基于主配網一體化的綜合性電網仿真平臺設計

王 蘭 ，張 里 ，李紅軍 ，趙 斌 ，王婷婷 ，黃永祿

（1.國網四川省電力公司技能培訓中心，四川 成都 610072; 2.四川電力職業技術學院，四川 成都 611130）

近年來，隨著新型電力系統的建設和能源革命進程的推進，新能源將迎來爆發式增長，以風光為代表的新能源發電將逐步成為電源主體，電源結構、電網形態、負荷特性及運行特性將發生深刻變革[1]。當前，省級電網培訓中心的電網仿真系統中針對主網調度員、配網調度員、運維監控員的崗位職責和業務范疇開發了針對性的仿真培訓系統[2]，但各培訓系統獨立存在、相互間無數據交互。在新型電力系統建設中主配網協同、電網可觀可控、源網荷儲協同等新模式和新業務的催生下，原有按照不同崗位職責開發的仿真培訓系統顯然無法滿足新型電力系統人才培養的需求。

本文提出了構建主配網一體化的綜合性電網仿真平臺的建設模式，滿足了主配一體化運營模式下的主網調度、配網調度、運維監控等專業的培訓需求，為省級新型電力系統人才培養提供智力支撐[3,4]。

1 基于主配網一體化的綜合性電網仿真平臺系統構建

基于主配網一體化的綜合性電網仿真平臺滿足主網調度、配網調度、監控運維、繼電保護等專業的培訓、研究、技能考評等需求。主要功能包括：采用主配一體化的設計，能夠反映配網對主網的影響， 實現“主-配”協調控制；面向有源配電網的配網調控專業仿真培訓工具，須要考慮風電、光伏、儲能等分布式電源和微網的接入，滿足源網荷儲集中和分布式調度的需求；具備調度監控、拓撲著色、饋線自動化、事故及異常分析功能；提供主配網運行的場景模擬功能，可以提供負荷曲線、發電曲線（風電、光伏、儲能）、發電計劃場景構造、配電相關業務互動場景模擬功能。基于主配網一體化的綜合性電網仿真平臺總體架構如圖1 所示。

圖1 基于主配網一體化的綜合性電網仿真平臺架構

2 基于主配網一體化的綜合性電網仿真平臺方案設計

2.1 主配網一體化仿真模型設計

以某省區域主網、配網為仿真對象，建立發電廠、交流線路、特高壓直流和交流線路、換流變壓器、變壓器、母線、開關、等值負荷、電抗/電容器、分布式電源等設備模型，能正確地模擬電網多種運行方式，確保仿真模型更加貼近電力生產實際。

主配一體電網仿真系統所涵蓋典型省會級供電區域1 個，分為送端和受端兩個區域；電網總體規模為1000 kV 變電站2 座、±800 kV 換流站2 座（負荷側換流站為等值系統）、500 kV 變電站不少于 10座、220 kV 廠站不少于18 座、110 kV 廠站不少于50 座、35 kV 廠站不少于20 座，配電線路不少于600 條。

考慮風、光、儲、柔性負荷的接入，建設源網荷儲互動的電網結構，按不同類型負荷、發電的特性，構建負荷曲線、發電曲線，建立不同季節、不同天氣下的各種典型負荷曲線，研究柔性負荷、微電網、分布式電源與配電網的智能控制策略。

構建典型地調電網，并對部分變電站10 kV 負荷線路進行延伸，接入配電線路組成片區配網，包含典型配電線路主干線及部分分支線，包括開閉所、環網柜、配電室、分接箱、架空線及柱上開關、箱變、負荷等。配電線路在接線形式上，包含傳統的輻射、多分段聯絡、單環網、雙環網、拉手環式等典型的配網接線以及雙環網、雙花瓣等新型接線。

