（电气工程专业论文）基于scadaems的调度员培训仿真系统的研究与实现.pdf

浙江大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t i no r d e rt om e e tt h ep o w e rgr i dt or u nt h ed e v e l o p m e n to fs c h e d u n gp e r s o n n e l s c h e d u n gr e q u i r e ds c l e n t i f i c ，q u z h o ur e s e a r c hn e c e s s a r yt ob u “dag n ds e tg d m o n i t o n g ，s i m u i a t i o n ，t r a i n i n ga n da n a i y t j c a la s s e s s m e n to ft h ef u n 酬o n a i j n t e g 陷t j o no f a d v a n c e de m s d t si n t e g r a t e ds i m u i a t i o nt r a i n i n g s y s t e m ，t h r o u g ht h es o f t w a r et o a c h i e v eav a r l e t y0 fs i m u l a t i o na n dt r a i n i n gf u n c t j o n s ，t r a i n i n gp r o c e s ss i m u l a t i o nv i 、，i d ， m e a n w h ec a nb ee q u i p p e dw t hap o w e r f u ia n dp r a c t i c a lo n l i n em o n i t o n n ga n dn e t w o n s e c u n t yt o o l sf o re c o n o m i ca s s e s s m e n ts t u d i e s b ea b i et oa c h i e v es i m u i a t j o no fp o w e r s y s t e ms t a t i ca n dd y n a m i cr e s p o n s ea sw e a st h ea c c i d e n tr e c o v e p r o c e s s ，s ot h a t d i s p a t c h e 鸭c a nb et r a i n e di ne x a c t i yt h es a m ea st h e n t r o lc e n t e ra n dl h ea c t u a l s c h e d u i j n ge n v i r o n m e n tf o rn o r r t l a io p e r a t i o n ，i n c i d e n t sa n dd e a lw i t ht h er e s u m p t i o no f t h et r a i n j n gs y s t e ms ot h a td i s p a t c h e r sr e c e i v et 限i n i n gt om a s t e re m s 0 ft h ef u n c t i o n 。 f a m i i i a rw t ht h ev a r i o u s o p e r a t i o n s ， t h e s y s t e m s t a t ei nt h eo b s e n ，a t i o na n d i m p l e m e n t a t i o no fc o n t r o im e a s u 怕sa tt h es a m et i m e ，h i g h i yr e a l i s t i ce x p e r i e n c ec h a n g e s j nt h es y s t e m i nt h i sp a p e r ，t h es t a t u sq u oq u z h o up 0 w e r g r i da n a i y s i sa n dm a n a g e m e n to ft h e s t a t u sq u oa n dp u tf o n a r c it h ed e v e l o p m e n to fs u i t a b i eg r i dq u z h o ud t sm o d e p o w e r s y s t e mp r o t e c t i o ni nt h ed t sm o d e ls e l e c t i o n ，t h ed i s cr i m i n a n to ft h ei o g i co fi a wa n ds e t t h ev a i u eo