論電網仿真系統(tǒng)的模塊化設計

張 申 鄭新才 曹海軍

（河南省電力公司商丘供電公司 商丘 476000）

論電網仿真系統(tǒng)的模塊化設計

張 申 鄭新才 曹海軍

（河南省電力公司商丘供電公司 商丘 476000）

對電網仿真系統(tǒng)的模塊設計進行了探討，以電網動態(tài)潮流為基礎，設計仿真系統(tǒng)模塊，實現了電網模型的實際復現，從而提高電網仿真系統(tǒng)的生命周期。

電網仿真 模塊 設計

一、引言

隨著中國經濟的飛速發(fā)展，電網發(fā)展也日進千里，電力系統(tǒng)網已經變得日益復雜，越來越多的操作和監(jiān)控任務已經超過了人類能夠負擔的范圍。計算機和仿真技術的發(fā)展，使得電網仿真系統(tǒng)越來越多的承擔起模擬操作和技能培訓任務，電網調度、變電運行、電網及變電站聯合反事故演練、技術比武、電網規(guī)劃等多種功能紛紛加入仿真系統(tǒng)，并連接調度DTS等系統(tǒng)實現實時數據更新，電網仿真系統(tǒng)應用廣度和深度得到極大拓展，在供電生產各方面越來越發(fā)揮著重要的作用。

然而電網仿真是一個具有較強時效性、復雜性的大型計算機系統(tǒng)，不僅電網仿真系統(tǒng)本身造價不菲，需要細致分析電網系統(tǒng)參數變化，利用模型復現實際系統(tǒng)中發(fā)生的本質過程，而且系統(tǒng)更新必須符合飛速發(fā)展的電網變化，所以，仿真系統(tǒng)架構設計和電網動態(tài)特性模擬設計，直接關系到電網系統(tǒng)仿真應用的成敗。合度是度量模塊之間的相互聯系的程度，內聚與耦合互相關聯。在電網仿真系統(tǒng)結構設計中的目標，力求增加模塊的內聚，盡量減少模塊間的耦合，內聚比耦合更為重要。由于電網系統(tǒng)潮流給出了電網仿真系統(tǒng)各模塊的電壓電流，它的輸入、輸出是已知的，利用“黑箱”設計理念，分解系統(tǒng)結構設計和系統(tǒng)模塊，是整個電網仿真系統(tǒng)架構設計的基礎。

按照以上設計理念，整套電網仿真系統(tǒng)應由仿真支撐系統(tǒng)、模型應用軟件和建模組態(tài)工具庫組成。系統(tǒng)結構圖如下圖所示：

二、架構設計

要建立一套實時的電網仿真軟件，需要最大化簡化模塊之間的接口，提高模塊的獨立性，可使軟件設計、調試、維護等過程變得容易和簡單。而無論電網如何發(fā)展和變化，動態(tài)潮流是電網系統(tǒng)正常運行基礎，可以進行電壓監(jiān)視、負荷調節(jié)、電壓調節(jié)等正常運行監(jiān)視、操作和調節(jié)。電網仿真系統(tǒng)可以以動態(tài)潮流為基礎，利用建立模型，構架良好的模塊化系統(tǒng)。

模塊獨立性是用“內聚度”和“耦合度”這兩個定性指標來度量的，內聚度是度量一個模塊功能的相對強度，耦

軟件結構圖

1.仿真支撐系統(tǒng)

仿真支撐系統(tǒng)由仿真支撐軟件和電網模型軟件組成。仿真支撐軟件是一個完整的、支撐實時仿真軟件開發(fā)、調試和執(zhí)行的軟件工具它能實時調試、執(zhí)行和控制仿真系統(tǒng)，并具有數據管理、I/O管理以及源程序生成等功能。仿真支撐軟件完全與模型無關，能夠支持各種大型仿真系統(tǒng)的開發(fā)，包括電力、通訊、視景仿真等。

電網模型指應用數學物理方程建立電網變電站的所有一次設備和二次系統(tǒng)模型，采用動態(tài)數字模擬，其原理和物理參數按實際仿真，電網模型的靜態(tài)特性、動態(tài)特性與實際相同，能對各種不同的簡單故障、復合故障進行動態(tài)模擬，故障和現象不僅與實際一致，而且其相互影響和邏輯關系要與實際相同，給出動態(tài)過程中的電壓、各子網頻率、線路潮流、短路電流等模擬結果。同時模型還應能計算各種保護的啟動值，如各相／序電流、電壓、阻抗等，實現繼電保護的定值比較。

2.模型應用軟件

模型應用軟件由教練員臺、保護屏、測控屏、控制盤臺、就地和三維場景組成。

（1）教練員臺

仿真機的培訓功能是通過教練員臺實現的。人機界面要求形象和具有更多層次多重并發(fā)功能，擴大教練員的操作和思考的視野，提高仿真機功能水平，充分利用和發(fā)揮培訓能力。教練員臺把對學員的培訓建立在最新計算機技術的應用之上，是擁有功能豐富、控制靈活、操作方便、評價科學、圖文并茂等一系列特點的理想仿真培訓控制界面工具。

