負荷，同時更好地完成了遠程交互操作，有效解決數據的同時完成了DTS的負載問題，支持遠程聯合反事故演習的DTS軟件構架,如圖5所示。

圖5 支持遠程聯合反事故演習的DTS軟件構架圖

3.2 小電流接地系統仿真

通常電網出現的故障問題都極其復雜且帶有偶然性，電網調度員有時并不能對所有問題一一排查，做到面面俱到更是難上加難，因此，仿真培訓系統應從兩大方面綜合考慮。一方面是根據35 kV、10 kV的電網接線對EMS/DTS進行完善優化過程，完善過程中實現對電網事故的排查計算，對電網事故的設置做到仿真培訓；另一方面，建立電網正常運行過程中出現的異常狀態相關數據，將這些數據建立成表格形態，觀察時更加方便，35 kV、10 kV的電網事故可以從多方面設立，比如單相完全或者不完全接地，多相斷線之類的培訓項目都可以更好地訓練學員們的基礎操作以及處理能力[8]。

3.3 調度操作安全性校核功能的實現

當教員開始培訓電網調度學員時，可以利用電網調度員培訓仿真系統現有的調度系統，對學員進行技能操作培訓，開發與現有的調度操作系統可以進行連接的接口模塊，將系統解析后的指令集數據輸入DTS系統后形成教案，當系統出現與設定操作不同的信號后，系統會做出報警信號，對于嚴重損害系統引發故障的操作，系統將形成繼電保護過程，以此實現安全校核。

3.4 培訓評估的實現

電網調度培訓評估系統的設立，應從多方面角度考慮，主要包括四個方面，分別是操作的安全性、評估的經濟是否符合預估、評估是否可靠、誤操作。培訓評估的實現主要是從培訓的項目中收集所需要的數據，將得到的數據與整個系統的需求和目標建立聯系，以此來確定培訓項目是否有可實施價值，建立培訓評估體系的最終目的是為了檢驗學員培訓情況，以及最終效果是否達到預期，培訓評估是規范學員的重要方式之一。由于EMS系統中具有多種分析系統，這些分析系統是基于潮流計算而生成的，根據培訓結果表明，將EMS與DTS相結合，對于培訓評估的實現更加有利。

3.5 調度員的培訓和晉升考試

電網調度員培訓仿真系統的設計可以更加真實的模擬多種電網事故，在培訓過程中教員可以通過電力系統的模型進行設置各種難度的電路事故，以此來評估學員的調度能力，也可以對正在運行的系統進行改變工作狀況。同理，學員們也可以通過學員臺對系統進行模擬遙控功能，學員在此時看清事故發生的本質，并對事故進行恢復訓練。

系統自運行初期到如今在各地區廣泛應用，經歷了多次電網調度員培訓考試，調度員培訓考試過程中所經歷的環境十分逼真，對于新的電網調度員的考試內容包括電網調度員應熟練掌握電網的結構、電網事故發生時的處理方法是否正確、熟練掌握自動裝置以及繼電保護等基礎能力，同時還需要考察學員的業務能力。教員需要利用系統對學員進行評估打分，定期安排晉升考試。

4 電網DTS實際運用

4.1 自行組織的調度員培訓及反事故演習

各地區每月應自行組織安排一次反事故演習，訓練電網調度員的實際運用能力，調度員們根據DTS系統對事故進行處理。調度員培訓考試過程中都需要DTS系統，演練過程中，調度員只需將考試當作日常的事故進行處理即可，迅速進入角色，從負荷損失、隔離故障、電網安全等方面進行考慮，此時對于調度員的能力要求極高，調度員需要沉著冷靜地面對各種突發事件，處理事故的反應速度也應該迅速，處理流程過后迅速收集信息，向相關部門匯報情況等，演練過程應井然有序，培訓難度應有所差異。

4.2 運行維護

電網維護的難點有多方面，主要包括全面集成化、網絡信息化、高度智能化、裝置檢修的復雜化等方面。對于電網的運行維護主要包括繼電保護裝置的日常維護、定期檢查和一般檢查相結合以及做好維護人員的專業技能培訓。其中對于繼電保護裝置的日常維護，需要安排專業人員對衛生進行處理，囑咐相關人員打掃時注意不要碰設備，以免造成設備損壞，對于繼電保護裝置應找專業人員定期檢查；定期檢查和一般檢查相結合應注意電流回路安全性，嚴禁拔出插件，檢查裝置是否嚴謹，檢查過程中注意保護各單元的保護屏、控制屏等工作，按部就班、一項一項地落實工作；做好維護人員的專業技能培訓，在選拔維護人員的過程中，應注意維護人員的專業能力是否可以勝任該項工作，有條件的話，可以定期安排相關方面的專家對維護人員進行培訓，使維護人員對于繼電保護裝置有更加深入的了解，保證系統可以安全運行。

5 總結

電網調度員培訓仿真系統的設計結合了先進的核心計算方法、EMS系統等技術的運用。綜上所述，電網可以安全可靠地運行依仗了繼電保護裝置，繼電保護裝置是該系統的有效防護線，它可以更快、更有效地對突發事故進行處理以及分析原因所在，還可以對設備進行維護工作。根據電網DTS的實際運用表明，該系統在電網研究領域取得了良好的應用效果，現如今更成為了調度人員檢查電路時必不可少的工具之一。