張 申 鄭新才 曹海軍

（河南省電力公司商丘供電公司 商丘 476000）

論電網(wǎng)仿真系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)

張 申 鄭新才 曹海軍

（河南省電力公司商丘供電公司 商丘 476000）

對電網(wǎng)仿真系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，以電網(wǎng)動(dòng)態(tài)潮流為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)模塊，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)模型的實(shí)際復(fù)現(xiàn)，從而提高電網(wǎng)仿真系統(tǒng)的生命周期。

電網(wǎng)仿真 模塊 設(shè)計(jì)

一、引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電網(wǎng)發(fā)展也日進(jìn)千里，電力系統(tǒng)網(wǎng)已經(jīng)變得日益復(fù)雜，越來越多的操作和監(jiān)控任務(wù)已經(jīng)超過了人類能夠負(fù)擔(dān)的范圍。計(jì)算機(jī)和仿真技術(shù)的發(fā)展，使得電網(wǎng)仿真系統(tǒng)越來越多的承擔(dān)起模擬操作和技能培訓(xùn)任務(wù)，電網(wǎng)調(diào)度、變電運(yùn)行、電網(wǎng)及變電站聯(lián)合反事故演練、技術(shù)比武、電網(wǎng)規(guī)劃等多種功能紛紛加入仿真系統(tǒng)，并連接調(diào)度DTS等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，電網(wǎng)仿真系統(tǒng)應(yīng)用廣度和深度得到極大拓展，在供電生產(chǎn)各方面越來越發(fā)揮著重要的作用。

然而電網(wǎng)仿真是一個(gè)具有較強(qiáng)時(shí)效性、復(fù)雜性的大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，不僅電網(wǎng)仿真系統(tǒng)本身造價(jià)不菲，需要細(xì)致分析電網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)變化，利用模型復(fù)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，而且系統(tǒng)更新必須符合飛速發(fā)展的電網(wǎng)變化，所以，仿真系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)和電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性模擬設(shè)計(jì)，直接關(guān)系到電網(wǎng)系統(tǒng)仿真應(yīng)用的成敗。合度是度量模塊之間的相互聯(lián)系的程度，內(nèi)聚與耦合互相關(guān)聯(lián)。在電網(wǎng)仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的目標(biāo)，力求增加模塊的內(nèi)聚，盡量減少模塊間的耦合，內(nèi)聚比耦合更為重要。由于電網(wǎng)系統(tǒng)潮流給出了電網(wǎng)仿真系統(tǒng)各模塊的電壓電流，它的輸入、輸出是已知的，利用“黑箱”設(shè)計(jì)理念，分解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)模塊，是整個(gè)電網(wǎng)仿真系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

按照以上設(shè)計(jì)理念，整套電網(wǎng)仿真系統(tǒng)應(yīng)由仿真支撐系統(tǒng)、模型應(yīng)用軟件和建模組態(tài)工具庫組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：

二、架構(gòu)設(shè)計(jì)

要建立一套實(shí)時(shí)的電網(wǎng)仿真軟件，需要最大化簡化模塊之間的接口，提高模塊的獨(dú)立性，可使軟件設(shè)計(jì)、調(diào)試、維護(hù)等過程變得容易和簡單。而無論電網(wǎng)如何發(fā)展和變化，動(dòng)態(tài)潮流是電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行基礎(chǔ)，可以進(jìn)行電壓監(jiān)視、負(fù)荷調(diào)節(jié)、電壓調(diào)節(jié)等正常運(yùn)行監(jiān)視、操作和調(diào)節(jié)。電網(wǎng)仿真系統(tǒng)可以以動(dòng)態(tài)潮流為基礎(chǔ)，利用建立模型，構(gòu)架良好的模塊化系統(tǒng)。

模塊獨(dú)立性是用“內(nèi)聚度”和“耦合度”這兩個(gè)定性指標(biāo)來度量的，內(nèi)聚度是度量一個(gè)模塊功能的相對強(qiáng)度，耦

軟件結(jié)構(gòu)圖

1.仿真支撐系統(tǒng)

