王 蘭 ,張 里 ,李紅軍 ,趙 斌 ,王婷婷 ,黃永祿
(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司技能培訓(xùn)中心,四川 成都 610072; 2.四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,四川 成都 611130)
近年來(lái),隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè)和能源革命進(jìn)程的推進(jìn),新能源將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng),以風(fēng)光為代表的新能源發(fā)電將逐步成為電源主體,電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)形態(tài)、負(fù)荷特性及運(yùn)行特性將發(fā)生深刻變革[1]。當(dāng)前,省級(jí)電網(wǎng)培訓(xùn)中心的電網(wǎng)仿真系統(tǒng)中針對(duì)主網(wǎng)調(diào)度員、配網(wǎng)調(diào)度員、運(yùn)維監(jiān)控員的崗位職責(zé)和業(yè)務(wù)范疇開(kāi)發(fā)了針對(duì)性的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)[2],但各培訓(xùn)系統(tǒng)獨(dú)立存在、相互間無(wú)數(shù)據(jù)交互。在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中主配網(wǎng)協(xié)同、電網(wǎng)可觀可控、源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同等新模式和新業(yè)務(wù)的催生下,原有按照不同崗位職責(zé)開(kāi)發(fā)的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)顯然無(wú)法滿足新型電力系統(tǒng)人才培養(yǎng)的需求。
本文提出了構(gòu)建主配網(wǎng)一體化的綜合性電網(wǎng)仿真平臺(tái)的建設(shè)模式,滿足了主配一體化運(yùn)營(yíng)模式下的主網(wǎng)調(diào)度、配網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)維監(jiān)控等專業(yè)的培訓(xùn)需求,為省級(jí)新型電力系統(tǒng)人才培養(yǎng)提供智力支撐[3,4]。
基于主配網(wǎng)一體化的綜合性電網(wǎng)仿真平臺(tái)滿足主網(wǎng)調(diào)度、配網(wǎng)調(diào)度、監(jiān)控運(yùn)維、繼電保護(hù)等專業(yè)的培訓(xùn)、研究、技能考評(píng)等需求。主要功能包括:采用主配一體化的設(shè)計(jì),能夠反映配網(wǎng)對(duì)主網(wǎng)的影響, 實(shí)現(xiàn)“主-配”協(xié)調(diào)控制;面向有源配電網(wǎng)的配網(wǎng)調(diào)控專業(yè)仿真培訓(xùn)工具,須要考慮風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能等分布式電源和微網(wǎng)的接入,滿足源網(wǎng)荷儲(chǔ)集中和分布式調(diào)度的需求;具備調(diào)度監(jiān)控、拓?fù)渲?、饋線自動(dòng)化、事故及異常分析功能;提供主配網(wǎng)運(yùn)行的場(chǎng)景模擬功能,可以提供負(fù)荷曲線、發(fā)電曲線(風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能)、發(fā)電計(jì)劃場(chǎng)景構(gòu)造、配電相關(guān)業(yè)務(wù)互動(dòng)場(chǎng)景模擬功能?;谥髋渚W(wǎng)一體化的綜合性電網(wǎng)仿真平臺(tái)總體架構(gòu)如圖1 所示。
圖1 基于主配網(wǎng)一體化的綜合性電網(wǎng)仿真平臺(tái)架構(gòu)
以某省區(qū)域主網(wǎng)、配網(wǎng)為仿真對(duì)象,建立發(fā)電廠、交流線路、特高壓直流和交流線路、換流變壓器、變壓器、母線、開(kāi)關(guān)、等值負(fù)荷、電抗/電容器、分布式電源等設(shè)備模型,能正確地模擬電網(wǎng)多種運(yùn)行方式,確保仿真模型更加貼近電力生產(chǎn)實(shí)際。
