何欣， 尚天婷， 黃一秀， 吳稚卉， 吳蝶娜

(1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司 信息通信分公司， 浙江 杭州 310000；2.浙江華云信息科技有限公司， 浙江 杭州 310000)

0 引言

近年來，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人類對(duì)于電力的需求較早年高出了許多，用電的需求以20%以上的速度增加，人們的需求越來越大的同時(shí)，電網(wǎng)的建立規(guī)模也隨之增大，種類方式向多元化發(fā)展，電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)建立之后，引起了人們的熱議，一瞬間成為各行各業(yè)的關(guān)注焦點(diǎn)之一，人們開始重視相關(guān)方面的應(yīng)用。本文結(jié)合了DTS/EMS系統(tǒng)，對(duì)于硬件的開發(fā)以及反事故演習(xí)、調(diào)度員的培訓(xùn)做了重點(diǎn)敘述，對(duì)于繼電保護(hù)裝置方面的研究做出了及時(shí)調(diào)整。

1 電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)架構(gòu)分析

1.1 系統(tǒng)概況

電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，又叫DTS，是一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的主要是為了模擬各種調(diào)度操作出現(xiàn)故障后的系統(tǒng)工作情況，將所得到的信息傳送到電力系統(tǒng)控制中心的系統(tǒng)模型內(nèi)，可以為電網(wǎng)調(diào)度員提供一個(gè)更加逼真的培訓(xùn)環(huán)境，同時(shí)又不影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，既可以加強(qiáng)調(diào)度員們應(yīng)變能力，也可以作為電網(wǎng)運(yùn)行人員分析電網(wǎng)運(yùn)行情況的工具。該培訓(xùn)仿真系統(tǒng)主要由“學(xué)員臺(tái)”以及“教員臺(tái)”兩部分組成，學(xué)員臺(tái)主要負(fù)責(zé)SCADA/EMS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)部分的控制功能，進(jìn)行系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)通信；教員臺(tái)系統(tǒng)內(nèi)主要包括運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)功能、電力系統(tǒng)仿真服務(wù)器等功能，可以調(diào)控教員與學(xué)員之間的聯(lián)系[1]。電網(wǎng)DTS系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)DTS系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)功能及特點(diǎn)

1.2.1 系統(tǒng)功能

電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的構(gòu)成主要分為三部分，分別是教員系統(tǒng)、學(xué)員系統(tǒng)和電力系統(tǒng)仿真模型，教員系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)接收電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的電網(wǎng)狀態(tài)信息，將得到的信息傳送到學(xué)員系統(tǒng)，學(xué)員成功接收信息后對(duì)電力系統(tǒng)仿真模型進(jìn)行遙控。

1.2.1.1 教員系統(tǒng)

該系統(tǒng)負(fù)責(zé)較多的功能，主要包括仿真模擬初始狀態(tài)下的系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)發(fā)生故障后及時(shí)對(duì)其進(jìn)行控制并處理、教學(xué)過程中需要的教案等功能。教員主要利用該系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)員，生成培訓(xùn)時(shí)所需要的教案，為了更好地培訓(xùn)學(xué)員，教員可以使用該系統(tǒng)自行設(shè)置電網(wǎng)事故，學(xué)員根據(jù)電網(wǎng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)方法后，對(duì)教員下達(dá)“調(diào)度指令”，教員根據(jù)學(xué)員所下達(dá)的指令判斷該學(xué)員的應(yīng)變能力是否能勝任這份工作[2]。

1.2.1.2 電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)主要包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電等過程，由這些過程組成電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)稱為電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)由電源、電力網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷中心等部分組成，該系統(tǒng)在保證電能質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了安全且可靠的用電環(huán)境，完成了準(zhǔn)確且完整的電力系統(tǒng)模型，提供給教員和學(xué)員使用，為電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)提供了保障。

1.2.1.3 學(xué)員系統(tǒng)

