孫其振，馬 強，雷 鳴，劉 軍，廖大鵬

（山東電力調(diào)度控制中心，山東 濟南 250001）

基于分布式協(xié)同仿真的山東電網(wǎng)DTS互聯(lián)系統(tǒng)研究

孫其振，馬 強，雷 鳴，劉 軍，廖大鵬

（山東電力調(diào)度控制中心，山東 濟南 250001）

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

調(diào)度員培訓仿真系統(tǒng)；分布式協(xié)同仿真；聯(lián)合反事故演練

0 引言

調(diào)度員培訓仿真系統(tǒng)（DTS）通過對電力系統(tǒng)模型的仿真計算，能夠模擬各類電網(wǎng)操作和故障前后的電網(wǎng)運行工況，是調(diào)度員開展反事故培訓演練和電網(wǎng)分析計算的重要工具［1-2］。傳統(tǒng)DTS系統(tǒng)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(shù)據(jù)交互，僅能實現(xiàn)各自電網(wǎng)的仿真、培訓。為解決傳統(tǒng)DTS系統(tǒng)不能進行多級電網(wǎng)聯(lián)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(diào)側建立全部電網(wǎng)模型，地調(diào)利用Web方式進行瀏覽參與聯(lián)合演練、培訓，該方法地調(diào)的參與度低，培訓效果不理想。近年來模型拼接技術迅速發(fā)展，文獻［4］提出了利用模型合并和潮流匹配技術實現(xiàn)全局電網(wǎng)模型重建，達到省、地DTS互聯(lián)的目標。文獻［5］介紹了基于分布式協(xié)同仿真技術可實現(xiàn)多級電網(wǎng)的聯(lián)合演練、培訓，取得了較好的效果。

山東電網(wǎng)原有DTS系統(tǒng)基于簡單等值機模型，該模型不模擬外部電網(wǎng)，直接在內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)分界節(jié)點上連接一臺等值發(fā)電機模型，在山東電網(wǎng)與外部電網(wǎng)聯(lián)絡較少，外電入魯比例較小的情況下，該系統(tǒng)的計算精度、計算速度均能滿足山東電網(wǎng)調(diào)控運行人員培訓反演的使用需求。隨著特高壓交直流電網(wǎng)的建設，山東電網(wǎng)已發(fā)展成為特高壓交直流混合電網(wǎng)。目前山東電網(wǎng)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(wǎng)聯(lián)絡，后續(xù)還將有多個特高壓交直流輸電工程投產(chǎn)，外電比例不斷增大。采用簡單等值機模型的DTS系統(tǒng)在仿真計算精度上已無法滿足調(diào)度員培訓演練、電網(wǎng)分析計算的需求。

特高壓交直流電網(wǎng)的運行格局使各級電網(wǎng)間的電氣聯(lián)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(wǎng)運行的整體性進一步增強，與此相應，電網(wǎng)發(fā)生較嚴重故障時，需要各級調(diào)控機構調(diào)控運行人員協(xié)同配合、共同處置［6-7］。山東電網(wǎng)原有的DTS系統(tǒng)僅能用于本地的培訓演練，無法實現(xiàn)大運行環(huán)境下多級調(diào)控機構調(diào)度員的協(xié)同控制、共同開展聯(lián)合反事故演練的要求。

基于以上分析，在原有的山東電網(wǎng)DTS系統(tǒng)基礎上開發(fā)了基于分布式協(xié)同仿真的DTS系統(tǒng)，實現(xiàn)了國、分、省三級調(diào)控機構DTS互聯(lián)互通，提高了計算精度，在計算速度上也進行了優(yōu)化。該系統(tǒng)實現(xiàn)了山東省調(diào)調(diào)控運行人員與國調(diào)、分調(diào)調(diào)控運行人員聯(lián)合進行培訓演練的目標，提高了山東省調(diào)調(diào)控運行人員的故障協(xié)同處置技能及電網(wǎng)分析計算能力。本文結合山東電網(wǎng)基于分布式協(xié)同仿真的DTS互聯(lián)互通系統(tǒng)建設，從系統(tǒng)結構、互聯(lián)互通建設方案、分布式協(xié)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(tǒng)的實用性。

1 系統(tǒng)結構及主要功能模塊

山東電網(wǎng)基于分布式協(xié)同仿真的DTS系統(tǒng)，可實現(xiàn)對調(diào)度員、監(jiān)控員一體化培訓，其軟件系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結構示意

