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摘要：调控一体化仿真培训系统（DTS）和变电站仿真培训系统（OTS）已在各电力培训中心、职业学校得到广泛应用，基于分布式仿真技术在调控一体化仿真系统的应用可以充分发挥两系统的功能，有效提高仿真培训系统的互动性、真实性和系统性，提升演练的效果。
关键词：调控一体化仿真培训系统；变电站仿真技术；演习观摩
作者简介：李世倩（1971-），男，湖南邵东人，江苏省电力公司生产技能培训中心，高级讲师，高级技师；陶红鑫（1973-），女，江苏如皋人，江苏省电力公司生产技能培训中心，高级讲师，技师。（江苏 苏州 215004）
中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）17-0215-02
电网是一个国家的战略基础设施。电网运行是否安全稳定、电能质量的高低直接影响着社会稳定和经济发展。然而电力系统越来越复杂，安全生产、经济运行的要求在不断提高，临时慌乱作出错误判断和不当处理是事故扩大的主要原因。电力调度员的职业技能与电网稳定运行息息相关，迫切需要通过培训提升运行人员事故分析、处理的能力。广泛开展联合反事故演习是保证整个电网安全、可靠、稳定的最佳培训途径。
电网调度员培训仿真系统已成为现代电网调度自动化应用技术的重要组成部分。随着调控一体化运行管理模式的推广，调控一体化培训系统（Dispatching and control integration Training System，DTS）的需求变得越来越迫切。
一、DTS及OTS系统简介
DTS与实际系统环境一致，其中的SCADA/EMS仿真系统可以模拟在线SCADA/EMS所有的功能，包括监控系统和在线应用软件，具有相同的显示、相同的人机界面、实现相同的控制和操作，实现各级电网调度人员的系统性培训，使调度员在与实际控制中心基本相同的调度环境中熟悉掌握能量管理系统的各项功能，以提高其在电网的正常、事故和恢复等情况下的调度决策能力。DTS的基本应用主要在于：电网调度员基本技能、常规操作、紧急控制与事故处理、系统恢复操作训练、电力系统物理特性的学习等。
DTS系统的主要特点在于模拟电网的拓扑信息，尽可能真实地反映实际电网的运行状况，一般读取SCADA/EMS系统的信息，获取实时潮流数据等。信息主要体现电网结构的完整性和运行状态的实时性，对于系统的模拟主要以静态稳定分析为主。DTS系统基本侧重于描述电网一次部分的状态变化情况，但电网事故往往伴随着保护对于故障事件的响应，而保护装置的正确动作与否又会直接影响到电网事故的最终状态。因此，有时会在DTS系统的功能增加保护动作行为的信息，如以保护动作逻辑或保护定值判断构成DTS系统中的保护仿真功能。但由于保护动作行为比较复杂，DTS系统中的保护仿真功能一般比较难以取得实际效果。
电站仿真系统（OTS）是以变电站的一、二次系统和监控系统为对象进行模拟，实现现场全范围模拟，其主接线、二次回路图以及控制、保护动作逻辑、事故信号、异常告警信号、继电保护及自动装置动作信号等均与真实系统一致，可以进行变电站的日常全部操作、各种事故分析与处理的培训。
电网调度运行培训和设备运行集控培训分开的模式，两者未能有效融合，不能自动、正确地反映操作和故障给各方造成的影响，无法取得良好的联合反事故培训效果。在调控一体化培训模式下，调控人员需要全面了解设备结构、原理、性能、技术参数，熟悉设备运行、维护、倒闸操作方法和注意事项，同时急需接受电网和设备监控、电网操作、电网调整等多方面的培训。
二、分布式仿真技术在调控一体化仿真系统应用的设计思想
