DTS系統(tǒng)在電力調(diào)度仿真培訓(xùn)中的應(yīng)用

于宏芳 胡日成 袁濱 張忠梅 陳士強(qiáng)

摘 要：電網(wǎng)調(diào)度人員的經(jīng)驗和業(yè)務(wù)水平以及處理緊急事故的能力，對現(xiàn)代電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，設(shè)置調(diào)度員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)，簡稱DTS系統(tǒng)。對調(diào)度員進(jìn)行培訓(xùn)，對提高調(diào)度人員的業(yè)務(wù)水平具有重要作用。因此，本文深入分析了DTS系統(tǒng)在電力調(diào)度仿真培訓(xùn)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：DTS系統(tǒng);電力調(diào)度;仿真培訓(xùn);應(yīng)用

1 電網(wǎng)DTS的構(gòu)成分析

1.1 硬件結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)DTS系統(tǒng)采用開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，它作為電網(wǎng)SCADA/EMS系統(tǒng)的一個網(wǎng)絡(luò)站點，由基于RISC技術(shù)的一臺DECALPHAXP1000工作站和一臺DECALPHADS20服務(wù)器構(gòu)成其硬件平臺，采用局域網(wǎng)連接[1]。ALPHA工作站作為學(xué)員臺主機(jī)，運(yùn)行SCADA/EMS仿真子系統(tǒng)，培訓(xùn)環(huán)境與SCADA實際運(yùn)行情況一致;ALPHA服務(wù)器作為教員臺主機(jī)，運(yùn)行電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)和教員控制子系統(tǒng)。虛線部分是DTS系統(tǒng)與實際SCADA/EMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，DTS系統(tǒng)可以通過該接口取得SCADA/EMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和實時數(shù)據(jù)供培訓(xùn)或分析使用。投影儀充當(dāng)模擬盤。投影儀既可顯示學(xué)員臺的畫面，也可顯示教員臺的畫面。DTS自成一個網(wǎng)段，與實時SCADA/EMS通過網(wǎng)絡(luò)Switch相聯(lián)，這樣既可保證DTS的運(yùn)行不增加實際SCADA/EMS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，又使DTS與其有可靠的聯(lián)系。

1.2 軟件結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)引進(jìn)一套電力系統(tǒng)SCADA/EMS系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有豐富、友好的調(diào)度員監(jiān)控人機(jī)界面。考慮到DTS中控制中心模型與實際操作環(huán)境的一致性要求，DTS作為EMS系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，力求與EMS系統(tǒng)運(yùn)行在同一個平臺上。同一平臺體現(xiàn)在以下三個方面：3）DTS與EMS共用同一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng);2）DTS與EMS共用同一個畫面管理系統(tǒng);3）DTS與EMS共用同一個網(wǎng)絡(luò)通訊管理系統(tǒng)。因此DTS系統(tǒng)采用與SCADA/EMS系統(tǒng)相同的支撐環(huán)境，即DTS系統(tǒng)采用DigitalUNIX操作系統(tǒng)、大型Oracle關(guān)系式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等標(biāo)準(zhǔn)軟件構(gòu)成其軟件平臺，用ANSIC編程語言和XWINDOW/MOTIF開發(fā)用戶人機(jī)界面，使整個系統(tǒng)具有較高的擴(kuò)展性和開放性。

2 DTS系統(tǒng)功能分析

針對電網(wǎng)的特點，從培訓(xùn)的角度看，整個仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的主要功能有：

2.1 運(yùn)行操作仿真培訓(xùn)

第一，正常操作模擬培訓(xùn)，用于培訓(xùn)學(xué)員正確進(jìn)行實際操作的能力。第二，事故仿真及處理培訓(xùn)，設(shè)置和模擬一些故障，對學(xué)員進(jìn)行事故、故障處理培訓(xùn)。第三，操作過程監(jiān)視培訓(xùn)，配合學(xué)員的操作，顯示運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)信息和設(shè)備的動作情況和動態(tài)變化過程。

2.2 故障的設(shè)置

模擬各種故障時間的輸入，教員可以根據(jù)需要選擇下列故障要素：故障起始時間、故障點、故障的持續(xù)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(fù)荷拉刀閘、帶負(fù)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(guān)、強(qiáng)送至永久故障上等基本操作均可自動生成相應(yīng)的故障事件。

2.4 繼電保護(hù)和自動裝置動作的模擬

故障時繼電保護(hù)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(yīng)的元件開關(guān)去影響PSM。

2.5 開關(guān)或保護(hù)誤、拒動模擬

可模擬任一開關(guān)或保護(hù)的拒動、誤動。開關(guān)的拒動，可以模擬一級及多級的拒動行為。

2.6 查詢、監(jiān)視功能

可查詢電網(wǎng)全網(wǎng)、公司（省）、地區(qū)、廠站、線路、發(fā)電機(jī)、負(fù)荷、開關(guān)等元件中的有關(guān)信息;具備SCADA所具有的各種監(jiān)視畫面，可監(jiān)視相關(guān)的各電氣量及越限信息。

