基于互聯(lián)DTS的三級(jí)聯(lián)合反事故演習(xí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

徐奇鋒，謝穎捷

（浙江電力調(diào)度通信中心，杭州 310007）

目前國內(nèi)電網(wǎng)實(shí)行統(tǒng)一調(diào)度、分級(jí)管理的模式，從組織管理上極大地降低了電網(wǎng)發(fā)生連鎖故障的概率。但電網(wǎng)相繼開斷一旦發(fā)生，一般會(huì)波及多個(gè)地區(qū)，產(chǎn)生嚴(yán)重后果，這需要各級(jí)調(diào)度員具有協(xié)調(diào)處理事故的能力。然而，現(xiàn)有電網(wǎng)相對(duì)堅(jiān)強(qiáng)，調(diào)度員缺乏系統(tǒng)事故處理經(jīng)驗(yàn)，物理電網(wǎng)又不允許隨意試驗(yàn)，最好的辦法就是采用數(shù)字仿真進(jìn)行調(diào)度員培訓(xùn)，提高各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度員處理連鎖故障和多區(qū)域協(xié)調(diào)的能力。

過去的浙江電網(wǎng)聯(lián)合反事故演習(xí)采用電話或遠(yuǎn)程Web方式[1-2]。在演習(xí)過程中，各級(jí)調(diào)度員的互動(dòng)性不強(qiáng)，無法取得良好的培訓(xùn)效果。主要原因是不能自動(dòng)反映故障和操作給對(duì)方造成的影響，不能進(jìn)行省、地異地聯(lián)合處理故障的演練。

省、地、縣三級(jí)電網(wǎng)具有典型的主從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用三級(jí)電網(wǎng)廣域互聯(lián)的調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（dispatcher training simulator，DTS）技術(shù)方案[3]，開發(fā)了實(shí)際系統(tǒng)，并在2009年浙江電力系統(tǒng)迎峰度夏反事故演習(xí)中，實(shí)現(xiàn)了省、地、縣三級(jí)DTS的互聯(lián)，取得了很好的效果。

1 分布式的互聯(lián)DTS建模

在現(xiàn)行調(diào)度體制下，各級(jí)調(diào)度部門只負(fù)責(zé)管轄范圍內(nèi)的電網(wǎng)建模和維護(hù)。為滿足省地聯(lián)合培訓(xùn)的要求，考慮到實(shí)施的環(huán)境和已有條件，系統(tǒng)按照分布式省地兩級(jí)部署、省地縣三級(jí)應(yīng)用的技術(shù)思路，采用省調(diào)和地調(diào)DTS協(xié)調(diào)計(jì)算的聯(lián)合仿真模式[4]，即在各個(gè)地調(diào)分別建立DTS系統(tǒng)，仿真時(shí)與省調(diào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)交互電網(wǎng)模型和數(shù)據(jù)，進(jìn)行基于分解協(xié)調(diào)計(jì)算的聯(lián)合仿真培訓(xùn)[5]。

省網(wǎng)主要分析500 kV、220 kV電網(wǎng)，220 kV變電站主變低壓側(cè)作為等值負(fù)荷；地網(wǎng)主要分析35 kV、110 kV和部分220 kV電網(wǎng)，220 kV變電站變壓器高壓側(cè)作為其電源點(diǎn)。

建模原則應(yīng)保證省地調(diào)各自獨(dú)立建模、維護(hù)和使用的要求，還要計(jì)及省地聯(lián)合反事故演習(xí)時(shí)兩者之間協(xié)調(diào)，保證聯(lián)合計(jì)算各自結(jié)果正確。

省、地調(diào)DTS建模時(shí)分別按單獨(dú)使用DTS時(shí)的建模范圍和深度進(jìn)行，這時(shí)，在兩者界面交界處有重疊，只要重疊處兩者命名規(guī)則相同，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)撥冗處理；如果錄入有錯(cuò)誤，可以校核并報(bào)警，請(qǐng)求改正。

