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【摘要】： 本文从笔者从事配网自动化系统建设多年的经验提出了一些配网自动化仿真系统建设的见解。
【关键词】： 电力配网 自动化系统 特点
一、引言
城市电网应在未来的几年内加速网架结构建设和城区配网自动化系统建设，提高供电质量和供电可靠性， 以满足现代化建设的供电需求。配网自动化是建立在信息化的基础上， 将配电系统在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成， 构成完整的自动化系统， 实现配电网及其设备正常运行状态和事故状态下的监测、保护、控制以及用电管理和配电管理的自动化， 最终实现以大幅度提高供电可靠性、改善电能质量为目标的对配电系统在线的、准实时的闭环控制。而建设一套离线、非实时的配网自动化仿真系统对快速提高配网自动化系统的运行维护人员的技能水平是非常必要和可行的。建设配网自动化仿真培训系统的目的， 主要是用于培训配网自动化从业人员的各项基本操作技能和对故障的处理能力，使学员熟悉配网自动化系统的结构、了解配网自动化系统各个部分的的物理特性， 熟练掌握系统各环节基本的运行操作及维护安装技能， 同时培养学员在一次电网故障情况下， 如何应用配网自动化系统正确判断故障和处理故障的能力。从而降低电力运行成本， 保证电力系统安全、可靠地运行。
二、 系统具备的特点
2.1科学合理的计算机系统配置， 开放式的硬件系统和操作系统。
2.2 具有灵活、通用、快捷的开发平台， 并支持用户对培训界面（ 一次部分和二次部分） 的二次更改。
2.3 模拟电网10kV 及以下电网， 包括变电站主变10kV 低压侧至出线开关、配电线路、变压器（ 区街变） 、断路器、负荷开关、刀闸、开闭所、环网柜等， 以及相应的继电保护等二次系统和通讯系统。
2.4 能对配网及各地调度范围内配网进行各种仿真运行， 包括对故障处理的实际和仿真模拟演示。
2.5 与通用的电网离线计算软件的仿真相配合， 并能取得一致的结果（ 正确显示当运行方式改变时， 潮流的变化趋势） 。
任意复杂故障的处理，包括电力系统故障（在接线图上可以任意指定故障位置）和培训系统故障（通讯故障、主站硬件设备故障以及终端设备故障）；电网的联合反事故演习（ 通过远程网络登陆） ；课件教案的制作（ 电力基础知识、配电终端设备、配电主子站系统、通讯系统）；培训的评估（ 对采用标准终端设备FTU、TTU、光猫的培训结果进行评估， 采用交互式课件的形式） ；配电电网应急预案的培训及演习： 配电主站提供故障模拟功能， 并对该故障方案提供详细解释， 为维护应急预案提供可靠信息。
三、仿真对象及仿真系统的功能设计
配电网自动化系统包括的一次电网10kV 及以下电网， 包括变电站主变10kV 低压侧至出线开关、配电线路、变压器（ 区街变） 、断路器、负荷开关、刀闸、开闭所、环网柜、等元件， 以及相应的继电保护等二次系统。配电网自动化系统的各种配网自动化终端设备， 包括FTU、TTU、DTU 等。配电网自动化系统的各种配网自动化主站设备， 包括配网自动化系统主站、配电自动化子站等。配电网自动化系统的各种配网自动化通讯设备等。仿真系统的功能设计： 配网调度人员的模拟培训功能； 配网主站子站系统维护人员的培训功能； 配网终端安装维护人员的培训功能； 配网通讯安装维护人员的培训功能； 操作班现场操作人员的培训功能。
3.1 配网调度培训功能
3.1.1 监视功能： 实时或置入的遥测量、遥信状态量（ 开关、刀闸状态， 保护信号、变压器档位信号等） 、计算处理量（ 功率总加，功率因数等） 、电度量、时间、设备信息、统计信息、事项记录、潮流变化等； 微机保护动作信息， 保护定值， 保护故障信息， 保护自诊断信息等。
