【文章內(nèi)容簡介】 中期、長過程一體化計算方法，實現(xiàn)對電網(wǎng)的全動態(tài)模擬。采用定值比較和邏輯判別相結(jié)合的方法進行繼電保護和自動裝置的模擬，實現(xiàn)全網(wǎng)保護和自動裝置的實時配合。3．2．1 電力系統(tǒng)模型發(fā)電機模型：直接接入本網(wǎng)的均為火電廠，常規(guī)火力發(fā)電機組的模型能在經(jīng)典到五階模型之間切換，系統(tǒng)內(nèi)的每臺機組可以分別選擇不同的計算模型。對于本網(wǎng)的發(fā)電機和對本網(wǎng)影響比較大的發(fā)電機采用高階動態(tài)模型，對于外網(wǎng)中對本網(wǎng)影響比較小的發(fā)電機采用低階動態(tài)模型。負(fù)荷模型：考慮負(fù)1奇的電壓特性和頻率特性，其定值可以由用戶根據(jù)實際情況自由修改。線路采用集中參數(shù)模型：采用經(jīng)典的n型線路模型，對于220kV線路考慮其并聯(lián)高抗及容升效應(yīng)。母線模型與實際電網(wǎng)中的各種母線(OH 3／2接線、雙母線分段、單母線等)有相同的結(jié)構(gòu)，并保留實際母線的編號。開關(guān)、刀閘模型：開關(guān)、刀閘用無阻抗支路模擬，而不是采用小電阻支路的方法，能計算所有開關(guān)／刀閘上流過的三相潮流。主要參與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化?？稍O(shè)置和模擬開關(guān)非全相操作，計算各栩電流和電壓。變壓器模型：采用兀型等值電路，考慮變壓器有載／無載調(diào)壓特性。電抗器／電容器模型：都用一個接地支路來模擬，其電抗值為正值／負(fù)值。故障模型：線路及母線故障分為單相接地、兩相接地、兩相短路、三相短路、單相斷線、兩相斷線以及各種復(fù)故障。變壓器及高壓電抗器的故障，發(fā)電機故障。故障的定義應(yīng)靈活方便，故障點可以選在系統(tǒng)的任一節(jié)點，或支路上的某一點(位置可以任意設(shè)定)。3．2．2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ驮谂嘤?xùn)仿真中，不斷有開關(guān)和刀閘的操作，某些開關(guān)和刀閘操作后，可能會引起網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，即網(wǎng)絡(luò)的獨立節(jié)點數(shù)發(fā)生變化，并可能分解成若干子網(wǎng)絡(luò)?？焖贉?zhǔn)確地跟蹤網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變化，為系統(tǒng)的潮流和頻率計算準(zhǔn)備合理的數(shù)據(jù)，是至關(guān)重要的。本模型采用快速廣度優(yōu)先搜索的方法f221。該方法基于圖論原理以母線為頂點，母線間或線路兩端開關(guān)為邊構(gòu)成的圖來描述，建立反映罔頂點和邊關(guān)系的三個單維數(shù)組，進而建屯起節(jié)點一開關(guān)的分配表，并以此為基礎(chǔ)建立搜索表。在實時網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r，先在每個廠站內(nèi)部根據(jù)開關(guān)狀態(tài)歸并各原始結(jié)點為新節(jié)點，然后在系統(tǒng)范圍內(nèi)根據(jù)各元件與新結(jié)點的連接情況決定網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)各刀閘與開關(guān)的操作(包括投入、退出等倒閘操作和事故跳閘等)對新舊結(jié)點關(guān)聯(lián)表所產(chǎn)生的影響，對每一次開關(guān)和相應(yīng)刀閘動作做相應(yīng)的檢查和判斷。若開關(guān)動作對新舊節(jié)點關(guān)聯(lián)表沒有影響，則小必進行后山的全網(wǎng)搜索；否則，表示開關(guān)動作后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，則需要進行全網(wǎng)搜索。根據(jù)新舊節(jié)點關(guān)聯(lián)表來削斷各母線與線路的聯(lián)通狀況并判斷解列情況，將系統(tǒng)中節(jié)點按解列情況分成不同的子系統(tǒng)，判斷各子系統(tǒng)中電器元件的連通情況以及各個獨立子系統(tǒng)是否有源，以便在動態(tài)模擬中加以處理，其中有源與無源獨立子系統(tǒng)的存在不影響動態(tài)計算。