學(xué)員系統(tǒng)主要包括控制系統(tǒng)中心的SCADA以及EMS功能，該系統(tǒng)部分可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并處理和計(jì)算，還可以對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行報(bào)警處理等，學(xué)員們可以通過EMS軟件對(duì)電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)進(jìn)行控制與調(diào)控，更加真實(shí)的模擬電網(wǎng)培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的調(diào)度環(huán)境，通過該系統(tǒng)使學(xué)員的基礎(chǔ)能力得到升華，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置的電網(wǎng)事故也可以使學(xué)生的應(yīng)變能力進(jìn)一步提高[3]。

1.2.2 系統(tǒng)特色

電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)各地區(qū)電網(wǎng)的不同，特別設(shè)計(jì)了一套更加完整且先進(jìn)的系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)如下。

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)較以往的系統(tǒng)相比，做出了巨大改變，將DTS與EMS相結(jié)合，形成一體化系統(tǒng)，用戶使用起來更加方便，該系統(tǒng)模擬了SCADA/EMS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使電網(wǎng)在使用方面較以往更加安全，功能更加齊全，核心算法具有準(zhǔn)確且先進(jìn)的優(yōu)勢(shì)。通常調(diào)度員在使用系統(tǒng)過程中，對(duì)于發(fā)電機(jī)狀態(tài)的關(guān)注度不高，有一些潛在的問題調(diào)度員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因此，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)特別加入故障仿真模式，真正意義上實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)與故障仿真一體化。

該系統(tǒng)還具有很好的擴(kuò)展性,實(shí)現(xiàn)了各地區(qū)對(duì)于電網(wǎng)的保護(hù)，通過導(dǎo)入DMIS保證了DTS在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中減少系統(tǒng)的附加壓力值。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算模型十分逼真，為教員提供了設(shè)置教案模塊，教員可以利用系統(tǒng)輕松制作教案，優(yōu)化后的評(píng)估系統(tǒng)，使教員更加公平公正地對(duì)學(xué)員進(jìn)行打分[4]。

2 電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分析

2.1 電網(wǎng)DTS體系結(jié)構(gòu)

DTS的硬件設(shè)計(jì)除了教員系統(tǒng)以及學(xué)員系統(tǒng)外，新增了會(huì)議室系統(tǒng)，可以通過會(huì)議室特有的大屏幕觀看學(xué)員以及教員之間的培訓(xùn)情況，電網(wǎng)DTS的硬件結(jié)構(gòu),如圖2所示。

圖2 電網(wǎng)DTS的硬件結(jié)構(gòu)圖

電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)將硬件結(jié)構(gòu)分為三個(gè)子系統(tǒng)，分別是SCADA/EMS仿真系統(tǒng)、電網(wǎng)模擬系統(tǒng)、教員和控制子系統(tǒng)。其中SCADA/EMS仿真系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)模擬控制中心，對(duì)操作過程中的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行調(diào)控；電網(wǎng)模擬系統(tǒng)主要模擬學(xué)員在接受培訓(xùn)過程中使用電力系統(tǒng)的物理過程；教員和控制子系統(tǒng)用于教員對(duì)學(xué)員進(jìn)行培訓(xùn)之前，教員可以通過該部分進(jìn)行設(shè)立教案，對(duì)學(xué)員的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄[5]。

2.2 系統(tǒng)功能特點(diǎn)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了將EMS與DTS一體化，使二者的數(shù)據(jù)信息達(dá)成一致，在計(jì)算過程中采用相同的源代碼，在界面風(fēng)格方面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)人機(jī)界面基本一致，可以共享圖形數(shù)據(jù)內(nèi)容以及電網(wǎng)模型的大型數(shù)據(jù)庫(kù)信息，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行共享負(fù)荷預(yù)測(cè)功能時(shí)，可以直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)估，直接參與調(diào)度員培訓(xùn)過程。此外，在此過程中DTS將作為EMS的子系統(tǒng)，DTS子系統(tǒng)為了將維護(hù)工作盡可能地做到簡(jiǎn)化，將自身與EMS進(jìn)行實(shí)時(shí)共享過程，共享內(nèi)容包括DTS中的數(shù)據(jù)與畫面信息，該過程可以使培訓(xùn)過程更加方便，為信息的獲取以及教案的制作方面提供了更好的環(huán)境[6]。

