孫其振，馬 強(qiáng)，雷 鳴，劉 軍，廖大鵬

（山東電力調(diào)度控制中心，山東 濟(jì)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(qiáng)，雷 鳴，劉 軍，廖大鵬

（山東電力調(diào)度控制中心，山東 濟(jì)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(xùn)仿真系統(tǒng)（Dispatcher Training System，DTS）的計(jì)算精度，提升國、分、省三級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)調(diào)度員的協(xié)同事故處置能力，在原有DTS基礎(chǔ)上開發(fā)了基于分布式協(xié)同仿真的DTS互聯(lián)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了國、分、省三級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)的DTS互聯(lián)互通，提升了調(diào)度員在嚴(yán)重故障情況下的協(xié)同處置能力和電網(wǎng)分析計(jì)算能力，仿真結(jié)果證明了系統(tǒng)的實(shí)用性。

調(diào)度員培訓(xùn)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(xùn)仿真系統(tǒng)（DTS）通過對(duì)電力系統(tǒng)模型的仿真計(jì)算，能夠模擬各類電網(wǎng)操作和故障前后的電網(wǎng)運(yùn)行工況，是調(diào)度員開展反事故培訓(xùn)演練和電網(wǎng)分析計(jì)算的重要工具［1-2］。傳統(tǒng)DTS系統(tǒng)受限于計(jì)算機(jī)通信技術(shù)，以及各廠家軟件版本的不同，通常由各單位自行建設(shè)維護(hù)，相互之間沒有數(shù)據(jù)交互，僅能實(shí)現(xiàn)各自電網(wǎng)的仿真、培訓(xùn)。為解決傳統(tǒng)DTS系統(tǒng)不能進(jìn)行多級(jí)電網(wǎng)聯(lián)合演練、培訓(xùn)的問題，文獻(xiàn)［3］提出了利用Web技術(shù)的解決辦法，在省調(diào)側(cè)建立全部電網(wǎng)模型，地調(diào)利用Web方式進(jìn)行瀏覽參與聯(lián)合演練、培訓(xùn)，該方法地調(diào)的參與度低，培訓(xùn)效果不理想。近年來模型拼接技術(shù)迅速發(fā)展，文獻(xiàn)［4］提出了利用模型合并和潮流匹配技術(shù)實(shí)現(xiàn)全局電網(wǎng)模型重建，達(dá)到省、地DTS互聯(lián)的目標(biāo)。文獻(xiàn)［5］介紹了基于分布式協(xié)同仿真技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多級(jí)電網(wǎng)的聯(lián)合演練、培訓(xùn)，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(jī)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(diǎn)上連接一臺(tái)等值發(fā)電機(jī)模型，在山東電網(wǎng)與外部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)較少，外電入魯比例較小的情況下，該系統(tǒng)的計(jì)算精度、計(jì)算速度均能滿足山東電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行人員培訓(xùn)反演的使用需求。隨著特高壓交直流電網(wǎng)的建設(shè)，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(luò)，后續(xù)還將有多個(gè)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(jī)模型的DTS系統(tǒng)在仿真計(jì)算精度上已無法滿足調(diào)度員培訓(xùn)演練、電網(wǎng)分析計(jì)算的需求。

特高壓交直流電網(wǎng)的運(yùn)行格局使各級(jí)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(zhuǎn)為整體平衡，電網(wǎng)運(yùn)行的整體性進(jìn)一步增強(qiáng)，與此相應(yīng)，電網(wǎng)發(fā)生較嚴(yán)重故障時(shí)，需要各級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)調(diào)控運(yùn)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(xùn)演練，無法實(shí)現(xiàn)大運(yùn)行環(huán)境下多級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)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(chǔ)上開發(fā)了基于分布式協(xié)同仿真的DTS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了國、分、省三級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)DTS互聯(lián)互通，提高了計(jì)算精度，在計(jì)算速度上也進(jìn)行了優(yōu)化。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了山東省調(diào)調(diào)控運(yùn)行人員與國調(diào)、分調(diào)調(diào)控運(yùn)行人員聯(lián)合進(jìn)行培訓(xùn)演練的目標(biāo)，提高了山東省調(diào)調(diào)控運(yùn)行人員的故障協(xié)同處置技能及電網(wǎng)分析計(jì)算能力。本文結(jié)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(shè)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、互聯(lián)互通建設(shè)方案、分布式協(xié)同演練及其關(guān)鍵技術(shù)3個(gè)方面展開論述，并通過算例驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)用性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)度員、監(jiān)控員一體化培訓(xùn)，其軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

該系統(tǒng)主要包括4個(gè)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(xué)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(xùn)仿真的220 kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)模型、繼電保護(hù)裝置模型、安全自動(dòng)裝置模型、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等設(shè)備模型，能夠在該模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)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(chǔ)上，基于交互式協(xié)同仿真支撐平臺(tái)開發(fā)的。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)分布式協(xié)同仿真培訓(xùn)或演習(xí)的培訓(xùn)前準(zhǔn)備，培訓(xùn)中分析、監(jiān)視、控制、管理以及培訓(xùn)后總結(jié)等教員支持功能。