2.7 培訓(xùn)過程控制

可進(jìn)行暫停、恢復(fù)、快照、恢復(fù)初態(tài)、恢復(fù)事故前的狀態(tài)、重放等。

2.8 教案制作

可把具有教育或培訓(xùn)價值的連續(xù)事件過程（包括初始狀態(tài)的建立、故障事件的設(shè)置、復(fù)原操作或一些典型的標(biāo)準(zhǔn)操作等）存作教案以供反復(fù)調(diào)用。

2.9 培訓(xùn)評估

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

3 仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 制訂設(shè)計方案

1）選用與SCADA/EMS環(huán)境一致且有生命力和發(fā)展?jié)摿Φ挠布O(shè)備，維修和技術(shù)支持方便。2）采用開放式結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)先進(jìn)的支持系統(tǒng);軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)。模塊化的DTS軟件可保證在學(xué)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(tǒng)軟件分為支持軟件和功能軟件兩大類。DTS系統(tǒng)軟件的3個功能模塊，即控制中心仿真模塊CCM、仿真培訓(xùn)支持功能模塊TSF和電力系統(tǒng)仿真模塊PSM，在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、圖形編輯管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信管理系統(tǒng)等的支持下，形成一個有機(jī)的整體，構(gòu)成DTS相對獨(dú)立的一個系統(tǒng)[2]。

3.2 建立仿真系統(tǒng)模型

實現(xiàn)仿真模擬培訓(xùn)，關(guān)鍵是建立反映系統(tǒng)內(nèi)在運(yùn)動規(guī)律和外在表現(xiàn)形式的仿真模型，河南DTS仿真建模內(nèi)容包括：

1）數(shù)值仿真模型，包括電力系統(tǒng)元器件模型：確定支路、發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)刀閘及負(fù)荷模型的表示與描述;確定相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);相關(guān)數(shù)據(jù)錄入及處理。2）電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型：由網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠K搜索系統(tǒng)中各節(jié)點的連通情況，確定子系統(tǒng)情況及潮流分布，計算各支路潮流值，并作相應(yīng)的限值檢查。3）電力系統(tǒng)動態(tài)模型：確定發(fā)電機(jī)模型、勵磁系統(tǒng)模型、原動機(jī)及調(diào)速系統(tǒng)模型、負(fù)荷模型、序網(wǎng)絡(luò)模型、復(fù)雜故障計算模型。4）自動裝置和繼電保護(hù)模型：低頻減載模型、各種自動裝置、各種繼電保護(hù)模型及程序模擬。動態(tài)在線模型：暫態(tài)穩(wěn)定計算、中長期動態(tài)過程計算。

3.3 實現(xiàn)DTS與EMS一體化

DTS與EMS一體化可以共享信息資源，減少系統(tǒng)的維護(hù)量，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）DTS可以共享EMS的網(wǎng)絡(luò)庫和網(wǎng)絡(luò)參數(shù);2）DTS可以共享SCADA的廠站圖、系統(tǒng)圖;3）DTS可以直接利用狀態(tài)估計的結(jié)果。河南DTS可以共享EMS的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，使DTS數(shù)據(jù)庫可與在線數(shù)據(jù)庫同步維護(hù);共享SCADA/EMS的廠站圖、系統(tǒng)圖，實現(xiàn)數(shù)據(jù)文件與圖形格式的轉(zhuǎn)換;取SCADA/EMS在線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)作為培訓(xùn)的初始條件，可以使DTS的培訓(xùn)更具現(xiàn)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(shù)據(jù)和信息的組織與管理

培訓(xùn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息存貯于系統(tǒng)Oracle數(shù)據(jù)庫和實時內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，模塊間數(shù)據(jù)和信息的傳遞主要采用動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)實現(xiàn)，由主控程序組織、管理和控制。主控程序模塊與仿真監(jiān)控界面和系統(tǒng)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的信息流是雙向的。設(shè)計中利用UNIX中進(jìn)程間通訊（IPC）的功能，采用Client/Server模式，用主控程序作為服務(wù)器，將應(yīng)用軟件和內(nèi)存數(shù)據(jù)庫作為客戶程序，在模塊間建立熱鏈接關(guān)系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的動態(tài)交換與連接。

4 結(jié)束語

本文針對電網(wǎng)的要求和新的SCADA/EMS環(huán)境，提出了一個適合本網(wǎng)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(shè)計和真正做到實用化的關(guān)鍵途徑，為培訓(xùn)調(diào)度人員提供了有效的工具。

參考文獻(xiàn)

[1]孫宏斌，吳文傳，張伯明電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的新特征和概念擴(kuò)展，電力系統(tǒng)自動化，2018，29（7）：6-10.

[2]張慎明，姚建國調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢電網(wǎng)技術(shù)，2017，26（7）：60-66.