ch11調(diào)度員培訓(xùn)仿真

1、第11章 電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)一、dts的基本概念 培養(yǎng)一支訓(xùn)練有素、經(jīng)驗豐富的調(diào)度運行隊伍對電力系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要，由于電網(wǎng)大面積停電的概率極小，經(jīng)驗和知識的獲得和更新只能來自培訓(xùn)，傳統(tǒng)的培訓(xùn)方式有跟班學(xué)習(xí)、課堂式的反事故演習(xí)、事故處理經(jīng)驗總結(jié)等。這些方法沒有實戰(zhàn)感，效果差。在實際事故中調(diào)度員仍會束手無策，不知如何應(yīng)付。間題的關(guān)鍵就是沒有機會在電網(wǎng)多次異常和事故中磨練，積累處理間題的知識、經(jīng)驗和心理素質(zhì)?；囟鴇ts就應(yīng)運而生并得到快速發(fā)展。 調(diào)度員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)（dispatcher training simulator，簡稱dts）是一個計算機系統(tǒng)，它按被仿真的實際電力系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，

2、模擬各種調(diào)度操作和故障后的系統(tǒng)工況，并將這些信息送到電力系統(tǒng)控制中心的模型內(nèi)，為調(diào)度員提供一個逼真的培訓(xùn)環(huán)境，以達(dá)到既不影響實際電力系統(tǒng)的運行而又培訓(xùn)調(diào)度運行人員的目的。二、dts的組成 dts通常由3個部分組成：電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)、scadaems仿真子系統(tǒng)和教員監(jiān)控子系統(tǒng)。1、電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)(power system model psm) 電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)模擬電網(wǎng)在正常和緊急狀態(tài)下的靜態(tài)或動態(tài)過程，尤其是逼真地模擬電網(wǎng)的靜態(tài)和長期動態(tài)行為，準(zhǔn)實時模擬電網(wǎng)的暫態(tài)和中期動態(tài)過程，并可詳細(xì)模擬系統(tǒng)內(nèi)的繼電保護和安全自動裝置。還可模擬繼電保護和安全自動裝置的拒動和誤動。仿真規(guī)模可包括網(wǎng)內(nèi)所有500 kv

3、，220 kv網(wǎng)架及重要的 110 kv，35 kv線路和必需的電力設(shè)備。2、scadaems仿真子系統(tǒng)(control center model ccm) 為了達(dá)到逼真的效果，scada/ems仿真子系統(tǒng)（學(xué)員臺）應(yīng)模擬在線系統(tǒng) scada/ems的所有功能，并盡可能做到一致，包括它的監(jiān)控系統(tǒng)和在線應(yīng)用軟件，能實現(xiàn)相同的操作、控制和功能，而且具有與實際調(diào)度中心相同的各種在線應(yīng)用軟件。3、教員監(jiān)控子系統(tǒng)(instructor system)教員監(jiān)控子系統(tǒng)（簡稱教員臺）應(yīng)有靈活的培訓(xùn)支持功能，教員可靈活設(shè)置各種事件，編制各種教案，并且有足夠的教案可進行演示和培訓(xùn)，可很方便地建立培訓(xùn)的初始條件。培

4、訓(xùn)時教員還可以很方便地設(shè)置、修改、刪除和插入各種事件，執(zhí)行學(xué)員下達(dá)的各種調(diào)度命令，控制和監(jiān)視培訓(xùn)進程，同時提供畫面修改方式和菜單提示操作方式，并具有暫停、恢復(fù)、快照吩人工和自動）、快放、倒回重放和慢速演示等功能，使得教員臺的操作靈活、方便。三、dts的功能要求（一）電力系統(tǒng)仿真1、穩(wěn)態(tài)仿真 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)仿真又稱靜態(tài)仿真，它把發(fā)電機看成是無機電動態(tài)變化過程但可靜態(tài)變化的電源，也就是計算電力系統(tǒng)在擾動引起的動態(tài)變化過程平息后的運行狀態(tài)，和動態(tài)仿真相比，穩(wěn)態(tài)仿真所用模型簡單，模型參數(shù)也少，而且容易確定，因此仿真計算結(jié)果易于和電力系統(tǒng)實際穩(wěn)態(tài)變化情況相符，其初始條件的準(zhǔn)備也要簡單得多，因此應(yīng)提供穩(wěn)態(tài)仿