主配一體電網(wǎng)仿真系統(tǒng)所涵蓋典型省會(huì)級(jí)供電區(qū)域1 個(gè),分為送端和受端兩個(gè)區(qū)域;電網(wǎng)總體規(guī)模為1000 kV 變電站2 座、±800 kV 換流站2 座(負(fù)荷側(cè)換流站為等值系統(tǒng))、500 kV 變電站不少于 10座、220 kV 廠站不少于18 座、110 kV 廠站不少于50 座、35 kV 廠站不少于20 座,配電線路不少于600 條。
考慮風(fēng)、光、儲(chǔ)、柔性負(fù)荷的接入,建設(shè)源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu),按不同類型負(fù)荷、發(fā)電的特性,構(gòu)建負(fù)荷曲線、發(fā)電曲線,建立不同季節(jié)、不同天氣下的各種典型負(fù)荷曲線,研究柔性負(fù)荷、微電網(wǎng)、分布式電源與配電網(wǎng)的智能控制策略。
構(gòu)建典型地調(diào)電網(wǎng),并對(duì)部分變電站10 kV 負(fù)荷線路進(jìn)行延伸,接入配電線路組成片區(qū)配網(wǎng),包含典型配電線路主干線及部分分支線,包括開(kāi)閉所、環(huán)網(wǎng)柜、配電室、分接箱、架空線及柱上開(kāi)關(guān)、箱變、負(fù)荷等。配電線路在接線形式上,包含傳統(tǒng)的輻射、多分段聯(lián)絡(luò)、單環(huán)網(wǎng)、雙環(huán)網(wǎng)、拉手環(huán)式等典型的配網(wǎng)接線以及雙環(huán)網(wǎng)、雙花瓣等新型接線。
主配網(wǎng)一體化的綜合性電網(wǎng)仿真平臺(tái)使得仿真培訓(xùn)進(jìn)入一個(gè)新階段,通用的仿真平臺(tái)將使培訓(xùn)不再過(guò)于依靠特定的物理設(shè)備,從而大幅降低培訓(xùn)成本,同時(shí)數(shù)字化的可視化仿真技術(shù)的使用也使得培訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)性增強(qiáng),提高了培訓(xùn)的效率和效果。不止如此,這些成果的獲得也將推動(dòng)主配一體化綜合性電網(wǎng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)朝著培訓(xùn)方法更豐富、逼真程度和培訓(xùn)效率不斷提高的方向發(fā)展,從而使未來(lái)的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)更具通用性和開(kāi)放性。
主網(wǎng)調(diào)度仿真培訓(xùn)平臺(tái)是針對(duì)主網(wǎng)調(diào)度員的典型工作任務(wù)進(jìn)行仿真,包含系統(tǒng)操作、事故處理、異常處理和方案編制等部分。其中系統(tǒng)操作主要是對(duì)電能量管理系統(tǒng)(EMS)進(jìn)行畫面調(diào)閱、供電路徑查詢等操作;事故處理包含對(duì)饋供線路、充電線路、同塔雙回線路、復(fù)合線路等故障處理,變壓器瓦斯動(dòng)作、過(guò)負(fù)荷、套管故障、冷卻系統(tǒng)等故障處理,單母線、母線死區(qū)、母線失靈等故障處理,以及系統(tǒng)解列、振蕩、諧振和變電站全停等故障處理;異常處理包含變壓器油溫、超重載,斷路器異常及刀閘發(fā)熱,保護(hù)裝置通道及告警等異常處理;方案編制包含新設(shè)備投運(yùn)方案和電網(wǎng)黑啟動(dòng)方案編制。通過(guò)高逼真地體驗(yàn)電力系統(tǒng)的變化情況,可以支持對(duì)調(diào)度人員的運(yùn)行監(jiān)視、設(shè)備操作及故障處理的培訓(xùn)。
為適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)下有源配電網(wǎng)發(fā)展趨勢(shì),配網(wǎng)調(diào)度仿真平臺(tái)應(yīng)堅(jiān)持需求導(dǎo)向、以用為本、適度超前的原則。該系統(tǒng)應(yīng)具備開(kāi)展電能量管理系統(tǒng)(EMS)應(yīng)用、填寫操作票、事故處理、電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行4個(gè)大類的培訓(xùn)。其中電能量管理系統(tǒng)(EMS)部分應(yīng)包含畫面調(diào)閱、歷史曲線模塊使用的功能;填寫操作票部分包含10 kV 線路開(kāi)關(guān)、電容器、饋供線路、母線、電壓互感器等設(shè)備停復(fù)役操作,10 kV 開(kāi)關(guān)保護(hù)、開(kāi)關(guān)重合閘、備自投、電容器等設(shè)備停啟用操作;事故處理部分包含線路、變壓器等設(shè)備過(guò)負(fù)荷,以及一次設(shè)備故障和二次設(shè)備拒動(dòng)處理等功能;電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行部分包含運(yùn)行方式調(diào)整、N- 1 安全校核、設(shè)備補(bǔ)償容量和功率因素分析、低周低壓減載方案分析等模塊。
