基于互联DTS的三级联合反事故演习系统的实现

徐奇锋，谢颖捷

（浙江电力调度通信中心，杭州 310007）

目前国内电网实行统一调度、分级管理的模式，从组织管理上极大地降低了电网发生连锁故障的概率。但电网相继开断一旦发生，一般会波及多个地区，产生严重后果，这需要各级调度员具有协调处理事故的能力。然而，现有电网相对坚强，调度员缺乏系统事故处理经验，物理电网又不允许随意试验，最好的办法就是采用数字仿真进行调度员培训，提高各级电网调度员处理连锁故障和多区域协调的能力。

过去的浙江电网联合反事故演习采用电话或远程Web方式[1-2]。在演习过程中，各级调度员的互动性不强，无法取得良好的培训效果。主要原因是不能自动反映故障和操作给对方造成的影响，不能进行省、地异地联合处理故障的演练。

省、地、县三级电网具有典型的主从系统结构。应用三级电网广域互联的调度员培训仿真系统（dispatcher training simulator，DTS）技术方案[3]，开发了实际系统，并在2009年浙江电力系统迎峰度夏反事故演习中，实现了省、地、县三级DTS的互联，取得了很好的效果。

1 分布式的互联DTS建模

在现行调度体制下，各级调度部门只负责管辖范围内的电网建模和维护。为满足省地联合培训的要求，考虑到实施的环境和已有条件，系统按照分布式省地两级部署、省地县三级应用的技术思路，采用省调和地调DTS协调计算的联合仿真模式[4]，即在各个地调分别建立DTS系统，仿真时与省调系统实时交互电网模型和数据，进行基于分解协调计算的联合仿真培训[5]。

省网主要分析500 kV、220 kV电网，220 kV变电站主变低压侧作为等值负荷；地网主要分析35 kV、110 kV和部分220 kV电网，220 kV变电站变压器高压侧作为其电源点。

建模原则应保证省地调各自独立建模、维护和使用的要求，还要计及省地联合反事故演习时两者之间协调，保证联合计算各自结果正确。

省、地调DTS建模时分别按单独使用DTS时的建模范围和深度进行，这时，在两者界面交界处有重叠，只要重叠处两者命名规则相同，计算机可以自动拨冗处理；如果录入有错误，可以校核并报警，请求改正。

以一个省网P和3个地区级电网A，B，C为例，如图1所示。建模时，省网P与地网A，B，C有部分重叠。例如地网A中的220 kV变电站在地网A中作为电源点应建模，在省网P中作为负荷点也应建模。程序可以识别这个交集部分并拨冗，并以220 kV主变为边界点对省、地的模型进行融合。其中，主变高压侧以上的模型采用省调数据，而低压侧以下的模型采用地调数据。

图1 省网和地网之间有公共部分

在县调DTS系统中，根据县调的调度范围，建立所管辖范围内的110 kV变电站和35 kV、10 kV变电站，以及变电站之间的110 kV、35 kV线路。这些变电站内的10 kV低压线路出线需要安装线路模型进行建模，不采用等值负荷的方式。

2 省地县联网DTS中的数据交互模式

根据调度关系，220 kV变电站的主变作为省地调的关口。地调的负荷分布和变化决定了该主变中低压侧的负荷水平，省调DTS跟踪该关口的负荷变化。而省调控制大多数的发电设备，决定了关口节点的电压、相角和频率。因此，省地调DTS进行如下数据交换，就可以达到联合反事故演习的目的：

（1）省调DTS跟踪地调DTS系统的关口负荷变化。地调的负荷发生变化或者故障后发生的负荷转移，在省调侧主要体现为关口负荷变化。在省地联合时，负荷应该主要由地调DTS系统调节。省调DTS系统通过跟踪关口负荷变化保证省、地联合系统的负荷大小一致。

（2）地调DTS跟踪省调DTS关口的电压、相角，确保联络线潮流一致。省调决定了关口节点的电压、相角。地调系统应能够跟踪关口的电压、相角变化，以确保地调DTS系统的联络线潮流与省调一致。同时地调DTS应能够按照关口电压计算出本地区设备的电压水平，以此来驱动地区的低压减载装置动作。