fd i s c n m i n a n ta n a i y s i sa n dc o m p a r i s o nm e t h o dt h a tt h ev a i u ed i s c r i m i n a n c e q u z h o ugr i di sn o tc u r r e n t i yf i tt h ea c t u a ir e a t y t h r o u g ht h ec o m p a r s o no fd o m e s t i ca n d f o r e i g na d v a n c e dt e c h n o i o g y ，c o m b i n e dw j t hq u z h o ul ot u n et h ea c t u a ip r o p o s e dt h e i n t e g r a t i o no ft h ec o n s t r u c t i o no fi d e a s t h es y s t e mh a sb e e np u ti n t oo p e r 龇i o nl nq u z h o ue i e c t r j cp o w e rb u r e a u t h e s y s t e mi sr u n n j n gs t a b l ea n da c h i e v e dt h ee x p e c t e df e a t u 悖sa n dp e r f o r r l l a n c ei n d i c a t o 佑， i m p r o v et h eq u z h o ue 仟e c t i v e i ye m p h a s i z e dt h ei e v e io fgr i ds c h e d u n g v e r yg o o di n p r o m o t i n gg n ds c h e d u i i n gt r a i n i n g a sw e a sr e i e v a n tp r o f e s s i o n a is u c ha sp r o t e c t i o n ， y u na i s oh a ss o m er e f e r e n c ev a i u e k e y w o r d s ： d t s ；e m s ；e i e c t r i cp o w e rs y s t e m ； i n t e g r a t i o n ： 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝鎏盘茎 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：年月日签字日期：年月日 浙江大学工程硕士学位论文 致谢 致谢 感谢我的导师吴国忠教授。三年来，我一直都在吴老师的关怀、指导下学 习，深刻体会到吴老师严谨的治学态度、精深的学术造诣，平易近人的品格。在 我论文的撰写过程中，吴老师给予了悉心的指导，使我的论文撰写能力有了明显 的提高，在此，我衷心的向吴老师表示感谢。 感谢周生苗高工，他具有多年的调度系统工作经验，对调度的业务具有很深 的造诣，在课题的研究及系统的设计上提了很多宝贵意见，开阔了我的思路，规 避了系统实施中的风险，对项目的顺利实施有很大的帮助。感谢我的同事和项目 合作方南瑞信息所的工程师们，是你们的辛勤工作，保证了项目的成功实施。特 别感谢我的妻子，悉心照顾我们的儿子，让我有更多的时间投入课题的研究，是 你们的爱激励着我刻苦钻研、认真工作。 最后，感谢各位评委在百忙之中抽出宝贵时间评阅本论文。 浙江大学工程硕士学位论文绪论 1绪论 1 1系统的研究背景 近年来，衢州电网规模有了很大的发展，自2 0 0 3 年到2 0 0 8 年的五年间，2 2 0 k v 变电所从2 0 0 3 年的3 座发展到现在的1 2 座( 包括牵引变) ，在五年间1 1 0 k v 变 电所从原来的1 7 座发展到现在的3 0 座，2 0 0 6 年衢州电网更投产了5 0 0 k v 信安 变，可以说衢州电网的规模在短短的几年有了空前的发展。 随着衢州电网规模快速发展，电力系统规划、运行和控制的复杂性呈现指数 递增的趋势，对调度员的日常操作和处理紧急事故的能力提出了更高更快的要 求。过去运行人员的经验主要来自实时工作积累，通常的培训方式有跟班学习、 课堂式反事故演习和事故处理经验总结等。但当实际事故出现时，调度员往往仍 不知所措。造成这种问题的原因是：电力系统事故率很小，即使发生事故也往往 由于事故过程很短，很难在一两次事故中积累足够的经验，调度员没有机会在电 网多次异常和事故中得到磨练，而实际电网是不允许人为制造事故的，这就要求 采用其他方式对电力系统进行模拟。随着计算机在线控制的应用，调度员培训仿 真器日益成为培训电网调度员的重要手段之一。依靠调度员的经验来指挥系统运 行，培训新的调度人员，将不能适应现代电网发展速度和规模。