基于分布式協同仿真的山東電網DTS互聯系統研究

孫其振，馬 強，雷 鳴，劉 軍，廖大鵬

（山東電力調度控制中心，山東 濟南 250001）

基于分布式協同仿真的山東電網DTS互聯系統研究

孫其振，馬 強，雷 鳴，劉 軍，廖大鵬

（山東電力調度控制中心，山東 濟南 250001）

隨著特高壓交直流電網的發展，為提高山東電網調度員培訓仿真系統（Dispatcher Training System，DTS）的計算精度，提升國、分、省三級調控機構調度員的協同事故處置能力，在原有DTS基礎上開發了基于分布式協同仿真的DTS互聯系統，實現了國、分、省三級調控機構的DTS互聯互通，提升了調度員在嚴重故障情況下的協同處置能力和電網分析計算能力，仿真結果證明了系統的實用性。

調度員培訓仿真系統；分布式協同仿真；聯合反事故演練

0 引言

調度員培訓仿真系統（DTS）通過對電力系統模型的仿真計算，能夠模擬各類電網操作和故障前后的電網運行工況，是調度員開展反事故培訓演練和電網分析計算的重要工具［1-2］。傳統DTS系統受限于計算機通信技術，以及各廠家軟件版本的不同，通常由各單位自行建設維護，相互之間沒有數據交互，僅能實現各自電網的仿真、培訓。為解決傳統DTS系統不能進行多級電網聯合演練、培訓的問題，文獻［3］提出了利用Web技術的解決辦法，在省調側建立全部電網模型，地調利用Web方式進行瀏覽參與聯合演練、培訓，該方法地調的參與度低，培訓效果不理想。近年來模型拼接技術迅速發展，文獻［4］提出了利用模型合并和潮流匹配技術實現全局電網模型重建，達到省、地DTS互聯的目標。文獻［5］介紹了基于分布式協同仿真技術可實現多級電網的聯合演練、培訓，取得了較好的效果。

山東電網原有DTS系統基于簡單等值機模型，該模型不模擬外部電網，直接在內網與外網分界節點上連接一臺等值發電機模型，在山東電網與外部電網聯絡較少，外電入魯比例較小的情況下，該系統的計算精度、計算速度均能滿足山東電網調控運行人員培訓反演的使用需求。隨著特高壓交直流電網的建設，山東電網已發展成為特高壓交直流混合電網。目前山東電網通過1 000 kV河泉雙回線、±660 kV銀東直流雙回線、500kV辛聊雙回線、500 kV黃濱雙回線與外網聯絡，后續還將有多個特高壓交直流輸電工程投產，外電比例不斷增大。采用簡單等值機模型的DTS系統在仿真計算精度上已無法滿足調度員培訓演練、電網分析計算的需求。

特高壓交直流電網的運行格局使各級電網間的電氣聯系愈加緊密，相互作用愈加明顯，電力平衡從局部就地平衡轉為整體平衡，電網運行的整體性進一步增強，與此相應，電網發生較嚴重故障時，需要各級調控機構調控運行人員協同配合、共同處置［6-7］。山東電網原有的DTS系統僅能用于本地的培訓演練，無法實現大運行環境下多級調控機構調度員的協同控制、共同開展聯合反事故演練的要求。

基于以上分析，在原有的山東電網DTS系統基礎上開發了基于分布式協同仿真的DTS系統，實現了國、分、省三級調控機構DTS互聯互通，提高了計算精度，在計算速度上也進行了優化。該系統實現了山東省調調控運行人員與國調、分調調控運行人員聯合進行培訓演練的目標，提高了山東省調調控運行人員的故障協同處置技能及電網分析計算能力。本文結合山東電網基于分布式協同仿真的DTS互聯互通系統建設，從系統結構、互聯互通建設方案、分布式協同演練及其關鍵技術3個方面展開論述，并通過算例驗證系統的實用性。

1 系統結構及主要功能模塊

山東電網基于分布式協同仿真的DTS系統，可實現對調度員、監控員一體化培訓，其軟件系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構示意