本文所论述的分布式仿真技术在调控一体化仿真系统的应用是根据DTS系统模拟计算的特征，每个变电站仿真系统经过升级改造为一个相对独立的子模块，把改造好的电网内若干变电站仿真系统按照分布式的模块添加至DTS系统中，可以选择部分或全部变电站仿真系统按照一定的顺序逐个运算。分布式变电站仿真培训系统在DTS系统中模拟实际变电站的二次控制、保护及信号回路等。DTS系统中分布式变电站仿真系统可以模拟不同地理位置上的变电站，创建一个详尽逼真而复杂的虚拟环境，进行有效的反事故演练。分布式仿真技术应用在调控一体化仿真系统时应遵循以下原则：
1.分布/集中相结合
为了减少冗余、节省资源，实际变电站的二次控制、保护及信号回路仿真采用分布式仿真计算；为了保证电网计算的精度，电网潮流计算模式采用原有的集中计算模式。
2.双重化配备二次设备仿真
每次参演的单位不尽相同，导演在演习时会把参演单位所对应的变电站仿真系统添加到调控一体化仿真系统中运算，而已经选择的变电站对侧厂站仿真系统没被加到调控一体化仿真系统中。为了保证DTS系统二次的仿真模拟与现场高度一致，每套分布式变电站中线路对侧的开关保护控制回路及线路对侧的保护均在本站建立仿真模型。这些仿真模型在本站参加演习而对侧站没参加演习时运算，当对侧站参加演习时退出运算，而由对侧变电站仿真系统的模型进行模拟。
3.对象/事件结构
对象之间通过一系列的事件产生交互作用，通过共享内存或数据库进行交互。
4.仿真接点的受控性
在DTS系统中所有分布式仿真系统受控于导演控制台。导演可以根据每次参加演习的单位而选取相应变电站及其相邻变电站的仿真系统。其他变电站仿真系统则脱离仿真运算环境，不会影响其他接点的演习功能。
5.传递实时信息
各仿真系统实时交互变化状态。
6.仅传递状态变化信息
仅传递状态变化信息，以减少不必要的数据传输和通信处理任务。
7.采用预估算法和仿真时间约束
采用预估算法和仿真时间约束，以降低网络传输的负荷。 对于不参加演习厂站的仿真系统，分布式变电站仿真技术可有选择地退出其运算，减少大量冗余的站点，充分利用计算机资源，以高性能的工作站作为DTS系统运算服务器。分布式变电站仿真系统可运行在DTS系统服务器上，或运行在一台单独的高性能的工作站上，其可以与DTS系统服务器数据库进行数据交互，因此可以认为整个仿真器都运行在单机上，如图1所示。
DTS系统服务器负责计算每个仿真周期里的电压、有功、无功、频率等所有潮流参数，分布式仿真系统负责计算电网一、二次设备的变化量、保护动作量及信号量等，并把计算出的各个类型的数据通过内存或数据库方式发送给DTS系统、教练员台和学员台。整个仿真器运行时可以减少大量冗余数据，也减少了网络负荷压力。
三、系统模型软件的构架
系统模型软件分为拓扑分析、故障分析、控制回路及保护逻辑等几大部分，当然还包括一些监视、操作等接口部分。通过图2和图3可以清晰地看出模型软件的构架及大部分的相互关系：
分布式仿真技术应用在调控一体化系统中以后，系统由拓扑、潮流计算、故障分析、保护逻辑构成：电力系统元件模型、网络拓扑模型、负荷分配、调整模型、潮流计算模型、故障计算模型、继电保护模型、自动装置模型。
保护逻辑是根据现场提供二次图纸、保护整定书、保护装配说明书等编制的逻辑。它决定着开关等一次设备的正确动作与否，将涉及到保护的启动、保护的投切、保护整定区的切换等各项功能。
四、系统总体概述
系统由设在电网调度DTS系统、若干厂站OTS厂站子系统、演习控制台及构成信息交互的调度数据网络组成；其中调度的DTS系统机房需要配置一台演习系统仿真服务器负责实现分布式变电站仿真系统的运算功能。
1.系统仿真服务器介绍