因此迫切需要开 发建立在s c a d a e m s 基础之上的调度员培训仿真系统( d t s ) ，为调度员水平的快 速提高提供了一个有效的支持，使调度员的能力与电力系统的发展相适应。 衢州电网现有的s c a d a 系统为山东积成的l e s 5 0 0 系统，2 0 0 1 年通过实用化 验收，p a s 是清华的t h 2 0 0 0 ，于2 0 0 3 年通过实用化验收。要在现有的基础上建设 一个基于e m s p a s 的d t s 系统有很大的问题。能量管理系统e m s 和调度员培训仿真 系统d t s 作为电网调度中心的2 套重要的计算机自动化系统，已经在实际的电力 系统中得到了广泛的推广应用。其中，e m s 系统主要用于电网监控和调度辅助决 策，可以使电网调度由经验型上升至科学的分析型。而d t s 则主要用于调度员培 训、运行方式研究和反事故演习等。在衢州现有的平台条件下，要进行开发一套 一体化的d t s 系统面临很多设备和技术难题，如数据库接口问题，支撑平台一体 化以及应用软件一体化问题。如果分别独立进行开发和研制，使用时，需要掌握 和维护2 套系统，人机界面风格不一致分析计算结果不尽相同，不同数据库之 浙江大学工程硕士学位论文绪论 间通过数据接口相连，使用维护十分不便，严重影响了系统的实用性。近年来， 随着e m s 和d t s 系统应用的普及，迫切需要研制出一套真正的e m s d t s 一体化系 统。 为适应电网发展对调度运行人员调度科学性的需要，衢州电网需要研究建设 一套集电网监控、仿真、培训和分析评估功能一体的先进的e m s d t s 一体化的综 合仿真培训系统，通过软件来实现各种仿真培训功能，仿真培训过程生动逼真， 同时可以配备强大而实用的在线监控和电网安全经济评估研究工具。实现能够模 拟电力系统的静态和动态响应以及事故恢复过程，使受训调度员能在与实际控制 中心完全相同的调度环境中进行正常操作、事故处理及系统恢复的培训，使接受 培训的调度员掌握e m s 的各项功能，熟悉各种操作，在观察系统状态和实施控制 措施的同时，高度逼真地体验系统的变化情况。建设的系统应提供对调度员进行 正常操作、事故处理及系统恢复的训练，尤其是事故时快速反应能力的训练。应 具备模拟电网的实时、准实时过程，对调度人员进行基本技能和事故处理、故障 恢复等技能的培训，提高调度人员的运行水平。并具备全省各地区调度和电厂联 合反事故演习功能。d t s 不仅可用于调度员的日常培训、考核和进行反事故演习， 以提高调度人员的运行水平，而且还可作为电网运行、支持、决策人员的分析研 究工具： 1 2国内外的研究现状 调度员培训模拟器( d i s p a t c h e r t r a i n j n gs i m u l a t o r ，简称d t s ) 的概念是美国 学者l a t i m m e r 于1 9 7 6 年在美国明尼苏达电力系统会上所发表的文章“d i s p a t c h e r t r a j n i n gs j m u i a l o r s y s t e m ”中首先提出来的其所提出的d t s 是旨在通过建立 实际电力系统的数学模型，在计算机上映射一个逼真的实际电网系统的虚拟环 境，再现各种调度操和故障前后的系统工况，为电网调度员建立一个逼真的训练 环境，使调度员在演练各种调度操作时不致影响实际系统的运行，达到经济、安 全、方便、高效地培训电力调度员的目的 国外在1 9 7 7 年美国控制数据公司生产出世界上第一套纯数字式d t s 装置，标 志着d t s 正式应用于电力系统调度员的培训国内第一套d t s 产品于1 9 9 0 年在我国 东北问世，它是由清华大学与东北电管局共同开发的”，1 9 9 1 年由电力科学研究 院与华北电力联合公司合作开发的华北电网调度员培训系统通过鉴定并投入运 浙江大学工程硕士学位论文绪论 行，这是我国第二套d t s 系统，此后，南京电力自动化研究院与华东电网公司合 作开发的d t s 投入运行，该套d t s 首次实现了全网继电保护的逻辑判断和电力全过 程动态仿真隋1 国内三大电网公司d t s 项目的完成，标志着d t s 全面进入国内电网 调度员仿真培训领域 经过十几年的时间，d t s 在国内获得极大发展，随着电网规模的扩大，d t s 在 电力系统的应用从网调拓展到县调，还出现多种应用特色，如1 9 9 8 年由清华大学 与广西电力局合作开发的国内第一套e m s d t s 一体化系统，2 0 0 0 年清华大学还 开发了世界上第一套基于l i n u x 操作系统的d t s 。在电力系统实际应用的d t s 包括 三个部分，即电网仿真子系统、s c a d a e m s 仿真子系统和教员控制子系统，可实 现对电网模型、电网工况以及调度自动化系统的仿真。电网调度员能在此环境中 模拟电网潮流控制、电压与无功控制、倒闸操作等基本调度技能，既不担心误操 作破坏系统的运行，又得到了很好的实践操作的机会。d t s 主要用于电网的反事 故演习、事故预想及系统分析等，以此提高调度员业务素质，d t s 还用对调度员 进行上岗考核，以及调度员的升级培训等。 目前，一些科研院所均在进行一体化d t s 的开发。