3.1.2 在配网仿真监控界面的操作， 包括置入、音响解除， 信号复归、查询等。
3.1.3 自动化部分的操作对已经实现自动化的线路， 具有遥控、升降功能， 对满足互联闭锁约束条件并允许遥控的开关、刀闸进行遥控， 对主变分接头进行升降操作。并生成操作过程的全部记录（ 操作人员、操作时间、操作内容等） ， 所有遥控闭锁条件自动判定。
3.1.4 非自动化部分的操作对没有实现自动化的线路， 系统能够识别， 并禁止遥控操作， 但允许置入和挂牌等操作。
3.1.5 备份配网接线图具备导入配网接线图和模型的能力，并允许多个电网模型同时在线运行。
3.1.6 故障处理： 能进行常见典型故障的判断分析处理、能配合上级调度制定电网启动方案。典型故障包括： 线路故障、变电站母线故障、开闭所母线故障、环网柜母线故障、负荷故障。
四、 电力配网自动化系统模式架构
根据现有配网自动化系统的模式架构， 配网自动化仿真培训系统从硬件结构上分为： 配网模拟培训主站系统、配网监控终端设备以及配网通信系统。系统的各个层次协同工作， 共同组成配电模拟培训系统。
4.1 根据目前仿真机硬件系统的一般要求， 硬件配置遵循如下原则
（1） 充分满足仿真机运行的实时性要求；
（2） 有足够的系统资源以满足一机多模的要求；
（3） 具有较高的可靠性；
（4） 采用能用的工业标准设备， 有良好的可维护性；
（5） 同类设备尽可能平衡、均布， 避免出现运行瓶颈；
（6） 采用最新技术和新产品， 使系统具有较长的生命周期。
五、仿真系统方案的分析
5.1 配网自动化仿真培训系统的主站部分
配网模拟培训主站系统（ 以下简称主站） 采用集中控制方式， 是整个系统的最高层， 从整体上实现： 1） 模拟配电网的监测和控制， 分析配电网的运行状态， 协调各分级系统及设备之间的关系。2） 提供模拟培训学习的虚拟操作功能。配网模拟培训主站系统是监控和管理系统的核心并提供良好的人机界面， 可完成各种图形显示、控制执行、系统维护、设备管理、报表打印， 学习考核， 模拟操作等功能， 同时通过计算机网络等方式与其它系统进行数据交换， 是数据中心和处理中心。主站系统通过光纤通信系统与FTU 通信， 将FTU 采集的虚拟负荷开关信息传送给主站系统， 并将主站系统下发的控制命令传送给FTU， 实现对虚拟负荷开关的控制。主站系统具有远程诊断服务功能， 可在远方对系统进行维护、修改、升级等操作。
5.2 配网自动化仿真培训系统的终端及通讯部分
配网终端设备层主要包括各种馈线监控终端FTU， 它们是整个系统的底层， 主要完成对站端设备如： 柱上开关、环网开关、开闭所等各种现场信息的采集处理及监控功能。终端采集对象是使用继电器组成的模拟负荷开关装置， 此虚拟负荷开关装置可模拟负荷开关的分合动作及开关变位动作， 可提供单点/双点开关触点信息。负荷开关的测量信息有标准源提供。FTU 终端与此虚拟负荷开关装置有良好的性能配合。并具有有独立的可根据需要替换通信模块， 通信功能包括IEC870- 5-101、DNP3.0 等规约。根据可靠性、经济性、实用性原则， 并考虑到系统各部分之间的通信指标要求， 通信系统采用光纤环终端通信网。通讯系统中FTU 信息接入采用光纤的方式， TTU 的通讯采用有线（RS485） 方式。主站与配网终端设备之间， 按DNP3.0、IEC101规约， 根据实际的信道情况进行通信。
六、结束语
电力配网自动化是近几年兴起的一项配电网技术， 在一些发展比较快的城市正在快速得到发展， 但对于运行、维护人员的培训也提出了新的要求， 文章主要通过探讨计算机软件技术实现配网自动化仿真系统。在离线的状态下为运行维护人员提供仿真培训。