3 電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)功能創(chuàng)新

3.1 支持聯(lián)合反事故演習(xí)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3.1.1 跨安全分區(qū)的系統(tǒng)構(gòu)架

根據(jù)國(guó)家相關(guān)條例規(guī)定，特將電力企業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為四個(gè)區(qū)域，分別是防火墻、BMS/DTS服務(wù)器和兩個(gè)EMS工作站兼學(xué)員臺(tái)，某地區(qū)電網(wǎng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)硬件改造前方案,如圖3所示。

圖3 某地區(qū)電網(wǎng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)硬件改造前方案圖

該方案的結(jié)構(gòu)并不全面，倘若使用該方案對(duì)電網(wǎng)調(diào)度學(xué)員進(jìn)行仿真培訓(xùn)，學(xué)員只能進(jìn)行演習(xí)之類的操作，達(dá)不到訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)變能力的效果，為了加強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)度學(xué)員隨機(jī)應(yīng)變的能力，特將系統(tǒng)方案做出調(diào)整，某地區(qū)電網(wǎng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)硬件改造后方案,如圖4所示。

圖4 某地區(qū)電網(wǎng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)硬件改造后方案圖

改造后的方案達(dá)到了國(guó)家規(guī)定，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)進(jìn)行跨分區(qū)操作的需求，也就是通過EMS/DTS服務(wù)器系統(tǒng)時(shí)將所屬區(qū)域進(jìn)行隔離操作，EMS/DTS服務(wù)器通過單向隔離裝置對(duì)教員臺(tái)進(jìn)行控制，從而獲取狀態(tài)信息，保證整個(gè)方案的可實(shí)施性，維護(hù)電網(wǎng)安全，學(xué)員們可以操作管理網(wǎng)中的任何學(xué)員臺(tái)機(jī)器，以此來保證二區(qū)的安全性能[7]。

3.1.2 支持聯(lián)合反事故演習(xí)的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

該DTS軟件設(shè)計(jì)與以往的處理系統(tǒng)相比，新增加了許多模塊，比如遠(yuǎn)程培訓(xùn)系統(tǒng)模塊，該模塊主要設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)服務(wù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息共享、事件處理服務(wù)器。其中，遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)服務(wù)可以通過系統(tǒng)提供的軟件以及瀏覽器觀察教員臺(tái)以及學(xué)員臺(tái)的培訓(xùn)操作流程，通過登錄系統(tǒng)將所得到的信息傳輸給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息共享以及事件處理服務(wù)器進(jìn)行處理；遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息共享以及事件處理服務(wù)器在接收到數(shù)據(jù)信息后，可以通過網(wǎng)絡(luò)與DTS本地系統(tǒng)進(jìn)行連接，將數(shù)據(jù)反饋給終端服務(wù)器。新方案采取的是異步通信與同步通信兩種方式，異步通信主要功能是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理，當(dāng)客戶端處理數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)啟用回調(diào)函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這種方式是由服務(wù)器終端發(fā)起，避免了當(dāng)數(shù)據(jù)信息過多時(shí)造成的數(shù)據(jù)擁擠，處理效率減慢等問題，大大地降低了服務(wù)器端的負(fù)荷，同時(shí)更好地完成了遠(yuǎn)程交互操作，有效解決數(shù)據(jù)的同時(shí)完成了DTS的負(fù)載問題，支持遠(yuǎn)程聯(lián)合反事故演習(xí)的DTS軟件構(gòu)架,如圖5所示。