以一個(gè)省網(wǎng)P和3個(gè)地區(qū)級(jí)電網(wǎng)A，B，C為例，如圖1所示。建模時(shí)，省網(wǎng)P與地網(wǎng)A，B，C有部分重疊。例如地網(wǎng)A中的220 kV變電站在地網(wǎng)A中作為電源點(diǎn)應(yīng)建模，在省網(wǎng)P中作為負(fù)荷點(diǎn)也應(yīng)建模。程序可以識(shí)別這個(gè)交集部分并撥冗，并以220 kV主變?yōu)檫吔琰c(diǎn)對(duì)省、地的模型進(jìn)行融合。其中，主變高壓側(cè)以上的模型采用省調(diào)數(shù)據(jù)，而低壓側(cè)以下的模型采用地調(diào)數(shù)據(jù)。

圖1 省網(wǎng)和地網(wǎng)之間有公共部分

在縣調(diào)DTS系統(tǒng)中，根據(jù)縣調(diào)的調(diào)度范圍，建立所管轄范圍內(nèi)的110 kV變電站和35 kV、10 kV變電站，以及變電站之間的110 kV、35 kV線路。這些變電站內(nèi)的10 kV低壓線路出線需要安裝線路模型進(jìn)行建模，不采用等值負(fù)荷的方式。

2 省地縣聯(lián)網(wǎng)DTS中的數(shù)據(jù)交互模式

根據(jù)調(diào)度關(guān)系，220 kV變電站的主變作為省地調(diào)的關(guān)口。地調(diào)的負(fù)荷分布和變化決定了該主變中低壓側(cè)的負(fù)荷水平，省調(diào)DTS跟蹤該關(guān)口的負(fù)荷變化。而省調(diào)控制大多數(shù)的發(fā)電設(shè)備，決定了關(guān)口節(jié)點(diǎn)的電壓、相角和頻率。因此，省地調(diào)DTS進(jìn)行如下數(shù)據(jù)交換，就可以達(dá)到聯(lián)合反事故演習(xí)的目的：

（1）省調(diào)DTS跟蹤地調(diào)DTS系統(tǒng)的關(guān)口負(fù)荷變化。地調(diào)的負(fù)荷發(fā)生變化或者故障后發(fā)生的負(fù)荷轉(zhuǎn)移，在省調(diào)側(cè)主要體現(xiàn)為關(guān)口負(fù)荷變化。在省地聯(lián)合時(shí)，負(fù)荷應(yīng)該主要由地調(diào)DTS系統(tǒng)調(diào)節(jié)。省調(diào)DTS系統(tǒng)通過跟蹤關(guān)口負(fù)荷變化保證省、地聯(lián)合系統(tǒng)的負(fù)荷大小一致。

（2）地調(diào)DTS跟蹤省調(diào)DTS關(guān)口的電壓、相角，確保聯(lián)絡(luò)線潮流一致。省調(diào)決定了關(guān)口節(jié)點(diǎn)的電壓、相角。地調(diào)系統(tǒng)應(yīng)能夠跟蹤關(guān)口的電壓、相角變化，以確保地調(diào)DTS系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線潮流與省調(diào)一致。同時(shí)地調(diào)DTS應(yīng)能夠按照關(guān)口電壓計(jì)算出本地區(qū)設(shè)備的電壓水平，以此來驅(qū)動(dòng)地區(qū)的低壓減載裝置動(dòng)作。

（3）地調(diào)DTS跟蹤省調(diào)DTS的頻率變化，確保頻率一致。系統(tǒng)頻率是全網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷共同響應(yīng)的結(jié)果，其中主要是發(fā)電機(jī)，因此應(yīng)由省調(diào)DTS統(tǒng)一計(jì)算電網(wǎng)的頻率。地調(diào)DTS系統(tǒng)要根據(jù)省網(wǎng)的頻率計(jì)算結(jié)果來驅(qū)動(dòng)本地區(qū)的頻率相關(guān)自動(dòng)裝置的動(dòng)作，如：低頻減載、高頻切機(jī)等，響應(yīng)省調(diào)DTS的頻率計(jì)算結(jié)果。地調(diào)減載裝置的動(dòng)作會(huì)影響省、地關(guān)口的潮流，從而改變省網(wǎng)DTS的潮流分布。聯(lián)合培訓(xùn)比省調(diào)單獨(dú)培訓(xùn)更加逼真地體現(xiàn)了低頻裝置對(duì)系統(tǒng)的作用。