變配電運(yùn)維培訓(xùn)平臺(tái)是對(duì)變電站進(jìn)行三維仿真建模及電網(wǎng)拓?fù)浣?,?shí)現(xiàn)基于電力設(shè)備運(yùn)行過(guò)程的詳細(xì)仿真,將變電站設(shè)備操作邏輯、保護(hù)動(dòng)作行為、告警信息報(bào)文等一次、二次系統(tǒng)的邏輯行為進(jìn)行再現(xiàn),使學(xué)員能在高仿真度的實(shí)際工作場(chǎng)景中進(jìn)行倒閘操作、事故處理、填寫操作票、巡視缺陷和帶電檢測(cè)等相關(guān)培訓(xùn)。其中倒閘操作包含線路、母聯(lián)開(kāi)關(guān)等設(shè)備在運(yùn)行、備用和檢修3個(gè)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)化;事故處理包含一次設(shè)備單相和相間故障處理,開(kāi)關(guān)拒動(dòng)、二次回路等故障排除;填寫操作票包含變壓器、母線、線路、電壓互感器和斷路器等一次設(shè)備由運(yùn)行轉(zhuǎn)檢修或檢修轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)等操作過(guò)程;巡視缺陷包含線路間隔、主變間隔、母線設(shè)備的巡視和缺陷檢查; 帶電檢測(cè)包含開(kāi)關(guān)柜局放檢測(cè)、GIS 氣室局放檢測(cè)、變壓器鐵芯及相關(guān)附件接地電流帶電檢測(cè)。同時(shí)該仿真平臺(tái)應(yīng)具備支持地調(diào)、配調(diào)的聯(lián)合反事故演習(xí)的能力。
針對(duì)電力調(diào)度維護(hù)員,系統(tǒng)支持開(kāi)展操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí),正確完成主站自動(dòng)化系統(tǒng)前置點(diǎn)表及通道配置,主站自動(dòng)化系統(tǒng)圖模建立、曲線繪制,主站自動(dòng)化系統(tǒng)常用功能,采樣定義和查詢、告警查詢與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備登錄、基本查詢及備份等崗位內(nèi)容;根據(jù)工作任務(wù),正確完成前置報(bào)文分析,接入節(jié)點(diǎn)路由器配置,加密機(jī)配置、備份,公式制作、報(bào)表模板制作,調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)簡(jiǎn)單故障排查等崗位工作內(nèi)容;根據(jù)典型工作任務(wù),開(kāi)展局域網(wǎng)組建、主機(jī)設(shè)備安全加固、多點(diǎn)故障引起的通道中斷處理、網(wǎng)絡(luò)故障排查處理、廠站數(shù)據(jù)不刷新異常處理、達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫(kù)操作、遙控異常及缺陷處理操作與告警信號(hào)不上告警窗故障排查處理等崗位工作內(nèi)容。
主配一體監(jiān)控系統(tǒng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠提供調(diào)度監(jiān)控、拓?fù)渲?、越限重載功能、饋線自動(dòng)化、負(fù)荷曲線、發(fā)電曲線(風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能)、發(fā)電計(jì)劃互動(dòng)場(chǎng)景模擬,主要為監(jiān)控人員開(kāi)展監(jiān)控業(yè)務(wù)、監(jiān)控管理、系統(tǒng)應(yīng)用、遠(yuǎn)方操作等相關(guān)培訓(xùn)。其中監(jiān)控業(yè)務(wù)包含監(jiān)控信號(hào)辨識(shí)和處理、保護(hù)裝置異常信息處理、電壓調(diào)整、單相接地拉路處理、力率越限處理、一次設(shè)備故障處理;監(jiān)控管理包含監(jiān)控信息表的編制及審核;系統(tǒng)應(yīng)用包含遙控異常處理、監(jiān)控置牌、檢修置牌和系統(tǒng)查閱;遠(yuǎn)方操作包含開(kāi)關(guān)、重合閘、線路遠(yuǎn)方試送電等操作及操作過(guò)程故障處置。
