第11章 电网调度员培训仿真系统一、DTS的基本概念 培养一支训练有素、经验丰富的调度运行队伍对电力系统的安全运行至关重要，由于电网大面积停电的概率极小，经验和知识的获得和更新只能来自培训，传统的培训方式有跟班学习、课堂式的反事故演习、事故处理经验总结等。这些方法没有实战感，效果差。在实际事故中调度员仍会束手无策，不知如何应付。间题的关键就是没有机会在电网多次异常和事故中磨练，积累处理间题的知识、经验和心理素质。回而DTS就应运而生并得到快速发展。 调度员培训模拟系统（Dispatcher Training Simulator，简称DTS）是一个计算机系统，它按被仿真的实际电力系统的数学模型，模拟各种调度操作和故障后的系统工况，并将这些信息送到电力系统控制中心的模型内，为调度员提供一个逼真的培训环境，以达到既不影响实际电力系统的运行而又培训调度运行人员的目的。二、DTS的组成 DTS通常由3个部分组成：电网仿真子系统、SCADAEMS仿真子系统和教员监控子系统。1、电网仿真子系统(Power System Model PSM) 电网仿真子系统模拟电网在正常和紧急状态下的静态或动态过程，尤其是逼真地模拟电网的静态和长期动态行为，准实时模拟电网的暂态和中期动态过程，并可详细模拟系统内的继电保护和安全自动装置。还可模拟继电保护和安全自动装置的拒动和误动。仿真规模可包括网内所有500 kV，220 kV网架及重要的 110 kV，35 kV线路和必需的电力设备。2、SCADAEMS仿真子系统(Control Center Model CCM) 为了达到逼真的效果，SCADA/EMS仿真子系统（学员台）应模拟在线系统 SCADA/EMS的所有功能，并尽可能做到一致，包括它的监控系统和在线应用软件，能实现相同的操作、控制和功能，而且具有与实际调度中心相同的各种在线应用软件。3、教员监控子系统(Instructor System)教员监控子系统（简称教员台）应有灵活的培训支持功能，教员可灵活设置各种事件，编制各种教案，并且有足够的教案可进行演示和培训，可很方便地建立培训的初始条件。培训时教员还可以很方便地设置、修改、删除和插入各种事件，执行学员下达的各种调度命令，控制和监视培训进程，同时提供画面修改方式和菜单提示操作方式，并具有暂停、恢复、快照吩人工和自动）、快放、倒回重放和慢速演示等功能，使得教员台的操作灵活、方便。三、DTS的功能要求（一）电力系统仿真1、稳态仿真 电力系统稳态仿真又称静态仿真，它把发电机看成是无机电动态变化过程但可静态变化的电源，也就是计算电力系统在扰动引起的动态变化过程平息后的运行状态，和动态仿真相比，稳态仿真所用模型简单，模型参数也少，而且容易确定，因此仿真计算结果易于和电力系统实际稳态变化情况相符，其初始条件的准备也要简单得多，因此应提供稳态仿真。稳态仿真应主要包括网络拓扑、动态潮流和频率计算等软件。2、动态全过程仿真(1)动态全过程仿真的模型 动态全过程仿真中所采用的主要元件的动态模型应主要包括以下几类电源模型，包括发电机、励磁系统、PSS、原动机、调速系统和锅炉；负荷模型；直流输电系统模型；核电站模型；抽水蓄能电站模型；网络模型。(2) 暂态过程和中长期动态过程的分段模型 a暂态过程当系统发生故障后，首先迸入暂态过程。由于这时系统处于剧烈变化之中，为了详细而正确地模拟系统的这种剧烈变化，准确反映各变量的变化情况，必须采用较小步长。这时，由于每台发电机的变化情况各不相同，必须计算每台发电机的功角和角速度。在元件模型方面，除应选用较力详细的发电机模型外，还需考虑诸如励磁系统和调速系统等时间常数并不很大的调节装置的动态特性，而忽略时间常数较大的调节装置的作用，如锅炉的调节特性。 