DTS系统在电力调度仿真培训中的应用

于宏芳 胡日成 袁滨 张忠梅 陈士强

摘 要：电网调度人员的经验和业务水平以及处理紧急事故的能力，对现代电网的安全稳定运行至关重要，设置调度员培训模拟系统，简称DTS系统。对调度员进行培训，对提高调度人员的业务水平具有重要作用。因此，本文深入分析了DTS系统在电力调度仿真培训中的应用。

关键词：DTS系统;电力调度;仿真培训;应用

1 电网DTS的构成分析

1.1 硬件结构

电网DTS系统采用开放式系统结构形式，它作为电网SCADA/EMS系统的一个网络站点，由基于RISC技术的一台DECALPHAXP1000工作站和一台DECALPHADS20服务器构成其硬件平台，采用局域网连接[1]。ALPHA工作站作为学员台主机，运行SCADA/EMS仿真子系统，培训环境与SCADA实际运行情况一致;ALPHA服务器作为教员台主机，运行电网仿真子系统和教员控制子系统。虚线部分是DTS系统与实际SCADA/EMS系统的数据接口，DTS系统可以通过该接口取得SCADA/EMS的系统结构参数和实时数据供培训或分析使用。投影仪充当模拟盘。投影仪既可显示学员台的画面，也可显示教员台的画面。DTS自成一个网段，与实时SCADA/EMS通过网络Switch相联，这样既可保证DTS的运行不增加实际SCADA/EMS系统的网络负担，又使DTS与其有可靠的联系。

1.2 软件结构

电网引进一套电力系统SCADA/EMS系统，该系统具有丰富、友好的调度员监控人机界面。考虑到DTS中控制中心模型与实际操作环境的一致性要求，DTS作为EMS系统的一个子系统，力求与EMS系统运行在同一个平台上。同一平台体现在以下三个方面：3）DTS与EMS共用同一个数据库管理系统;2）DTS与EMS共用同一个画面管理系统;3）DTS与EMS共用同一个网络通讯管理系统。因此DTS系统采用与SCADA/EMS系统相同的支撑环境，即DTS系统采用DigitalUNIX操作系统、大型Oracle关系式数据管理系统、TCP/IP网络通信协议等标准软件构成其软件平台，用ANSIC编程语言和XWINDOW/MOTIF开发用户人机界面，使整个系统具有较高的扩展性和开放性。

2 DTS系统功能分析

针对电网的特点，从培训的角度看，整个仿真培训系统的主要功能有：

2.1 运行操作仿真培训

第一，正常操作模拟培训，用于培训学员正确进行实际操作的能力。第二，事故仿真及处理培训，设置和模拟一些故障，对学员进行事故、故障处理培训。第三，操作过程监视培训，配合学员的操作，显示运行参数、状态信息和设备的动作情况和动态变化过程。

2.2 故障的设置

模拟各种故障时间的输入，教员可以根据需要选择下列故障要素：故障起始时间、故障点、故障的持续时间、故障类型、故障点接地阻抗。

2.3 误操作的模拟

对于带负荷拉刀闸、带負荷合刀闸、用刀闸充空载线路或变压器、带空载线路或变压器拉刀闸、带电压合地刀、带地刀合开关、强送至永久故障上等基本操作均可自动生成相应的故障事件。

2.4 继电保护和自动装置动作的模拟

故障时继电保护及自动装置模型将自动显示其动作情况，同时通过跳开相应的元件开关去影响PSM。

2.5 开关或保护误、拒动模拟

可模拟任一开关或保护的拒动、误动。开关的拒动，可以模拟一级及多级的拒动行为。

2.6 查询、监视功能

可查询电网全网、公司（省）、地区、厂站、线路、发电机、负荷、开关等元件中的有关信息;具备SCADA所具有的各种监视画面，可监视相关的各电气量及越限信息。

2.7 培训过程控制

可进行暂停、恢复、快照、恢复初态、恢复事故前的状态、重放等。

2.8 教案制作

可把具有教育或培训价值的连续事件过程（包括初始状态的建立、故障事件的设置、复原操作或一些典型的标准操作等）存作教案以供反复调用。

2.9 培训评估

可根据学员操作行为给出评估，同时对误操作、继电保护、自动装置的动作信息、学员操作行为造成越限的情况给出相应的信息，并打印出评估报表。

3 仿真系统设计与实现

3.1 制订设计方案

1）选用与SCADA/EMS环境一致且有生命力和发展潜力的硬件设备，维修和技术支持方便。2）采用开放式结构和标准，技术先进的支持系统;软件设计采用模块化结构。模块化的DTS软件可保证在学员台变动的前提下，DTS其他的部分变动最少。按各模块的作用，将整个系统软件分为支持软件和功能软件两大类。DTS系统软件的3个功能模块，即控制中心仿真模块CCM、仿真培训支持功能模块TSF和电力系统仿真模块PSM，在数据库管理系统、图形编辑管理系统、网络通信管理系统等的支持下，形成一个有机的整体，构成DTS相对独立的一个系统[2]。

3.2 建立仿真系统模型

实现仿真模拟培训，关键是建立反映系统内在运动规律和外在表现形式的仿真模型，河南DTS仿真建模内容包括：

1）数值仿真模型，包括电力系统元器件模型：确定支路、发电机、变压器、开关刀闸及负荷模型的表示与描述;确定相应的数据结构;相关数据录入及处理。2）电力系统稳态模型：由网络拓扑模块搜索系统中各节点的连通情况，确定子系统情况及潮流分布，计算各支路潮流值，并作相应的限值检查。3）电力系统动态模型：确定发电机模型、励磁系统模型、原动机及调速系统模型、负荷模型、序网络模型、复杂故障计算模型。4）自动装置和继电保护模型：低频减载模型、各种自动装置、各种继电保护模型及程序模拟。动态在线模型：暂态稳定计算、中长期动态过程计算。

3.3 实现DTS与EMS一体化

DTS与EMS一体化可以共享信息资源，减少系统的维护量，主要体现在以下几个方面：1）DTS可以共享EMS的网络库和网络参数;2）DTS可以共享SCADA的厂站图、系统图;3）DTS可以直接利用状态估计的结果。河南DTS可以共享EMS的网络数据库和网络参数，使DTS数据库可与在线数据库同步维护;共享SCADA/EMS的厂站图、系统图，实现数据文件与图形格式的转换;取SCADA/EMS在线系统的数据作为培训的初始条件，可以使DTS的培训更具现实意义，同时也可大大减少教员建立初始条件的工作量。

3.4 数据和信息的组织与管理

培训系统的数据和信息存贮于系统Oracle数据库和实时内存数据库，模块间数据和信息的传递主要采用动态数据交换技术实现，由主控程序组织、管理和控制。主控程序模块与仿真监控界面和系统内存数据库的信息流是双向的。设计中利用UNIX中进程间通讯（IPC）的功能，采用Client/Server模式，用主控程序作为服务器，将应用软件和内存数据库作为客户程序，在模块间建立热链接关系，实现数据和信息的动态交换与连接。

4 结束语

本文针对电网的要求和新的SCADA/EMS环境，提出了一个适合本网特点的功能要求，并就DTS实用化方面，讨论了新一代DTS的具体设计和真正做到实用化的关键途径，为培训调度人员提供了有效的工具。

参考文献

[1]孙宏斌，吴文传，张伯明电网调度员培训仿真系统的新特征和概念扩展，电力系统自动化，2018，29（7）：6-10.

[2]张慎明，姚建国调度员培训仿真系统的现状和发展趋势电网技术，2017，26（7）：60-66.