已经开发出相对成熟的 d t s 系统，但这些系统对于不同的电网而言，都各有特点，比如在继电保护模型 上，采用何种的模型应视电网的规模、特点而采取不同的实现方法。而对d t s 系统来说，投入使用的系统可以分为以下两类： 1 、独立型d t s 系统。目前，国内d t s 用户主要为网省调和大中型地调，由于 历史的原因，其e m s 的建设和d t s 建设不同步，在异构系统中要实现不同接口对接 和数据维护及教案生成是一个比较麻烦的问题，需要投入大量的资源，认为不是 必须的。需要开发单位协助用户的专责维护人员才能正常使用d t s 。不过从目前 的升级后的使用情况来看，采用动态潮流和频率计算加按逻辑动作的保护仿真的 静态仿真能满足大部分培训仿真和反事故演习项目的要求。独立型d t s 系统用户 使用时，需要掌握和维护2 套系统，人机界面风格不一致分析计算结果不尽相 同，不同数据库之间通过数据接口相连，使用维护十分不便，严重影响了系统的 实用性。独立型d t s 运行维护困难，并且随着电网规模越来越大，电网发展对调度 员的培训提出了更高的要求。独立型的d t s 如国内d t s 的最早产品是东北网调d t s 、 华北网调d t s 和华东网调d t s 。 浙江大学工程硕士学位论文绪论 2 、一体化d t s 系统。近年来国内的科研部门致力于研发一体化的d t s 系统， 并且取得了国际领先的成果。一体化的设计主要为：( 1 ) d t s 支撑平台的一体化。 e m s 和d t s 采用统一的支撑平台，包括：数据库管理系统、图形和人机系统、网络 通信系统、进程管理系统等。( 2 ) 应用功能的一体化。e m s 和d t s 功能一体，应用 系统内部无缝连接，每台工作站可以同时运行e m s 和d t s 应用系统。( 3 ) 数据结构 和应用程序级的一体化。e m s 和d t s 应用系统的数据库定义和数据结构保持一致， 相同的功能和算法细节采用完全相同的源代码，使e m s 和d t s 在软件上实现了最大 程度的可重用性。由于采用了与e m s 统一支持平台的一体化设计，数据维护和教 案生成难度和工作量大大降低，d t s 成为调度员进行事故预想、培养新手和晋级 考核的工具，为地区电网的安全运行发挥了重要作用。一体化系统从开发角度看， 便于系统的研制和管理，可大大缩短开发周期，大幅度提高系统的可扩展性而 且支撑平台的改进和升级对e m s 和d t s 应用系统均会带来益处。同时，便于将图形、 数据和模型作为整体来研究、设计和开发，程序和数据的冗余度将大幅度降低。 从使用角度看，人机交互的风格完全一致，用户易于掌握和使用系统，维护好一 套图形数据库，e m s 和d t s2 套系统即可正常运行。缩短了系统的建设工期，降低 了系统维护和管理的工作量和复杂度。另外，一体化支撑平台提供的统一的应用 开发接口使系统二次开发变得容易。与传统的e m s 和d t s 系统相比，一体化系统便 于用户掌握、维护和使用。大大缩短了系统的开发和建设工期，实现了e m s 和d t s 在软件上良好的可重用性，提高系统的扩展性，并通过传统e m s 和d t s 功能互补， 使原有的e m s 和d t s 系统的功能得到大幅度增强。 1 3 系统解决的主要问题和突破点 针对衢州电网原有配置i e s 5 0 0 系统和t h 2 0 0 0 型p a s 系统存在的d t s 开发困 难的局面，本系统应遵循i e c 6 1 9 7 0 标准和s v g 标准。支持c i m 模型的导入和导 出，以及支持s v g 图形导入导出的功能，实现和新开发的s c a d a p a s 一体化维 护。d t s 应能够模拟电力系统的静态和动态响应以及事故恢复过程，使学员能在 与实际控制中心完全相同的调度环境中进行正常操作、事故处理及系统恢复的培 训，掌握e m s 的各项功能，熟悉各种操作，在观察系统状态和实施控制措施的同 时，高度逼真地体验系统的变化情况，提供对调度员进行正常操作、事故处理及 系统恢复的训练，尤其是事故时快速反应能力的训练。应具有电网调度运行控制 4 浙江大学工程硕士学位论文绪论 模拟培训和e m s 系统应用操作模拟培训功能。采用与e m s 统一的支撑平台，e m s 和d t s 应用系统的数据结构保持一致，相同的功能和算法细节采用完全相同的源 代码，e m s 和d t s 应用系统的人机界面的风格保持一致，用户只需维护一套电网 模型数据库和图形界面即可。具有与e m s 统一的应用开发接口。调度员培训仿真 d t s 应按灾备系统的标准建设，数据来源应既可以是e m s 系统，也可采用d t s 模 拟，d t s 学员工作站与e m s 系统工作站可在不经任何程序改动的情况下进行互换， 当e m s 系统出现问题时能迅速作为e m s 系统的后备系统运行。 系统应具备的功能：d t s 系统同时提供研究功能和培训功能。电网仿真功 能：应提供适合衢州电网的一次、二次全面的仿真功能。培训功能：应实现对调 度员电网培训和e m s 的双重培训。