5、真。穩(wěn)態(tài)仿真應(yīng)主要包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、動態(tài)潮流和頻率計算等軟件。2、動態(tài)全過程仿真(1)動態(tài)全過程仿真的模型 動態(tài)全過程仿真中所采用的主要元件的動態(tài)模型應(yīng)主要包括以下幾類電源模型，包括發(fā)電機、勵磁系統(tǒng)、pss、原動機、調(diào)速系統(tǒng)和鍋爐；負(fù)荷模型；直流輸電系統(tǒng)模型；核電站模型；抽水蓄能電站模型；網(wǎng)絡(luò)模型。(2) 暫態(tài)過程和中長期動態(tài)過程的分段模型 a暫態(tài)過程當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，首先迸入暫態(tài)過程。由于這時系統(tǒng)處于劇烈變化之中，為了詳細(xì)而正確地模擬系統(tǒng)的這種劇烈變化，準(zhǔn)確反映各變量的變化情況，必須采用較小步長。這時，由于每臺發(fā)電機的變化情況各不相同，必須計算每臺發(fā)電機的功角和角速度。在元件模型方面，除應(yīng)選用較

6、力詳細(xì)的發(fā)電機模型外，還需考慮諸如勵磁系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)等時間常數(shù)并不很大的調(diào)節(jié)裝置的動態(tài)特性，而忽略時間常數(shù)較大的調(diào)節(jié)裝置的作用，如鍋爐的調(diào)節(jié)特性。 b中長期動態(tài)過程當(dāng)機組間的搖擺逐漸減小后，即可轉(zhuǎn)入中期動態(tài)過程仿真計算。因此，中期動態(tài)過程是暫態(tài)過程的延續(xù)，相對于暫態(tài)過程仿真而言，由于這一過程是在事件發(fā)生若干秒之后進入的，除了考慮勵磁系統(tǒng)、pss、調(diào)速系統(tǒng)等調(diào)節(jié)裝置外，還需計及具有較大時問常數(shù)的裝置，諸如鍋爐和核反應(yīng)堆的動態(tài)特性。同時，那些時間常數(shù)較小的裝置則可簡化。另外，還必須考慮自動裝置的動作特性。在長期動態(tài)過程中，由于機組間的搖擺已平息，可認(rèn)為全網(wǎng)具有同一頻率。發(fā)電機的功角和角速度由慣性中

7、心決定，不必計算每一臺發(fā)電機的轉(zhuǎn)子運動，只需計算慣性中心的轉(zhuǎn)子運動。(3) 繼電保護和安全自動裝置仿真 故障時繼電保護及自動裝置將自動顯示其動作情況，并伴有音響和閃光信號，同時通過跳開相應(yīng)的元件開關(guān)去影響電力系統(tǒng)模型。繼電保護仿真可選擇邏輯判斷法或定值判別法。仿真的繼電保護應(yīng)涵蓋網(wǎng)內(nèi)的主要保護類型。繼電保護模擬滿足以下要求：l 能實現(xiàn)事先給定、用戶自定義兩種繼電保護建模方法。l 繼電保護模擬采用通用的模型結(jié)構(gòu)，基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想能方便地構(gòu)造新的保護類型，無需編寫專用程序。l 提供大量的繼電保護常規(guī)類型，能直接在系統(tǒng)接線圖上點擊相關(guān)設(shè)備進行配置。l 保護動作模擬提供邏輯判斷和定值比較兩種方法

8、。定值比較法在動態(tài)模型中考慮動態(tài)過程中暫態(tài)電流的衰減和變化。兩種方法能人工選擇、結(jié)合使用，如對定值完備的內(nèi)網(wǎng)部分采用定值比較法，對缺少定值的外網(wǎng)部分采用邏輯判斷法。l 至少能模擬以下各類繼電保護裝置：線路保護包括：高頻、相間距離（3段）、分相差動、接地距離（3段）、零序（4段）、失靈、復(fù)合電壓閉鎖過流、電流速斷 、方向、低壓等。母線及開關(guān)保護包括：母差、充電、失靈、非全相保護，短引線保護。變壓器保護包括：縱差、瓦斯、零序電流（2段）（帶方向或無方向）、過電流（帶方向或無方向）、零序電壓、復(fù)合電壓閉鎖過流、后備保護。發(fā)電機保護包括：失磁、失步、過勵磁、縱差、轉(zhuǎn)子接地、負(fù)序過流、零序過流、過電流、

9、過電壓保護等。電容器、電抗器保護。自動重合閘一次重合后經(jīng)閉鎖時間可自動恢復(fù)，重合不成可給出提示。能模擬繼電保護投停，保護的誤動、拒動，開關(guān)拒動（可采用二級選擇），能設(shè)置保護定值。各種選項均有人機界面可操作。能設(shè)置重合閘方式（單重、三重、綜重、停用可選，檢同期、檢無壓或不檢可選），各種重合閘方式均有操作界面可予選擇。能設(shè)置、查詢繼電保護裝置的運行狀態(tài)，查詢故障動作報告。dts中的各種安全自動裝置模型應(yīng)全面，模型應(yīng)可組裝分解，可根據(jù)用戶要求增減。繼電保護及自動裝置可設(shè)置投運和退出，操作應(yīng)靈活方便。l 自動裝置無需編寫程序，維護工作由圖形化的界面完成。l 自動裝置全部由自定義生成，提供常用自動裝置模