仿真支撐系統(tǒng)由仿真支撐軟件和電網(wǎng)模型軟件組成。仿真支撐軟件是一個(gè)完整的、支撐實(shí)時(shí)仿真軟件開發(fā)、調(diào)試和執(zhí)行的軟件工具它能實(shí)時(shí)調(diào)試、執(zhí)行和控制仿真系統(tǒng)，并具有數(shù)據(jù)管理、I/O管理以及源程序生成等功能。仿真支撐軟件完全與模型無關(guān)，能夠支持各種大型仿真系統(tǒng)的開發(fā)，包括電力、通訊、視景仿真等。

電網(wǎng)模型指應(yīng)用數(shù)學(xué)物理方程建立電網(wǎng)變電站的所有一次設(shè)備和二次系統(tǒng)模型，采用動(dòng)態(tài)數(shù)字模擬，其原理和物理參數(shù)按實(shí)際仿真，電網(wǎng)模型的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性與實(shí)際相同，能對各種不同的簡單故障、復(fù)合故障進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，故障和現(xiàn)象不僅與實(shí)際一致，而且其相互影響和邏輯關(guān)系要與實(shí)際相同，給出動(dòng)態(tài)過程中的電壓、各子網(wǎng)頻率、線路潮流、短路電流等模擬結(jié)果。同時(shí)模型還應(yīng)能計(jì)算各種保護(hù)的啟動(dòng)值，如各相／序電流、電壓、阻抗等，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的定值比較。

2.模型應(yīng)用軟件

模型應(yīng)用軟件由教練員臺(tái)、保護(hù)屏、測控屏、控制盤臺(tái)、就地和三維場景組成。

（1）教練員臺(tái)

仿真機(jī)的培訓(xùn)功能是通過教練員臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。人機(jī)界面要求形象和具有更多層次多重并發(fā)功能，擴(kuò)大教練員的操作和思考的視野，提高仿真機(jī)功能水平，充分利用和發(fā)揮培訓(xùn)能力。教練員臺(tái)把對學(xué)員的培訓(xùn)建立在最新計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用之上，是擁有功能豐富、控制靈活、操作方便、評價(jià)科學(xué)、圖文并茂等一系列特點(diǎn)的理想仿真培訓(xùn)控制界面工具。

教練員臺(tái)可以選擇初始工況，檢查開關(guān)初始狀態(tài)位置，回退、重演某一科目演練，設(shè)置故障及遠(yuǎn)方操作，隨時(shí)記錄教練員和操作員的活動(dòng)，對學(xué)員操作過程仿真機(jī)自動(dòng)給出成績評價(jià)等功能。

（2）保護(hù)定值計(jì)算軟件

系統(tǒng)內(nèi)嵌一個(gè)完整的保護(hù)定值計(jì)算程序，可以根據(jù)不同的運(yùn)行方式和配置計(jì)算保護(hù)的電量定值、時(shí)間定值、保護(hù)控制值、壓板的投退等，作為系統(tǒng)工況的初始值，運(yùn)行人員可以根據(jù)保護(hù)定值通知單，在保護(hù)屏中修改。

（3）保護(hù)屏

圖形矢量化保護(hù)盤，在計(jì)算機(jī)中再現(xiàn)保護(hù)柜形態(tài)，按保護(hù)原理開發(fā)的保護(hù)模塊，與真實(shí)的保護(hù)一致，不僅增強(qiáng)了現(xiàn)場感，而且可以與現(xiàn)場一樣全面實(shí)現(xiàn)了保護(hù)液晶屏及其操作小鍵盤的全部功能，可以進(jìn)行保護(hù)定值的整定，時(shí)間整定，控制字整定，定值換區(qū)。含故障量的真實(shí)故障報(bào)告的顯示打印，壓板、開關(guān)操作，信號(hào)復(fù)歸等。

（4）三維場景

采用三維動(dòng)畫技術(shù)，真實(shí)再現(xiàn)變電站工作場景，讓人有身臨其境之感。能夠熟悉現(xiàn)場設(shè)備環(huán)境，實(shí)現(xiàn)全部就地操作功能；實(shí)現(xiàn)設(shè)備巡視訓(xùn)練，各種巡視操作、記錄與匯報(bào)；可以設(shè)置故障、設(shè)備異常與缺陷，實(shí)現(xiàn)操作票操作培訓(xùn)，掛牌及圍欄設(shè)置，安全工器具使用；并能夠設(shè)置不同氣候條件。

