基于分布式协同仿真的山东电网DTS互联系统研究

孙其振，马 强，雷 鸣，刘 军，廖大鹏

（山东电力调度控制中心，山东 济南 250001）

基于分布式协同仿真的山东电网DTS互联系统研究

孙其振，马 强，雷 鸣，刘 军，廖大鹏

（山东电力调度控制中心，山东 济南 250001）

随着特高压交直流电网的发展，为提高山东电网调度员培训仿真系统（Dispatcher Training System，DTS）的计算精度，提升国、分、省三级调控机构调度员的协同事故处置能力，在原有DTS基础上开发了基于分布式协同仿真的DTS互联系统，实现了国、分、省三级调控机构的DTS互联互通，提升了调度员在严重故障情况下的协同处置能力和电网分析计算能力，仿真结果证明了系统的实用性。

调度员培训仿真系统；分布式协同仿真；联合反事故演练

0 引言

调度员培训仿真系统（DTS）通过对电力系统模型的仿真计算，能够模拟各类电网操作和故障前后的电网运行工况，是调度员开展反事故培训演练和电网分析计算的重要工具［1-2］。传统DTS系统受限于计算机通信技术，以及各厂家软件版本的不同，通常由各单位自行建设维护，相互之间没有数据交互，仅能实现各自电网的仿真、培训。为解决传统DTS系统不能进行多级电网联合演练、培训的问题，文献［3］提出了利用Web技术的解决办法，在省调侧建立全部电网模型，地调利用Web方式进行浏览参与联合演练、培训，该方法地调的参与度低，培训效果不理想。近年来模型拼接技术迅速发展，文献［4］提出了利用模型合并和潮流匹配技术实现全局电网模型重建，达到省、地DTS互联的目标。文献［5］介绍了基于分布式协同仿真技术可实现多级电网的联合演练、培训，取得了较好的效果。

山东电网原有DTS系统基于简单等值机模型，该模型不模拟外部电网，直接在内网与外网分界节点上连接一台等值发电机模型，在山东电网与外部电网联络较少，外电入鲁比例较小的情况下，该系统的计算精度、计算速度均能满足山东电网调控运行人员培训反演的使用需求。随着特高压交直流电网的建设，山东电网已发展成为特高压交直流混合电网。目前山东电网通过1 000 kV河泉双回线、±660 kV银东直流双回线、500kV辛聊双回线、500 kV黄滨双回线与外网联络，后续还将有多个特高压交直流输电工程投产，外电比例不断增大。采用简单等值机模型的DTS系统在仿真计算精度上已无法满足调度员培训演练、电网分析计算的需求。

特高压交直流电网的运行格局使各级电网间的电气联系愈加紧密，相互作用愈加明显，电力平衡从局部就地平衡转为整体平衡，电网运行的整体性进一步增强，与此相应，电网发生较严重故障时，需要各级调控机构调控运行人员协同配合、共同处置［6-7］。山东电网原有的DTS系统仅能用于本地的培训演练，无法实现大运行环境下多级调控机构调度员的协同控制、共同开展联合反事故演练的要求。

基于以上分析，在原有的山东电网DTS系统基础上开发了基于分布式协同仿真的DTS系统，实现了国、分、省三级调控机构DTS互联互通，提高了计算精度，在计算速度上也进行了优化。该系统实现了山东省调调控运行人员与国调、分调调控运行人员联合进行培训演练的目标，提高了山东省调调控运行人员的故障协同处置技能及电网分析计算能力。本文结合山东电网基于分布式协同仿真的DTS互联互通系统建设，从系统结构、互联互通建设方案、分布式协同演练及其关键技术3个方面展开论述，并通过算例验证系统的实用性。

1 系统结构及主要功能模块

山东电网基于分布式协同仿真的DTS系统，可实现对调度员、监控员一体化培训，其软件系统结构如图1所示。

图1 系统结构示意

该系统主要包括4个功能模块，分别是电力系统模型、一体化分布式教员系统、学员系统、控制中心仿真。

1.1 电力系统模型

电力系统模型包括面向调度员及监控员培训仿真的220 kV及以上电压等级的电网模型、继电保护装置模型、安全自动装置模型、数据采集系统等设备模型，能够在该模型基础上实现电力系统的静态和动态过程仿真。

1.2 一体化分布式教员系统

一体化分布式教员系统是在原有DTS教员系统基础上，基于交互式协同仿真支撑平台开发的。该系统能够实现分布式协同仿真培训或演习的培训前准备，培训中分析、监视、控制、管理以及培训后总结等教员支持功能。

1.3 学员系统

学员系统是学员开展培训反演的人机界面，通过学员系统监视的画面包括电网频率、电压、发电出力、设备潮流、联络线断面等信息，监控学员监视的画面还包括厂站接线图、告警窗和间隔光字牌图等，学员在此仿真环境下可进行模拟监视、事故分析、事故处置与恢复的演练。

1.4 控制中心仿真

控制中心仿真采用与实时监控与预警安全类应用一致的功能和界面，用来模拟与实际调度控制中心相同的系统环境，其中包括电网实时监控与智能告警、电网自动控制以及网络分析等应用功能。基于控制中心仿真，学员可以进行培训态下电网的监视和控制，并且可以应用其中的各种分析工具。各应用运行在培训态下，不会对实时态下的应用产生任何影响。