10、板供選用。l 能模擬各種安全自動裝置的正常動作、誤動、拒動、投退、動作后的復(fù)位操作和定值修改等。l 至少能模擬以下安全自動裝置：自動聯(lián)切裝置包括：聯(lián)切機、聯(lián)切負(fù)荷、聯(lián)切設(shè)備。自動解列裝置包括：低頻解列、高頻解列、低壓解列、失步解列、振蕩解列、過載解列。低頻自啟機、低頻切泵、低壓減載、過載聯(lián)動、備用電源自投、同期裝置、低頻減載、高頻切機、大小電流切機、大小電流切負(fù)荷、自動重合閘、高頻自起泵等?？礻P(guān)出力、電氣制動裝置。l 能夠模擬開關(guān)的同期操作。對于裝配同期裝置的開關(guān)，同期時能自動檢驗同期條件；對于沒有同期裝置的開關(guān)，將非同期操作模擬為故障事件，引發(fā)保護動作。(4)故障計算支持用戶設(shè)置故障,支持多

11、重故障、復(fù)合故障設(shè)置, 按照絕對時間、相對時間、立即發(fā)生等情況設(shè)置。故障設(shè)置要素有：故障起始時間。 故障位置：任何網(wǎng)絡(luò)元件的某點（如線路距始端處的百分比值）；二次系統(tǒng)（如保護拒動）；量測環(huán)節(jié)（如遠(yuǎn)動壞數(shù)據(jù)等）。故障持續(xù)時間：瞬間（自動重合成功），延時（自動重合不成功，一次強送成功），長延時（自動重合不成功、一次強送不成功，二次強送成功），永久故障。故障類型包括：短路故障（單相接地、兩相短路、兩相短路接地、三相短路）、斷線故障（一相斷線、二相斷線、三相斷線）、發(fā)電機及變壓器內(nèi)部故障。故障點可直接接地或經(jīng)阻抗接地。能夠模擬電網(wǎng)的違章操作，如：帶負(fù)荷拉/合刀閘、刀閘拉/合空載線路或變壓器、帶電合接地

12、刀閘、帶接地刀閘合開關(guān)、非同期合開關(guān)、誤解列等，誤操作均可自動生成故障事件，并對應(yīng)不同的電力系統(tǒng)模型（穩(wěn)態(tài)、動態(tài)）給出相應(yīng)的模擬結(jié)果。支持非同期并網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)模擬，支持操作指令條件校驗等功能。(5)agc/edc功能仿真agc的工作原理如第9章所述，dts中agc的對象不再是實際的發(fā)電機，而是電力系統(tǒng)模型psm中的發(fā)電機模型。agc/edc功能仿真需要模擬電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電機和負(fù)荷的功率頻率特性，如果涉及聯(lián)合電網(wǎng)的agc，還必須考慮與外網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交換功率的仿真。(6)外網(wǎng)等值除了agc需要考慮與外網(wǎng)的功率交換外，系統(tǒng)頻率計算，故障計算，動態(tài)計算都要求對外網(wǎng)進行等值。等值分靜態(tài)等值和動態(tài)等值。靜態(tài)等值用

13、于穩(wěn)態(tài)分析，簡單地可以將外網(wǎng)作為一個無窮大電源，但誤差較大。也可以采用ward等值。動態(tài)等值用于故障后的動態(tài)過程分析，簡單地可以將外部發(fā)電機等值為1臺或幾臺發(fā)電機，消去外網(wǎng)的大量計算節(jié)點；或者采用同調(diào)等值，先確定同調(diào)機組，同調(diào)的機組合并為1臺等值機。外網(wǎng)等值是仿真中的一個難點，因為對于不同的故障情況，外網(wǎng)的等值參數(shù)會發(fā)生變化，因此必須根據(jù)不同的運行工況確定相應(yīng)的等值參數(shù)，這需要占用計算時間，尤其是同調(diào)等值，確定同調(diào)機組是一個計算量很大的過程。（二）控制中心scada/ems功能仿真 控制中心scadaems功能仿真是dts的一個重要組成部分，可為調(diào)度員創(chuàng)造一個真實的環(huán)境，使調(diào)度員有一個身臨其境