3．2．3外部電網(wǎng)等值由于內(nèi)網(wǎng)不是單獨存在的，是整體電劂的一部分，外網(wǎng)對于內(nèi)網(wǎng)有很大的影響。從整個電網(wǎng)運行上看，外網(wǎng)操作與故障會波及本網(wǎng)，本網(wǎng)操作與故障也可能影響外網(wǎng)。在電氣計算上不模擬外網(wǎng)，不計外網(wǎng)的發(fā)電、負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)，會導(dǎo)致本網(wǎng)內(nèi)頻率和聯(lián)絡(luò)線潮流計算結(jié)果的失真。本系統(tǒng)采用動態(tài)等值技術(shù)將外部網(wǎng)絡(luò)進行化簡。等值原則如下：對內(nèi)蒙古220kV電網(wǎng)系統(tǒng)影響比較大的外部電網(wǎng)全部保留，而影響比較小的外部電嘲部分采用動態(tài)等值技術(shù)進行化簡；等值發(fā)電機組考慮各被等值機組的電氣參數(shù)與轉(zhuǎn)動慣量：等值負(fù)荷考慮各被等值負(fù)荷的有功、無功及負(fù)荷綜合特性。采用上述的等值原則，可以逼真地模擬內(nèi)蒙占電網(wǎng)與其外網(wǎng)之間的相互作用和相互影響，并能夠正確對內(nèi)蒙占220kV電網(wǎng)在各種運行方式下進行仿真、分析和研究。3．3變電站模型設(shè)計220kV變電站，站內(nèi)沒備以元件為單位，元件個體功能獨立通過二次設(shè)備相互聯(lián)系形成一個整體。根據(jù)這種性質(zhì)，將變電站各元件分為兩部分：一為以個體結(jié)構(gòu)為主的結(jié)構(gòu)部分，一為以動作聯(lián)系為主的整體邏輯部分。I)個體結(jié)構(gòu)部分：是元件本體結(jié)構(gòu)為主，以多媒體為表現(xiàn)手段，根據(jù)相關(guān)工作特點建立巡視、操作點，仿真工作環(huán)境與處理環(huán)境。2)邏輯部分：根據(jù)各元件間的配合關(guān)系，通過基本原理算法，由模塊自由搭接，形成滿足動作要求的動態(tài)邏輯系統(tǒng)，這種方式可以適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展與變化，使系統(tǒng)能長時間滿足培訓(xùn)的需要，避免了過去系統(tǒng)剛開發(fā)完成便被淘汰的局面。3)建模方法：使用算法模型按元件原理建立元件的獨立模型，并給出相應(yīng)的輸入與輸出接口。用通用算法按實際動作邏輯連接各種元件接口形成有機動作的整體。通過算法建立的設(shè)備模型可以客觀表現(xiàn)出設(shè)備應(yīng)有的動作行為，保護及自動裝置會根據(jù)模瓔的計算結(jié)果的正確動作。這樣的仿真方式是以實際裝置原理為蘑礎(chǔ)的，保護及自動裝置啟動采崩定值比較法，滿足客觀實際情況，避免了采用邏輯啟動的缺點。3．4 電網(wǎng)和變電站模型整體解決方案3．4．1 實際系統(tǒng)的電網(wǎng)與變電站間的交互情況電網(wǎng)與變電站之間的交互如圖3一l。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變是通過二次設(shè)備的自動裝置產(chǎn)生的跳閘令或經(jīng)過操作令將開關(guān)或刀閘跳開，即改變了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。二次設(shè)備中的保護及自動裝置是根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)量進行動作，產(chǎn)生報警、動作等行為。3．4．2 電網(wǎng)模型實現(xiàn)1)電網(wǎng)計算模型以節(jié)點導(dǎo)納矩陣為基礎(chǔ)，可以直接提供任何～個計算節(jié)點的序嘲電壓量、序網(wǎng)電流量及頻率最，通過電流互感器(TA)、電壓互感器(TV)等電網(wǎng)狀態(tài)量傳遞給站內(nèi)保護及自動裝置，這些裝置將會根據(jù)原理和其之間的配和正確動作。2)電網(wǎng)中的開關(guān)和刀閘以雙端元件的方式存在于電網(wǎng)計算模型中，并且可以通過編號準(zhǔn)確無誤的訪問指定的開關(guān)或刀閘，并且改變開關(guān)或刀閘狀態(tài)生成新的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從上述兩點可滿足一次、二次系統(tǒng)問配合的需求。