2 DTS互联互通建设方案

图2 分布式协同仿真框架

国、分、省分布式协同仿真演练平台框架如图2所示，该平台以智能电网调度控制系统（D5000）为基础，基于调度数据网，构建分布式协同仿真运行环境，实现模型、数据、图形、仿真事件在国、分、省三级调控机构DTS间双向共享与交互，并在各级调控机构已有的DTS基础上，实现联合演练教案分布式协同制作、多级电网分布式协同仿真计算等功能［8］。

系统采用即插即用的方式，在山东省调已经建设的DTS基础上，基于调度数据网实现与联合演练平台连通，通过仿真平台服务代理实现与平台的交互与数据传递，采用即插即用方式，可有效保护已有功能应用。

DTS分布式互联互通系统建设完成后，可同时满足省级电网的独立反事故演练及国、分、省三级调控机构联合反事故演练。

3 分布式协同仿真及关键技术

分布式协同仿真可分成4个阶段。

1）演练准备阶段。通过联合教案分级制作平台，完成演练方案的联合制作，省调将负责本地电网运行方式的调整及本地演练子教案制作。

2）演练启动阶段。由联合教案启动DTS，向上级调度申请接入演习平台，进入就绪状态。

3）演练执行阶段。根据演练方案在DTS教员系统执行相应的演习事件，参演调度、监控学员对相应的电网故障进行协同研判、事故处置及恢复的演练；联合演练结束后，参演单位根据需要退出联合平台进入独立运行模式，进行独立演练。

4）演练结束后，演练单位对整个演练过程及参演学员进行培训评估。

基于分布式协同仿真的DTS互联互通关键技术包括联合教案的导入与模型处理、电网分布式协同仿真技术。

3.1 联合教案导入与模型处理

联合教案是指多级调控机构联合培训演练中各级DTS的电力系统初始方式及故障设置，基于分布式协同仿真的DTS互联系统采用CIM／E语言的模型文件实现电网模型的共享和交换，基于CIM／E、CIM／G标准国调中心已实现220 kV及以上电压等级模型和图形信息一体化管理［5］。山东省调DTS系统在已有启动功能基础上，开发CIM／E模型文件互操作技术，包括模型文件的解析、校验、拆分、拼接、抽取及导入等功能。

电网模型的处理包括简单等值机模型、缓冲网等值模型和全网无等值模型。

简单等值机模型。该模型不模拟外部电网，直接在内网与外网分界节点上连接一台等值发电机模型。在联合反事故演练时仅需定时从上级电网获取等值机的注入功率，保证联络线功率与上级单位匹配。这种模型处理方式简单，计算规模较小，计算速度快，仅对本地模型的操作事件进行响应，对外部电网事件无需响应，具有建模过程简单的优点，但计算精度低，难以保证严重故障情况下多级电网仿真结果的时空一致性。

缓冲网等值模型。该模型是将外部系统细分为内层外网和外层外网。内层外网是指与内网电气距离较近、其上的扰动对内网影响较大的部分网；外层外网则指外网中除去内层外网的部分。

缓冲网等值模型在全局电网潮流断面基础上，将内层外网作为缓冲网，保留其详细的网络结构不做等值，而只将外层外网做扩展等值处理。该模型能较详细地模拟外网对内部系统扰动的响应，计算精度较高，同时外网的计算规模不大，计算速度较快。

全网无等值模型。从上级单位获取的CIM／E模型包括全部电网数据，用此进行仿真计算，无需等值处理。该模型计算精度高，分布式协同机制简单，但计算量大，计算速度较慢。

3.2 山东电网DTS互联系统电网模型选择

为达到满意的计算精度、计算速度，针对以上3种电网模型处理方法分别进行分析，计算结果对比如表1所示。

表1 计算结果对比

如表1所示，若采用全网模型，仅需跟随全网操作事件，不需要同步边界潮流，但计算周期较长，需要采取对计算程序进行优化等方式加快计算速度。若采用推至华北电网的缓冲网等值模型处理方法，计算时长缩短较多，仅需跟随华北电网操作事件，同步1个边界数据进行内部数据修正，潮流收敛性及跟随性较好。若采用简单等值机模型，需要跟随8条联络线功率修正内部数据，数据跟随性较差，计算精度较差。通过综合分析，山东电网DTS互联系统一次模型采用本地模型向外推至华北电网的缓冲网等值模型，跟随同步1条交流联络线功率。二次系统的模型采用本地模型。

3.3 分布式协同仿真技术

国、分、省三级电网分布式协同仿真技术基于分布式动态潮流计算技术，利用交互式、分布式仿真支撑平台，将需要交换的仿真事件封装为规范的交互对象模型，并在DTS系统间进行交互，使参与分布式协同仿真的国调、分调、省调等仿真成员在各种电网扰动下能够准确地计算仿真结果［9］。

