李 帆,姚程亮,董 哲,秦科源

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司 培訓(xùn)中心,河北 石家莊 050023;2.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司,北京 100192)

0 引言

“十四五”期間新能源尤其是分布式電源迎來了爆發(fā)式增長,配電網(wǎng)投資將超萬億元。隨著配電網(wǎng)有源化[1]、網(wǎng)絡(luò)化特征凸顯,配電網(wǎng)對主網(wǎng)的互動影響越來越大。微網(wǎng)能量路由器、分布式電源、新型用戶儲能和抽水蓄能快速發(fā)展,電網(wǎng)智能化水平將顯著增強,源網(wǎng)荷儲將實現(xiàn)深度協(xié)調(diào)互動[2],配電網(wǎng)運行管理面臨全新的挑戰(zhàn)。近年來,從發(fā)電、輸電、變電、配電、用電到調(diào)度廣泛采用了仿真機作為培訓(xùn)模擬手段[3-8]。新一代配電網(wǎng)與具有可觀可控、主配協(xié)同、源網(wǎng)荷協(xié)同等全新特征。原有的仿真系統(tǒng)多針對無源配電網(wǎng)格局,在設(shè)計思路和培訓(xùn)功能上與新一代配電網(wǎng)存在不匹配。本文針對適應(yīng)有源配電網(wǎng)的地配一體化調(diào)度仿真培訓(xùn)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究和應(yīng)用,提升了專業(yè)人員的配網(wǎng)調(diào)度運行技能、離線實操能力和新型配電網(wǎng)的駕馭掌控能力,滿足技能培訓(xùn)管理人員、教學(xué)人員和各職種學(xué)員等不同層次技術(shù)和管理人員的需求。

1 研究必要性

面向有源配電網(wǎng)的地配一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)需充分考慮風(fēng)電、光伏、儲能的海量滲透接入能力,實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動。充分反映配網(wǎng)對主網(wǎng)的影響,實現(xiàn)“主-配”協(xié)調(diào)優(yōu)化控制。一方面需具備調(diào)度監(jiān)控、饋線自動化、事故異常輔助處置功能,另一方面提供負(fù)荷預(yù)測、發(fā)電預(yù)測、配電互動場景模擬等場景仿真功能。通過完善省級電力培訓(xùn)中心配套技術(shù)手段,健全仿真培訓(xùn)體系,滿足配網(wǎng)調(diào)度人員的培訓(xùn)研究、技能鑒定、考試演習(xí)和輔助分析等需求,拓展人員考試、評估考核功能,綜合用于技能考核和技術(shù)比武競賽。本文以某地220 kV分區(qū)下的地區(qū)多層級有源配電網(wǎng)典型架構(gòu)為后續(xù)系統(tǒng)建?；A(chǔ),包含220 kV變電站26座、110 kV變電站78座、35 kV變電站17座,電源裝機為110 kV電廠6座、35 kV電站10座、10 kV及以下光伏電站及分布式光伏總裝機200000 kW。

2 總體設(shè)計

2.1 軟件架構(gòu)

地配一體化調(diào)度仿真系統(tǒng)由計算機系統(tǒng)軟件、主配一體化仿真支撐平臺、地縣配一體化電網(wǎng)仿真、變電站設(shè)備運行機理仿真、配電網(wǎng)設(shè)備機理仿真、配電自動化仿真、教員系統(tǒng)組成。

根據(jù)應(yīng)用場景分解出仿真系統(tǒng)的基本功能場景,明確系統(tǒng)功能的詳細(xì)開發(fā)需求。場景開發(fā)需求包括模型和接線、計算分析、操作調(diào)整、故障和異常、一次設(shè)備仿真、二次設(shè)備仿真、配電自動化仿真、功率預(yù)測、調(diào)度指令票、AVC操作仿真、系統(tǒng)及設(shè)備信息、輔助操作和培訓(xùn)管理等功能。

2.2 軟件基礎(chǔ)平臺

主配一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用基于高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)的交互式、分布式仿真支撐環(huán)境,即仿真實時運行基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(RTI)。RTI是主配一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的平臺基礎(chǔ),實現(xiàn)了仿真系統(tǒng)各應(yīng)用之間的樞紐連接和交互操作,為各個仿真應(yīng)用軟件提供了公共通用、靈活高效的虛擬平臺接口。各個仿真應(yīng)用軟件只需和計算機駐留軟件進(jìn)行接口,整個仿真系統(tǒng)內(nèi)部交互任務(wù)由支撐平臺完成,為系統(tǒng)中各個程序應(yīng)用之間的底層通用交互提供服務(wù),包括程序聲明管理、數(shù)據(jù)分布管理和程序交互接口等。該平臺遵循國際仿真與建模標(biāo)準(zhǔn),為各類電網(wǎng)仿真應(yīng)用提供互操作、重用、快速組合和重構(gòu)服務(wù)的“即插即用”式協(xié)同仿真集成環(huán)境。

