电网调控一体化全维度培训仿真系统研究

秦 亮，邹根华，万 畅，刘 专

（1.国网江西省电力公司南昌供电分公司，江西南昌 330006；2.国网江西省电力公司，江西南昌 330029；3.国网江西省电力科学研究院，江西南昌 330096）

0 引言

电网“调控一体化”是“大运行”体系建设的重要组成部分，调度/集中监控/变电站操作人员的技能水平直接关系电网安全，影响“调控一体化”工作能否顺利开展。建设“调控一体化”环境下，涵盖调度员、监控人员、变电站操作人员培训的一体化联合培训系统显得极为必要。

传统的调度员培训仿真系统（DTS）与监控（变电）运行人员培训仿真系统是孤立运行的，这种应用模式隔离了电网培训仿真和监控（变电）模拟仿真的信息交互，一定程度上影响了电网和变电站仿真的真实性和培训效果。随着调控一体化建设，对调度运行人员和变电运行人员的要求越来越高，研究实现调度、监控一体的联合培训仿真系统，实现调度员和变电运行人员的真实互动培训仿真，对于进一步提高调控一体化水平，提高调度驾驭大电网的能力具有非常重要的意义。电网全维度培训仿真系统能有效提高调控运行人员事故时的快速正确决策和上下级协调处理事故能力，对实现电网的安全、稳定运行具有重要意义。

本文围绕着电网调控一体化全维度培训仿真这一研究课题回答了以下几个问题：1）如何实现调度/监控/变电仿真互联；2）海量信号快速建模技术如何解决；3）如何协调监控仿真深度与调度仿真广度的矛盾。

1 总体框架

图1 调控一体化全维度培训仿真系统结构图。仿真平台包括应用管理、权限管理、数据流管理、时序管理、应用接口等，以实现电网调度培训仿真系统、变电站仿真系统教员控制中心模块、模拟的调控一体化系统的监控中心模块、远程WEB互操作、上下级联合仿真系统交互等子模块的有机结合及多地区分布、多角色用户的交互式使用。

图1 调控一体化全维度培训仿真系统结构

2 仿真研究内容

2.1 集中监控仿真技术

监控培训仿真系统需实现数据、信号监视和报警模拟功能。在电网和变电仿真的基础上，实现二次设备仿真模型自动生成和监控信号快速建模技术，以变电仿真的深度模拟集控范围内的所有变电站，实现所辖范围内变电站数据、信号的集中显示和设备的控制仿真。实现与变电站仿真系统的互联，实现监控和变电的一体化仿真。系统的主要功能包括：教案在线生成系统、电力系统模型仿真、监视和报警模拟功能、教员系统、学员系统、仿真评估系统。

2.2 变电站3D 全维度仿真技术

基于3D 建模与虚拟现实技术，实现变电站深度仿真培训系统。仿真范围包括变电站的一次设备、二次设备、控制设备，采用多媒体和3D 技术实现计算机软仿真，包括模拟表盘、控制屏柜、室内外高压设备等，可以模拟变电站的所有日常操作，并可以模拟故障情况下各种声、光信号。

研究调度仿真系统和监控仿真系统融合技术，实现调控一体化全景联合仿真；研究变电站二次设备模型与调度中心一次设备模型的自动关联技术，为调度仿真系统进行详细的二次设备模型仿真提供条件，实现基于变电站二次系统详细仿真模型全维度联合仿真。

2.3 调度仿真与监控、变电仿真互联技术

研究调度/监控/变电多级调度联合仿真培训技术及相关标准规范，实现调度仿真系统与监控和变电仿真系统的互联。开发一体化联合仿真支持平台，实现调度、监控一体化的培训仿真系统。

电网仿真和监控/变电仿真一体化就是在电网模型、数据库、人机界面、功能模块等多个方面实现完全的一体化，两套系统共享公共的电网模型，共享公共的设备参数和仿真画面，对于公共的部分，只需要维护一套模型和参数。电网仿真和变电站仿真可以各自单独运行，也可以联合仿真。联合仿真时，两套系统共享同一套电网模型，在任一个系统中进行操作或设定故障后，两套系统均能自动响应，给出一致的潮流结果，并各自给出正确、完整的二次设备动作信息。