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

1.1 電力系統(tǒng)模型

電力系統(tǒng)模型包括面向調(diào)度員及監(jiān)控員培訓仿真的220 kV及以上電壓等級的電網(wǎng)模型、繼電保護裝置模型、安全自動裝置模型、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等設備模型，能夠在該模型基礎上實現(xiàn)電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)過程仿真。

1.2 一體化分布式教員系統(tǒng)

一體化分布式教員系統(tǒng)是在原有DTS教員系統(tǒng)基礎上，基于交互式協(xié)同仿真支撐平臺開發(fā)的。該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)分布式協(xié)同仿真培訓或演習的培訓前準備，培訓中分析、監(jiān)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(tǒng)

學員系統(tǒng)是學員開展培訓反演的人機界面，通過學員系統(tǒng)監(jiān)視的畫面包括電網(wǎng)頻率、電壓、發(fā)電出力、設備潮流、聯(lián)絡線斷面等信息，監(jiān)控學員監(jiān)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(huán)境下可進行模擬監(jiān)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(jiān)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(diào)度控制中心相同的系統(tǒng)環(huán)境，其中包括電網(wǎng)實時監(jiān)控與智能告警、電網(wǎng)自動控制以及網(wǎng)絡分析等應用功能?；诳刂浦行姆抡?，學員可以進行培訓態(tài)下電網(wǎng)的監(jiān)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(tài)下，不會對實時態(tài)下的應用產(chǎn)生任何影響。

2 DTS互聯(lián)互通建設方案

圖2 分布式協(xié)同仿真框架

國、分、省分布式協(xié)同仿真演練平臺框架如圖2所示，該平臺以智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000）為基礎，基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，構建分布式協(xié)同仿真運行環(huán)境，實現(xiàn)模型、數(shù)據(jù)、圖形、仿真事件在國、分、省三級調(diào)控機構DTS間雙向共享與交互，并在各級調(diào)控機構已有的DTS基礎上，實現(xiàn)聯(lián)合演練教案分布式協(xié)同制作、多級電網(wǎng)分布式協(xié)同仿真計算等功能［8］。

系統(tǒng)采用即插即用的方式，在山東省調(diào)已經(jīng)建設的DTS基礎上，基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實現(xiàn)與聯(lián)合演練平臺連通，通過仿真平臺服務代理實現(xiàn)與平臺的交互與數(shù)據(jù)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(lián)互通系統(tǒng)建設完成后，可同時滿足省級電網(wǎng)的獨立反事故演練及國、分、省三級調(diào)控機構聯(lián)合反事故演練。

3 分布式協(xié)同仿真及關鍵技術

分布式協(xié)同仿真可分成4個階段。

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

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

3）演練執(zhí)行階段。根據(jù)演練方案在DTS教員系統(tǒng)執(zhí)行相應的演習事件，參演調(diào)度、監(jiān)控學員對相應的電網(wǎng)故障進行協(xié)同研判、事故處置及恢復的演練；聯(lián)合演練結束后，參演單位根據(jù)需要退出聯(lián)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(xié)同仿真的DTS互聯(lián)互通關鍵技術包括聯(lián)合教案的導入與模型處理、電網(wǎng)分布式協(xié)同仿真技術。

3.1 聯(lián)合教案導入與模型處理

聯(lián)合教案是指多級調(diào)控機構聯(lián)合培訓演練中各級DTS的電力系統(tǒng)初始方式及故障設置，基于分布式協(xié)同仿真的DTS互聯(lián)系統(tǒng)采用CIM／E語言的模型文件實現(xiàn)電網(wǎng)模型的共享和交換，基于CIM／E、CIM／G標準國調(diào)中心已實現(xiàn)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(diào)DTS系統(tǒng)在已有啟動功能基礎上，開發(fā)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(wǎng)模型的處理包括簡單等值機模型、緩沖網(wǎng)等值模型和全網(wǎng)無等值模型。

簡單等值機模型。該模型不模擬外部電網(wǎng)，直接在內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)分界節(jié)點上連接一臺等值發(fā)電機模型。在聯(lián)合反事故演練時僅需定時從上級電網(wǎng)獲取等值機的注入功率，保證聯(lián)絡線功率與上級單位匹配。這種模型處理方式簡單，計算規(guī)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(wǎng)事件無需響應，具有建模過程簡單的優(yōu)點，但計算精度低，難以保證嚴重故障情況下多級電網(wǎng)仿真結果的時空一致性。