【关键词】： 电力配网 自动化系统 特点
一、引言
城市电网应在未来的几年内加速网架结构建设和城区配网自动化系统建设，提高供电质量和供电可靠性， 以满足现代化建设的供电需求。配网自动化是建立在信息化的基础上， 将配电系统在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成， 构成完整的自动化系统， 实现配电网及其设备正常运行状态和事故状态下的监测、保护、控制以及用电管理和配电管理的自动化， 最终实现以大幅度提高供电可靠性、改善电能质量为目标的对配电系统在线的、准实时的闭环控制。而建设一套离线、非实时的配网自动化仿真系统对快速提高配网自动化系统的运行维护人员的技能水平是非常必要和可行的。建设配网自动化仿真培训系统的目的， 主要是用于培训配网自动化从业人员的各项基本操作技能和对故障的处理能力，使学员熟悉配网自动化系统的结构、了解配网自动化系统各个部分的的物理特性， 熟练掌握系统各环节基本的运行操作及维护安装技能， 同时培养学员在一次电网故障情况下， 如何应用配网自动化系统正确判断故障和处理故障的能力。从而降低电力运行成本， 保证电力系统安全、可靠地运行。
二、 系统具备的特点
2.1科学合理的计算机系统配置， 开放式的硬件系统和操作系统。
2.2 具有灵活、通用、快捷的开发平台， 并支持用户对培训界面（ 一次部分和二次部分） 的二次更改。
2.3 模拟电网10kV 及以下电网， 包括变电站主变10kV 低压侧至出线开关、配电线路、变压器（ 区街变） 、断路器、负荷开关、刀闸、开闭所、环网柜等， 以及相应的继电保护等二次系统和通讯系统。
2.4 能对配网及各地调度范围内配网进行各种仿真运行， 包括对故障处理的实际和仿真模拟演示。
2.5 与通用的电网离线计算软件的仿真相配合， 并能取得一致的结果（ 正确显示当运行方式改变时， 潮流的变化趋势） 。
任意复杂故障的处理，包括电力系统故障（在接线图上可以任意指定故障位置）和培训系统故障（通讯故障、主站硬件设备故障以及终端设备故障）；电网的联合反事故演习（ 通过远程网络登陆） ；课件教案的制作（ 电力基础知识、配电终端设备、配电主子站系统、通讯系统）；培训的评估（ 对采用标准终端设备FTU、TTU、光猫的培训结果进行评估， 采用交互式课件的形式） ；配电电网应急预案的培训及演习： 配电主站提供故障模拟功能， 并对该故障方案提供详细解释， 为维护应急预案提供可靠信息。
三、仿真对象及仿真系统的功能设计
配电网自动化系统包括的一次电网10kV 及以下电网， 包括变电站主变10kV 低压侧至出线开关、配电线路、变压器（ 区街变） 、断路器、负荷开关、刀闸、开闭所、环网柜、等元件， 以及相应的继电保护等二次系统。配电网自动化系统的各种配网自动化终端设备， 包括FTU、TTU、DTU 等。配电网自动化系统的各种配网自动化主站设备， 包括配网自动化系统主站、配电自动化子站等。配电网自动化系统的各种配网自动化通讯设备等。仿真系统的功能设计： 配网调度人员的模拟培训功能； 配网主站子站系统维护人员的培训功能； 配网终端安装维护人员的培训功能； 配网通讯安装维护人员的培训功能； 操作班现场操作人员的培训功能。
3.1 配网调度培训功能
3.1.1 监视功能： 实时或置入的遥测量、遥信状态量（ 开关、刀闸状态， 保护信号、变压器档位信号等） 、计算处理量（ 功率总加，功率因数等） 、电度量、时间、设备信息、统计信息、事项记录、潮流变化等； 微机保护动作信息， 保护定值， 保护故障信息， 保护自诊断信息等。