2.4 与智能电网调度技术支持系统（SG-OSS）的无缝对接技术

满足国家电网智能电网调度技术支持系统（SG-OSS）的功能架构，基于IEC61970标准实现调控一体化仿真系统与SG-OSS的无缝衔接方案，实现电网模型、数据、图形与SG-OSS的完整对接。其中电网模型通过CIM格式从SG-OSS中获取、实时数据通过E语言从SG-OSS实时库中获取，电网一次接线图以G格式方式获取。无缝对接技术减少维护工作量，提高培训效率。

3 海量信号快速建模算法

传统的电网培训仿真系统在二次设备仿真过于简单，对于变电站内部的设备操作细节仿真程度不够；而变电培训仿真系统虽然能够实现变电站内部的深度仿真，但由于厂站建模的工作量大而无法简单地覆盖集控范围的所有厂站。如何以变电仿真的深度来快速建立集控范围的一、二次设备仿真模型，满足电网深度和广度仿真要求是调控一体化全维度培训仿真研究的关键点。

对电网的研究表明，很多设备对象在功能属性和操作属性方面存在类似性。这种类似性在电网的各个层次均有表现。基于这种类似性的认知，将操作对象划分为不同的类，每类操作对象包含若干具有相似属性的实际对象。

图2 为快速建模示意图。变电站设备操作通用认知模型中的原子表达了根据属性进行分类的概念。

图2 系统功能结构

集中监控变电站信号仿真动作引擎规则建立的四元组。

应用对象（Apdev）

状态受其它影响（Otdev）

应用条件（MCondn）

MCondn是由设备原子和状态组成的集合：

即当Cn1…Cnn均成立时，复合条件才为真。Ci可以为多种形式，如式（3）。

式（3）中[]表示选项，X代表线路间隔原子或厂站间隔原子，Y代表一次设备原子或二次设备原子，Z代表设备的状态。

结论（Conc）

结论是一个终态，如式（4）。

即当第n 组条件满足时，结论是执行MCondnn→Msn状态对应。

式（4）中MCondnn为条件满足的组，Msn表示被操作设备的终态（目标状态），即条件组MCondnn满足，应用对象的二次设备的终态将为Msn。

4 仿真互联的技术难点

联合仿真培训系统在纵向上涉及到多级调度之间、调度与监控之间电网模型、仿真数据的交互处理以及联合培训的协调控制，在横向上涉及到电网仿真软件与各种联网数据的接口。因此，确定多个仿真系统之间模型、数据的交互规范，如何对参与联合培训的多个仿真系统的培训进程进行协调控制，以及如何对联合培训过程中的各种交互数进行实时处理是该系统研究的关键点。

传统的电网培训仿真系统在二次设备仿真过于简单，对于变电站内部的设备操作细节仿真程度不够；而变电培训仿真系统虽然能够实现变电站内部的深度仿真，但由于厂站建模的工作量大而无法简单地覆盖集控范围的所有厂站。如何以变电仿真的深度来快速建立集控范围的一、二次设备仿真模型，满足电网深度和广度仿真要求是该系统研究的关键点。

研究3D建模与虚拟现实技术在电力系统仿真中的应用。采用三维虚拟现实技术，实现变电站的深度仿真。联合仿真培训中对二次系统的仿真是以一次设备为单元，通过保护仿真触发对应的二次信号来实现的，因此需要建立电网一次设备与二次设备之间的对应关系，而目前调度技术支持系统中一次设备和二次信号之间是相互分离的，二次信号的命名也缺乏统一的规范，随意性强。如何建立系统中一次设备和二次设备的关联关系，实现基于二次系统详细仿真模型的全维度培训仿真是该系统的难点。

5 结论

本文提出适用于调度/监控/变电一体化联合培训仿真技术，在调度、监控和变电仿真系统间通过交互仿真事件，相互跟踪电网潮流，实现调控一体化和变电站的深度仿真；探讨了3D 建模与虚拟现实技术在电力系统仿真中的应用及采用三维虚拟现实技术实现变电站的深度仿真；阐述了变电站通用认知模型的变电站监控信号建模和仿真方法，从而实现对集中监控下大量变电站的海量信号快速建模和动态仿真。在传统的电网培训仿真系统基础上，研究调度/监控/变电一体化的联合培训仿真系统，实现调度员和监控人员的真实互动培训仿真，对于提高调控一体化水平，进一步提高调度驾驭大电网的能力具有非常重要的意义。

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