該系統主要包括4個功能模塊，分別是電力系統模型、一體化分布式教員系統、學員系統、控制中心仿真。

1.1 電力系統模型

電力系統模型包括面向調度員及監控員培訓仿真的220 kV及以上電壓等級的電網模型、繼電保護裝置模型、安全自動裝置模型、數據采集系統等設備模型，能夠在該模型基礎上實現電力系統的靜態和動態過程仿真。

1.2 一體化分布式教員系統

一體化分布式教員系統是在原有DTS教員系統基礎上，基于交互式協同仿真支撐平臺開發的。該系統能夠實現分布式協同仿真培訓或演習的培訓前準備，培訓中分析、監視、控制、管理以及培訓后總結等教員支持功能。

1.3 學員系統

學員系統是學員開展培訓反演的人機界面，通過學員系統監視的畫面包括電網頻率、電壓、發電出力、設備潮流、聯絡線斷面等信息，監控學員監視的畫面還包括廠站接線圖、告警窗和間隔光字牌圖等，學員在此仿真環境下可進行模擬監視、事故分析、事故處置與恢復的演練。

1.4 控制中心仿真

控制中心仿真采用與實時監控與預警安全類應用一致的功能和界面，用來模擬與實際調度控制中心相同的系統環境，其中包括電網實時監控與智能告警、電網自動控制以及網絡分析等應用功能。基于控制中心仿真，學員可以進行培訓態下電網的監視和控制，并且可以應用其中的各種分析工具。各應用運行在培訓態下，不會對實時態下的應用產生任何影響。

2 DTS互聯互通建設方案

圖2 分布式協同仿真框架

國、分、省分布式協同仿真演練平臺框架如圖2所示，該平臺以智能電網調度控制系統（D5000）為基礎，基于調度數據網，構建分布式協同仿真運行環境，實現模型、數據、圖形、仿真事件在國、分、省三級調控機構DTS間雙向共享與交互，并在各級調控機構已有的DTS基礎上，實現聯合演練教案分布式協同制作、多級電網分布式協同仿真計算等功能［8］。

系統采用即插即用的方式，在山東省調已經建設的DTS基礎上，基于調度數據網實現與聯合演練平臺連通，通過仿真平臺服務代理實現與平臺的交互與數據傳遞，采用即插即用方式，可有效保護已有功能應用。

DTS分布式互聯互通系統建設完成后，可同時滿足省級電網的獨立反事故演練及國、分、省三級調控機構聯合反事故演練。

3 分布式協同仿真及關鍵技術

分布式協同仿真可分成4個階段。

1）演練準備階段。通過聯合教案分級制作平臺，完成演練方案的聯合制作，省調將負責本地電網運行方式的調整及本地演練子教案制作。

2）演練啟動階段。由聯合教案啟動DTS，向上級調度申請接入演習平臺，進入就緒狀態。

3）演練執行階段。根據演練方案在DTS教員系統執行相應的演習事件，參演調度、監控學員對相應的電網故障進行協同研判、事故處置及恢復的演練；聯合演練結束后，參演單位根據需要退出聯合平臺進入獨立運行模式，進行獨立演練。

4）演練結束后，演練單位對整個演練過程及參演學員進行培訓評估。

基于分布式協同仿真的DTS互聯互通關鍵技術包括聯合教案的導入與模型處理、電網分布式協同仿真技術。

3.1 聯合教案導入與模型處理

聯合教案是指多級調控機構聯合培訓演練中各級DTS的電力系統初始方式及故障設置，基于分布式協同仿真的DTS互聯系統采用CIM／E語言的模型文件實現電網模型的共享和交換，基于CIM／E、CIM／G標準國調中心已實現220 kV及以上電壓等級模型和圖形信息一體化管理［5］。山東省調DTS系統在已有啟動功能基礎上，開發CIM／E模型文件互操作技術，包括模型文件的解析、校驗、拆分、拼接、抽取及導入等功能。

