论文部分内容阅读
摘要： 配调与地调调度工作存在着较大差异，DTS在地调应用很多，本文研究开发了一套对配网调度员进行仿真培训的系统并且成功地应用于泰州配网调度系统。本文首先阐述了配网DTS与主网DTS的区别，提出了泰州配网DTS技术方案的总体构架，建立了配电网DTS，通过仿真培训系统的应用，摸索了一套科学、合理的配网调度员培训机制，并获得一些宝贵的经验。
关键词： 配电网；调度；DTS；仿真培训；反事故演习
中图分类号：TM712 文献标识码：B
1引言
随着近年来城市电网的迅速发展，变电所及相关线路的改造、扩建、新建工作日益增加，增加了电网安全运行的难度，也加大了调度员调度工作的强度和难度。配电网结构的日趋复杂化考验着调度员的调度水平，同时也为配网调度的安全带来了一些难题。
除了优化电源的分布、安装电网安全稳定控制系统、调整改善电网架构等措施可以使电网安全稳定地运行，还有一点是非常重要的，那就是提高调度员处理电网突发事件的能力。为了实现这一目的，调度员必须要接受专业培训。而反事故演习最能锻炼、考查调度员的综合应对能力。长期以来，只有地调配置了DTS系统，而配调与地调调度工作存在着较大差异，为了能够提高调度员的调度管理水平，加强对调度员的业务培训，所以急需一套能够对配网调度员进行仿真培训的系统，来弥补这一缺失[1]。
2 配网调度仿真培训系统开发的必要性
2.1 主网与配网结构的差异
主网DTS与配网DTS的区别之一就是因为它们的拓扑结构有很大差异。主网的网络拓扑结构如图1所示：
由上图看出，主网设备集中在厂站，线路连接不同的厂站。而配电网则是一条线路（包括分支线）上分布着柱上开关、开关站、环网柜等，再通过联络开关与其它线路手拉手连接。由于它的运行方式复杂、原件众多、结构复杂、架构分散等因素使得配网的网络拓扑非常繁琐。配网的接线方式有放射式接线、树干式接线和环式接线，配网的网络结构已经发展到网状结构。
输电网和配电网各自具有不同的特点。在运行方式上，输电网与配电网存在许多不同：1、负荷曲线特点不同，配电变化多且剧烈，倒闸操作更多、更复杂。2、配电网用户明确，对重要用户可以进行重点保护，对次要用户可一般对待甚至不保护；而输电网由于所带的用户多，且可能（一般情况下是一定）会含有重要甚至极重要的用户，对供电可靠性要求更高，尤其是现在已经实行新的电力调查规程，损失负荷达到一定比例也算事故，对设备和运行的要求也就更高。3、输电网负荷变化规律性强，因此停电检修、年校预试的计划性更高，为了增加售电量，一般是配合电厂发电设备检修来进行安排，而在配电系统，则更多的是根据大用户的设备停运或检修来安排[4]。所以输电网的调度仿真培训不适于配电网。
正是由于主网与配网结构的不同，使得主网的DTS不能直接运用到配网DTS中。一些厂家试图将主网的DTS系统应用到配电网时，是把配网线路作为主网的馈线来处理的，并没有完全按照配网的结构建立模型，这种处理方法自然不能满足配网调度对DTS的功能要求。
2.2 配网与主网故障处理的方法
配电网电压等级一般为35kV及以下，配电网络拓扑结构复杂，有大量的分支线、子分支线以及中间负荷存在，负荷性质也有较大差异，因此配网的故障定位的任务十分艰巨[2]。
配电网的故障频率及操作频率都较高，使得运行方式和对应的网络拓扑经常发生变化[3]；同时，配电网具有闭环设计开环运行的特点，有时会出现短暂的闭环运行，给故障定位带来困难，所以反事故演习具有一定的难度[5]。
主网DTS与配网DTS的另一个主要的区别是它们故障设置和处理的方法不同。主网设备装设有比较完善的继电保护装置，当某一设备发生故障时，该设备的继电保护就会动作，开关跳闸切除故障。故障点比较容易查找。
而目前配电网还未能大面积在开关上装设保护装置。当故障发生在配网的时候，一般是跳主网的出线开关。配网查找故障的方法，通常是采用分段隔离的方法，配合巡线查找故障点，当找到故障后，再隔离故障，恢复供电。