14、的感覺。所實現(xiàn)的仿真功能除了歷史數(shù)據(jù)處理功能外，應(yīng)包括所有的scadaems功能，內(nèi)容主要包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和計算、事件和報警處理、遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)和控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、人機會話等。（三）教員臺 dts教員控制功能由3個部分組成：培訓(xùn)前準(zhǔn)備、培訓(xùn)中操作的控制、培訓(xùn)后處理。 培訓(xùn)前準(zhǔn)備包括建立教案和初始潮流的驗證。培訓(xùn)中操作和控制包括教員對電網(wǎng)的操作、培訓(xùn)過程的控制和對學(xué)員的操作監(jiān)視。培認(rèn)垢的處理包括培訓(xùn)過程的復(fù)映和學(xué)員操作的評估等。具體功能要求如下： a初始方式的建立和管理。 b事件的設(shè)置與管理線路、母線、變壓器、發(fā)電機故障；開關(guān)、繼電保護和安全自動裝置誤動、拒動；rtu故障，量測數(shù)據(jù)污染；電壓互感

15、器（tv）斷線故障；直流輸電故障；中性點不接地系統(tǒng)單相接地；對帶負(fù)荷拉合刀閘、帶地線合開關(guān)、刀閘拉合空載線路、帶地刀合開關(guān)等情況應(yīng)自動按事故處理。 c對電力系統(tǒng)的操作：發(fā)電機組投切； agc的投退；發(fā)電機電壓和出力的調(diào)整；負(fù)荷的投切；負(fù)荷有功、無功的調(diào)整；變壓器投切和分接頭的調(diào)整；線路投切；開關(guān)和刀閘的斷合；補償裝置投切和調(diào)整；區(qū)域出力、區(qū)域負(fù)荷、全廠負(fù)荷和全廠出力的調(diào)節(jié)；同期操作；改變繼電保護和安全自動裝置投退狀態(tài)及定值；掛地線。 d對培訓(xùn)過程控制的操作：暫停培訓(xùn)、恢復(fù)培訓(xùn)、存儲快照、放慢培訓(xùn)過程。 e對學(xué)員操作的監(jiān)視和誤操作的處理：動態(tài)曲線調(diào)顯；更改發(fā)電機轉(zhuǎn)子搖擺角的參考機；培訓(xùn)后的處理有

16、快照處理、培訓(xùn)評估、復(fù)顯動態(tài)曲線。待添加的隱藏文字內(nèi)容2四、dts的硬件配置1、非獨立型 非獨立型的dts與scadaems完全一體化，作為其中的一個功能，可以專門配置一個節(jié)點，也可與其他功能軟件共處于一個節(jié)點。在這種結(jié)構(gòu)中，受訓(xùn)的調(diào)度員可以將備用節(jié)點上的scadaems切換成培訓(xùn)態(tài)，作為scadaems仿真子系統(tǒng)，也可以專門配置一個節(jié)點作為scadaems仿真子系統(tǒng)。優(yōu)點：一方面可以保證 scadaems仿真子系統(tǒng)與實際scadaems的一致性，另一方面可以共用scada/ems的建模功能，所有模型與電網(wǎng)描述只需在ems中建模一次，大大減輕維護工作量。2、獨立型獨立型dts本身是一個完整的產(chǎn)

17、品，自成一個系統(tǒng)，從scada/ems系統(tǒng)獲取實時數(shù)據(jù)建立培訓(xùn)環(huán)境。獨立型dts硬件結(jié)構(gòu)可以有以下2種方式： a三機系統(tǒng)：dts的3個子系統(tǒng)分別放在3臺機上，3臺計算機通過計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)成一體，學(xué)員子系統(tǒng)所在的計算機可以選用與實時系統(tǒng)相同的機型，這樣可以保證學(xué)員子系統(tǒng)精確地模擬實時scadaems。 dts可以通過網(wǎng)絡(luò)與實時系統(tǒng)相聯(lián)，為保證 dts不影響實時系統(tǒng)，dts和 scadaems間可以加網(wǎng)橋隔離或處在不同的網(wǎng)段上。 b兩機系統(tǒng)：電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)及教員和控制子系統(tǒng)共處于一臺機上，其他部分與三機系統(tǒng)相同。 無論是獨立型或非獨立型的 dts，均可以配備投影儀以代替模擬盤，同時建議為dts配備專用的仿真室，仿真室應(yīng)有足夠的空間，并分割為教員室和學(xué)員室，兩者之間應(yīng)有玻璃隔墻，使教員能觀察到學(xué)員在培訓(xùn)時的表現(xiàn)。五、dts的軟件支持系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與scada數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)要求類似。2、網(wǎng)絡(luò)管理與scada網(wǎng)絡(luò)管理要求類似。3、dts電網(wǎng)建模 dts與ems同時建立時，建議直接采用ems的建模工具，dts單獨建立時，其建模工具應(yīng)具備以下功能： a能定義電力系統(tǒng)中各類無件，包括發(fā)電機、母線、開關(guān)、刀閘、變壓器、線路、調(diào)相機、電容器、電抗器、負(fù)荷、零阻抗支路、零注入節(jié)點等； b可提供處理直流輸電系統(tǒng)的模型； c能定義各個元件的聯(lián)結(jié)關(guān)系； d根據(jù)