仿真服务器主要负责整个电网二次设备的模拟计算，其功能有：与调度端DTS系统的数据交换功能、电网二次设备的详细模拟计算和控制命令的设置功能等，保证DTS和OTS厂站子系统及地调DTS系统设备初始状态一致，作为事故演练或培训的边界条件和状态判断依据；在进行电网与变电站联合反事故演习过程中，主要负责从DTS系统中获取电网状态信息或下达反事故演习或培训时的各种故障或异常命令，通过OTS厂站子系统相关潮流、保护等模型程序的运算将OTS厂站内开关变位及站内其他需要上传的信息上传到调度端DTS实时数据库；同时把相应的变位信息转发至演习观摩平台及区域内其他OTS厂站子系统。借助电力调度数据网及仿真服务器实现了变电站仿真系统调度DTS系统的一体化应用，加强了反事故演习的真实性和系统性。
2.变电站仿真系统介绍
变电站全范围仿真系统实时仿真相应厂站站一、二次设备的全范围仿真，仿真该站的各种正常操作、异常、故障和事故情况，能正确反映各设备的基本物理规律和现象。变电站运行人员可以进行监视培训与各种事故分析处理的培训。当参加演习的变电站运行人员接到调度的命令后，利用变电站仿真系统遥控操作，操作设备变位的信息会自动上传到DTS系统。DTS系统根据事故后的开关状态重新计算潮流数据，并下发到相应的变电站仿真系统。
3.观摩平台介绍
演习观摩平台系统（GIS）将地理信息系统和输电线路数据有机结合，能形象地在地图上标出电力线路走向、变电所位置、线路潮流方向、当前有功功率及热稳定值等。演习观摩人员可以通过放大、缩小、移动地图来查看所需的信息，实时显示演习事故发生的地点及事故详细情况、潮流、电网运行状态和演习进展情况等信息，直观展示演习过程，为观摩人员提供更多实时详细的信息。
五、系统功能
分布式仿真技术在调控一体化仿真系统的应用为调度人员提供直观方便的反事故演习控制平台。通过应用可以进行数据信息共享，变电站仿真系统可以自动得到DTS的潮流工况。当变电站仿真系统模拟事件（故障）发生导致开关动作，其变位信息会自动上传到DTS系统。DTS系统根据事故后的开关状态重新计算潮流数据，并下传到相应的变电站仿真系统，从而达到全电网联合仿真的目的。
分布式仿真技术在调控一体化仿真系统的应用可以方便灵活地设置或删除各种故障和异常，系统可以实现如下功能：
各个变电站仿真系统之间、各个变电站仿真系统与调度DTS系统及演习观摩平台间的数据可实时交互，变电站（电厂）参加演习的人员根据开关动作跳闸情况及信息简报进行故障分析、汇报。调度员则根据汇报内容及全网潮流情况进行处理，联合反事故演习系统的演练即达到预期的效果。
在以往的反事故演习过程中，领导们在观摩室里不能实时了解反事故演习的具体进展情况，对反事故演习的评价与总结也会受到一定影响，间接影响到演习工作中的指导性作用。通过反事故演习系统领导们能实时了解反事故演习过程，作出更加中肯的评价与总结，提出更加宝贵的指导意见，提高了反事故演习的效果。
在演习过程中，系统自动记录演习过程的数据，以便更多的调度员可以对整个演习过程进行分析、研究，从中学到丰富的事故处理经验，提升整体调度员的生产管理经验。
六、结束语
分布式仿真技术在调控一体化仿真系统的应用可以把变电站现场一、二次系统的仿真运算集中到调度员仿真培训系统服务器中，不仅可以精确计算电网的潮流，而且也对电网二次的保护、控制信号回路等进行详细模拟。开展电网调度员与变电站运行人员的联合演练，现场气氛逼真、参加演练人员的互动性大大加强，各级调度员及变电站运行人员在几乎接近现实环境的仿真系统中演练，训练人员在系统事故发生时模拟如何正确、迅速处理事故并尽快恢复电网正常运行，进一步提高事故处理过程中的整体协调能力，效果更显著。
把分布式仿真技术应用在调控一体化仿真系统DTS中实现了电网数字仿真和实际变电站仿真系统的有机结合，进一步提高仿真培训系统演练的真实性和逼真度，也体现了“大运行”体系建设后调控一体化的运行模式，可以检验学员对“大运行”体系的认识，提升事故演练的真实性及培训效果。
参考文献：
[1]高翔，邵开宏，赵瑞娜.电网与变电站联合仿真培训系统应用探讨[J].华东电力，2006，34（6）：16-20.
[2]杨凡，丰卫平.GIS在输电系统中的应用[J].云南电力技术，2004，（1）：33-34.