虽然现在已经有了配网自动化，但是由于配电网发生故障的概率相对于输电网大得多，绝大多数（95%以上）的用户的停电事故都是由配网故障引起的。配网设备分布相对分散，信号采集相对困难，而且信号传输的距离越远，畸变的可能性也越大，尽管配网自动化能够定位和隔离配网的故障；但是由于配网的设备太多，而配网自动化的投资也相对较大，因此，配网自动化系统在绝大部分城市只能覆盖很小（10%～20%）的范围，如此低的覆盖率对配网调度的帮助作用十分有限。配网调度迫切需要实用的配网DTS系统。
3泰州配调仿真系统（DTS）的设计
DTS系统本质上是一套在线数字仿真系统，它能对电网调度运行进行辅助分析，又能对生产运行人员和相关的管理人员进行培训和分析。DTS系统包含了很多功能，比如基本的电网潮流仿真、电网的动态仿真、安全自动装置仿真、电网的动态仿真等。本套DTS是在调度操作票的系统上发展起来的，是套综合的系统。
对于10kV（含10kV）以上的主网图模建立在调度自动化EMS系统（南瑞open3000）提供的CIM模型、SVG图形和实时数据E文件的基础上；10kV及以下配网系统采用根据用户需求提出的人工建立图模方案进行，设计开发配调调度员反事故演习、事故预想和拟票培训等模式，通过教员和学员的互动，达到培训目的。
本系统是具有调度操作防误、智能操作票和DTS功能的多用途系统，教员在系统中可以根据培训需求出题，可以专门针对反事故演习、事故预想进行出题，也可以针对拟票等进行出题。
在反事故演习培训模式下，学员根据保护动作和跳闸情况进行分析处理，在系统中可以在图形上进行设备模拟操作（即事故处理），系统自行记录每一步操作，在处理故障过程中教员与学员可以使用多种方式进行互动，培训结束后系统存储全部培训记录，并可以全过程回放、自动打分、与标准答案比较、最后由教员给出评价。在拟票培训模式下，学员用户通过密码验证读取教练的题目，根据自己的思路进行拟票，拟票完成后提交，由系统作出安全性检查，并经教员评价； 根据上述功能，本文提出了此系统的反事故演习和事故预想仿真培训流程，如下图所示。
泰州配网调度员仿真培训系统具有多种仿真操作功能，如一次设备仿真操作、二次设备仿真操作、保存与打开数据断面、设置故障、故障处理过程等。可以设置的故障类型有一般故障和单相接地故障。
3.1系统运行需要的硬件环境
服务器：普通服务器，内存4G以上，安装有Windows 2003 server 操作系统。
客户机：普通微机，CPU：P4以上，内存：1G以上，安装有Windows XP或Windows 7 操作系统。
网络环境：服务器和客户端通过内部局域网连接。
3.2系统介绍
整个系统适用于电力系统各级电网调度，作用是能够有效防止调度误操作，减轻调度工作强度，提高事故处理能力。系统主要由DTS、调度操作防误和智能操作票系统组成。
①反事故演习培训系统
DTS是培训调度员监控所在电网运行变化以及处理突发事故的必备的工具。DTS能模拟电力系统的运行，使调度员在与调度室完全相同的工作环境中进行电力系统的操作、事故处理。
DTS系统采用网络拓扑和潮流计算技术，以电网一次接线图的形式实现调度操作的仿真和误操作识别报警功能。DTS系统的功能模块如图3所示：
如上图所示，该功能模块分为三个部分，即教员模块、学员模块、其他模块。每个模块都有各自对应的功能。
该系统的启动界面如图4所示：
如图4所示，点击“运行系统”按钮，进入DTS模块，点击“操作票”，进入操作票模块，“重建草图”，则将当前DTS模块一次接线模拟图保存为草图，作为修改一次接线模拟图的基础，“编辑草图”：在重建的草图上，修改各个站的一次接线模拟图，“提交草图”将编辑完毕的草图上传到数据库，“备份数据”保存当前DTS模块一次接线模拟图及一、二次设备状态，“下载程序”下载数据库中更新的信息，“用户管理”进入系统维护界面，“退出”退出启动界面。
登录成功后会显示DTS模块主界面，见图5：
DTS模块主界面主要有菜单、工具栏、一次接线模拟图、设备目录、信息板、报警信息栏、操作栏信息等组成。
DTS主要功能是教员设置故障和学员处理故障，设置故障过程：
在配网故障发生点，鼠标右键点击，放置故障牌，故障牌分为“一般故障”和“非单相接地故障”。
设置事故预案，右键点击“非单相接地故障牌”（黄色三角形），打开“属性”。