调度员研究功能：调度员可以利用d t s 进行各 种研究，如潮流方式研究、保护研究、事故预想研究等等。区域联合反事故演习 功能：应可实现和上下级调度问的联合反事故演习功能，实现与省级d t s 的互联 操作。w e b 功能：授权用户可以w e b 方式访问d t s ，可以对授权区域内的元件进 行模拟操作。 主要突破点：国电公司已开始在统一部署下逐步建设各地区调度的d t s 系 统，在地区调度d t s 的基础上再建成县调的d t s 系统。但各地区调度因为各自的 e m s 建设的原因，不可能同步进行d t s 的建设，本系统着重研究d t s 的建设，系 统的建设应遵循浙江省调关于开展浙江电网d t s 工作实用化的总体建设思路，引 入成熟的理论与技术，并根据衢州电网的特色开发适合衢州电网运行的d t s 各项 功能。 1 4 本文的主要工作 1 ) 研究实现了一套基于e m s p a s 系统的d t s 调度员培训系统。系统能够模 拟电力系统的静态和动态响应以及事故恢复过程，使学员能在与实际控制中心完 全相同的调度环境中进行正常操作、事故处理及系统恢复的培训，掌握e m s 的各 项功能，熟悉各种操作，在观察系统状态和实施控制措施的同时，高度逼真地体 验系统的变化情况。 2 ) 对衢州电网的电网现状和管理现状进行分析，提出适合衢州电网d t s 系 统的继电保护仿真模型。 3 ) 利用所开发的系统对衢州电网的“2 2 0 k v 仙霞变仙江17 8 2 开关拒动故障” 浙江大学工程硕士学位论文绪论 进行仿真反事故演习，通过实例来检验本系统的正确性和有效性。 4 ) 结合本系统的特点，对本系统的功能应用前景进行了展望。并指出了当 前系统还存在的不足以及改进方法。 6 浙江大学工程硕士学位论文 系统研究的理论基础 2 系统研究的理论基础 2 1d t s 的基本组成模块及应具备的功能 ( 1 ) 控制中心模型( c c m ) ，也印学员台( t p ) 。如图2 1 所示，控制中心模型是受 训的调度员所面对的调度系统，为了保证学员有身临其境的感觉，学员台应当是 s c a d a e m s 的完整复制，它的功能、人机接口及所用的计算机都应当与e m s 一致。 学员可通过s c a d a e m s 仿真子系统提供的一切人机联系手段来监视电网和教员给 出的所有变化，并利用s c a d a 提供的人机交互监控手段直接对仿真的电力系统进 行操作或者通过电话向下级调度员或厂站值班员下达操作命令。 习：一| d 强 ii 卜泓0 一泓卜搿一 匿 n 呻 弦 x 矿脚 s 玉 s e 酗蕊 o鬟黔 少 变努系自p 霰俘鼍孙 订髯瑰， 图2 1 d t s 总体结构图 在s c a d 刖e m s 己经建成的情况下，学员台的实现有三种方式。其一，采 用实际s c a d a e m s 在线系统后备机，这种方式的优点是投资省，学员的接口与在 线系统一致，但这种方式增加了在线系统的负担，还有可能干扰在线系统的正常 运行；其二，采用独立的学员机，配置与在线系统相同的软件，这种方式可以做 到学员台与实际的控制中心功能基本一致，通过与在线系统相联，可以避免前一 种方式的不足之处：其三，采用由d t s 开发单位提供的学员台系统，这种方式在 s c a d a e m s 的功能以及人机交互方面实际系统相近，若d t s 与s c a d a e m s 之间的一 体化工作能做的好，学员的受训效果会十分理想。设计者应根据具体的情况而确 定一种最合适的方案。 ( 2 ) 电力系统模型( p s m ) ：从调度员的角度来看，电力系统模型应与实际电力系 一一懈旱瓢 浙江大学工程硕士学位论文系统研究的理论基础 统完全相同，其目的就是模拟电力系统的机电特性电力系统模型包括电力系统 网络模型和设备模型加发电机组模型、输电线路模型、负荷模型和继电器模型等。 对电力系统的模拟是通过网络拓朴分析和潮流计算以及动态模拟的联合求解来 实现的。具体来说，该模型包括电力系统元器件模型、电力系统稳态模型、电力 系统动态模型、自动装置和继电保护模型、动态在线模型等，网络拓朴和潮流计 算等功能。 ( 3 ) 培训支持模块( t s f ) ，也即教员台该模块功能的完善与优劣，是d t s 能否实 用的前提。教员台是用来初始化、控制、操作和检查培训过程的系统。本系统应 具有灵活的培训支持功能，教员可灵活设置各种事件，编制各种教案，并且有足 够多的教案可进行演示和培训。可很方便地建立培训初始条件，培训时教员还可 以设置、修改、删除和添加各种事件故障。可十分便捷地执行学员下达的各种调 度命令，控制和监视培训进程，同时也可以将仿真培训的过程与实际实时的电网 运行系统作对比分析，并提供画面和菜单操作方式，具有启动、暂停、继续、恢 复培训、快照回放和实测断面的功能，使得教员台的操作灵活方便。培训时，教 员还同时充当下级调度员和厂、站值班员，教员和学员之间通过电话联系，与实 际调度中心一样，学员通过电话向下级调度员或厂、站值班员询问情况或下达调 度命令，只是在d t s 培训时，下级调度员和厂、站值班员是由教员承担的培训结 束后，可方便准确地对培训作出评估和分析，分析学员每步操作的正确性和事故 的全过程，包括潮流、电压、频率和联络线功率的越限情况，开关保护及自动装 置的动作，发电计划和负荷曲线等统计信息，帮助和提高学员受训的效果。 