[3]王心丰，薛巍，魏文辉，等.我国调度员培训模拟系统发展与展望[J].中国电力，2000，（5）：66-69.
关键词：调控一体化仿真培训系统；变电站仿真技术；演习观摩
作者简介：李世倩（1971-），男，湖南邵东人，江苏省电力公司生产技能培训中心，高级讲师，高级技师；陶红鑫（1973-），女，江苏如皋人，江苏省电力公司生产技能培训中心，高级讲师，技师。（江苏 苏州 215004）
中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）17-0215-02
电网是一个国家的战略基础设施。电网运行是否安全稳定、电能质量的高低直接影响着社会稳定和经济发展。然而电力系统越来越复杂，安全生产、经济运行的要求在不断提高，临时慌乱作出错误判断和不当处理是事故扩大的主要原因。电力调度员的职业技能与电网稳定运行息息相关，迫切需要通过培训提升运行人员事故分析、处理的能力。广泛开展联合反事故演习是保证整个电网安全、可靠、稳定的最佳培训途径。
电网调度员培训仿真系统已成为现代电网调度自动化应用技术的重要组成部分。随着调控一体化运行管理模式的推广，调控一体化培训系统（Dispatching and control integration Training System，DTS）的需求变得越来越迫切。
一、DTS及OTS系统简介
DTS与实际系统环境一致，其中的SCADA/EMS仿真系统可以模拟在线SCADA/EMS所有的功能，包括监控系统和在线应用软件，具有相同的显示、相同的人机界面、实现相同的控制和操作，实现各级电网调度人员的系统性培训，使调度员在与实际控制中心基本相同的调度环境中熟悉掌握能量管理系统的各项功能，以提高其在电网的正常、事故和恢复等情况下的调度决策能力。DTS的基本应用主要在于：电网调度员基本技能、常规操作、紧急控制与事故处理、系统恢复操作训练、电力系统物理特性的学习等。
DTS系统的主要特点在于模拟电网的拓扑信息，尽可能真实地反映实际电网的运行状况，一般读取SCADA/EMS系统的信息，获取实时潮流数据等。信息主要体现电网结构的完整性和运行状态的实时性，对于系统的模拟主要以静态稳定分析为主。DTS系统基本侧重于描述电网一次部分的状态变化情况，但电网事故往往伴随着保护对于故障事件的响应，而保护装置的正确动作与否又会直接影响到电网事故的最终状态。因此，有时会在DTS系统的功能增加保护动作行为的信息，如以保护动作逻辑或保护定值判断构成DTS系统中的保护仿真功能。但由于保护动作行为比较复杂，DTS系统中的保护仿真功能一般比较难以取得实际效果。
电站仿真系统（OTS）是以变电站的一、二次系统和监控系统为对象进行模拟，实现现场全范围模拟，其主接线、二次回路图以及控制、保护动作逻辑、事故信号、异常告警信号、继电保护及自动装置动作信号等均与真实系统一致，可以进行变电站的日常全部操作、各种事故分析与处理的培训。
电网调度运行培训和设备运行集控培训分开的模式，两者未能有效融合，不能自动、正确地反映操作和故障给各方造成的影响，无法取得良好的联合反事故培训效果。在调控一体化培训模式下，调控人员需要全面了解设备结构、原理、性能、技术参数，熟悉设备运行、维护、倒闸操作方法和注意事项，同时急需接受电网和设备监控、电网操作、电网调整等多方面的培训。
二、分布式仿真技术在调控一体化仿真系统应用的设计思想
本文所论述的分布式仿真技术在调控一体化仿真系统的应用是根据DTS系统模拟计算的特征，每个变电站仿真系统经过升级改造为一个相对独立的子模块，把改造好的电网内若干变电站仿真系统按照分布式的模块添加至DTS系统中，可以选择部分或全部变电站仿真系统按照一定的顺序逐个运算。分布式变电站仿真培训系统在DTS系统中模拟实际变电站的二次控制、保护及信号回路等。DTS系统中分布式变电站仿真系统可以模拟不同地理位置上的变电站，创建一个详尽逼真而复杂的虚拟环境，进行有效的反事故演练。分布式仿真技术应用在调控一体化仿真系统时应遵循以下原则：