（3）地调DTS跟踪省调DTS的频率变化，确保频率一致。系统频率是全网的发电机组和负荷共同响应的结果，其中主要是发电机，因此应由省调DTS统一计算电网的频率。地调DTS系统要根据省网的频率计算结果来驱动本地区的频率相关自动装置的动作，如：低频减载、高频切机等，响应省调DTS的频率计算结果。地调减载装置的动作会影响省、地关口的潮流，从而改变省网DTS的潮流分布。联合培训比省调单独培训更加逼真地体现了低频装置对系统的作用。

在联合培训仿真中，发电机出力主要由省调DTS系统来调节。地调系统通过响应省调发电机调节的事件来跟踪发电机调节，确保省、地调DTS系统的发电机出力一致。

（4）县调的DTS系统与地调DTS系统的模型在仿真范围上保持兼容。在县调DTS系统中，采用模型自动合并的方式，合并完整的地调和县调电网模型，自动拨冗后生成包含地调全部500 kV、220 kV、110 kV电网以及县调的35 kV、10 kV完整电网的统一地县调联合模型。

3 互联DTS系统交互方法和内容

通过省地DTS互联可以实现以下目标：在联合反事故演习中，省调DTS的运行方式可以决定地调DTS中的频率与关口母线电压；地调DTS中的负荷变化与方式调整也能影响省网潮流分布；同时，地调DTS的安全自动装置能够跟踪省级电网的频率与电压变化。

3.1 联合演习前的电网模型与数据准备

在联合演习前要进行必要的模型与数据准备。主要工作有：

（1）省调DTS将其电网模型生成CIM全模型文件下发给地调DTS。下发的CIM全模型文件用来形成地调的外网模型，结合关口元件信息可以产生缓冲网并进行模型合并，形成带缓冲网的地调DTS电网模型。

省调DTS的省地关口建模原则：在省调DTS中，省地模型边界必须为一等值负荷。

（2）省调DTS中定义关口厂站与关口模型元件，并下发给地调DTS。通过人工指定，定义省调与各地调关口厂站的关键字、关口模型元件ID与类型。

（3）地调DTS中完成本地模型设备与省调关口模型元件的匹配。通过人工指定，将地调DTS中某一支路型元件（如线路、绕组等）与省调关口模型元件（等值负荷）建立关联。

（4）地调DTS中，建立关口厂站内的设备与省调DTS中非关口设备的映射关系。为了保证关口厂站设备状态（开关、刀闸、分头位置、潮流等）的同步刷新，必须建立关口厂站中设备的省地调DTS名称对照关系。

如果在省地DTS中设备的命名统一，则系统提供自动对照的功能。

（5）地调DTS读取省调CIM全模型文件，与地调DTS原模型拼接，形成演习用电网模型。

3.2 模型拼接原则

（1）根据省调定义的地调电网关口，由地调DTS系统根据省调下发的省网CIM全模型生成地区电网的缓冲网模型。在缓冲网模型的外网（模型靠近省网部分），地调DTS系统自动增加静态外网等值模型，即增加边界母线和等值机。

（2）地调DTS系统将缓冲网模型自动拼接到地区电网的模型上，形成省地联合演习时所需的省地联合模型。

（3）地调导出完整标准的电网CIM模型并传输到县调，县调DTS系统可以根据地调CIM模型，合并生成统一的地县联合模型。

3.3 联合演习前的初始运行方式

在联合演习前，要进行初始教案的同步。教案的同步以省调DTS为基准。过程如下：

（1）省调DTS发布教案初始运行方式数据，即省调DTS演习初始时刻，省调完整的电网模型运行方式数据应包括线路的潮流、发电负荷、母线电压和系统的初始频率。

（2）地调DTS系统根据省调DTS教案初始运行方式以及某个地调教案初始运行方式构造出新的联合教案。

（3）地、县教案同步方面，地调EMS系统可以将整个系统的遥测遥信定时生成E语言格式的文本文件，利用这些文件，结合县调SCADA系统记录的历史数据，系统自动生成地县联合模型的初始教案。