3.1.2 在配网仿真监控界面的操作， 包括置入、音响解除， 信号复归、查询等。
3.1.3 自动化部分的操作对已经实现自动化的线路， 具有遥控、升降功能， 对满足互联闭锁约束条件并允许遥控的开关、刀闸进行遥控， 对主变分接头进行升降操作。并生成操作过程的全部记录（ 操作人员、操作时间、操作内容等） ， 所有遥控闭锁条件自动判定。
3.1.4 非自动化部分的操作对没有实现自动化的线路， 系统能够识别， 并禁止遥控操作， 但允许置入和挂牌等操作。
3.1.5 备份配网接线图具备导入配网接线图和模型的能力，并允许多个电网模型同时在线运行。
3.1.6 故障处理： 能进行常见典型故障的判断分析处理、能配合上级调度制定电网启动方案。典型故障包括： 线路故障、变电站母线故障、开闭所母线故障、环网柜母线故障、负荷故障。
四、 电力配网自动化系统模式架构
根据现有配网自动化系统的模式架构， 配网自动化仿真培训系统从硬件结构上分为： 配网模拟培训主站系统、配网监控终端设备以及配网通信系统。系统的各个层次协同工作， 共同组成配电模拟培训系统。
4.1 根据目前仿真机硬件系统的一般要求， 硬件配置遵循如下原则
（1） 充分满足仿真机运行的实时性要求；
（2） 有足够的系统资源以满足一机多模的要求；
（3） 具有较高的可靠性；
（4） 采用能用的工业标准设备， 有良好的可维护性；
（5） 同类设备尽可能平衡、均布， 避免出现运行瓶颈；
（6） 采用最新技术和新产品， 使系统具有较长的生命周期。
五、仿真系统方案的分析
5.1 配网自动化仿真培训系统的主站部分
配网模拟培训主站系统（ 以下简称主站） 采用集中控制方式， 是整个系统的最高层， 从整体上实现： 1） 模拟配电网的监测和控制， 分析配电网的运行状态， 协调各分级系统及设备之间的关系。2） 提供模拟培训学习的虚拟操作功能。配网模拟培训主站系统是监控和管理系统的核心并提供良好的人机界面， 可完成各种图形显示、控制执行、系统维护、设备管理、报表打印， 学习考核， 模拟操作等功能， 同时通过计算机网络等方式与其它系统进行数据交换， 是数据中心和处理中心。主站系统通过光纤通信系统与FTU 通信， 将FTU 采集的虚拟负荷开关信息传送给主站系统， 并将主站系统下发的控制命令传送给FTU， 实现对虚拟负荷开关的控制。主站系统具有远程诊断服务功能， 可在远方对系统进行维护、修改、升级等操作。
5.2 配网自动化仿真培训系统的终端及通讯部分
配网终端设备层主要包括各种馈线监控终端FTU， 它们是整个系统的底层， 主要完成对站端设备如： 柱上开关、环网开关、开闭所等各种现场信息的采集处理及监控功能。终端采集对象是使用继电器组成的模拟负荷开关装置， 此虚拟负荷开关装置可模拟负荷开关的分合动作及开关变位动作， 可提供单点/双点开关触点信息。负荷开关的测量信息有标准源提供。FTU 终端与此虚拟负荷开关装置有良好的性能配合。并具有有独立的可根据需要替换通信模块， 通信功能包括IEC870- 5-101、DNP3.0 等规约。根据可靠性、经济性、实用性原则， 并考虑到系统各部分之间的通信指标要求， 通信系统采用光纤环终端通信网。通讯系统中FTU 信息接入采用光纤的方式， TTU 的通讯采用有线（RS485） 方式。主站与配网终端设备之间， 按DNP3.0、IEC101规约， 根据实际的信道情况进行通信。
六、结束语
电力配网自动化是近几年兴起的一项配电网技术， 在一些发展比较快的城市正在快速得到发展， 但对于运行、维护人员的培训也提出了新的要求， 文章主要通过探讨计算机软件技术实现配网自动化仿真系统。在离线的状态下为运行维护人员提供仿真培训。