主配網一體化的綜合性電網仿真平臺使得仿真培訓進入一個新階段，通用的仿真平臺將使培訓不再過于依靠特定的物理設備，從而大幅降低培訓成本，同時數字化的可視化仿真技術的使用也使得培訓現場性增強，提高了培訓的效率和效果。不止如此，這些成果的獲得也將推動主配一體化綜合性電網仿真培訓系統朝著培訓方法更豐富、逼真程度和培訓效率不斷提高的方向發展，從而使未來的仿真培訓系統更具通用性和開放性。

2.2 主網調度仿真培訓系統設計

主網調度仿真培訓平臺是針對主網調度員的典型工作任務進行仿真，包含系統操作、事故處理、異常處理和方案編制等部分。其中系統操作主要是對電能量管理系統（EMS）進行畫面調閱、供電路徑查詢等操作；事故處理包含對饋供線路、充電線路、同塔雙回線路、復合線路等故障處理，變壓器瓦斯動作、過負荷、套管故障、冷卻系統等故障處理，單母線、母線死區、母線失靈等故障處理，以及系統解列、振蕩、諧振和變電站全停等故障處理；異常處理包含變壓器油溫、超重載，斷路器異常及刀閘發熱，保護裝置通道及告警等異常處理；方案編制包含新設備投運方案和電網黑啟動方案編制。通過高逼真地體驗電力系統的變化情況，可以支持對調度人員的運行監視、設備操作及故障處理的培訓。

2.3 配網調度仿真培訓系統設計

為適應新型電力系統建設下有源配電網發展趨勢，配網調度仿真平臺應堅持需求導向、以用為本、適度超前的原則。該系統應具備開展電能量管理系統（EMS）應用、填寫操作票、事故處理、電網安全經濟運行4個大類的培訓。其中電能量管理系統（EMS）部分應包含畫面調閱、歷史曲線模塊使用的功能；填寫操作票部分包含10 kV 線路開關、電容器、饋供線路、母線、電壓互感器等設備停復役操作，10 kV 開關保護、開關重合閘、備自投、電容器等設備停啟用操作；事故處理部分包含線路、變壓器等設備過負荷，以及一次設備故障和二次設備拒動處理等功能；電網安全經濟運行部分包含運行方式調整、N- 1 安全校核、設備補償容量和功率因素分析、低周低壓減載方案分析等模塊。

2.4 變配電運維培訓系統設計

變配電運維培訓平臺是對變電站進行三維仿真建模及電網拓撲建模，實現基于電力設備運行過程的詳細仿真，將變電站設備操作邏輯、保護動作行為、告警信息報文等一次、二次系統的邏輯行為進行再現，使學員能在高仿真度的實際工作場景中進行倒閘操作、事故處理、填寫操作票、巡視缺陷和帶電檢測等相關培訓。其中倒閘操作包含線路、母聯開關等設備在運行、備用和檢修3個狀態間的轉化；事故處理包含一次設備單相和相間故障處理，開關拒動、二次回路等故障排除；填寫操作票包含變壓器、母線、線路、電壓互感器和斷路器等一次設備由運行轉檢修或檢修轉運行狀態等操作過程；巡視缺陷包含線路間隔、主變間隔、母線設備的巡視和缺陷檢查； 帶電檢測包含開關柜局放檢測、GIS 氣室局放檢測、變壓器鐵芯及相關附件接地電流帶電檢測。同時該仿真平臺應具備支持地調、配調的聯合反事故演習的能力。

2.5 電力調度維護員培訓系統設計

針對電力調度維護員，系統支持開展操作系統基礎知識，正確完成主站自動化系統前置點表及通道配置，主站自動化系統圖模建立、曲線繪制，主站自動化系統常用功能，采樣定義和查詢、告警查詢與網絡設備登錄、基本查詢及備份等崗位內容；根據工作任務，正確完成前置報文分析，接入節點路由器配置，加密機配置、備份，公式制作、報表模板制作，調度數據網簡單故障排查等崗位工作內容；根據典型工作任務，開展局域網組建、主機設備安全加固、多點故障引起的通道中斷處理、網絡故障排查處理、廠站數據不刷新異常處理、達夢數據庫操作、遙控異常及缺陷處理操作與告警信號不上告警窗故障排查處理等崗位工作內容。