教練員臺可以選擇初始工況，檢查開關初始狀態(tài)位置，回退、重演某一科目演練，設置故障及遠方操作，隨時記錄教練員和操作員的活動，對學員操作過程仿真機自動給出成績評價等功能。

（2）保護定值計算軟件

系統(tǒng)內嵌一個完整的保護定值計算程序，可以根據不同的運行方式和配置計算保護的電量定值、時間定值、保護控制值、壓板的投退等，作為系統(tǒng)工況的初始值，運行人員可以根據保護定值通知單，在保護屏中修改。

（3）保護屏

圖形矢量化保護盤，在計算機中再現保護柜形態(tài)，按保護原理開發(fā)的保護模塊，與真實的保護一致，不僅增強了現場感，而且可以與現場一樣全面實現了保護液晶屏及其操作小鍵盤的全部功能，可以進行保護定值的整定，時間整定，控制字整定，定值換區(qū)。含故障量的真實故障報告的顯示打印，壓板、開關操作，信號復歸等。

（4）三維場景

采用三維動畫技術，真實再現變電站工作場景，讓人有身臨其境之感。能夠熟悉現場設備環(huán)境，實現全部就地操作功能；實現設備巡視訓練，各種巡視操作、記錄與匯報；可以設置故障、設備異常與缺陷，實現操作票操作培訓，掛牌及圍欄設置，安全工器具使用；并能夠設置不同氣候條件。

（5）就地操作

仿真那些系統(tǒng)必要的、在遠動系統(tǒng)中未能包括的、變電站的就地操作，主要為潮流計算和故障分析設置變量，實現變電站仿真控制盤臺所缺少的其它主要控制、檢查操作。如：戶外巡視、就地操作等。

（6）綜自系統(tǒng)、集控中心

仿真綜自系統(tǒng)、集控中心的全部功能和操作特性、監(jiān)控功能、操作風格等，

（7）EMS系統(tǒng)仿真軟件

控制中心仿真環(huán)境與實際控制中心環(huán)境基本一致，具有在線調度自動化系統(tǒng)的各種功能。為達到逼真的效果，控制中心仿真子系統(tǒng)需要模擬在線調度自動化系統(tǒng)所有的監(jiān)控功能，包括監(jiān)控系統(tǒng)和在線應用軟件。

3.建模組態(tài)工具

建模工具用于建立電網模型，必須用戶可以自定義建模，自行更新電網仿真系統(tǒng)，以符合電網的實際發(fā)展變化。

優(yōu)秀的建模工具，應采用程序開發(fā)出用戶級組態(tài)建模平臺，將不同設備的相同功能寫成標準的動作模塊單元，形成算法庫和資源庫，以此建立不同對象的模型，實現用戶自定義拆裝建模。例如，用戶可以通過可視化工具繪出仿真范圍內各個變電站的母線及其連接方式，選擇設備類型，并輸入相應的系統(tǒng)參數，設備建模以母線為節(jié)點，母聯與旁路，變壓器、聯絡線為支路及其參數，生成靜態(tài)網絡拓撲結構，自動定義變量，并存入數據庫中，作為動態(tài)拓撲分析、潮流計算、故障分析的基礎，并形成遠動圖，就地畫面等。這樣即增強了設備模型的通用性，又降低用戶對研發(fā)廠商的依賴性。

三、結束語

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和日益復雜，對系統(tǒng)供電可靠性要求也愈來愈高，在電力生產中，電網仿真作為一種特別有效的研究、培訓手段，可以為變電站的運行人員提供良好逼真的培訓環(huán)境，達到提高運行人員的運行操作素質，增強其安全運行能力的目的。同時經過反事故演練后，提高其對變電站非正常和事故狀態(tài)的判斷、處理能力，為電網安全、穩(wěn)定和經濟運行作出貢獻。本文從計算機模塊技術角度出發(fā)，結合電網運行特性和控制系統(tǒng)的實際進行分析研究，合理設計電網仿真系統(tǒng)模塊，大大提高了電網仿真系統(tǒng)壽命周期。

[1]鄭新才，劉成偉，秦三營等，電網綜合反事故演練仿真系統(tǒng)[J].電力自動化設備，2009.5.

[2]孔宏斌，吳文傳，張伯明.電網調度員培訓仿真系統(tǒng)的新特征和概念擴展[J].電力系統(tǒng)自動化，2005.4.

Discussion on theModular Design ofGrid Simulative System

Zhang Shen Zheng Xincai Cao Haijun
（Shangqiu Power Supply Bureau,Henan Electric Power Company Shangqiu 476000）

The Grid Simulative Module design are discussed，It's based on the grid dynamic trend，and designed the simulative system modules，achieved a real repetition of gridmodel and the life cycle of grid simulative system are enhanced.

Grid simulation Module Design

TM 743;TP391.9

A

100629-5447

張 申，男，1977年生，工程師，學士，主要從事電力科技管理。

鄭新才，男，1962年生，高級工程師，專科，主要從事電力生產管理。

曹海軍，男，1967年生，高級工程師，學士，主要從事電力科技信息管理。