在聯(lián)合培訓(xùn)仿真中，發(fā)電機(jī)出力主要由省調(diào)DTS系統(tǒng)來調(diào)節(jié)。地調(diào)系統(tǒng)通過響應(yīng)省調(diào)發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)的事件來跟蹤發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)，確保省、地調(diào)DTS系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)出力一致。

（4）縣調(diào)的DTS系統(tǒng)與地調(diào)DTS系統(tǒng)的模型在仿真范圍上保持兼容。在縣調(diào)DTS系統(tǒng)中，采用模型自動(dòng)合并的方式，合并完整的地調(diào)和縣調(diào)電網(wǎng)模型，自動(dòng)撥冗后生成包含地調(diào)全部500 kV、220 kV、110 kV電網(wǎng)以及縣調(diào)的35 kV、10 kV完整電網(wǎng)的統(tǒng)一地縣調(diào)聯(lián)合模型。

3 互聯(lián)DTS系統(tǒng)交互方法和內(nèi)容

通過省地DTS互聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：在聯(lián)合反事故演習(xí)中，省調(diào)DTS的運(yùn)行方式可以決定地調(diào)DTS中的頻率與關(guān)口母線電壓；地調(diào)DTS中的負(fù)荷變化與方式調(diào)整也能影響省網(wǎng)潮流分布；同時(shí)，地調(diào)DTS的安全自動(dòng)裝置能夠跟蹤省級(jí)電網(wǎng)的頻率與電壓變化。

3.1 聯(lián)合演習(xí)前的電網(wǎng)模型與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

在聯(lián)合演習(xí)前要進(jìn)行必要的模型與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。主要工作有：

（1）省調(diào)DTS將其電網(wǎng)模型生成CIM全模型文件下發(fā)給地調(diào)DTS。下發(fā)的CIM全模型文件用來形成地調(diào)的外網(wǎng)模型，結(jié)合關(guān)口元件信息可以產(chǎn)生緩沖網(wǎng)并進(jìn)行模型合并，形成帶緩沖網(wǎng)的地調(diào)DTS電網(wǎng)模型。

省調(diào)DTS的省地關(guān)口建模原則：在省調(diào)DTS中，省地模型邊界必須為一等值負(fù)荷。

（2）省調(diào)DTS中定義關(guān)口廠站與關(guān)口模型元件，并下發(fā)給地調(diào)DTS。通過人工指定，定義省調(diào)與各地調(diào)關(guān)口廠站的關(guān)鍵字、關(guān)口模型元件ID與類型。

（3）地調(diào)DTS中完成本地模型設(shè)備與省調(diào)關(guān)口模型元件的匹配。通過人工指定，將地調(diào)DTS中某一支路型元件（如線路、繞組等）與省調(diào)關(guān)口模型元件（等值負(fù)荷）建立關(guān)聯(lián)。

（4）地調(diào)DTS中，建立關(guān)口廠站內(nèi)的設(shè)備與省調(diào)DTS中非關(guān)口設(shè)備的映射關(guān)系。為了保證關(guān)口廠站設(shè)備狀態(tài)（開關(guān)、刀閘、分頭位置、潮流等）的同步刷新，必須建立關(guān)口廠站中設(shè)備的省地調(diào)DTS名稱對(duì)照關(guān)系。

如果在省地DTS中設(shè)備的命名統(tǒng)一，則系統(tǒng)提供自動(dòng)對(duì)照的功能。

（5）地調(diào)DTS讀取省調(diào)CIM全模型文件，與地調(diào)DTS原模型拼接，形成演習(xí)用電網(wǎng)模型。

3.2 模型拼接原則

（1）根據(jù)省調(diào)定義的地調(diào)電網(wǎng)關(guān)口，由地調(diào)DTS系統(tǒng)根據(jù)省調(diào)下發(fā)的省網(wǎng)CIM全模型生成地區(qū)電網(wǎng)的緩沖網(wǎng)模型。在緩沖網(wǎng)模型的外網(wǎng)（模型靠近省網(wǎng)部分），地調(diào)DTS系統(tǒng)自動(dòng)增加靜態(tài)外網(wǎng)等值模型，即增加邊界母線和等值機(jī)。