變化時，相關(guān)模型數(shù)據(jù)聯(lián)接解決方法框圖。3．4．3變電站內(nèi)元件模型的實現(xiàn)1)通過裝置原理建立的站內(nèi)設(shè)備模犁與變電站電氣接線型式形成一個有機整體。通過直接與電壓互感器和電流瓦感器相連接的設(shè)備(保護或自動裝置的輸入接口)取得電網(wǎng)中任意一點的狀態(tài)量作為站內(nèi)裝置動作的根本依據(jù)。2)對于一次元件分為兩部分進行描述，一部分為表述元件本身機構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)特點的非電氣麓部分，這部分表現(xiàn)元件的操作特性、設(shè)備本身結(jié)構(gòu)和操作的特性；另一部分是與電剛狀態(tài)和二次設(shè)備狀態(tài)緊密相關(guān)的電氣部分，它既是電網(wǎng)狀態(tài)改變的參與者也是二次設(shè)備及自動裝置驅(qū)動電嘲變化的直接執(zhí)行者。保護和自動裝置部分完全按照實際裝置的動作原理進行模型的建立，對裝置模型設(shè)置對應(yīng)的電氣輸入與輸出量，就相當(dāng)于安裝于電嘲某一位置的裝置了。3)電網(wǎng)模型和變電站內(nèi)的設(shè)備模型分別建立，通過TA、TV和開關(guān)、刀閘的模型將這兩部分模型聯(lián)系為一個整體，形成閉環(huán)系統(tǒng)，滿足仿真系統(tǒng)的基本需求。將設(shè)備模型以間隔為單元(例如：以出線或進線串為單位的配置結(jié)構(gòu))進行組合，然后將其接入電網(wǎng)模型，即將設(shè)備間隔單元與電網(wǎng)模型不同的結(jié)點(例變電站母線) 或線路模瓔支路的對應(yīng)關(guān)系加入電網(wǎng)模瓔，同時將本問隔的輸入(電流，電壓)對應(yīng)于電嘲模趔的相關(guān)支路和結(jié)點。通過這種方式可以靈活的配置仿炱模型，也可以簡化建模過程。第四章 新建22OkV變電站仿真系統(tǒng)近幾年來，無人值班變電站發(fā)展迅速，變電站改造和新建變電站正朝著集保護、測量、控制和遙測、遙控、遙信、遙調(diào)于一體的綜合自動化方向發(fā)展，大大提高了電網(wǎng)的安全運行與管理水平。然而新的技術(shù)給變電運行、維護、檢修技術(shù)人員及學(xué)生帶來一個斬新的課題,為適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展，改善教學(xué)手段，滿足教學(xué)與培訓(xùn)的需要，建立一個能模擬實際變電站運行，便于運行、維護、檢修人員及學(xué)生模擬現(xiàn)場操作的仿真系統(tǒng)迫在眉睫。本文采用模塊化、開放式系統(tǒng)設(shè)計思想，從整體上設(shè)計了一個具有物理與數(shù)字仿真相結(jié)合的適合于教學(xué)培訓(xùn)、科研實驗特色的變電站綜合自動化仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，設(shè)計了該自動化仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及模擬變電站開關(guān)電器，使之既具有變電站實際運行物理過程的真實感，又具有數(shù)字仿真的靈活性，實現(xiàn)了變電站運行狀態(tài)、繼電保護、信號、事故響應(yīng)的仿真。為了克服物理仿真難以仿真變電站各種運行狀態(tài)、故障處理措施及事件操作方法，本系統(tǒng)將數(shù)字仿真與物理仿真相結(jié)合，由數(shù)據(jù)管理機建立變電站某一時間段上的運行數(shù)據(jù)或故障、事件操作數(shù)據(jù)，生成仿真數(shù)據(jù)庫，通過Lonworks網(wǎng)絡(luò)與操作系統(tǒng)、變電站微機保護測控系統(tǒng)進行通信，隨機調(diào)用某一事件操作或設(shè)置故障，由模擬變電站開關(guān)電器模擬動作，監(jiān)控主機進行實時顯示，仿真變電站的各種運行工況、故障處理及事件操作。數(shù)據(jù)庫由變電站運行動態(tài)數(shù)據(jù)、倒閘操作、故障處理各子系統(tǒng)組成。