1.3 學(xué)員系統(tǒng)

學(xué)員系統(tǒng)是學(xué)員開展培訓(xùn)反演的人機(jī)界面，通過學(xué)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(shè)備潮流、聯(lián)絡(luò)線斷面等信息，監(jiān)控學(xué)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(xué)員在此仿真環(huán)境下可進(jìn)行模擬監(jiān)視、事故分析、事故處置與恢復(fù)的演練。

1.4 控制中心仿真

控制中心仿真采用與實(shí)時(shí)監(jiān)控與預(yù)警安全類應(yīng)用一致的功能和界面，用來模擬與實(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)控與智能告警、電網(wǎng)自動(dòng)控制以及網(wǎng)絡(luò)分析等應(yīng)用功能?；诳刂浦行姆抡?，學(xué)員可以進(jìn)行培訓(xùn)態(tài)下電網(wǎng)的監(jiān)視和控制，并且可以應(yīng)用其中的各種分析工具。各應(yīng)用運(yùn)行在培訓(xùn)態(tài)下，不會(huì)對(duì)實(shí)時(shí)態(tài)下的應(yīng)用產(chǎn)生任何影響。

2 DTS互聯(lián)互通建設(shè)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(tái)框架如圖2所示，該平臺(tái)以智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)（D5000）為基礎(chǔ)，基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，構(gòu)建分布式協(xié)同仿真運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)模型、數(shù)據(jù)、圖形、仿真事件在國、分、省三級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)DTS間雙向共享與交互，并在各級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)已有的DTS基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合演練教案分布式協(xié)同制作、多級(jí)電網(wǎng)分布式協(xié)同仿真計(jì)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(shè)的DTS基礎(chǔ)上，基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與聯(lián)合演練平臺(tái)連通，通過仿真平臺(tái)服務(wù)代理實(shí)現(xiàn)與平臺(tái)的交互與數(shù)據(jù)傳遞，采用即插即用方式，可有效保護(hù)已有功能應(yīng)用。

DTS分布式互聯(lián)互通系統(tǒng)建設(shè)完成后，可同時(shí)滿足省級(jí)電網(wǎng)的獨(dú)立反事故演練及國、分、省三級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)聯(lián)合反事故演練。

3 分布式協(xié)同仿真及關(guān)鍵技術(shù)

分布式協(xié)同仿真可分成4個(gè)階段。

1）演練準(zhǔn)備階段。通過聯(lián)合教案分級(jí)制作平臺(tái)，完成演練方案的聯(lián)合制作，省調(diào)將負(fù)責(zé)本地電網(wǎng)運(yùn)行方式的調(diào)整及本地演練子教案制作。

2）演練啟動(dòng)階段。由聯(lián)合教案啟動(dòng)DTS，向上級(jí)調(diào)度申請(qǐng)接入演習(xí)平臺(tái)，進(jìn)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(yīng)的演習(xí)事件，參演調(diào)度、監(jiān)控學(xué)員對(duì)相應(yīng)的電網(wǎng)故障進(jìn)行協(xié)同研判、事故處置及恢復(fù)的演練；聯(lián)合演練結(jié)束后，參演單位根據(jù)需要退出聯(lián)合平臺(tái)進(jìn)入獨(dú)立運(yùn)行模式，進(jìn)行獨(dú)立演練。

4）演練結(jié)束后，演練單位對(duì)整個(gè)演練過程及參演學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)評(píng)估。

基于分布式協(xié)同仿真的DTS互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)包括聯(lián)合教案的導(dǎo)入與模型處理、電網(wǎng)分布式協(xié)同仿真技術(shù)。

3.1 聯(lián)合教案導(dǎo)入與模型處理

聯(lián)合教案是指多級(jí)調(diào)控機(jī)構(gòu)聯(lián)合培訓(xùn)演練中各級(jí)DTS的電力系統(tǒng)初始方式及故障設(shè)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(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型的共享和交換，基于CIM／E、CIM／G標(biāo)準(zhǔn)國調(diào)中心已實(shí)現(xiàn)220 kV及以上電壓等級(jí)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(dòng)功能基礎(chǔ)上，開發(fā)CIM／E模型文件互操作技術(shù)，包括模型文件的解析、校驗(yàn)、拆分、拼接、抽取及導(dǎo)入等功能。

電網(wǎng)模型的處理包括簡單等值機(jī)模型、緩沖網(wǎng)等值模型和全網(wǎng)無等值模型。

簡單等值機(jī)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(diǎn)上連接一臺(tái)等值發(fā)電機(jī)模型。在聯(lián)合反事故演練時(shí)僅需定時(shí)從上級(jí)電網(wǎng)獲取等值機(jī)的注入功率，保證聯(lián)絡(luò)線功率與上級(jí)單位匹配。這種模型處理方式簡單，計(jì)算規(guī)模較小，計(jì)算速度快，僅對(duì)本地模型的操作事件進(jìn)行響應(yīng)，對(duì)外部電網(wǎng)事件無需響應(yīng)，具有建模過程簡單的優(yōu)點(diǎn)，但計(jì)算精度低，難以保證嚴(yán)重故障情況下多級(jí)電網(wǎng)仿真結(jié)果的時(shí)空一致性。