（2）地調(diào)DTS系統(tǒng)將緩沖網(wǎng)模型自動(dòng)拼接到地區(qū)電網(wǎng)的模型上，形成省地聯(lián)合演習(xí)時(shí)所需的省地聯(lián)合模型。

（3）地調(diào)導(dǎo)出完整標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)CIM模型并傳輸?shù)娇h調(diào)，縣調(diào)DTS系統(tǒng)可以根據(jù)地調(diào)CIM模型，合并生成統(tǒng)一的地縣聯(lián)合模型。

3.3 聯(lián)合演習(xí)前的初始運(yùn)行方式

在聯(lián)合演習(xí)前，要進(jìn)行初始教案的同步。教案的同步以省調(diào)DTS為基準(zhǔn)。過程如下：

（1）省調(diào)DTS發(fā)布教案初始運(yùn)行方式數(shù)據(jù)，即省調(diào)DTS演習(xí)初始時(shí)刻，省調(diào)完整的電網(wǎng)模型運(yùn)行方式數(shù)據(jù)應(yīng)包括線路的潮流、發(fā)電負(fù)荷、母線電壓和系統(tǒng)的初始頻率。

（2）地調(diào)DTS系統(tǒng)根據(jù)省調(diào)DTS教案初始運(yùn)行方式以及某個(gè)地調(diào)教案初始運(yùn)行方式構(gòu)造出新的聯(lián)合教案。

（3）地、縣教案同步方面，地調(diào)EMS系統(tǒng)可以將整個(gè)系統(tǒng)的遙測(cè)遙信定時(shí)生成E語言格式的文本文件，利用這些文件，結(jié)合縣調(diào)SCADA系統(tǒng)記錄的歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)生成地縣聯(lián)合模型的初始教案。

3.4 聯(lián)合演習(xí)中數(shù)據(jù)交互

在省地DTS中建立通訊連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)周期訂閱發(fā)布與即時(shí)通信的機(jī)制。通信的內(nèi)容見圖2。

圖2 省地DTS互聯(lián)的數(shù)據(jù)交互示意圖

地縣兩級(jí)DTS的交互相對(duì)簡單，主要為35 kV、10 kV母線等值負(fù)荷數(shù)值的變化。

4 系統(tǒng)主要功能及技術(shù)指標(biāo)

該系統(tǒng)包括了必要的PAS電網(wǎng)分析軟件功能，包括以下幾個(gè)子模塊：量測(cè)映射、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觥顟B(tài)估計(jì)、調(diào)度員潮流和靜態(tài)安全分析。這些功能主要用于DTS教案的制作。

系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)仿真、故障仿真、動(dòng)態(tài)仿真、繼電保護(hù)仿真、自動(dòng)裝置仿真等一、二次模型的仿真功能；具備完整的教員臺(tái)、學(xué)員臺(tái)的人機(jī)界面功能。

目前浙江省調(diào)DTS主站已實(shí)現(xiàn)了與金華、嘉興、湖州、紹興4個(gè)地調(diào)的互聯(lián)，并通過金華地調(diào)，實(shí)現(xiàn)了與義烏縣調(diào)的三級(jí)聯(lián)合應(yīng)用。二期項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃與所有11個(gè)地調(diào)DTS系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。通過客戶端程序，已經(jīng)具備與所有調(diào)度管轄的電廠、變電站的聯(lián)合遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)和聯(lián)合反事故演習(xí)的功能，并通過了測(cè)試。