把數(shù)據(jù)庫看成是各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交流的公共場所，從系統(tǒng)整體角度看，把數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用程序結(jié)合在一起，為系統(tǒng)級面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想；從系統(tǒng)運行角度看，數(shù)據(jù)庫將各子系統(tǒng)相互隔離，使之可以同時運行，也可獨立運行，其任務(wù)調(diào)度可以穿叉于各個子系統(tǒng)之間，有利于避免可能的數(shù)據(jù)沖突；從開發(fā)角度看，將一個系統(tǒng)解耦成盡可能獨立的幾部分，不同類型應(yīng)用數(shù)據(jù)之間的相互隔離，有利于避免錯誤傳輸。 由于仿真變電站的實時性要求，在系統(tǒng)運行期間，數(shù)據(jù)庫是裝在共享內(nèi)存中的，由應(yīng)用程序發(fā)出請求，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)從文件中裝入共享內(nèi)存，以及將內(nèi)存中內(nèi)容存回文件中。數(shù)據(jù)庫維護系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的修改、擴沖，寫入文件的永久保存。該系統(tǒng)設(shè)有密碼，允許權(quán)限操作。人機系統(tǒng)設(shè)計采用功能分層次、菜單式結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是使每個層次的任務(wù)較為單一，易于開發(fā)、擴展和運行操作；使系統(tǒng)數(shù)據(jù)交流較為簡單，易于控制。數(shù)字仿真系統(tǒng)各機之間的網(wǎng)絡(luò)通信采用Lonworks網(wǎng)絡(luò)通信，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)管理程序進行數(shù)據(jù)交流，應(yīng)用程序面向數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫面向網(wǎng)絡(luò)管理程序，網(wǎng)絡(luò)管理程序負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)，其原理如圖3所示。數(shù)字仿真系統(tǒng)的功能是靠進程的協(xié)調(diào)運行來實現(xiàn)的，進程分前臺和后臺兩類，前臺進程由操作員通過菜單起動，執(zhí)行完必要功能后即退出運行；后臺進程為系統(tǒng)中的其他模塊提供公共服務(wù)，并可持續(xù)監(jiān)視系統(tǒng)變化。進程管理要做到：一、保證數(shù)字仿真系統(tǒng)各任務(wù)能按事先設(shè)計的順序周期正常啟動，休眠和停止，各任務(wù)的執(zhí)行不發(fā)生沖突。二、能隨時響應(yīng)操作員發(fā)出的命令，改變進程的執(zhí)行，并且可以隨時恢復(fù)進程或再啟動。三、可隨時監(jiān)視后臺進程，在系統(tǒng)故障時，能可靠地中斷前臺進程。4． 硬件系統(tǒng)的基本要求硬件系統(tǒng)的配置遵循開放性原則，以達到系統(tǒng)的可擴充性和可維護性，為仿真系統(tǒng)提供一個可靠、靈活的運行環(huán)境。硬件設(shè)備選用符合國際標(biāo)準(zhǔn)、具有當(dāng)前世界先進水平、在電力行業(yè)中廣泛采用的設(shè)備，以保證系統(tǒng)運行的可靠性和完善的售后服務(wù)。4．仿真系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)足由主機服務(wù)器、通信服務(wù)器、教員工作站、學(xué)員工作站、投影系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及打印機等部分組成。4．4．．1主機服務(wù)器主機服務(wù)器是整個仿真系統(tǒng)的核心部分，主要廂于存儲數(shù)學(xué)模型，數(shù)據(jù)庫管理，收錄教案、試題庫、典型方式案例、學(xué)員檔案、操作記錄、多媒體文件等，同時作為220kV運行工況的Web服務(wù)器，并且培訓(xùn)系統(tǒng)通過該服務(wù)器經(jīng)過防火墻與超高壓220kV變電站監(jiān)測數(shù)據(jù)網(wǎng)相聯(lián)。