如果勾选上图“开关拒动”，系统将会根据拒动开关自动找出该设备的后备保护，如10kV体育线故障，后备保护设备为“新区变2#主变”，然后自动给出2#主变的保护配置供选择。
本系统可以进行一次设备（开关，主变，闸刀等一次元件）的仿真操作和二次保护（线路，主变，自动装置等二次保护）的仿真操作。
②操作票培训系统
操作票培训系统是包括在整个智能操作票系统中，主要包括拟票、审核和监护执行等功能模块，实现调度操作票“拟票-审核-预令-监护-执行”的全过程计算机规范化管理。系统能够智能辨识操作票中调度操作指令（一次及二次设备）并在DTS系统中自动演示。
日常工作中操作票流程包括：拟票、审核、预令、正令执行、归档五步骤。本操作票培训系统中既可以培训拟票，也可以培训上述全部工作内容。
4结论
泰州配调仿真培训系统（DTS）投入运行后，大幅度地提升了配网调度员的拟票水平；针对性地改善了配网调度员的事故处理的能力，使调度员能够从容地应对各种事故，提高了配网调度员的反事故处理能力；建立了配网调度员的培训机制，促进“大运行”体系建设，促进了电网调控运行集约化水平，提高了调控专业人员的工作效率，进一步提高了电网安全、可靠、持续运行的能力。
参考文献
[1]崔长江.广西电网调度员培训仿真培训系统（DTS）的功能设计与实施[D]. 广西大学，2010.
[2]杨军.浅谈故障定位方法在输电网和配电网应用中的几点区别[J]. 内蒙古科技与经济， 2011，（11）：91-93.
[3]裘微江.电网动态仿真培训系统的研究与开发[D]. 中国电力科学研究院，2009.
[4]李永波.安徽电网DTS省地一体化体系建设研究与设计[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2012，17（3）：116-119.
[5]盛鹍，谢培元，周帆.湖南省地一体化DTS研究和应用[J].湖南电力，2011，31（1）：32-34.
作者简介：
陈少哺（1977— ），男，硕士，研究方向为电力系统运行与控制。
陈高斌（1981— ），男，学士，研究方向为电力系统运行与控制。
史静（1990—），女，硕士研究生，研究方向为电力系统运行与控制。
丁晓群（1956—），男，教授，博士生导师，研究方向为电力系统运行与控制。
关键词： 配电网；调度；DTS；仿真培训；反事故演习
中图分类号：TM712 文献标识码：B
1引言
随着近年来城市电网的迅速发展，变电所及相关线路的改造、扩建、新建工作日益增加，增加了电网安全运行的难度，也加大了调度员调度工作的强度和难度。配电网结构的日趋复杂化考验着调度员的调度水平，同时也为配网调度的安全带来了一些难题。
除了优化电源的分布、安装电网安全稳定控制系统、调整改善电网架构等措施可以使电网安全稳定地运行，还有一点是非常重要的，那就是提高调度员处理电网突发事件的能力。为了实现这一目的，调度员必须要接受专业培训。而反事故演习最能锻炼、考查调度员的综合应对能力。长期以来，只有地调配置了DTS系统，而配调与地调调度工作存在着较大差异，为了能够提高调度员的调度管理水平，加强对调度员的业务培训，所以急需一套能够对配网调度员进行仿真培训的系统，来弥补这一缺失[1]。
2 配网调度仿真培训系统开发的必要性
2.1 主网与配网结构的差异
主网DTS与配网DTS的区别之一就是因为它们的拓扑结构有很大差异。主网的网络拓扑结构如图1所示：
由上图看出，主网设备集中在厂站，线路连接不同的厂站。而配电网则是一条线路（包括分支线）上分布着柱上开关、开关站、环网柜等，再通过联络开关与其它线路手拉手连接。由于它的运行方式复杂、原件众多、结构复杂、架构分散等因素使得配网的网络拓扑非常繁琐。配网的接线方式有放射式接线、树干式接线和环式接线，配网的网络结构已经发展到网状结构。
