郑州电专电网调度仿真系统刘小彩　李薇薇　杨晓敏　农孙博　　摘要　详细介绍了郑州电专电网调度仿真系统的主要功能、特点，及其在培训、科研、学员实习、电力系统分析和反事故演习等方面的应用。
　　关键词　电力系统　仿真　教学软件　培训1　引言
　　现代电力系统的高速发展，使电力系统的规模越来越大，自动化程度也越来越高，这就要求不断地提高系统调度运行人员的水平，尤其是电力系统故障后的恢复运行的快慢取决于调度运行人员的技能和运行经验。然而，调度运行人员一般很难从实际系统事故处理中积累足够的经验来提高他们的运行技能。因此，电力系统电网调度仿真系统日益成为培训调度人员及培训中的重要工具，并且对电力系统的安全运行发挥着日益重要的作用。同时，它也为即将走向工作岗位的电力系统专业的学员提供了一个良好的学习环境，使学员能够得到各种各样的模拟培训，熟悉电力系统的运行状况，提高专业水平，尽快掌握各种基本操作。
　　郑州电力高等专科学校电网调度仿真系统是由郑州电力高等专科学校、清华大学电机系和北京清华仿真工程研究所联合研制的一项高科技产品，它具有良好的开发性，是国内首批采用UNIX、汉化MOTIF技术的电网仿真系统，是首例通过工作站和PC机结合，投入高等院校电力系统专业培训的软件。2　电网调度仿真系统的功能及其特点
　　郑州电力高等专科学校采用的电网调度仿真系统采用的是两套系统，一套是河南省电网的网架结构，另一套是典型系统，是简化的华中电网结构。该仿真系统采用稳态/动态电力系统模型，汲取了各种常见的电力系统计算软件，如：负荷预测、发电分配、网络拓扑、潮流计算、稳定计算、继电保护、自动装置、稳定控制技术、联络线自动控制等。
　　电网调度仿真系统真实地模拟了电力系统在各种运行方式下的运行工况，具有内容丰富的图形系统，功能强大的教员台和快速可靠的实时网络数据库系统。它可以方便地进行电力系统的各种操作，如发电机出力及无功的调节、负荷有功与无功的调节、变压器分接头的调节、开关及刀闸的操作和联络线控制等；也可以模拟各种常见的瞬间、瞬延时或永久的故障，如线路故障(含单相、两相、三相接地及断线)、母线故障(含单相、两相、三相接地)、带负荷拉合刀闸、带电压合接地刀闸、开关或保护的拒动与误动等。
　　考虑到其培训的教学特点，对仿真系统各方面的功能进行了很大的改进，使学员能在不熟悉电力系统的情况下，从易到难，从简单到复杂，熟悉电网结构及其特点，熟悉电力系统的运行，进行电网各种正常操作训练。
　　电网调度仿真系统有多种培训方式。第一种方式是单教员台-多学员台方式。这种方式主要用于教学演示、电力系统课程讲解、系统分析等。在工作站上启动单个教员台后，微机学员台通过TCP/IP协议共享教员台的数据库和其他资源。这种方式下教练员可以很直观地讲解电力系统的各种行为，如故障、继电保护、自动装置等；也可以向学生演示静、动态安全分析的各种曲线。另一种方式是多教员台-多学员台方式。这种方式主要用于学员培训，教练员可以同时给多个学员提出不同的问题，设置各种故障，并且可以很方便地观察到各个学员解决问题的过程及方法，对学员行为进行评估，以此来使学员逐步熟悉电力系统的各种操作，提高解决各种问题的能力。还有一种方式是单教员台-单学员台方式，可用于调度员培训，也可用于调度员进行反事故演习。3　电网调度仿真系统的运行环境及硬、软件配置
　　该系统采用了多用户、多任务的UNIX系统；采用了新的汉化MOTIF窗口技术，支持多种网络体系互联的TCP/IP网络通讯技术，适合电力系统特点的PANDA实时数据库等技术。按软件工程的思想进行开发。
3.1　硬件配置
　　该电网调度仿真系统具有很好的可移植性，可以很方便地移植到具有UNIX的各种平台。考虑到电网调度仿真系统面向培训的特点，所需的学员台数量及价格等综合因素，硬件的配置为一台SUNSpars20-51工作站(作教员台，其性能指标为135MIPS以上，128M内存、7.05G硬盘、双50.8cm彩色显示器)，1台彩色喷墨打印机，1台激光打印机，1台UPS，1台PC机(2.05G硬盘，32M内存)(作学员台)，一台HUB。教员台采用了SUN公司的SolarisUNIX操作系统，学员台微机采用WINDOWS平台，教员台和学员台间采用TCP/IP协议，通过10M/s的16口集线器(HUB)进行联接。
3.2　软件结构
3.2.1　电力系统模型
　　电网调度仿真系统的电力系统模型采用稳态/动态模型，并提供了离线动态模型，可以在某一特定断面下反复地进行动态分析，3种模型间有灵活的接口，可以根据需要方便地进行切换。
　　在稳态模型下，采用了全网同摆的动态潮流模型，潮流计算采用快速PQ分解法，同时也考虑了系统的频率特性，每5s对各个孤立系统进行一次潮流动态计算，对各种操作、故障进行及时的计算处理。
　　在动态模型下，发电机采用了5阶E^″_q变化的精确模型，励磁调节器使用了Ⅰ型励磁调节器模型，调速器使用水、火电厂均适用的普通模型，感应电动机负荷采用恒阻抗、恒电流、恒功率的静特性负荷模型，对电力系统的各种扰动用隐式积分法进行求解。
3.2.2　继电保护和自动装置