1.分布/集中相结合
为了减少冗余、节省资源，实际变电站的二次控制、保护及信号回路仿真采用分布式仿真计算；为了保证电网计算的精度，电网潮流计算模式采用原有的集中计算模式。
2.双重化配备二次设备仿真
每次参演的单位不尽相同，导演在演习时会把参演单位所对应的变电站仿真系统添加到调控一体化仿真系统中运算，而已经选择的变电站对侧厂站仿真系统没被加到调控一体化仿真系统中。为了保证DTS系统二次的仿真模拟与现场高度一致，每套分布式变电站中线路对侧的开关保护控制回路及线路对侧的保护均在本站建立仿真模型。这些仿真模型在本站参加演习而对侧站没参加演习时运算，当对侧站参加演习时退出运算，而由对侧变电站仿真系统的模型进行模拟。
3.对象/事件结构
对象之间通过一系列的事件产生交互作用，通过共享内存或数据库进行交互。
4.仿真接点的受控性
在DTS系统中所有分布式仿真系统受控于导演控制台。导演可以根据每次参加演习的单位而选取相应变电站及其相邻变电站的仿真系统。其他变电站仿真系统则脱离仿真运算环境，不会影响其他接点的演习功能。
5.传递实时信息
各仿真系统实时交互变化状态。
6.仅传递状态变化信息
仅传递状态变化信息，以减少不必要的数据传输和通信处理任务。
7.采用预估算法和仿真时间约束
采用预估算法和仿真时间约束，以降低网络传输的负荷。 对于不参加演习厂站的仿真系统，分布式变电站仿真技术可有选择地退出其运算，减少大量冗余的站点，充分利用计算机资源，以高性能的工作站作为DTS系统运算服务器。分布式变电站仿真系统可运行在DTS系统服务器上，或运行在一台单独的高性能的工作站上，其可以与DTS系统服务器数据库进行数据交互，因此可以认为整个仿真器都运行在单机上，如图1所示。
DTS系统服务器负责计算每个仿真周期里的电压、有功、无功、频率等所有潮流参数，分布式仿真系统负责计算电网一、二次设备的变化量、保护动作量及信号量等，并把计算出的各个类型的数据通过内存或数据库方式发送给DTS系统、教练员台和学员台。整个仿真器运行时可以减少大量冗余数据，也减少了网络负荷压力。
三、系统模型软件的构架
系统模型软件分为拓扑分析、故障分析、控制回路及保护逻辑等几大部分，当然还包括一些监视、操作等接口部分。通过图2和图3可以清晰地看出模型软件的构架及大部分的相互关系：
分布式仿真技术应用在调控一体化系统中以后，系统由拓扑、潮流计算、故障分析、保护逻辑构成：电力系统元件模型、网络拓扑模型、负荷分配、调整模型、潮流计算模型、故障计算模型、继电保护模型、自动装置模型。
保护逻辑是根据现场提供二次图纸、保护整定书、保护装配说明书等编制的逻辑。它决定着开关等一次设备的正确动作与否，将涉及到保护的启动、保护的投切、保护整定区的切换等各项功能。
四、系统总体概述
系统由设在电网调度DTS系统、若干厂站OTS厂站子系统、演习控制台及构成信息交互的调度数据网络组成；其中调度的DTS系统机房需要配置一台演习系统仿真服务器负责实现分布式变电站仿真系统的运算功能。
1.系统仿真服务器介绍
仿真服务器主要负责整个电网二次设备的模拟计算，其功能有：与调度端DTS系统的数据交换功能、电网二次设备的详细模拟计算和控制命令的设置功能等，保证DTS和OTS厂站子系统及地调DTS系统设备初始状态一致，作为事故演练或培训的边界条件和状态判断依据；在进行电网与变电站联合反事故演习过程中，主要负责从DTS系统中获取电网状态信息或下达反事故演习或培训时的各种故障或异常命令，通过OTS厂站子系统相关潮流、保护等模型程序的运算将OTS厂站内开关变位及站内其他需要上传的信息上传到调度端DTS实时数据库；同时把相应的变位信息转发至演习观摩平台及区域内其他OTS厂站子系统。借助电力调度数据网及仿真服务器实现了变电站仿真系统调度DTS系统的一体化应用，加强了反事故演习的真实性和系统性。
