秦 亮，鄒根華，萬 暢，劉 專

（1.國網(wǎng)江西省電力公司南昌供電分公司，江西南昌 330006；2.國網(wǎng)江西省電力公司，江西南昌 330029；3.國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院，江西南昌 330096）

0 引言

電網(wǎng)“調(diào)控一體化”是“大運(yùn)行”體系建設(shè)的重要組成部分，調(diào)度/集中監(jiān)控/變電站操作人員的技能水平直接關(guān)系電網(wǎng)安全，影響“調(diào)控一體化”工作能否順利開展。建設(shè)“調(diào)控一體化”環(huán)境下，涵蓋調(diào)度員、監(jiān)控人員、變電站操作人員培訓(xùn)的一體化聯(lián)合培訓(xùn)系統(tǒng)顯得極為必要。

傳統(tǒng)的調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（DTS）與監(jiān)控（變電）運(yùn)行人員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)是孤立運(yùn)行的，這種應(yīng)用模式隔離了電網(wǎng)培訓(xùn)仿真和監(jiān)控（變電）模擬仿真的信息交互，一定程度上影響了電網(wǎng)和變電站仿真的真實(shí)性和培訓(xùn)效果。隨著調(diào)控一體化建設(shè)，對調(diào)度運(yùn)行人員和變電運(yùn)行人員的要求越來越高，研究實(shí)現(xiàn)調(diào)度、監(jiān)控一體的聯(lián)合培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度員和變電運(yùn)行人員的真實(shí)互動(dòng)培訓(xùn)仿真，對于進(jìn)一步提高調(diào)控一體化水平，提高調(diào)度駕馭大電網(wǎng)的能力具有非常重要的意義。電網(wǎng)全維度培訓(xùn)仿真系統(tǒng)能有效提高調(diào)控運(yùn)行人員事故時(shí)的快速正確決策和上下級協(xié)調(diào)處理事故能力，對實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

本文圍繞著電網(wǎng)調(diào)控一體化全維度培訓(xùn)仿真這一研究課題回答了以下幾個(gè)問題：1）如何實(shí)現(xiàn)調(diào)度/監(jiān)控/變電仿真互聯(lián)；2）海量信號快速建模技術(shù)如何解決；3）如何協(xié)調(diào)監(jiān)控仿真深度與調(diào)度仿真廣度的矛盾。

1 總體框架

圖1 調(diào)控一體化全維度培訓(xùn)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。仿真平臺包括應(yīng)用管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)流管理、時(shí)序管理、應(yīng)用接口等，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度培訓(xùn)仿真系統(tǒng)、變電站仿真系統(tǒng)教員控制中心模塊、模擬的調(diào)控一體化系統(tǒng)的監(jiān)控中心模塊、遠(yuǎn)程WEB互操作、上下級聯(lián)合仿真系統(tǒng)交互等子模塊的有機(jī)結(jié)合及多地區(qū)分布、多角色用戶的交互式使用。

圖1 調(diào)控一體化全維度培訓(xùn)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 仿真研究內(nèi)容

2.1 集中監(jiān)控仿真技術(shù)

監(jiān)控培訓(xùn)仿真系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、信號監(jiān)視和報(bào)警模擬功能。在電網(wǎng)和變電仿真的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備仿真模型自動(dòng)生成和監(jiān)控信號快速建模技術(shù)，以變電仿真的深度模擬集控范圍內(nèi)的所有變電站，實(shí)現(xiàn)所轄范圍內(nèi)變電站數(shù)據(jù)、信號的集中顯示和設(shè)備的控制仿真。實(shí)現(xiàn)與變電站仿真系統(tǒng)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和變電的一體化仿真。系統(tǒng)的主要功能包括：教案在線生成系統(tǒng)、電力系統(tǒng)模型仿真、監(jiān)視和報(bào)警模擬功能、教員系統(tǒng)、學(xué)員系統(tǒng)、仿真評估系統(tǒng)。

2.2 變電站3D 全維度仿真技術(shù)

基于3D 建模與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站深度仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。仿真范圍包括變電站的一次設(shè)備、二次設(shè)備、控制設(shè)備，采用多媒體和3D 技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟仿真，包括模擬表盤、控制屏柜、室內(nèi)外高壓設(shè)備等，可以模擬變電站的所有日常操作，并可以模擬故障情況下各種聲、光信號。