2 2 跨平台技术 d t s 统遵循i e c 6 1 9 7 0 新标准，提供c i m c i s 接口，满足数据实时交互及共享 的要求。c i m 和c i s 为d t s 系统间实现数据共享提供了数据交换的标准。c i m 主要定 义了公用的电网模型规范，是数据格式的标准；而c i s 则定义了软件即插即用的 接口描述，是数据传输的接口标准。 d t s 系统既可与e m s 系统一体化实施，也可以作为独立系统配合其它厂家的 e m s 系统运行，可通过符合i e c6 1 9 7 0 标准的c i m c i s 接口从第三方厂家的e m s 系统 获取电网模型、方式数据等，减少用户的重复维护工作。d t s 系统的支撑平台对 底层操作系统和硬件平台进行封装，对外提供与具体应用系统和硬件无关的统一 浙江大学工程硕士学位论文系统研究的理论基础 的开发和运行接口。提供了异构环境下互操作的机制，还提供跨平台的图形技术。 在不同的硬件平台上均可实现d t s ，d t s 子系统也可分布在不同的硬件平台上。 lj 遁掰n j 一 c l s 接口 摹j 二c o r b a 的软总线 l 竺望l 地c l s 接口 i 膨用 1 一 物理地址 映射 利厢攀件服 务与a m 数 掭靡同步 s q l 关系摩lc 蹦蛮时库 图2 2跨平台构架示意图 由图2 2 所示，s q l 关系库和c i m 实时库以及内部实时库是三个不同的数据库 模式，要做到在这样三个不同结构的数据库间交换数据n ，通过c o r b a 总线，实现 以下四功能1 对象连接2 接口定义语言( i d l ) 3 动态调用接口4 接口公用 库，从而实现跨平台的数据交流。 2 3 图模库一体化技术 所谓图模库一体化n7 1 ，即在绘制厂站接线图的同时，实现设备与数据库的联 接，生成电网模型，确定拓扑关系，为电网分析打下良好的基础。图模库一体化 技术按照面向对象的方法设计的基于c i m 的图库一体化技术，供了一套先进的图 形制导工具，图形和数据库录入一体化，作图的同时可在图形上录入数据库，使 作图和录入数据一次完成，自动建立图形上的设备和数据库中的数据的对应关 系。所见即所得，便于快速生成系统。图模库一体化技术可以根据接线图上的连 接关系自动建立整个电网的网络拓朴关系，大大简化了e m s 系统的工程化工作和 维护工作，而且保证了维护工作的正确性，避免人为错误，保证图形、模型、数 据库的一致性，减少建模和建库时间。 结合图模库一体化技术，o p e n 一3 0 0 0 还提供了一套先进的图形应用切换技术。 对于一个厂站而言，不需要为每种应用分别绘制一幅图( s c a d a 与p a s 对一个厂站 里各种设备的关心程度是不一样的) ，而是使用同一幅图形，将不同应用共用的 o 8 厮 一一r；，；0，一瑟鼎 浙江大学工程硕士学位论文系统研究的理论基础 图形元素以及独特的图形元素都画在同一幅图里，在用户调出图形后，根据用户 所选择的不同应用，图形系统自动识别显示该应用下的内容。这一技术大大降低 了用户在维护图形方面的工作量，也减少了出错的机会。 为便于方便的数据管理及数据库定义，系统还提供了基于c i m 的统一建模技 术，不同的应用使用同一套数据模型的不同派生子集。虽然不同应用关心的设备 范围各有侧重，但大部分是具有共性的，统一建模技术避免了为每种应用分别建 立一套独立的数据模型。统一建模技术既避免了重复劳动，又保证了数据库的一 致性，减少了出错的机会以及建模和建库时间。 以图模库一体化技术为代表，以统一建模技术与图形应用切换技术为支撑的 建模体系为用户带来的好处是显而易见的，不仅体现在系统的快速生成上，更为 日后的运行维护工作带来了极大的便利，降低了出错概率，从而大幅度减轻了维 护人员的劳动强度，提高了劳动效率。 图模库一体化功能是o p e n 一3 0 0 0 系统最具特色的功能之一，也是最适应电力 自动化调度系统的技术优势。图形工具包的图模库一体化功能特色表现为以下 几个方面： ( 1 ) 快捷联库 快捷联库主要是指在图形编辑器界面( g d e s i g n e r ) 上，厂站接线图上的设 备图元与数据库里的相应信息一一对应，从而实现图模库一体化。图形联库有 两种情况： 新增设备图元作图时，数据库中没有相应的设备信息数据，则在动态属性 编辑框中编辑该设备图元的动态属性并保存，将其添加到数据库中。这种方式 作图的同时生成数据库，非常适应图模库一体化的要求，效果很好。 联接数据库信息作图时，数据库中已经有相应设备图元的信息数据，可以 使用检索器检索到所需的设备信息，然后拖拽到图形界面上相应的设备图元， 实现联库。 ( 2 ) 排错检查 通过o p e n 一3 0 0 0 的图形工具包，将生成大量的厂站接线图。如此庞大的工作 量，对任何用户来说，保证不出错，几乎是不可能的。如果所有的图形错误， 都只能在图形浏览或电网分析的时候反应或表现，将带来大量的修改和检查工 作。