圖5 支持遠(yuǎn)程聯(lián)合反事故演習(xí)的DTS軟件構(gòu)架圖

3.2 小電流接地系統(tǒng)仿真

通常電網(wǎng)出現(xiàn)的故障問題都極其復(fù)雜且?guī)в信既恍?，電網(wǎng)調(diào)度員有時(shí)并不能對(duì)所有問題一一排查，做到面面俱到更是難上加難，因此，仿真培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)從兩大方面綜合考慮。一方面是根據(jù)35 kV、10 kV的電網(wǎng)接線對(duì)EMS/DTS進(jìn)行完善優(yōu)化過程，完善過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)事故的排查計(jì)算，對(duì)電網(wǎng)事故的設(shè)置做到仿真培訓(xùn)；另一方面，建立電網(wǎng)正常運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)建立成表格形態(tài)，觀察時(shí)更加方便，35 kV、10 kV的電網(wǎng)事故可以從多方面設(shè)立，比如單相完全或者不完全接地，多相斷線之類的培訓(xùn)項(xiàng)目都可以更好地訓(xùn)練學(xué)員們的基礎(chǔ)操作以及處理能力[8]。

3.3 調(diào)度操作安全性校核功能的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)教員開始培訓(xùn)電網(wǎng)調(diào)度學(xué)員時(shí)，可以利用電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)現(xiàn)有的調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)學(xué)員進(jìn)行技能操作培訓(xùn)，開發(fā)與現(xiàn)有的調(diào)度操作系統(tǒng)可以進(jìn)行連接的接口模塊，將系統(tǒng)解析后的指令集數(shù)據(jù)輸入DTS系統(tǒng)后形成教案，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)與設(shè)定操作不同的信號(hào)后，系統(tǒng)會(huì)做出報(bào)警信號(hào)，對(duì)于嚴(yán)重?fù)p害系統(tǒng)引發(fā)故障的操作，系統(tǒng)將形成繼電保護(hù)過程，以此實(shí)現(xiàn)安全校核。

3.4 培訓(xùn)評(píng)估的實(shí)現(xiàn)

電網(wǎng)調(diào)度培訓(xùn)評(píng)估系統(tǒng)的設(shè)立，應(yīng)從多方面角度考慮，主要包括四個(gè)方面，分別是操作的安全性、評(píng)估的經(jīng)濟(jì)是否符合預(yù)估、評(píng)估是否可靠、誤操作。培訓(xùn)評(píng)估的實(shí)現(xiàn)主要是從培訓(xùn)的項(xiàng)目中收集所需要的數(shù)據(jù)，將得到的數(shù)據(jù)與整個(gè)系統(tǒng)的需求和目標(biāo)建立聯(lián)系，以此來確定培訓(xùn)項(xiàng)目是否有可實(shí)施價(jià)值，建立培訓(xùn)評(píng)估體系的最終目的是為了檢驗(yàn)學(xué)員培訓(xùn)情況，以及最終效果是否達(dá)到預(yù)期，培訓(xùn)評(píng)估是規(guī)范學(xué)員的重要方式之一。由于EMS系統(tǒng)中具有多種分析系統(tǒng)，這些分析系統(tǒng)是基于潮流計(jì)算而生成的，根據(jù)培訓(xùn)結(jié)果表明，將EMS與DTS相結(jié)合，對(duì)于培訓(xùn)評(píng)估的實(shí)現(xiàn)更加有利。

3.5 調(diào)度員的培訓(xùn)和晉升考試

電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以更加真實(shí)的模擬多種電網(wǎng)事故，在培訓(xùn)過程中教員可以通過電力系統(tǒng)的模型進(jìn)行設(shè)置各種難度的電路事故，以此來評(píng)估學(xué)員的調(diào)度能力，也可以對(duì)正在運(yùn)行的系統(tǒng)進(jìn)行改變工作狀況。同理，學(xué)員們也可以通過學(xué)員臺(tái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬遙控功能，學(xué)員在此時(shí)看清事故發(fā)生的本質(zhì)，并對(duì)事故進(jìn)行恢復(fù)訓(xùn)練。