研究調(diào)度仿真系統(tǒng)和監(jiān)控仿真系統(tǒng)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)控一體化全景聯(lián)合仿真；研究變電站二次設(shè)備模型與調(diào)度中心一次設(shè)備模型的自動(dòng)關(guān)聯(lián)技術(shù)，為調(diào)度仿真系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的二次設(shè)備模型仿真提供條件，實(shí)現(xiàn)基于變電站二次系統(tǒng)詳細(xì)仿真模型全維度聯(lián)合仿真。

2.3 調(diào)度仿真與監(jiān)控、變電仿真互聯(lián)技術(shù)

研究調(diào)度/監(jiān)控/變電多級調(diào)度聯(lián)合仿真培訓(xùn)技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)調(diào)度仿真系統(tǒng)與監(jiān)控和變電仿真系統(tǒng)的互聯(lián)。開發(fā)一體化聯(lián)合仿真支持平臺，實(shí)現(xiàn)調(diào)度、監(jiān)控一體化的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)。

電網(wǎng)仿真和監(jiān)控/變電仿真一體化就是在電網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)庫、人機(jī)界面、功能模塊等多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)完全的一體化，兩套系統(tǒng)共享公共的電網(wǎng)模型，共享公共的設(shè)備參數(shù)和仿真畫面，對于公共的部分，只需要維護(hù)一套模型和參數(shù)。電網(wǎng)仿真和變電站仿真可以各自單獨(dú)運(yùn)行，也可以聯(lián)合仿真。聯(lián)合仿真時(shí)，兩套系統(tǒng)共享同一套電網(wǎng)模型，在任一個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行操作或設(shè)定故障后，兩套系統(tǒng)均能自動(dòng)響應(yīng)，給出一致的潮流結(jié)果，并各自給出正確、完整的二次設(shè)備動(dòng)作信息。

2.4 與智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（SG-OSS）的無縫對接技術(shù)

滿足國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（SG-OSS）的功能架構(gòu)，基于IEC61970標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)調(diào)控一體化仿真系統(tǒng)與SG-OSS的無縫銜接方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)模型、數(shù)據(jù)、圖形與SG-OSS的完整對接。其中電網(wǎng)模型通過CIM格式從SG-OSS中獲取、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過E語言從SG-OSS實(shí)時(shí)庫中獲取，電網(wǎng)一次接線圖以G格式方式獲取。無縫對接技術(shù)減少維護(hù)工作量，提高培訓(xùn)效率。

3 海量信號快速建模算法

傳統(tǒng)的電網(wǎng)培訓(xùn)仿真系統(tǒng)在二次設(shè)備仿真過于簡單，對于變電站內(nèi)部的設(shè)備操作細(xì)節(jié)仿真程度不夠；而變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)部的深度仿真，但由于廠站建模的工作量大而無法簡單地覆蓋集控范圍的所有廠站。如何以變電仿真的深度來快速建立集控范圍的一、二次設(shè)備仿真模型，滿足電網(wǎng)深度和廣度仿真要求是調(diào)控一體化全維度培訓(xùn)仿真研究的關(guān)鍵點(diǎn)。

對電網(wǎng)的研究表明，很多設(shè)備對象在功能屬性和操作屬性方面存在類似性。這種類似性在電網(wǎng)的各個(gè)層次均有表現(xiàn)?；谶@種類似性的認(rèn)知，將操作對象劃分為不同的類，每類操作對象包含若干具有相似屬性的實(shí)際對象。

圖2 為快速建模示意圖。變電站設(shè)備操作通用認(rèn)知模型中的原子表達(dá)了根據(jù)屬性進(jìn)行分類的概念。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

集中監(jiān)控變電站信號仿真動(dòng)作引擎規(guī)則建立的四元組。

應(yīng)用對象（Apdev）

狀態(tài)受其它影響（Otdev）

應(yīng)用條件（MCondn）

MCondn是由設(shè)備原子和狀態(tài)組成的集合：

即當(dāng)Cn1…Cnn均成立時(shí)，復(fù)合條件才為真。Ci可以為多種形式，如式（3）。

式（3）中[]表示選項(xiàng)，X代表線路間隔原子或廠站間隔原子，Y代表一次設(shè)備原子或二次設(shè)備原子，Z代表設(shè)備的狀態(tài)。