输电网和配电网各自具有不同的特点。在运行方式上，输电网与配电网存在许多不同：1、负荷曲线特点不同，配电变化多且剧烈，倒闸操作更多、更复杂。2、配电网用户明确，对重要用户可以进行重点保护，对次要用户可一般对待甚至不保护；而输电网由于所带的用户多，且可能（一般情况下是一定）会含有重要甚至极重要的用户，对供电可靠性要求更高，尤其是现在已经实行新的电力调查规程，损失负荷达到一定比例也算事故，对设备和运行的要求也就更高。3、输电网负荷变化规律性强，因此停电检修、年校预试的计划性更高，为了增加售电量，一般是配合电厂发电设备检修来进行安排，而在配电系统，则更多的是根据大用户的设备停运或检修来安排[4]。所以输电网的调度仿真培训不适于配电网。
正是由于主网与配网结构的不同，使得主网的DTS不能直接运用到配网DTS中。一些厂家试图将主网的DTS系统应用到配电网时，是把配网线路作为主网的馈线来处理的，并没有完全按照配网的结构建立模型，这种处理方法自然不能满足配网调度对DTS的功能要求。
2.2 配网与主网故障处理的方法
配电网电压等级一般为35kV及以下，配电网络拓扑结构复杂，有大量的分支线、子分支线以及中间负荷存在，负荷性质也有较大差异，因此配网的故障定位的任务十分艰巨[2]。
配电网的故障频率及操作频率都较高，使得运行方式和对应的网络拓扑经常发生变化[3]；同时，配电网具有闭环设计开环运行的特点，有时会出现短暂的闭环运行，给故障定位带来困难，所以反事故演习具有一定的难度[5]。
主网DTS与配网DTS的另一个主要的区别是它们故障设置和处理的方法不同。主网设备装设有比较完善的继电保护装置，当某一设备发生故障时，该设备的继电保护就会动作，开关跳闸切除故障。故障点比较容易查找。
而目前配电网还未能大面积在开关上装设保护装置。当故障发生在配网的时候，一般是跳主网的出线开关。配网查找故障的方法，通常是采用分段隔离的方法，配合巡线查找故障点，当找到故障后，再隔离故障，恢复供电。
虽然现在已经有了配网自动化，但是由于配电网发生故障的概率相对于输电网大得多，绝大多数（95%以上）的用户的停电事故都是由配网故障引起的。配网设备分布相对分散，信号采集相对困难，而且信号传输的距离越远，畸变的可能性也越大，尽管配网自动化能够定位和隔离配网的故障；但是由于配网的设备太多，而配网自动化的投资也相对较大，因此，配网自动化系统在绝大部分城市只能覆盖很小（10%～20%）的范围，如此低的覆盖率对配网调度的帮助作用十分有限。配网调度迫切需要实用的配网DTS系统。
3泰州配调仿真系统（DTS）的设计
DTS系统本质上是一套在线数字仿真系统，它能对电网调度运行进行辅助分析，又能对生产运行人员和相关的管理人员进行培训和分析。DTS系统包含了很多功能，比如基本的电网潮流仿真、电网的动态仿真、安全自动装置仿真、电网的动态仿真等。本套DTS是在调度操作票的系统上发展起来的，是套综合的系统。
对于10kV（含10kV）以上的主网图模建立在调度自动化EMS系统（南瑞open3000）提供的CIM模型、SVG图形和实时数据E文件的基础上；10kV及以下配网系统采用根据用户需求提出的人工建立图模方案进行，设计开发配调调度员反事故演习、事故预想和拟票培训等模式，通过教员和学员的互动，达到培训目的。
本系统是具有调度操作防误、智能操作票和DTS功能的多用途系统，教员在系统中可以根据培训需求出题，可以专门针对反事故演习、事故预想进行出题，也可以针对拟票等进行出题。
在反事故演习培训模式下，学员根据保护动作和跳闸情况进行分析处理，在系统中可以在图形上进行设备模拟操作（即事故处理），系统自行记录每一步操作，在处理故障过程中教员与学员可以使用多种方式进行互动，培训结束后系统存储全部培训记录，并可以全过程回放、自动打分、与标准答案比较、最后由教员给出评价。在拟票培训模式下，学员用户通过密码验证读取教练的题目，根据自己的思路进行拟票，拟票完成后提交，由系统作出安全性检查，并经教员评价； 根据上述功能，本文提出了此系统的反事故演习和事故预想仿真培训流程，如下图所示。
泰州配网调度员仿真培训系统具有多种仿真操作功能，如一次设备仿真操作、二次设备仿真操作、保存与打开数据断面、设置故障、故障处理过程等。可以设置的故障类型有一般故障和单相接地故障。
3.1系统运行需要的硬件环境
服务器：普通服务器，内存4G以上，安装有Windows 2003 server 操作系统。