電網模型的處理包括簡單等值機模型、緩沖網等值模型和全網無等值模型。

簡單等值機模型。該模型不模擬外部電網，直接在內網與外網分界節點上連接一臺等值發電機模型。在聯合反事故演練時僅需定時從上級電網獲取等值機的注入功率，保證聯絡線功率與上級單位匹配。這種模型處理方式簡單，計算規模較小，計算速度快，僅對本地模型的操作事件進行響應，對外部電網事件無需響應，具有建模過程簡單的優點，但計算精度低，難以保證嚴重故障情況下多級電網仿真結果的時空一致性。

緩沖網等值模型。該模型是將外部系統細分為內層外網和外層外網。內層外網是指與內網電氣距離較近、其上的擾動對內網影響較大的部分網；外層外網則指外網中除去內層外網的部分。

緩沖網等值模型在全局電網潮流斷面基礎上，將內層外網作為緩沖網，保留其詳細的網絡結構不做等值，而只將外層外網做擴展等值處理。該模型能較詳細地模擬外網對內部系統擾動的響應，計算精度較高，同時外網的計算規模不大，計算速度較快。

全網無等值模型。從上級單位獲取的CIM／E模型包括全部電網數據，用此進行仿真計算，無需等值處理。該模型計算精度高，分布式協同機制簡單，但計算量大，計算速度較慢。

3.2 山東電網DTS互聯系統電網模型選擇

為達到滿意的計算精度、計算速度，針對以上3種電網模型處理方法分別進行分析，計算結果對比如表1所示。

表1 計算結果對比

如表1所示，若采用全網模型，僅需跟隨全網操作事件，不需要同步邊界潮流，但計算周期較長，需要采取對計算程序進行優化等方式加快計算速度。若采用推至華北電網的緩沖網等值模型處理方法，計算時長縮短較多，僅需跟隨華北電網操作事件，同步1個邊界數據進行內部數據修正，潮流收斂性及跟隨性較好。若采用簡單等值機模型，需要跟隨8條聯絡線功率修正內部數據，數據跟隨性較差，計算精度較差。通過綜合分析，山東電網DTS互聯系統一次模型采用本地模型向外推至華北電網的緩沖網等值模型，跟隨同步1條交流聯絡線功率。二次系統的模型采用本地模型。

3.3 分布式協同仿真技術

國、分、省三級電網分布式協同仿真技術基于分布式動態潮流計算技術，利用交互式、分布式仿真支撐平臺，將需要交換的仿真事件封裝為規范的交互對象模型，并在DTS系統間進行交互，使參與分布式協同仿真的國調、分調、省調等仿真成員在各種電網擾動下能夠準確地計算仿真結果［9］。

交互的協同仿真事件包括一次設備操作、故障、電網潮流、AVC控制指令、AGC控制指令等仿真事件，事件發送方采用主動推送、周期發送及“請求—應答”等方式，接收方收到事件后，啟動拓撲分析、潮流計算等功能［6］。

4 算例分析

山東電網基于分布式協同仿真的DTS系統互聯已成功完成與國調、分調的聯合演練調試。DTS互聯系統客戶端界面如圖3所示，主要包含群組管理、教案管理、事件瀏覽、即時通訊、成員監視、系統監視等功能。

圖3 DTS互聯互通系統界面

下面通過具體計算實例驗證系統的可用性。500 kV泉韶雙線為1000 kV特高壓泉城站的500 kV同塔雙回出線，若500 kV泉韶雙線同時故障，山東電網500 kV主網架潮流會出現較大范圍的轉移，河泉雙回線送山東功率自500 kV高青站下送大幅增加，特殊方式下可能引起220 kV線路過流問題。

本算例初始方式分別采用電網全接線方式和500 kV壽青線、青油線停電檢修方式，故障設置為500 kV泉韶雙線同塔故障。其中PSASP離線計算采用的設備參數、網絡拓撲與DTS、PAS計算保持一致，DTS、PAS仿真計算采用同一歷史斷面數據，通過計算220 kV淄漁線的潮流轉移分布系數，并與D5000系統PAS潮流計算結果、DTS本地計算結果、綜穩程序（PSASP）計算結果進行對比。電網全接線方式下計算結果如表2所示。