經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如表1。

5 應(yīng)用實(shí)例

2009年5 月，在華東網(wǎng)調(diào)的統(tǒng)一部署和直接指揮下，浙江省調(diào)基于本系統(tǒng)組織了2009年浙江電力系統(tǒng)迎峰度夏反事故演習(xí)。華東網(wǎng)調(diào)、浙江省調(diào)、嘉興地調(diào)、義烏縣調(diào)、秦山核電廠、500 kV王店變、220 kV嘉躍雙集控站等23家單位參加此次演習(xí)。

表1 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

演習(xí)中，省調(diào)導(dǎo)演和參演人員相互配合，在DTS上進(jìn)行既定的演習(xí)計(jì)劃，各地調(diào)參演人員根據(jù)DTS模擬的電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況，進(jìn)行各自范圍內(nèi)的反事故演習(xí)。各參演廠站通過客戶端程序登陸省調(diào)DTS服務(wù)器，實(shí)時(shí)接收省調(diào)導(dǎo)演觸發(fā)的故障，根據(jù)故障告警信息匯報(bào)省調(diào)被演調(diào)度員，再接受省調(diào)被演調(diào)度員的指令，在客戶端程序上直接操作，開關(guān)變位和潮流等實(shí)時(shí)信息第一時(shí)間上傳省調(diào)，等操作完成匯報(bào)省調(diào)演員的時(shí)候，省調(diào)演員只需在主站的廠站接線圖上核對(duì)確認(rèn)即可。各單位可以真實(shí)模擬事故觸發(fā)、處理的全過程，參與感和真實(shí)感都很強(qiáng)。

這里舉一個(gè)本次演習(xí)方案中省地縣三級(jí)DTS數(shù)據(jù)交互的例子。

教案中設(shè)置了220 kV線路緊急缺陷需盡快拉停的情況。該線路停役會(huì)引發(fā)金華地區(qū)220 kV賓王變、江灣變兩變受電斷面穩(wěn)定越限，故在停役前省調(diào)需在此兩變下控制負(fù)荷。省調(diào)發(fā)令參演的金華地調(diào)在220 kV賓王、江灣兩變緊急事故限電10萬kW。該兩變供的是義烏市（縣）負(fù)荷，故金華地調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)令給聯(lián)合參演的義烏縣調(diào)在兩變緊急事故限電10萬kW。

義烏縣調(diào)通過拉停10 kV、35 kV線路等措施，使220 kV主變110 kV下送減少，通過地調(diào)數(shù)據(jù)處理，省調(diào)端立刻得到響應(yīng)，主變220 kV側(cè)下送減少，使220 kV線路斷面越限受控。

2009年6 月，該系統(tǒng)還順利支持了國家電網(wǎng)公司組織的國網(wǎng)范圍全網(wǎng)聯(lián)合反事故演習(xí)，同樣出色完成任務(wù)。

6 結(jié)語

該互聯(lián)系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了DTS資源的共享，使各參演單位真實(shí)參加全網(wǎng)反事故演習(xí)，提高了調(diào)度運(yùn)行人員培訓(xùn)演練的實(shí)用價(jià)值。

系統(tǒng)在浙江范圍內(nèi)的反事故演習(xí)中取得了很好的效果，但與上級(jí)調(diào)度華東網(wǎng)調(diào)的配合還存在一些問題。一是華東的DTS系統(tǒng)不具備上下級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心之間的遠(yuǎn)程雙向通信，下級(jí)調(diào)度只能通過Web方式瀏覽，初始潮流匹配也較為困難。二是由于浙江系統(tǒng)不可能建立整個(gè)外網(wǎng)的電網(wǎng)模型，只能通過自定義緩沖網(wǎng)的外網(wǎng)等值，對(duì)聯(lián)絡(luò)線潮流分布有較大影響，和華東網(wǎng)調(diào)下發(fā)的潮流值有一定出入，在聯(lián)合反事故演習(xí)過程中，影響與上級(jí)調(diào)度的配合。

除了系統(tǒng)反事故演習(xí)和調(diào)度員日常培訓(xùn)，該系統(tǒng)還可以通過擴(kuò)展應(yīng)用，提供調(diào)度操作票的智能校核功能，目前正在開發(fā)過程中。

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