系統(tǒng)自運(yùn)行初期到如今在各地區(qū)廣泛應(yīng)用，經(jīng)歷了多次電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)考試，調(diào)度員培訓(xùn)考試過程中所經(jīng)歷的環(huán)境十分逼真，對(duì)于新的電網(wǎng)調(diào)度員的考試內(nèi)容包括電網(wǎng)調(diào)度員應(yīng)熟練掌握電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)事故發(fā)生時(shí)的處理方法是否正確、熟練掌握自動(dòng)裝置以及繼電保護(hù)等基礎(chǔ)能力，同時(shí)還需要考察學(xué)員的業(yè)務(wù)能力。教員需要利用系統(tǒng)對(duì)學(xué)員進(jìn)行評(píng)估打分，定期安排晉升考試。

4 電網(wǎng)DTS實(shí)際運(yùn)用

4.1 自行組織的調(diào)度員培訓(xùn)及反事故演習(xí)

各地區(qū)每月應(yīng)自行組織安排一次反事故演習(xí)，訓(xùn)練電網(wǎng)調(diào)度員的實(shí)際運(yùn)用能力，調(diào)度員們根據(jù)DTS系統(tǒng)對(duì)事故進(jìn)行處理。調(diào)度員培訓(xùn)考試過程中都需要DTS系統(tǒng)，演練過程中，調(diào)度員只需將考試當(dāng)作日常的事故進(jìn)行處理即可，迅速進(jìn)入角色，從負(fù)荷損失、隔離故障、電網(wǎng)安全等方面進(jìn)行考慮，此時(shí)對(duì)于調(diào)度員的能力要求極高，調(diào)度員需要沉著冷靜地面對(duì)各種突發(fā)事件，處理事故的反應(yīng)速度也應(yīng)該迅速，處理流程過后迅速收集信息，向相關(guān)部門匯報(bào)情況等，演練過程應(yīng)井然有序，培訓(xùn)難度應(yīng)有所差異。

4.2 運(yùn)行維護(hù)

電網(wǎng)維護(hù)的難點(diǎn)有多方面，主要包括全面集成化、網(wǎng)絡(luò)信息化、高度智能化、裝置檢修的復(fù)雜化等方面。對(duì)于電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)主要包括繼電保護(hù)裝置的日常維護(hù)、定期檢查和一般檢查相結(jié)合以及做好維護(hù)人員的專業(yè)技能培訓(xùn)。其中對(duì)于繼電保護(hù)裝置的日常維護(hù)，需要安排專業(yè)人員對(duì)衛(wèi)生進(jìn)行處理，囑咐相關(guān)人員打掃時(shí)注意不要碰設(shè)備，以免造成設(shè)備損壞，對(duì)于繼電保護(hù)裝置應(yīng)找專業(yè)人員定期檢查；定期檢查和一般檢查相結(jié)合應(yīng)注意電流回路安全性，嚴(yán)禁拔出插件，檢查裝置是否嚴(yán)謹(jǐn)，檢查過程中注意保護(hù)各單元的保護(hù)屏、控制屏等工作，按部就班、一項(xiàng)一項(xiàng)地落實(shí)工作；做好維護(hù)人員的專業(yè)技能培訓(xùn)，在選拔維護(hù)人員的過程中，應(yīng)注意維護(hù)人員的專業(yè)能力是否可以勝任該項(xiàng)工作，有條件的話，可以定期安排相關(guān)方面的專家對(duì)維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，使維護(hù)人員對(duì)于繼電保護(hù)裝置有更加深入的了解，保證系統(tǒng)可以安全運(yùn)行。

5 總結(jié)

電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)合了先進(jìn)的核心計(jì)算方法、EMS系統(tǒng)等技術(shù)的運(yùn)用。綜上所述，電網(wǎng)可以安全可靠地運(yùn)行依仗了繼電保護(hù)裝置，繼電保護(hù)裝置是該系統(tǒng)的有效防護(hù)線，它可以更快、更有效地對(duì)突發(fā)事故進(jìn)行處理以及分析原因所在，還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)工作。根據(jù)電網(wǎng)DTS的實(shí)際運(yùn)用表明，該系統(tǒng)在電網(wǎng)研究領(lǐng)域取得了良好的應(yīng)用效果，現(xiàn)如今更成為了調(diào)度人員檢查電路時(shí)必不可少的工具之一。