表2 全接線方式計算結果對比

500 kV壽青線、青油線停電檢修方式下計算結果如表3所示。

表3 檢修方式計算結果對比

通過以上兩種電網方式下計算結果的比較可以看出，由于D5000系統PAS高級應用和DTS本地計算模式未充分考慮外網模型的影響，計算結果偏差較大。基于分布式協同仿真的互聯DTS系統計算結果與綜穩程序計算結果基本一致，有較高的計算精度，驗證了系統的有效性和實用性。

5 結語

基于分布式協同仿真的山東電網DTS互聯系統建設，通過事件、模型文件交互等機制，實現各仿真電網運行狀態的同步，確保多級電 網仿真結果的一致性。該系統按照一體化、標準化、靈活性、真實性等原則，開發了分布式協同仿真支撐環境以及聯合教案制作流程，實現了山東省調參與國調、分調的聯合反事故演習培訓功能且解決了原有DTS系統計算精度差的問題，有助于提高調控運行人員的協同故障處置能力。該系統在實際工作中已得到成功運用和推廣，具有很強的實用價值和對實際工作的指導意義。

［1］張慎明，姚建國.調度員培訓仿真系統（DTS）的現狀和發展趨勢［J］．電網技術，2002，26（7）：60-66.

［2］辛耀中，石俊杰，周京陽，等.智能電網調度控制系統現狀與技術展望［J］.電力系統自動化，2015，39（1）：2-8.

［3］梁青，王忠仁.調度員培訓仿真系統（DTS）的現狀和發展趨勢Web技術在電網聯合反事故演習中的應用［J］．電力系統自動化，2000，24（16）：62-63.

［4］吳文傳，張伯明，成海彥，等.省、地廣域互聯的分布式DTS系統［J］.電力系統自動化，2008，32（22）：6-11.

［5］辛耀中，米為民，蔣國棟，等.基于CIM／E的電網調度中心應用模型信息共享方案［J］.電力系統自動化，2013，37（8）：1-5.

［6］鄭延海，楊勝春，姚建國，等.區域電網聯合反事故演習的實現方案［J］.電力系統自動化，2005，29（11）：77-81.

［7］董昱，莊偉，陶洪鑄，等.電力系統大規模聯合反事故演習的組織實施［J］.電網技術，2007，31（2）：1-4.

［8］魏文輝，石俊杰，高平，等.國家電力調度通信中心調度員培訓模擬系統［J］.電網技術，2008，32（6）：19-26.

［9］劉濤，米為民，陳鄭平，等.適用于大運行體系的電網模型一體化共享方案［J］.電力系統自動化，2015，39（1）：36-41.

The Interconnected DTS of Shandong Power Grid Based on Distributed Collaborative Simulation

SUN Qizhen，MA Qiang，LEI Ming，LIU Jun， LIAO Dapeng
（Shandong Electric Power Dispatching and Control Center，Jinan 250001，China）

With the development of ultra-high voltage （UHV） power grid，the structure and main function module of the interconnected dispatcher training system （DTS） based on distributed collaborative simulation are introduced in order to improve the coordination capacity of anti-accident exercises of the three-level dispatching and control center，also to promote the calculation accuracy of DTS.The interconnected DTS significantly helps to improve the analysis ability of power grid dispatcher in serious fault conditions.The simulation results show the practicability of the system.

DTS；distributed collaborative simulation；anti-accident exercises

TM732；TM727

A

1007－9904（2017）12－0033－04

2017-06-15

孫其振（1985），男，工程師，從事電網調度運行與分析工作；

馬 強（1984），男，工程師，從事電網調度運行與分析工作；

雷 鳴（1974），男，工程師，從事電網調度運行、分析與管理工作；

劉 軍（1969），男，工程師，從事電網調度運行、分析與管理工作；

廖大鵬（1974），男，工程師，從事電網調度運行、分析與管理工作。