2.6 主配一體監控系統仿真培訓系統設計

主配一體監控系統仿真培訓系統設計能夠提供調度監控、拓撲著色、越限重載功能、饋線自動化、負荷曲線、發電曲線（風電、光伏、儲能）、發電計劃互動場景模擬，主要為監控人員開展監控業務、監控管理、系統應用、遠方操作等相關培訓。其中監控業務包含監控信號辨識和處理、保護裝置異常信息處理、電壓調整、單相接地拉路處理、力率越限處理、一次設備故障處理；監控管理包含監控信息表的編制及審核；系統應用包含遙控異常處理、監控置牌、檢修置牌和系統查閱；遠方操作包含開關、重合閘、線路遠方試送電等操作及操作過程故障處置。

3 教員與學員系統

軟件首先需要對班級、學員進行管理（增加、修改、刪除)，導入標準案例，在標準案例的基礎上出題，然后導入學員設計后的SCD，根據標準和學員的操作記錄進行評分。

3.1 評分模塊的功能

本子系統通過解析標準操作記錄文件與學員的操作記錄文件，再根據評分標準，對解析出的標準操作記錄文件與學員操作記錄文件進行比對，計算出學員的總得分。

3.2 班級及學員信息管理

建立班級的名稱、簡介，學員的編號、姓名、單位、工種、職稱、學歷、參工時間。

3.3 評分標準管理

建立和修改錯誤操作記錄，通信配置錯誤，文件頭錯誤等子項的分數及每項的總分。

3.4 自動及手動評分

通過解析標準操作記錄文件與學員的操作記錄文件，再根據評分標準，對解析出的標準操作記錄文件與學員操作記錄文件進行比對，計算出學員的總得分。

根據系統自動比對出的內容，可以手動修改每項的分數，然后計算出學員的總得分。

3.5 評分統計

以班級為基本單位，統計出本班級下參與評分的學員的得分情況，及每班級的最高分數、最低分數、平均分數等信息。

3.6 信息的保存

系統根據班級信息分類保存班級、學員的基本信息及學員的考試分數數及統計信息等。

4 系統操作流程

本子系統的任務是總結110、220、500 kV的操作記錄文件在頭文件、通信子網、各保護與智能終端的虛連接等方面的特點，通過自動出題與手工選擇， 完成題目選擇，對加載的案例進行出題，將錯題記錄在界面上顯示，生成試題文件，并將錯題記錄保存成文本文件。

4.1 加載案例文件

加載案例文件后，對案例進行解釋，并在界面左邊表格中顯示該案例的所有名、描述。

選中左邊表下方的“允許排序”檢查框，則可點擊表的“設備名”“設備描述”兩列的標題頭，可對各事故過程進行排序。

取消“允許排序”檢查框，則恢復到案例中原始的錯誤操作順序。

4.2 選擇出錯題的規則

在程序界面右上角給出出題規則，共4 類：頭文件錯誤、變電站巡視錯誤、通信錯誤、操作錯誤。頭文件錯誤、變電站節點錯誤，出題人可進行選擇。巡視錯誤又分為設備巡視、告警、事故處理3 類錯誤，出題人可進行選擇。

4.3 自動預分配各錯題

點擊屏幕中央的按鈕“ 自動預分配各案例錯題”，程序按照110(220) kV與500 kV 兩類模板，針對當前案例中各一次設備、二次設備進行自動預分配各類錯題，原則上同一類不進行重復出題，盡量保證這兩大類設備均勻出題。

5 結束語

依托主配網一體化的綜合性電網仿真平臺能夠提供為主網調度、配網調度、運維監控等專業開展技術技能培訓、鑒定考評等工作。該系統基于主配網一體化設計，配網的操作導致電力系統運行方式變化也能在主網調度和監控信號上進行反饋，有利于培養新型電力系統建設所須要的復合型人才培養，為企業提質增效做出貢獻，具有較強的示范意義。