3.4 联合演习中数据交互

在省地DTS中建立通讯连接，实现数据周期订阅发布与即时通信的机制。通信的内容见图2。

图2 省地DTS互联的数据交互示意图

地县两级DTS的交互相对简单，主要为35 kV、10 kV母线等值负荷数值的变化。

4 系统主要功能及技术指标

该系统包括了必要的PAS电网分析软件功能，包括以下几个子模块：量测映射、网络拓扑分析、状态估计、调度员潮流和静态安全分析。这些功能主要用于DTS教案的制作。

系统还实现了电力系统的稳态仿真、故障仿真、动态仿真、继电保护仿真、自动装置仿真等一、二次模型的仿真功能；具备完整的教员台、学员台的人机界面功能。

目前浙江省调DTS主站已实现了与金华、嘉兴、湖州、绍兴4个地调的互联，并通过金华地调，实现了与义乌县调的三级联合应用。二期项目建设计划与所有11个地调DTS系统全部实现互联。通过客户端程序，已经具备与所有调度管辖的电厂、变电站的联合远程仿真培训和联合反事故演习的功能，并通过了测试。

经测试，系统主要技术指标如表1。

5 应用实例

2009年5 月，在华东网调的统一部署和直接指挥下，浙江省调基于本系统组织了2009年浙江电力系统迎峰度夏反事故演习。华东网调、浙江省调、嘉兴地调、义乌县调、秦山核电厂、500 kV王店变、220 kV嘉跃双集控站等23家单位参加此次演习。

表1 系统主要技术指标

演习中，省调导演和参演人员相互配合，在DTS上进行既定的演习计划，各地调参演人员根据DTS模拟的电网实时运行情况，进行各自范围内的反事故演习。各参演厂站通过客户端程序登陆省调DTS服务器，实时接收省调导演触发的故障，根据故障告警信息汇报省调被演调度员，再接受省调被演调度员的指令，在客户端程序上直接操作，开关变位和潮流等实时信息第一时间上传省调，等操作完成汇报省调演员的时候，省调演员只需在主站的厂站接线图上核对确认即可。各单位可以真实模拟事故触发、处理的全过程，参与感和真实感都很强。

这里举一个本次演习方案中省地县三级DTS数据交互的例子。

教案中设置了220 kV线路紧急缺陷需尽快拉停的情况。该线路停役会引发金华地区220 kV宾王变、江湾变两变受电断面稳定越限，故在停役前省调需在此两变下控制负荷。省调发令参演的金华地调在220 kV宾王、江湾两变紧急事故限电10万kW。该两变供的是义乌市（县）负荷，故金华地调转发令给联合参演的义乌县调在两变紧急事故限电10万kW。

义乌县调通过拉停10 kV、35 kV线路等措施，使220 kV主变110 kV下送减少，通过地调数据处理，省调端立刻得到响应，主变220 kV侧下送减少，使220 kV线路断面越限受控。

2009年6 月，该系统还顺利支持了国家电网公司组织的国网范围全网联合反事故演习，同样出色完成任务。

6 结语

该互联系统的建设，实现了DTS资源的共享，使各参演单位真实参加全网反事故演习，提高了调度运行人员培训演练的实用价值。

系统在浙江范围内的反事故演习中取得了很好的效果，但与上级调度华东网调的配合还存在一些问题。一是华东的DTS系统不具备上下级电网调度中心之间的远程双向通信，下级调度只能通过Web方式浏览，初始潮流匹配也较为困难。二是由于浙江系统不可能建立整个外网的电网模型，只能通过自定义缓冲网的外网等值，对联络线潮流分布有较大影响，和华东网调下发的潮流值有一定出入，在联合反事故演习过程中，影响与上级调度的配合。

除了系统反事故演习和调度员日常培训，该系统还可以通过扩展应用，提供调度操作票的智能校核功能，目前正在开发过程中。

[1]王民昆，田立峰，苟骁毅.四川电网基于DTS的联合反事故演习系统建设[J].电力系统自动化，2006，30（21）:103-106.

[2]王诗明，郭德群，胡卓鸿，等.基于Web技术的DTS联合反事故演习[G].第二十九届中国电网调度运行会议论文集.中国电力出版社，2005:103-105.

[3]吴文传，张伯明.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.

[4]魏路平.运用DTS实现联合反事故演习的设想和规划[J].电力系统自动化，2005，29（8）:96-98.

[5]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[J].电力系统自动化，2005，29（7）:6-11.