緩沖網(wǎng)等值模型。該模型是將外部系統(tǒng)細分為內(nèi)層外網(wǎng)和外層外網(wǎng)。內(nèi)層外網(wǎng)是指與內(nèi)網(wǎng)電氣距離較近、其上的擾動對內(nèi)網(wǎng)影響較大的部分網(wǎng)；外層外網(wǎng)則指外網(wǎng)中除去內(nèi)層外網(wǎng)的部分。

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

全網(wǎng)無等值模型。從上級單位獲取的CIM／E模型包括全部電網(wǎng)數(shù)據(jù)，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(xié)同機制簡單，但計算量大，計算速度較慢。

3.2 山東電網(wǎng)DTS互聯(lián)系統(tǒng)電網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)模型，僅需跟隨全網(wǎng)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(yōu)化等方式加快計算速度。若采用推至華北電網(wǎng)的緩沖網(wǎng)等值模型處理方法，計算時長縮短較多，僅需跟隨華北電網(wǎng)操作事件，同步1個邊界數(shù)據(jù)進行內(nèi)部數(shù)據(jù)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(lián)絡線功率修正內(nèi)部數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)跟隨性較差，計算精度較差。通過綜合分析，山東電網(wǎng)DTS互聯(lián)系統(tǒng)一次模型采用本地模型向外推至華北電網(wǎng)的緩沖網(wǎng)等值模型，跟隨同步1條交流聯(lián)絡線功率。二次系統(tǒng)的模型采用本地模型。

3.3 分布式協(xié)同仿真技術

國、分、省三級電網(wǎng)分布式協(xié)同仿真技術基于分布式動態(tài)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(guī)范的交互對象模型，并在DTS系統(tǒng)間進行交互，使參與分布式協(xié)同仿真的國調(diào)、分調(diào)、省調(diào)等仿真成員在各種電網(wǎng)擾動下能夠準確地計算仿真結果［9］。

交互的協(xié)同仿真事件包括一次設備操作、故障、電網(wǎng)潮流、AVC控制指令、AGC控制指令等仿真事件，事件發(fā)送方采用主動推送、周期發(fā)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(wǎng)基于分布式協(xié)同仿真的DTS系統(tǒng)互聯(lián)已成功完成與國調(diào)、分調(diào)的聯(lián)合演練調(diào)試。DTS互聯(lián)系統(tǒng)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(jiān)視、系統(tǒng)監(jiān)視等功能。

圖3 DTS互聯(lián)互通系統(tǒng)界面

下面通過具體計算實例驗證系統(tǒng)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(wǎng)500 kV主網(wǎng)架潮流會出現(xiàn)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(wǎng)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(shù)、網(wǎng)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(shù)據(jù)，通過計算220 kV淄漁線的潮流轉移分布系數(shù)，并與D5000系統(tǒng)PAS潮流計算結果、DTS本地計算結果、綜穩(wěn)程序（PSASP）計算結果進行對比。電網(wǎng)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(wǎng)方式下計算結果的比較可以看出，由于D5000系統(tǒng)PAS高級應用和DTS本地計算模式未充分考慮外網(wǎng)模型的影響，計算結果偏差較大?；诜植际絽f(xié)同仿真的互聯(lián)DTS系統(tǒng)計算結果與綜穩(wěn)程序計算結果基本一致，有較高的計算精度，驗證了系統(tǒng)的有效性和實用性。

5 結語

基于分布式協(xié)同仿真的山東電網(wǎng)DTS互聯(lián)系統(tǒng)建設，通過事件、模型文件交互等機制，實現(xiàn)各仿真電網(wǎng)運行狀態(tài)的同步，確保多級電 網(wǎng)仿真結果的一致性。該系統(tǒng)按照一體化、標準化、靈活性、真實性等原則，開發(fā)了分布式協(xié)同仿真支撐環(huán)境以及聯(lián)合教案制作流程，實現(xiàn)了山東省調(diào)參與國調(diào)、分調(diào)的聯(lián)合反事故演習培訓功能且解決了原有DTS系統(tǒng)計算精度差的問題，有助于提高調(diào)控運行人員的協(xié)同故障處置能力。該系統(tǒng)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(diào)度員培訓仿真系統(tǒng)（DTS）的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢［J］．電網(wǎng)技術，2002，26（7）：60-66.

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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(wǎng)調(diào)度運行與分析工作；

馬 強（1984），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運行與分析工作；

雷 鳴（1974），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運行、分析與管理工作；

劉 軍（1969），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運行、分析與管理工作；

廖大鵬（1974），男，工程師，從事電網(wǎng)調(diào)度運行、分析與管理工作。