交互的协同仿真事件包括一次设备操作、故障、电网潮流、AVC控制指令、AGC控制指令等仿真事件，事件发送方采用主动推送、周期发送及“请求—应答”等方式，接收方收到事件后，启动拓扑分析、潮流计算等功能［6］。

4 算例分析

山东电网基于分布式协同仿真的DTS系统互联已成功完成与国调、分调的联合演练调试。DTS互联系统客户端界面如图3所示，主要包含群组管理、教案管理、事件浏览、即时通讯、成员监视、系统监视等功能。

图3 DTS互联互通系统界面

下面通过具体计算实例验证系统的可用性。500 kV泉韶双线为1000 kV特高压泉城站的500 kV同塔双回出线，若500 kV泉韶双线同时故障，山东电网500 kV主网架潮流会出现较大范围的转移，河泉双回线送山东功率自500 kV高青站下送大幅增加，特殊方式下可能引起220 kV线路过流问题。

本算例初始方式分别采用电网全接线方式和500 kV寿青线、青油线停电检修方式，故障设置为500 kV泉韶双线同塔故障。其中PSASP离线计算采用的设备参数、网络拓扑与DTS、PAS计算保持一致，DTS、PAS仿真计算采用同一历史断面数据，通过计算220 kV淄渔线的潮流转移分布系数，并与D5000系统PAS潮流计算结果、DTS本地计算结果、综稳程序（PSASP）计算结果进行对比。电网全接线方式下计算结果如表2所示。

表2 全接线方式计算结果对比

500 kV寿青线、青油线停电检修方式下计算结果如表3所示。

表3 检修方式计算结果对比

通过以上两种电网方式下计算结果的比较可以看出，由于D5000系统PAS高级应用和DTS本地计算模式未充分考虑外网模型的影响，计算结果偏差较大。基于分布式协同仿真的互联DTS系统计算结果与综稳程序计算结果基本一致，有较高的计算精度，验证了系统的有效性和实用性。

5 结语

基于分布式协同仿真的山东电网DTS互联系统建设，通过事件、模型文件交互等机制，实现各仿真电网运行状态的同步，确保多级电 网仿真结果的一致性。该系统按照一体化、标准化、灵活性、真实性等原则，开发了分布式协同仿真支撑环境以及联合教案制作流程，实现了山东省调参与国调、分调的联合反事故演习培训功能且解决了原有DTS系统计算精度差的问题，有助于提高调控运行人员的协同故障处置能力。该系统在实际工作中已得到成功运用和推广，具有很强的实用价值和对实际工作的指导意义。

［1］张慎明，姚建国.调度员培训仿真系统（DTS）的现状和发展趋势［J］．电网技术，2002，26（7）：60-66.

［2］辛耀中，石俊杰，周京阳，等.智能电网调度控制系统现状与技术展望［J］.电力系统自动化，2015，39（1）：2-8.

［3］梁青，王忠仁.调度员培训仿真系统（DTS）的现状和发展趋势Web技术在电网联合反事故演习中的应用［J］．电力系统自动化，2000，24（16）：62-63.

［4］吴文传，张伯明，成海彦，等.省、地广域互联的分布式DTS系统［J］.电力系统自动化，2008，32（22）：6-11.

［5］辛耀中，米为民，蒋国栋，等.基于CIM／E的电网调度中心应用模型信息共享方案［J］.电力系统自动化，2013，37（8）：1-5.

［6］郑延海，杨胜春，姚建国，等.区域电网联合反事故演习的实现方案［J］.电力系统自动化，2005，29（11）：77-81.

［7］董昱，庄伟，陶洪铸，等.电力系统大规模联合反事故演习的组织实施［J］.电网技术，2007，31（2）：1-4.

［8］魏文辉，石俊杰，高平，等.国家电力调度通信中心调度员培训模拟系统［J］.电网技术，2008，32（6）：19-26.

［9］刘涛，米为民，陈郑平，等.适用于大运行体系的电网模型一体化共享方案［J］.电力系统自动化，2015，39（1）：36-41.

The Interconnected DTS of Shandong Power Grid Based on Distributed Collaborative Simulation

SUN Qizhen，MA Qiang，LEI Ming，LIU Jun， LIAO Dapeng
（Shandong Electric Power Dispatching and Control Center，Jinan 250001，China）

With the development of ultra-high voltage （UHV） power grid，the structure and main function module of the interconnected dispatcher training system （DTS） based on distributed collaborative simulation are introduced in order to improve the coordination capacity of anti-accident exercises of the three-level dispatching and control center，also to promote the calculation accuracy of DTS.The interconnected DTS significantly helps to improve the analysis ability of power grid dispatcher in serious fault conditions.The simulation results show the practicability of the system.

DTS；distributed collaborative simulation；anti-accident exercises

TM732；TM727

A

1007－9904（2017）12－0033－04

2017-06-15

孙其振（1985），男，工程师，从事电网调度运行与分析工作；

马 强（1984），男，工程师，从事电网调度运行与分析工作；

雷 鸣（1974），男，工程师，从事电网调度运行、分析与管理工作；

刘 军（1969），男，工程师，从事电网调度运行、分析与管理工作；

廖大鹏（1974），男，工程师，从事电网调度运行、分析与管理工作。