　　电网调度仿真系统可模拟实际系统中继电保护的动作行为，如线路的相差高频、高频闭锁、距离保护、零序保护和过流保护，母线的母差保护、开关失灵保护，发电机的失磁保护、纵差保护、瓦斯保护、零序电流保护、零序电压保护等；同时还模拟了保护的拒动和误动。在稳态电力系统模型下，继电保护采取逻辑判断的方法，模拟在各种故障情况下的继电保护行为，在动态电力系统模型下，继电保护采用定值比较或逻辑判断的方法，模拟在各种故障引起的扰动下的继电保护行为。
　　另外，电网调度仿真系统还模拟了实际电网的自动装置的动作行为，如低频减载、低频自启动、高频切机、过载联动、AGC等，生动逼真地模拟了电力系统的现场运行。
3.2.3　仿真支持功能
　　电网调度仿真系统具有丰富的教员台，教员可以通过教员台进行培训控制(包括培训启动、暂停、快照、重放、转换电力系统模型等)，模拟电网的各种事故，模拟厂站值班员的各种操作，监视学员的操作行为，还可以方便地进行事件表、教案的制作，存储柜的制作，对学员进行培训评估，同时也对数据库内各种数据及越限警报提供了清晰明了的查询手段。
3.2.4　PANDA实时网络数据库系统
　　PANDA实时网络数据库系统是用于EMS/DTS的专用数据库，它利用UNIX操作系统提供了IPC机构来实现各进程间的通信功能，具有实时性好、速度快、性能可靠等优点。程序运行时，数据库中的数据被调入内存中的共享存储器内，因此避免了对硬盘读写操作，速度可到最快(实测访问PANDA库速度与访问内存相近)，很好地满足了实时要求。
3.2.5　PANDA图形系统
　　PANDA图形编辑系统提供了很灵活的编辑功能，用户可以很方便地绘制各种厂站图、系统图。各种常用的设备绘制成专用的符号，绘图十分方便。需动态显示的上图数据也可以直接联库查询进行选择，既方便又准确。需显示的字符串、汉字有多种字体，且可以在图上作任意角度的旋转。
3.2.6　模拟规模
　　考虑到该系统主要是为了培训，且要求同时培训的学员数量较多，因此仿真对象规模不宜太大，运行模块的规模也不宜太大。目前设计规模为：节点数400、发电机数60、支路数500、输电线路数160、并联电抗器数40、电容器组数40、发电厂与变电站数100、开关数1000、负荷开关数200、刀闸数2500、继电保护动作时限三段、孤立子系统数40、采样周期5s等。4　主要应用领域
4.1　系统分析及电力系统模拟培训
　　电网调度仿真系统在教学中，可进行各种电网接线方式的变换、发电和负荷的调节以及构成各种运行方式的电网潮流图。在此基础上，进一步使用动态离线模型模拟，可察看各种扰动造成的动态过程对所选定运行方式的影响。为了解各种基本元件的特性和各种故障的基本特点，提供了生动、直观的培训环境。还可以针对为提高扰动能力而设计的继电保护、自动装置等各种安全稳定措施，在仿真模型上进行校核。使用动态在线模型时，还可观测扰动后中长期过程中继电保护和自动装置的动作行为。
　　电网调度仿真系统融合了电网的信息，为学员的学习提供了一个更为生动的可操作环境。通过仿真系统，可以很直观了解电力系统，深入掌握抽象的理论知识。同时，也为学员提供了一个安全可靠的实习场所，通过仿真系统，学员可以很快地熟悉电网的运行及调度手段，掌握各种调度术语和电网的各种操作，加强对电力系统的全面了解。仿真系统已经成为电力系统不可缺少的现代化培训工具。
4.2　应用于科研工作
　　电网调度仿真系统采用动态/稳态一体化的电力系统模型，教学模型精确，经过综合稳定程序的校验，精度达到工程要求，因此该仿真系统可以用于系统静、动态安全分析，进行教学研究，也可用作电力系统及自动化专业的科研工具和运行、规划设计部门的计算工具。
4.3　调度员培训
　　当进行培训时，有经验的调度员可在教员台担当教员，控制培训进程或模拟厂站值班员、执行学员由调度中心发来各种调度命令或制造各种故障；被培训的调度员则在学员台作学员，根据模拟盘及显示器上由电力系统模型送来的故障信息进行调度决策和复原操作，发布各种调度命令。
　　电网调度仿真系统可以模拟实际调度中心，形成一个逼真的培训环境，它不会对实际系统的设备带来任何影响，因此它可以十分放心地、随心所欲地建立各种运行方式，设置各种故障，使学员受到各种各样的模拟训练，使学员尽快掌握各种基本操作，提高专业水平。
4.4　反事故演习
　　电网调度仿真系统可以模拟电网现场的运行，给有经验的调度员提供了一个进行反事故演习的场所，提高调度员对突发事件的处理能力，训练调度员在故障时作出快速决策的能力，以杜绝一般事故演变成灾难性事故的后果。5　结束语
　　电网调度仿真系统是高科技与电力系统培训结合的产物。利用该系统可以对学员进行如下的培训：接线的分析，各种正常操作，各种故障的原因分析及处理的主要方法，误操作的原因、后果及减小危害的主要措施；了解在动态离线下电力系统发生各种故障后系统电压、频率、发电机功角等变化情况，由此判断系统振荡、稳定等情况与处理方法；进行继电保护培训等。通过仿真培训可使学员了解调度范围划分的原则、调度的性质和任务、电网运行方式编制和管理、调度管理的内容、调度操作的有关规定、调度处理事故的方法和[1][2]下一页