緩沖網(wǎng)等值模型。該模型是將外部系統(tǒng)細(xì)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(dòng)對(duì)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(chǔ)上，將內(nèi)層外網(wǎng)作為緩沖網(wǎng)，保留其詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不做等值，而只將外層外網(wǎng)做擴(kuò)展等值處理。該模型能較詳細(xì)地模擬外網(wǎng)對(duì)內(nèi)部系統(tǒng)擾動(dòng)的響應(yīng)，計(jì)算精度較高，同時(shí)外網(wǎng)的計(jì)算規(guī)模不大，計(jì)算速度較快。

全網(wǎng)無等值模型。從上級(jí)單位獲取的CIM／E模型包括全部電網(wǎng)數(shù)據(jù)，用此進(jìn)行仿真計(jì)算，無需等值處理。該模型計(jì)算精度高，分布式協(xié)同機(jī)制簡單，但計(jì)算量大，計(jì)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(dá)到滿意的計(jì)算精度、計(jì)算速度，針對(duì)以上3種電網(wǎng)模型處理方法分別進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表1所示。

表1 計(jì)算結(jié)果對(duì)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(jì)算周期較長，需要采取對(duì)計(jì)算程序進(jìn)行優(yōu)化等方式加快計(jì)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(jì)算時(shí)長縮短較多，僅需跟隨華北電網(wǎng)操作事件，同步1個(gè)邊界數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)模型，需要跟隨8條聯(lián)絡(luò)線功率修正內(nèi)部數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)跟隨性較差，計(jì)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(luò)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(shù)

國、分、省三級(jí)電網(wǎng)分布式協(xié)同仿真技術(shù)基于分布式動(dòng)態(tài)潮流計(jì)算技術(shù)，利用交互式、分布式仿真支撐平臺(tái)，將需要交換的仿真事件封裝為規(guī)范的交互對(duì)象模型，并在DTS系統(tǒng)間進(jìn)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(dòng)下能夠準(zhǔn)確地計(jì)算仿真結(jié)果［9］。

交互的協(xié)同仿真事件包括一次設(shè)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(dòng)推送、周期發(fā)送及“請(qǐng)求—應(yīng)答”等方式，接收方收到事件后，啟動(dòng)拓?fù)浞治?、潮流?jì)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(shí)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(jì)算實(shí)例驗(yàn)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(shí)故障，山東電網(wǎng)500 kV主網(wǎng)架潮流會(huì)出現(xiàn)較大范圍的轉(zhuǎn)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(shè)置為500 kV泉韶雙線同塔故障。其中PSASP離線計(jì)算采用的設(shè)備參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑cDTS、PAS計(jì)算保持一致，DTS、PAS仿真計(jì)算采用同一歷史斷面數(shù)據(jù)，通過計(jì)算220 kV淄漁線的潮流轉(zhuǎn)移分布系數(shù)，并與D5000系統(tǒng)PAS潮流計(jì)算結(jié)果、DTS本地計(jì)算結(jié)果、綜穩(wěn)程序（PSASP）計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。電網(wǎng)全接線方式下計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 全接線方式計(jì)算結(jié)果對(duì)比

500 kV壽青線、青油線停電檢修方式下計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 檢修方式計(jì)算結(jié)果對(duì)比

通過以上兩種電網(wǎng)方式下計(jì)算結(jié)果的比較可以看出，由于D5000系統(tǒng)PAS高級(jí)應(yīng)用和DTS本地計(jì)算模式未充分考慮外網(wǎng)模型的影響，計(jì)算結(jié)果偏差較大。基于分布式協(xié)同仿真的互聯(lián)DTS系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果與綜穩(wěn)程序計(jì)算結(jié)果基本一致，有較高的計(jì)算精度，驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。

5 結(jié)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(shè)，通過事件、模型文件交互等機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各仿真電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的同步，確保多級(jí)電 網(wǎng)仿真結(jié)果的一致性。該系統(tǒng)按照一體化、標(biāo)準(zhǔn)化、靈活性、真實(shí)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(shí)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(xí)培訓(xùn)功能且解決了原有DTS系統(tǒng)計(jì)算精度差的問題，有助于提高調(diào)控運(yùn)行人員的協(xié)同故障處置能力。該系統(tǒng)在實(shí)際工作中已得到成功運(yùn)用和推廣，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和對(duì)實(shí)際工作的指導(dǎo)意義。

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

［9］劉濤，米為民，陳鄭平，等.適用于大運(yùn)行體系的電網(wǎng)模型一體化共享方案［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)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(wǎng)調(diào)度運(yùn)行與分析工作；

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

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

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