客户机：普通微机，CPU：P4以上，内存：1G以上，安装有Windows XP或Windows 7 操作系统。
网络环境：服务器和客户端通过内部局域网连接。
3.2系统介绍
整个系统适用于电力系统各级电网调度，作用是能够有效防止调度误操作，减轻调度工作强度，提高事故处理能力。系统主要由DTS、调度操作防误和智能操作票系统组成。
①反事故演习培训系统
DTS是培训调度员监控所在电网运行变化以及处理突发事故的必备的工具。DTS能模拟电力系统的运行，使调度员在与调度室完全相同的工作环境中进行电力系统的操作、事故处理。
DTS系统采用网络拓扑和潮流计算技术，以电网一次接线图的形式实现调度操作的仿真和误操作识别报警功能。DTS系统的功能模块如图3所示：
如上图所示，该功能模块分为三个部分，即教员模块、学员模块、其他模块。每个模块都有各自对应的功能。
该系统的启动界面如图4所示：
如图4所示，点击“运行系统”按钮，进入DTS模块，点击“操作票”，进入操作票模块，“重建草图”，则将当前DTS模块一次接线模拟图保存为草图，作为修改一次接线模拟图的基础，“编辑草图”：在重建的草图上，修改各个站的一次接线模拟图，“提交草图”将编辑完毕的草图上传到数据库，“备份数据”保存当前DTS模块一次接线模拟图及一、二次设备状态，“下载程序”下载数据库中更新的信息，“用户管理”进入系统维护界面，“退出”退出启动界面。
登录成功后会显示DTS模块主界面，见图5：
DTS模块主界面主要有菜单、工具栏、一次接线模拟图、设备目录、信息板、报警信息栏、操作栏信息等组成。
DTS主要功能是教员设置故障和学员处理故障，设置故障过程：
在配网故障发生点，鼠标右键点击，放置故障牌，故障牌分为“一般故障”和“非单相接地故障”。
设置事故预案，右键点击“非单相接地故障牌”（黄色三角形），打开“属性”。
如果勾选上图“开关拒动”，系统将会根据拒动开关自动找出该设备的后备保护，如10kV体育线故障，后备保护设备为“新区变2#主变”，然后自动给出2#主变的保护配置供选择。
本系统可以进行一次设备（开关，主变，闸刀等一次元件）的仿真操作和二次保护（线路，主变，自动装置等二次保护）的仿真操作。
②操作票培训系统
操作票培训系统是包括在整个智能操作票系统中，主要包括拟票、审核和监护执行等功能模块，实现调度操作票“拟票-审核-预令-监护-执行”的全过程计算机规范化管理。系统能够智能辨识操作票中调度操作指令（一次及二次设备）并在DTS系统中自动演示。
日常工作中操作票流程包括：拟票、审核、预令、正令执行、归档五步骤。本操作票培训系统中既可以培训拟票，也可以培训上述全部工作内容。
4结论
泰州配调仿真培训系统（DTS）投入运行后，大幅度地提升了配网调度员的拟票水平；针对性地改善了配网调度员的事故处理的能力，使调度员能够从容地应对各种事故，提高了配网调度员的反事故处理能力；建立了配网调度员的培训机制，促进“大运行”体系建设，促进了电网调控运行集约化水平，提高了调控专业人员的工作效率，进一步提高了电网安全、可靠、持续运行的能力。
参考文献
[1]崔长江.广西电网调度员培训仿真培训系统（DTS）的功能设计与实施[D]. 广西大学，2010.
[2]杨军.浅谈故障定位方法在输电网和配电网应用中的几点区别[J]. 内蒙古科技与经济， 2011，（11）：91-93.
[3]裘微江.电网动态仿真培训系统的研究与开发[D]. 中国电力科学研究院，2009.
[4]李永波.安徽电网DTS省地一体化体系建设研究与设计[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2012，17（3）：116-119.
[5]盛鹍，谢培元，周帆.湖南省地一体化DTS研究和应用[J].湖南电力，2011，31（1）：32-34.
作者简介：
陈少哺（1977— ），男，硕士，研究方向为电力系统运行与控制。
陈高斌（1981— ），男，学士，研究方向为电力系统运行与控制。
史静（1990—），女，硕士研究生，研究方向为电力系统运行与控制。
丁晓群（1956—），男，教授，博士生导师，研究方向为电力系统运行与控制。