結(jié)論（Conc）

結(jié)論是一個(gè)終態(tài)，如式（4）。

即當(dāng)?shù)趎 組條件滿足時(shí)，結(jié)論是執(zhí)行MCondnn→Msn狀態(tài)對應(yīng)。

式（4）中MCondnn為條件滿足的組，Msn表示被操作設(shè)備的終態(tài)（目標(biāo)狀態(tài)），即條件組MCondnn滿足，應(yīng)用對象的二次設(shè)備的終態(tài)將為Msn。

4 仿真互聯(lián)的技術(shù)難點(diǎn)

聯(lián)合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在縱向上涉及到多級調(diào)度之間、調(diào)度與監(jiān)控之間電網(wǎng)模型、仿真數(shù)據(jù)的交互處理以及聯(lián)合培訓(xùn)的協(xié)調(diào)控制，在橫向上涉及到電網(wǎng)仿真軟件與各種聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的接口。因此，確定多個(gè)仿真系統(tǒng)之間模型、數(shù)據(jù)的交互規(guī)范，如何對參與聯(lián)合培訓(xùn)的多個(gè)仿真系統(tǒng)的培訓(xùn)進(jìn)程進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，以及如何對聯(lián)合培訓(xùn)過程中的各種交互數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理是該系統(tǒng)研究的關(guān)鍵點(diǎn)。

傳統(tǒng)的電網(wǎng)培訓(xùn)仿真系統(tǒng)在二次設(shè)備仿真過于簡單，對于變電站內(nèi)部的設(shè)備操作細(xì)節(jié)仿真程度不夠；而變電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)變電站內(nèi)部的深度仿真，但由于廠站建模的工作量大而無法簡單地覆蓋集控范圍的所有廠站。如何以變電仿真的深度來快速建立集控范圍的一、二次設(shè)備仿真模型，滿足電網(wǎng)深度和廣度仿真要求是該系統(tǒng)研究的關(guān)鍵點(diǎn)。

研究3D建模與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用。采用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變電站的深度仿真。聯(lián)合仿真培訓(xùn)中對二次系統(tǒng)的仿真是以一次設(shè)備為單元，通過保護(hù)仿真觸發(fā)對應(yīng)的二次信號來實(shí)現(xiàn)的，因此需要建立電網(wǎng)一次設(shè)備與二次設(shè)備之間的對應(yīng)關(guān)系，而目前調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)中一次設(shè)備和二次信號之間是相互分離的，二次信號的命名也缺乏統(tǒng)一的規(guī)范，隨意性強(qiáng)。如何建立系統(tǒng)中一次設(shè)備和二次設(shè)備的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)基于二次系統(tǒng)詳細(xì)仿真模型的全維度培訓(xùn)仿真是該系統(tǒng)的難點(diǎn)。

5 結(jié)論

本文提出適用于調(diào)度/監(jiān)控/變電一體化聯(lián)合培訓(xùn)仿真技術(shù)，在調(diào)度、監(jiān)控和變電仿真系統(tǒng)間通過交互仿真事件，相互跟蹤電網(wǎng)潮流，實(shí)現(xiàn)調(diào)控一體化和變電站的深度仿真；探討了3D 建模與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用及采用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站的深度仿真；闡述了變電站通用認(rèn)知模型的變電站監(jiān)控信號建模和仿真方法，從而實(shí)現(xiàn)對集中監(jiān)控下大量變電站的海量信號快速建模和動(dòng)態(tài)仿真。在傳統(tǒng)的電網(wǎng)培訓(xùn)仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)上，研究調(diào)度/監(jiān)控/變電一體化的聯(lián)合培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度員和監(jiān)控人員的真實(shí)互動(dòng)培訓(xùn)仿真，對于提高調(diào)控一體化水平，進(jìn)一步提高調(diào)度駕馭大電網(wǎng)的能力具有非常重要的意義。

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