3 關(guān)鍵技術(shù)模塊

3.1 地縣配一體化電網(wǎng)仿真

電網(wǎng)仿真軟件模擬典型的地調(diào)、縣調(diào)、配調(diào)所轄電網(wǎng),構(gòu)成地縣配一體化電網(wǎng)仿真環(huán)境。仿真對象包含220 kV變電站、110 kV變電站、35 kV變電站和變電站10 kV出線之間聯(lián)絡(luò)形成的配電網(wǎng)絡(luò)。電網(wǎng)仿真模型按地縣配一體化設(shè)計,涵蓋10 kV—220 kV各電壓等級網(wǎng)絡(luò)。突出有源化設(shè)計,支持設(shè)置多種電源類型,含火電、水電、風(fēng)電、光伏、儲能。配電網(wǎng)架構(gòu)形式靈活多樣,設(shè)計輻射、多分段聯(lián)絡(luò)、雙環(huán)網(wǎng)、單環(huán)網(wǎng)等配電線路形式,覆蓋城區(qū)配電網(wǎng)和農(nóng)村配電網(wǎng)的各種形式。配電線路設(shè)備包含環(huán)網(wǎng)柜、開關(guān)站、配電室、架空線、電纜線路、箱變、分接箱、柱上開關(guān)、柱上變壓器等。

3.2 變電站設(shè)備運行機理仿真

變電站設(shè)備運行機理仿真是對電網(wǎng)內(nèi)的變電站建立詳細(xì)的設(shè)備組件化模型,實現(xiàn)基于設(shè)備運行機理的詳細(xì)仿真,真實地仿真再現(xiàn)變電站設(shè)備操作、保護(hù)動作、告警信息等一次、二次邏輯行為及其互動關(guān)系,使學(xué)員在高度還原的場景中進(jìn)行模擬操作、事故處理及恢復(fù)的培訓(xùn),熟悉必備操作和二次信號報文分析處理。在觀察系統(tǒng)狀態(tài)并實施相應(yīng)控制措施,體驗系統(tǒng)設(shè)備的實際變化情況。一方面支持對調(diào)度人員的運行監(jiān)視、設(shè)備操作及故障處理培訓(xùn);另一方面支持地調(diào)、縣配調(diào)的聯(lián)合反事故演習(xí)。地縣配調(diào)一體化設(shè)備機理仿真建立了對變電站的正常、故障及異常工況下的運行特性的全息仿真。

3.3 配電一/二次設(shè)備運行機理仿真

建立配電網(wǎng)一/二次設(shè)備詳細(xì)的組件化模型及設(shè)備間交直流回路模型,實現(xiàn)基于配電一/二次設(shè)備運行機理的詳細(xì)仿真,真實完整和身臨其境地仿真再現(xiàn)配電設(shè)備光字牌信號、保護(hù)信息、報文等二次系統(tǒng)的邏輯行為及其互動關(guān)系以及一/二次系統(tǒng)間的交互過程,使培訓(xùn)學(xué)員能在盡量真實的環(huán)境中進(jìn)行設(shè)備操作、事故處理及恢復(fù)培訓(xùn)。支持對調(diào)度人員的運行監(jiān)視、設(shè)備操作及故障處理培訓(xùn),支持配網(wǎng)調(diào)度員、地調(diào)調(diào)度員、變電站運維人員、配網(wǎng)運維人員的聯(lián)合反事故演習(xí)。仿真的配電網(wǎng)設(shè)備包括配電一次設(shè)備(環(huán)網(wǎng)柜、開關(guān)站、箱變、分接箱、柱上開關(guān)器等)和配電二次設(shè)備(如配電自動化饋線終端、配電自動化配變終端等)。

3.4 配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)仿真

通過對多種監(jiān)控系統(tǒng)人機界面的統(tǒng)一支持,模擬實際配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)的功能。

3.4.1 調(diào)度監(jiān)控仿真

實現(xiàn)模擬、狀態(tài)和電能量等各類信息的采集,支持主流標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約和遙信優(yōu)先主動上報。通過采集集成進(jìn)行壞數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和統(tǒng)計等。然后再處理不同功能模塊的報警和事件,以預(yù)定義方式發(fā)出告警,如推畫面、聲光報警等。