于是，图形工具包在作图时，就提供了许多排错检查的功能。通常出现的 l o 浙江大学工程硕士学位论文系统研究的理论基础 作图错误主要表现为以下两类： a 联接错误：联接错误在作图过程中出现频率最高，主要有端子空挂、联接 设备类型不匹配等等。对这类错误的检查主要有两种方式： 在图形编辑器界面上，点击工具栏上的“显示焊点”按钮，以检查明显的联 接错误。 在图形编辑器界面上，点击“图形保存”按钮后，将在底部的告警窗中显示 联接错误相关的告警信息。 b 联库错误：联库错误是指设备图元与数据库联接出现的错误，主要有设备 图元连接到数据库中其它设备、设备图元重名、设备图元没有联库等等。这类 错误的检查主要有两种方式： 在图形编辑器界面上，点击工具栏上的“显示数据库联接”按钮，没有进行 数据库联接的设备图元上将出现一个黄色的问号以提示用户。 在图形编辑器界面上，点击“图形保存”按钮后，将在底部的告警窗中显示 联库错误相关的告警信息。 绘制厂站图过程中，通常用到的错误检查手段有： 在图形编辑器界面上，用“显示焊点”功能，排除联接空挂的错误；在图形 编辑器界面上，用“显示数据库联接”功能，排除设备图元没有联库的错误； 图 形编辑器界面上，用“图形保存”功能，查看告警窗的告警信息，排除相关错 误；在图形编辑器界面上，用“节点入库”功能，根据电网拓扑关系排除相关 错误。 ( 3 ) 拓扑关系生成 拓扑关系生成是o p e n 一3 0 0 0 系统优于国内外许多系统的技术亮点之一。图 形工具包根据绘制的厂站接线图，自动生成整个电网的拓扑关系，在系统中称 为“节点入库”，即将整个电网的物理节点按照其联接关系录入到数据库中， 从而形成网络物理模型，作为网络拓扑分析的基础。 图形工具包将“节点入库”功能简化为图形编辑器工具栏上的一个按钮， 用户只需点击按钮，然后依次操作，即可完成当前图形的拓扑关系生成，将原 先复杂异常的工作变得轻松简单。 在节点入库的过程中，系统将对当前图形进行一系列的检查，并给出错误 浙江大学工程硕士学位论文 系统研究的理论基础 提示和告警提示，最大程度地保证节点录入的正确性。可以说， “节点入库” 不仅是生成拓扑关系的主要手段，也是图形工具包对厂站接线图正确性的最后 一道检查工序。 2 4 区域联合联合反事故演习技术 可实现网、省、地、县等各级调度联合反事故演习。既做到各种演习信息的 发布又可实现各调度控制中心和参演厂站的远程操作。提供机制以防止多用户并 发访问的拥塞，并能满足远程动态数据刷新响应的实时性要求。d t s 主站和各d t s 子站的数据传输接口和仿真计算接口是关键技术。d t s 主站与各d t s 子站的接口如 下：d t s 子站的计算结果( 主要指变压器1 1 0 k v 侧的负荷值) 可以提供给d t s 主站 使用，d t s 主站的计算结果为d t s 子站提供外网数据。各级d t s 的互联基于i e c 6 1 9 7 0 的c i m 信息模型与a p i 接口标准，数据库基于c i m 模型，数据传输上采用c i s 接口协 议。 2 5 本章小结 针对衢州电网没有d t s 的建设经验，本章介绍了衢州电网d t s 系统建设所必须 具备的一些理论知识。对d t s 主要结构进行阐述，即d t s 的三个模块：电力系统模 型、控制中心模型和培训支持模块构成的大型复杂的综合系统，并介绍了三大模 块的功能及其实现方案。重点阐述了当前d t s 建设中的一些先进的技术，并力图 引进衢州电网d t s 系统建设中。 浙江大学工程硕士学位论文衢州电网d t s 系统保护仿真模型建模 3 衢州电网d t s 系统保护仿真模型建模 3 1 d t s 继电保护仿真的方法介绍 保护仿真的逼真性是衡量d t s 开发和应用水平的重要标志。目前保护模型分 逻辑判别仿真保护和定值判别仿真保护啦2 1 两种。 ( 1 ) 逻辑判别方法 逻辑判别法首先通过基于局部网络拓朴搜索和故障信息的故障分析环节获 得外部电力系统的电气联系和实时状态，d t s 中的故障信息对学员不透明但对保 护仿真是透明的。然后，运用基于状态空间的求解和专家知识的逻辑模型的逻辑 判别环节获得动作的保护，状态空间求解为逻辑模型提供了寻找解答序列的可能 路径，专家知识比较完备地描述了保护装置的动作特性，两者的交集就是动作的 保护。最后，结果输出环节根据动作的保护跳开相应的开关，直到把故障清除。 如图3 1 所示。 故障 故障分析环节逻辑判别环节结果输出环节 结果输出 信息7 图3 1 逻辑判别法原理结构图 ( 2 ) 定值判别方法 定值保护模块根据故障计算得到的各元件上的电气量，来判断保护是否满足 定值条件来模拟保护动作。考虑到地区电网的保护种类繁多，同样建立了一个适 用面较广的自定义模型，可以配置出各种保护的实际模型。能模拟各种常规保护 的正常动作、误动、拒动、投退、动作后的复位操作和定值修改等，可更换继电 保护重合闸方式，提高了模型的通用性和可扩充性。如图3 2 所示。 故障 计算环节 定值判别环节 结果输出环节 结果输出 e 7 里 图3 2 定值判别法原理结构图 浙江大学工程硕士学位论文衢州电网d t s 系统保护仿真模型建模 3 2 d t s 继电保护不同仿真方法的优缺点比较 如表3 1 所示，对d t s 继电保护不同仿真方法的优缺点进行比较。 