b中长期动态过程当机组间的摇摆逐渐减小后，即可转入中期动态过程仿真计算。因此，中期动态过程是暂态过程的延续，相对于暂态过程仿真而言，由于这一过程是在事件发生若干秒之后进入的，除了考虑励磁系统、PSS、调速系统等调节装置外，还需计及具有较大时问常数的装置，诸如锅炉和核反应堆的动态特性。同时，那些时间常数较小的装置则可简化。另外，还必须考虑自动装置的动作特性。在长期动态过程中，由于机组间的摇摆已平息，可认为全网具有同一频率。发电机的功角和角速度由惯性中心决定，不必计算每一台发电机的转子运动，只需计算惯性中心的转子运动。(3) 继电保护和安全自动装置仿真 故障时继电保护及自动装置将自动显示其动作情况，并伴有音响和闪光信号，同时通过跳开相应的元件开关去影响电力系统模型。继电保护仿真可选择逻辑判断法或定值判别法。仿真的继电保护应涵盖网内的主要保护类型。继电保护模拟满足以下要求：l 能实现事先给定、用户自定义两种继电保护建模方法。l 继电保护模拟采用通用的模型结构，基于面向对象的设计思想能方便地构造新的保护类型，无需编写专用程序。l 提供大量的继电保护常规类型，能直接在系统接线图上点击相关设备进行配置。l 保护动作模拟提供逻辑判断和定值比较两种方法。定值比较法在动态模型中考虑动态过程中暂态电流的衰减和变化。两种方法能人工选择、结合使用，如对定值完备的内网部分采用定值比较法，对缺少定值的外网部分采用逻辑判断法。l 至少能模拟以下各类继电保护装置：线路保护包括：高频、相间距离（3段）、分相差动、接地距离（3段）、零序（4段）、失灵、复合电压闭锁过流、电流速断 、方向、低压等。母线及开关保护包括：母差、充电、失灵、非全相保护，短引线保护。变压器保护包括：纵差、瓦斯、零序电流（2段）（带方向或无方向）、过电流（带方向或无方向）、零序电压、复合电压闭锁过流、后备保护。发电机保护包括：失磁、失步、过励磁、纵差、转子接地、负序过流、零序过流、过电流、过电压保护等。电容器、电抗器保护。自动重合闸一次重合后经闭锁时间可自动恢复，重合不成可给出提示。能模拟继电保护投停，保护的误动、拒动，开关拒动（可采用二级选择），能设置保护定值。各种选项均有人机界面可操作。能设置重合闸方式（单重、三重、综重、停用可选，检同期、检无压或不检可选），各种重合闸方式均有操作界面可予选择。能设置、查询继电保护装置的运行状态，查询故障动作报告。DTS中的各种安全自动装置模型应全面，模型应可组装分解，可根据用户要求增减。继电保护及自动装置可设置投运和退出，操作应灵活方便。l 自动装置无需编写程序，维护工作由图形化的界面完成。l 自动装置全部由自定义生成，提供常用自动装置模板供选用。l 能模拟各种安全自动装置的正常动作、误动、拒动、投退、动作后的复位操作和定值修改等。l 至少能模拟以下安全自动装置：自动联切装置包括：联切机、联切负荷、联切设备。自动解列装置包括：低频解列、高频解列、低压解列、失步解列、振荡解列、过载解列。低频自启机、低频切泵、低压减载、过载联动、备用电源自投、同期装置、低频减载、高频切机、大小电流切机、大小电流切负荷、自动重合闸、高频自起泵等。快关出力、电气制动装置。l 能够模拟开关的同期操作。对于装配同期装置的开关，同期时能自动检验同期条件；对于没有同期装置的开关，将非同期操作模拟为故障事件，引发保护动作。(4)故障计算支持用户设置故障,支持多重故障、复合故障设置, 按照绝对时间、相对时间、立即发生等情况设置。故障设置要素有：故障起始时间。 故障位置：任何网络元件的某点（如线路距始端处的百分比值）；二次系统（如保护拒动）；量测环节（如远动坏数据等）。故障持续时间：瞬间（自动重合成功），延时（自动重合不成功，一次强送成功），长延时（自动重合不成功、一次强送不成功，二次强送成功），永久故障。