3.4.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?/p>

系統(tǒng)支持圖形間拓?fù)渲囊恢潞蛨D形在各應(yīng)用間的實時同步,以不同顏色區(qū)分運行狀態(tài)和設(shè)備帶電、停電狀態(tài)。支持不同顏色顯示選擇的開關(guān)設(shè)備所在配電線路的供電范圍及供電路徑、設(shè)備到電源點的路徑著色、追蹤到下游供電范圍著色等。

3.4.3 饋線自動化仿真

當(dāng)故障跳閘后可立即啟動自愈處理程序,功能包括故障定位、故障隔離、非故障區(qū)間恢復(fù)供電、故障解除區(qū)間恢復(fù)送電等。若變電站出線因瞬時故障開關(guān)重合成功恢復(fù)供電,則不啟動故障處理。若變電站出線遭永久故障開關(guān)重合不成功,則啟動故障處理。非故障區(qū)段恢復(fù),可自動或人機交互進(jìn)行。

3.5 教員系統(tǒng)

教員系統(tǒng)主要為教員在培訓(xùn)前準(zhǔn)備,為系統(tǒng)啟動、遠(yuǎn)程控制、培訓(xùn)中分析監(jiān)視、控制及管理及培訓(xùn)后總結(jié)、評價指導(dǎo)提供支持,包括培訓(xùn)管理、教案管理、故障設(shè)置、培訓(xùn)評估(分)、負(fù)荷及發(fā)電曲線等功能。

3.5.1 培訓(xùn)控制

教員端和學(xué)員端配合進(jìn)行培訓(xùn)方案的配置、學(xué)員機系統(tǒng)啟動和退出、傳輸文件、收取評價記錄等。通過教員操作界面實現(xiàn)培訓(xùn)啟停等控制功能。

3.5.2 故障和異常設(shè)置

模擬電力系統(tǒng)中不同性質(zhì)故障及故障后的現(xiàn)象,為學(xué)員提供逼真的培訓(xùn)場景。教練員可按照時序任意觸發(fā)成組故障,啟動后按照時序激活。事故包括三相電壓不平衡、PT一次/二次側(cè)單相斷線、諧振過電壓等。異常包括保護(hù)/測控/操作箱等裝置異常、壓器本體異常、斷路器本體異常等。

3.5.3 培訓(xùn)評估管理

學(xué)員的全部操作步驟和過程中引發(fā)的故障、告警、越限等記錄在培訓(xùn)系統(tǒng)中由教員進(jìn)行評定。通過存儲柜存儲任一斷面工況作為培訓(xùn)教案,實現(xiàn)反復(fù)調(diào)用存儲柜中的教案進(jìn)行培訓(xùn)考試。啟動時加載負(fù)荷預(yù)測、發(fā)電預(yù)測和發(fā)電計劃曲線。通過事件表來制作和存儲相關(guān)多個事件構(gòu)成的子教案,模擬誤發(fā)信號、建立策略并條件觸發(fā)事件。

4 結(jié)語

在新型電力系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的大背景下,新一代配電網(wǎng)與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相比也發(fā)生了巨變,傳統(tǒng)的仿真系統(tǒng)無法滿足地配運行人員培訓(xùn)新需求。本文深入分析了當(dāng)前配電網(wǎng)的新形勢,圍繞地配調(diào)運行人員實際業(yè)務(wù)痛點和需求,著力提升配網(wǎng)人員調(diào)度運行技能,開展了針對有源配電網(wǎng)的地配一體化調(diào)度仿真培訓(xùn)關(guān)鍵技術(shù)研究。結(jié)合國內(nèi)某城市配網(wǎng)架構(gòu),搭建仿真培訓(xùn)原型系統(tǒng),通過線上集中和線下獨立多輪測試的驗證,證明了本文所提技術(shù)的可行性,可在國內(nèi)各地的地配一體仿真培訓(xùn)場景推廣應(yīng)用。后續(xù)將進(jìn)一步結(jié)合配電網(wǎng)側(cè)分布式資源的源荷互動新業(yè)務(wù),繼續(xù)拓展仿真培訓(xùn)功能,提高配網(wǎng)專業(yè)人員對新型配電網(wǎng)的實訓(xùn)操作水平和調(diào)度駕馭能力,保障配電網(wǎng)的供電可靠性和安全穩(wěn)定性。