表3 1两种保护仿真方法比较表 类别逻辑判别法定值判别法 项目 逻辑判别法把二次系统的仿真动态仿真时，零秒动作的继电保护模拟 和一次系统解耦开来。它仅仅中可考虑故障电流非周期分量的影响 对以故障点为中心的局部网络( 可计算短路电流的暂态变化过程) 。 及其保护进行处理，通过提高静态仿真中采用稳态短路电流进行保护 拓朴搜索效率，能满足实时性 仿真判断，能计算出短路电流的初始瞬 实时性 要求间( t = o 秒) 的基波分量( 周期分量) ， 如需考虑非周期分量故障电流，可以应 用运算曲线计算任意时刻的电流电压。 我们认为继电保护的整定主要是利用短 路电流的t = 0 秒的基波分量，仿真判 断基于此值应该不影响动作正确性。实 时性问题可以解决。 逻辑判别法遵循的是该动作的理论上，定值判别可以通过建立精确的 保护就动作的原则，结果的不数学模型保证正确性，然而，实际上， 正确总是由逻辑判别规则的不定值判别法不能满足保护仿真正确性要 完备造成的，可以通过完善这求，主要有两个原因：一是即使部分保护 些规则得以改正。对于保护的装置动作正确，也不能保证全网保护装 正确性 拒动和误动，逻辑判别法通过置系统的正确性。由于实际电网发展的 设置事件来实现。历史原因，有些保护不知道其动作原理， 难以建立正确的数学模型。二是保护 装置仿真的正确性不能保证动作结果的 正确性。由于一次系统仿真的模型误差 和参数误差，特别对于动态过程仿真， 会引起保护装置的不正确动作。 定值判别法和逻辑判别法都必定值判别法和逻辑判别法都必须将保护 须将保护装置按功能分类，建装置按功能分类，建立保护装置基本单 立保护装置基本单元的模型。元的模型。对于复杂的保护装置可以通 适应性 对于复杂的保护装置可以通过过模型拼装实现。对于由于定值整定引 模型拼装实现对于由于定值起的保护误动和拒动，定值判别法能很 整定引起的保护误动和拒动， 好地适应这一点。 逻辑判别法实现比较困难，若 通过设置事件来实现，对教员 的要求苛刻。 局限性 主要用于培训对复杂的接线可用于培训、研究。 逻辑设置过于复杂。 1 4 浙江大学工程硕士学位论文衢州电网d t s 系统保护仿真模型建模 3 3 o p e n 3 0 0 0 新一代d t s 系统中的全定值判别法 3 3 1 全定值判别法乜加的基本原理 逻辑判别法的基本思想就是以故障信息为启动信息，通过开关逻辑找出可能动作 的元件，判断这些元件的保护是否应该动作。逻辑判别法与故障计算无关，实时 性好。但它根据故障发生的具体地点，类型，按照继电保护的理想动作特性来动 作，本身包含了人为指定的信息。而定值判断的继电保护模型的引入。使得继电 保护仿真更加真实可信。定值判断法包括两个关键的计算过程。首先需进行故障 计算，计算出故障后全网的电流电压分布，其次根据故障计算的结果。启动全网 所有保护动作与否的判断。根据每种保护的数学模型。通过c t ，p t 环节得到保护 安装处的电流电压量，计算出所需的测量量与实际保护的定值单中的整定值相比 较，加上各个闭锁环节方向环节等等的综合判断，确定保护的启动与否。将所 有启动的保护按整定的动作时间来动作，动作时间到的保护出口作用跳闸。每一 轮开关跳闸后，重新计算全网的短路电流分布。确定是否有新的保护启动，原来 启动的保护是否返回。这样使得整个保护的动作过程与实际情况相符合。 3 3 2 继电保护及安全自动装置的数学模型 用定值判断法实现保护仿真，关键在于数学模型的建立，需满足两条要求：一是 符合保护原理；二是在考虑保护实际情况下适用于d t s 仿真。我们将保护抽象成如 下一些环节：c t 、p t 继电器输入测量量) 环节、测量值计算环节、定值判断环节、 闭锁环节、方向判断环节、综合判断环节、时间元件环节。用户即可自定义环节 进行模型拼装。 对于衢州电网的d t s 系统，保护则根据稳态短路电流计算的结果或潮流计算 的结果来判断保护是否动作。而安全自动装置则取自潮流计算和频率计算结果， 所以这些仿真进程之间需互相配合。 保护仿真程序实现框图如图3 3 所示。 应用全定值判断仿真法对全网继电保护及安全自动装置进行仿真已经应用 于多项工程实践，除广泛用于地调系统外，还成功用于网省调的全动态过程仿真。 全定值判断仿真法实现的保护仿真，进一步提高了d t s 的实用性能。调度人 员不仅可以对以往实际电网中发生的故障用d t s 进行事故重演分析，将保护的动 作情况与实际事故记录进行对比分析，查看短路电流的大小、保护灵敏度及保护 浙江大学工程硕士学位论文衢州电网d t s 系统保护仿真模型建模 范围。还可以进行事故预想和反事故演习，以观察某些不利运行方式( 这些方式 在平时难以遇到) 下保护的动作情况及配合关系。使得调度员在处理事故时作到 心中有数。 全定值判断仿真法实现的保护仿真，使得d t s 可以成为继电保护科和运行方 式科人员的一种分析工具。借助于d t s ，不仅可以对己有保护定值单进行定值校 核，以发现一些平时还没有暴露的问题，针对保护的薄弱环节进行改进，防患 于未然，还可以对未来方式分析新增保护的灵敏度及