故障类型包括：短路故障（单相接地、两相短路、两相短路接地、三相短路）、断线故障（一相断线、二相断线、三相断线）、发电机及变压器内部故障。故障点可直接接地或经阻抗接地。能够模拟电网的违章操作，如：带负荷拉/合刀闸、刀闸拉/合空载线路或变压器、带电合接地刀闸、带接地刀闸合开关、非同期合开关、误解列等，误操作均可自动生成故障事件，并对应不同的电力系统模型（稳态、动态）给出相应的模拟结果。支持非同期并网的稳态和动态模拟，支持操作指令条件校验等功能。(5)AGC/EDC功能仿真AGC的工作原理如第9章所述，DTS中AGC的对象不再是实际的发电机，而是电力系统模型PSM中的发电机模型。AGC/EDC功能仿真需要模拟电网内发电机和负荷的功率频率特性，如果涉及联合电网的AGC，还必须考虑与外网联络线交换功率的仿真。(6)外网等值除了AGC需要考虑与外网的功率交换外，系统频率计算，故障计算，动态计算都要求对外网进行等值。等值分静态等值和动态等值。静态等值用于稳态分析，简单地可以将外网作为一个无穷大电源，但误差较大。也可以采用ward等值。动态等值用于故障后的动态过程分析，简单地可以将外部发电机等值为1台或几台发电机，消去外网的大量计算节点；或者采用同调等值，先确定同调机组，同调的机组合并为1台等值机。外网等值是仿真中的一个难点，因为对于不同的故障情况，外网的等值参数会发生变化，因此必须根据不同的运行工况确定相应的等值参数，这需要占用计算时间，尤其是同调等值，确定同调机组是一个计算量很大的过程。（二）控制中心SCADA/EMS功能仿真 控制中心SCADAEMS功能仿真是DTS的一个重要组成部分，可为调度员创造一个真实的环境，使调度员有一个身临其境的感觉。所实现的仿真功能除了历史数据处理功能外，应包括所有的SCADAEMS功能，内容主要包括：数据采集、数据处理和计算、事件和报警处理、远方调节和控制、数据统计、人机会话等。（三）教员台 DTS教员控制功能由3个部分组成：培训前准备、培训中操作的控制、培训后处理。 培训前准备包括建立教案和初始潮流的验证。培训中操作和控制包括教员对电网的操作、培训过程的控制和对学员的操作监视。培认垢的处理包括培训过程的复映和学员操作的评估等。具体功能要求如下： a初始方式的建立和管理。 b事件的设置与管理线路、母线、变压器、发电机故障；开关、继电保护和安全自动装置误动、拒动；RTU故障，量测数据污染；电压互感器（TV）断线故障；直流输电故障；中性点不接地系统单相接地；对带负荷拉合刀闸、带地线合开关、刀闸拉合空载线路、带地刀合开关等情况应自动按事故处理。 c对电力系统的操作：发电机组投切； AGC的投退；发电机电压和出力的调整；负荷的投切；负荷有功、无功的调整；变压器投切和分接头的调整；线路投切；开关和刀闸的断合；补偿装置投切和调整；区域出力、区域负荷、全厂负荷和全厂出力的调节；同期操作；改变继电保护和安全自动装置投退状态及定值；挂地线。 d对培训过程控制的操作：暂停培训、恢复培训、存储快照、放慢培训过程。 e对学员操作的监视和误操作的处理：动态曲线调显；更改发电机转子摇摆角的参考机；培训后的处理有快照处理、培训评估、复显动态曲线。四、DTS的硬件配置1、非独立型 非独立型的DTS与SCADAEMS完全一体化，作为其中的一个功能，可以专门配置一个节点，也可与其他功能软件共处于一个节点。在这种结构中，受训的调度员可以将备用节点上的SCADAEMS切换成培训态，作为SCADAEMS仿真子系统，也可以专门配置一个节点作为SCADAEMS仿真子系统。优点：一方面可以保证 SCADAEMS仿真子系统与实际SCADAEMS的一致性，另一方面可以共用SCADA/EMS的