（5）就地操作

仿真那些系統(tǒng)必要的、在遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中未能包括的、變電站的就地操作，主要為潮流計(jì)算和故障分析設(shè)置變量，實(shí)現(xiàn)變電站仿真控制盤臺(tái)所缺少的其它主要控制、檢查操作。如：戶外巡視、就地操作等。

（6）綜自系統(tǒng)、集控中心

仿真綜自系統(tǒng)、集控中心的全部功能和操作特性、監(jiān)控功能、操作風(fēng)格等，

（7）EMS系統(tǒng)仿真軟件

控制中心仿真環(huán)境與實(shí)際控制中心環(huán)境基本一致，具有在線調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的各種功能。為達(dá)到逼真的效果，控制中心仿真子系統(tǒng)需要模擬在線調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)所有的監(jiān)控功能，包括監(jiān)控系統(tǒng)和在線應(yīng)用軟件。

3.建模組態(tài)工具

建模工具用于建立電網(wǎng)模型，必須用戶可以自定義建模，自行更新電網(wǎng)仿真系統(tǒng)，以符合電網(wǎng)的實(shí)際發(fā)展變化。

優(yōu)秀的建模工具，應(yīng)采用程序開發(fā)出用戶級(jí)組態(tài)建模平臺(tái)，將不同設(shè)備的相同功能寫成標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)作模塊單元，形成算法庫和資源庫，以此建立不同對象的模型，實(shí)現(xiàn)用戶自定義拆裝建模。例如，用戶可以通過可視化工具繪出仿真范圍內(nèi)各個(gè)變電站的母線及其連接方式，選擇設(shè)備類型，并輸入相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)，設(shè)備建模以母線為節(jié)點(diǎn)，母聯(lián)與旁路，變壓器、聯(lián)絡(luò)線為支路及其參數(shù)，生成靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，自動(dòng)定義變量，并存入數(shù)據(jù)庫中，作為動(dòng)態(tài)拓?fù)浞治觥⒊绷饔?jì)算、故障分析的基礎(chǔ)，并形成遠(yuǎn)動(dòng)圖，就地畫面等。這樣即增強(qiáng)了設(shè)備模型的通用性，又降低用戶對研發(fā)廠商的依賴性。

三、結(jié)束語

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和日益復(fù)雜，對系統(tǒng)供電可靠性要求也愈來愈高，在電力生產(chǎn)中，電網(wǎng)仿真作為一種特別有效的研究、培訓(xùn)手段，可以為變電站的運(yùn)行人員提供良好逼真的培訓(xùn)環(huán)境，達(dá)到提高運(yùn)行人員的運(yùn)行操作素質(zhì)，增強(qiáng)其安全運(yùn)行能力的目的。同時(shí)經(jīng)過反事故演練后，提高其對變電站非正常和事故狀態(tài)的判斷、處理能力，為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作出貢獻(xiàn)。本文從計(jì)算機(jī)模塊技術(shù)角度出發(fā)，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行特性和控制系統(tǒng)的實(shí)際進(jìn)行分析研究，合理設(shè)計(jì)電網(wǎng)仿真系統(tǒng)模塊，大大提高了電網(wǎng)仿真系統(tǒng)壽命周期。

[1]鄭新才，劉成偉，秦三營等，電網(wǎng)綜合反事故演練仿真系統(tǒng)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2009.5.

[2]孔宏斌，吳文傳，張伯明.電網(wǎng)調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的新特征和概念擴(kuò)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005.4.

Discussion on theModular Design ofGrid Simulative System

Zhang Shen Zheng Xincai Cao Haijun
（Shangqiu Power Supply Bureau,Henan Electric Power Company Shangqiu 476000）

The Grid Simulative Module design are discussed，It's based on the grid dynamic trend，and designed the simulative system modules，achieved a real repetition of gridmodel and the life cycle of grid simulative system are enhanced.

Grid simulation Module Design

TM 743;TP391.9

A

100629-5447

張 申，男，1977年生，工程師，學(xué)士，主要從事電力科技管理。

鄭新才，男，1962年生，高級(jí)工程師，?？?，主要從事電力生產(chǎn)管理。

曹海軍，男，1967年生，高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事電力科技信息管理。