軟件首先需要對(duì)班級(jí)、學(xué)員進(jìn)行管理(增加、修改、刪除),導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)案例,在標(biāo)準(zhǔn)案例的基礎(chǔ)上出題,然后導(dǎo)入學(xué)員設(shè)計(jì)后的SCD,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)員的操作記錄進(jìn)行評(píng)分。
本子系統(tǒng)通過(guò)解析標(biāo)準(zhǔn)操作記錄文件與學(xué)員的操作記錄文件,再根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)解析出的標(biāo)準(zhǔn)操作記錄文件與學(xué)員操作記錄文件進(jìn)行比對(duì),計(jì)算出學(xué)員的總得分。
建立班級(jí)的名稱、簡(jiǎn)介,學(xué)員的編號(hào)、姓名、單位、工種、職稱、學(xué)歷、參工時(shí)間。
建立和修改錯(cuò)誤操作記錄,通信配置錯(cuò)誤,文件頭錯(cuò)誤等子項(xiàng)的分?jǐn)?shù)及每項(xiàng)的總分。
通過(guò)解析標(biāo)準(zhǔn)操作記錄文件與學(xué)員的操作記錄文件,再根據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)解析出的標(biāo)準(zhǔn)操作記錄文件與學(xué)員操作記錄文件進(jìn)行比對(duì),計(jì)算出學(xué)員的總得分。
根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)比對(duì)出的內(nèi)容,可以手動(dòng)修改每項(xiàng)的分?jǐn)?shù),然后計(jì)算出學(xué)員的總得分。
以班級(jí)為基本單位,統(tǒng)計(jì)出本班級(jí)下參與評(píng)分的學(xué)員的得分情況,及每班級(jí)的最高分?jǐn)?shù)、最低分?jǐn)?shù)、平均分?jǐn)?shù)等信息。
系統(tǒng)根據(jù)班級(jí)信息分類保存班級(jí)、學(xué)員的基本信息及學(xué)員的考試分?jǐn)?shù)數(shù)及統(tǒng)計(jì)信息等。
本子系統(tǒng)的任務(wù)是總結(jié)110、220、500 kV的操作記錄文件在頭文件、通信子網(wǎng)、各保護(hù)與智能終端的虛連接等方面的特點(diǎn),通過(guò)自動(dòng)出題與手工選擇, 完成題目選擇,對(duì)加載的案例進(jìn)行出題,將錯(cuò)題記錄在界面上顯示,生成試題文件,并將錯(cuò)題記錄保存成文本文件。
加載案例文件后,對(duì)案例進(jìn)行解釋,并在界面左邊表格中顯示該案例的所有名、描述。
選中左邊表下方的“允許排序”檢查框,則可點(diǎn)擊表的“設(shè)備名”“設(shè)備描述”兩列的標(biāo)題頭,可對(duì)各事故過(guò)程進(jìn)行排序。
取消“允許排序”檢查框,則恢復(fù)到案例中原始的錯(cuò)誤操作順序。
在程序界面右上角給出出題規(guī)則,共4 類:頭文件錯(cuò)誤、變電站巡視錯(cuò)誤、通信錯(cuò)誤、操作錯(cuò)誤。頭文件錯(cuò)誤、變電站節(jié)點(diǎn)錯(cuò)誤,出題人可進(jìn)行選擇。巡視錯(cuò)誤又分為設(shè)備巡視、告警、事故處理3 類錯(cuò)誤,出題人可進(jìn)行選擇。
點(diǎn)擊屏幕中央的按鈕“ 自動(dòng)預(yù)分配各案例錯(cuò)題”,程序按照110(220) kV與500 kV 兩類模板,針對(duì)當(dāng)前案例中各一次設(shè)備、二次設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)預(yù)分配各類錯(cuò)題,原則上同一類不進(jìn)行重復(fù)出題,盡量保證這兩大類設(shè)備均勻出題。
依托主配網(wǎng)一體化的綜合性電網(wǎng)仿真平臺(tái)能夠提供為主網(wǎng)調(diào)度、配網(wǎng)調(diào)度、運(yùn)維監(jiān)控等專業(yè)開(kāi)展技術(shù)技能培訓(xùn)、鑒定考評(píng)等工作。該系統(tǒng)基于主配網(wǎng)一體化設(shè)計(jì),配網(wǎng)的操作導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化也能在主網(wǎng)調(diào)度和監(jiān)控信號(hào)上進(jìn)行反饋,有利于培養(yǎng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)所須要的復(fù)合型人才培養(yǎng),為企業(yè)提質(zhì)增效做出貢獻(xiàn),具有較強(qiáng)的示范意義。