2.变电站仿真系统介绍
变电站全范围仿真系统实时仿真相应厂站站一、二次设备的全范围仿真，仿真该站的各种正常操作、异常、故障和事故情况，能正确反映各设备的基本物理规律和现象。变电站运行人员可以进行监视培训与各种事故分析处理的培训。当参加演习的变电站运行人员接到调度的命令后，利用变电站仿真系统遥控操作，操作设备变位的信息会自动上传到DTS系统。DTS系统根据事故后的开关状态重新计算潮流数据，并下发到相应的变电站仿真系统。
3.观摩平台介绍
演习观摩平台系统（GIS）将地理信息系统和输电线路数据有机结合，能形象地在地图上标出电力线路走向、变电所位置、线路潮流方向、当前有功功率及热稳定值等。演习观摩人员可以通过放大、缩小、移动地图来查看所需的信息，实时显示演习事故发生的地点及事故详细情况、潮流、电网运行状态和演习进展情况等信息，直观展示演习过程，为观摩人员提供更多实时详细的信息。
五、系统功能
分布式仿真技术在调控一体化仿真系统的应用为调度人员提供直观方便的反事故演习控制平台。通过应用可以进行数据信息共享，变电站仿真系统可以自动得到DTS的潮流工况。当变电站仿真系统模拟事件（故障）发生导致开关动作，其变位信息会自动上传到DTS系统。DTS系统根据事故后的开关状态重新计算潮流数据，并下传到相应的变电站仿真系统，从而达到全电网联合仿真的目的。
分布式仿真技术在调控一体化仿真系统的应用可以方便灵活地设置或删除各种故障和异常，系统可以实现如下功能：
各个变电站仿真系统之间、各个变电站仿真系统与调度DTS系统及演习观摩平台间的数据可实时交互，变电站（电厂）参加演习的人员根据开关动作跳闸情况及信息简报进行故障分析、汇报。调度员则根据汇报内容及全网潮流情况进行处理，联合反事故演习系统的演练即达到预期的效果。
在以往的反事故演习过程中，领导们在观摩室里不能实时了解反事故演习的具体进展情况，对反事故演习的评价与总结也会受到一定影响，间接影响到演习工作中的指导性作用。通过反事故演习系统领导们能实时了解反事故演习过程，作出更加中肯的评价与总结，提出更加宝贵的指导意见，提高了反事故演习的效果。
在演习过程中，系统自动记录演习过程的数据，以便更多的调度员可以对整个演习过程进行分析、研究，从中学到丰富的事故处理经验，提升整体调度员的生产管理经验。
六、结束语
分布式仿真技术在调控一体化仿真系统的应用可以把变电站现场一、二次系统的仿真运算集中到调度员仿真培训系统服务器中，不仅可以精确计算电网的潮流，而且也对电网二次的保护、控制信号回路等进行详细模拟。开展电网调度员与变电站运行人员的联合演练，现场气氛逼真、参加演练人员的互动性大大加强，各级调度员及变电站运行人员在几乎接近现实环境的仿真系统中演练，训练人员在系统事故发生时模拟如何正确、迅速处理事故并尽快恢复电网正常运行，进一步提高事故处理过程中的整体协调能力，效果更显著。
把分布式仿真技术应用在调控一体化仿真系统DTS中实现了电网数字仿真和实际变电站仿真系统的有机结合，进一步提高仿真培训系统演练的真实性和逼真度，也体现了“大运行”体系建设后调控一体化的运行模式，可以检验学员对“大运行”体系的认识，提升事故演练的真实性及培训效果。
参考文献：
[1]高翔，邵开宏，赵瑞娜.电网与变电站联合仿真培训系统应用探讨[J].华东电力，2006，34（6）：16-20.
[2]杨凡，丰卫平.GIS在输电系统中的应用[J].云南电力技术，2004，（1）：33-34.
[3]王心丰，薛巍，魏文辉，等.我国调度员培训模拟系统发展与展望[J].中国电力，2000，（5）：66-69.