4．．2通信服務(wù)器通信服務(wù)器負(fù)責(zé)整個仿真培訓(xùn)系統(tǒng)與其它外部系統(tǒng)通信，完成數(shù)據(jù)交換等功能。4．教員工作站由兩臺微機組成，它們可以各自獨立運行，也可以按主備方式運行，其中一臺兼作系統(tǒng)的工程師站，用于系統(tǒng)維護、升級等。主要用于教案編制、運行方式的整定、故障設(shè)置、系統(tǒng)維護管理、數(shù)據(jù)組織和對學(xué)員的監(jiān)管等功能。4．．4學(xué)員工作站學(xué)員工作站由15臺微機組成，主要用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)仿真、巡視培訓(xùn)、五防系統(tǒng)仿真、就地站操作監(jiān)視和理論知識培訓(xùn)等。各學(xué)員工作站町獨立運行互不影響，也可以分組協(xié)調(diào)運行。4．．5網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、打印機和投影系統(tǒng)選用CISCO WS—C2970G一24TS．E交換機一臺(配置l塊1000M光纖網(wǎng)卡)用于仿真系統(tǒng)內(nèi)部組網(wǎng)；選用天融信NGFW4000一E—VPN(E)防火墻一臺，用于隔離SCADA監(jiān)控系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)連接，保證SCADA監(jiān)控系統(tǒng)安全；另備TOSHIBA TDP．TW300投影儀l臺及HP打印機用于教學(xué)培訓(xùn)。軟仿真系統(tǒng)是指用計算機軟件來虛擬變電站的全部一、二次設(shè)備及監(jiān)控自動化系統(tǒng),硬件由主站服務(wù)器、教練員工作站、學(xué)員工作站及一些網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備組成。教練員工作站提供控制仿真機運行(如設(shè)置故障或缺陷) ,還可監(jiān)視學(xué)員操作。學(xué)員工作站用于學(xué)員培訓(xùn),顯示設(shè)備狀態(tài),實現(xiàn)設(shè)備操作功能。軟仿真系統(tǒng)的設(shè)備控制及邏輯關(guān)聯(lián)都是由軟件實現(xiàn),修改容易,適應(yīng)性好,易于拷貝、移植,易實現(xiàn)一次設(shè)備仿真。由于受軟件技術(shù)和需求配合的制約,現(xiàn)有的一些軟仿真系統(tǒng)存在不夠“細(xì)膩”、邏輯關(guān)聯(lián)欠缺等問題。全國220 kV及以下的無人值班變電站已得到推廣。這種變電站都采用集中監(jiān)控的模式,沒有必要再開發(fā)單個220 kV變電站的仿真系統(tǒng)。因此,變電運行仿真系統(tǒng)的仿真對象應(yīng)是220 kV變電站和220 kV及以下變電站的監(jiān)控中心。這兩種仿真系統(tǒng)可以完全獨立,但考慮到220 kV變電站今后將向集中監(jiān)控的方向發(fā)展,因而將其納入220 kV監(jiān)控中心仿真系統(tǒng),并且站端要具備完善的仿真功能。220 kV及以下變電站監(jiān)控中心仿真系統(tǒng)需要對一個地區(qū)電網(wǎng)進行仿真,但和調(diào)度員培訓(xùn)模擬(DTS)有較大區(qū)別。監(jiān)控中心仿真系統(tǒng)以培訓(xùn)變電運行人員為目的,注重變電站設(shè)備的操作和異常處理、故障類型和保護元件動作的判別,對電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟蠛艿?甚至不需要潮流計算,當(dāng)線路發(fā)生故障時只須考慮故障線路的兩端變電站故障關(guān)聯(lián)即可。電網(wǎng)的模型很簡單,只要將多個2135 kV變電站通過線路相聯(lián),故障線路兩端變電站關(guān)聯(lián)。最完善的方案是把調(diào)度員培訓(xùn)和變電站值班員培訓(xùn)結(jié)合起來,使變電站仿真、監(jiān)控中心仿真和地區(qū)電網(wǎng)仿真系統(tǒng)有機地整合在一起。采用這種方案,可以整合平臺資源,利用同一套硬件系統(tǒng)同時實現(xiàn)調(diào)度員和變電站值班員的培訓(xùn)。 220 kV監(jiān)控中心仿真系統(tǒng)規(guī)模不管電網(wǎng)采用簡單模型還是復(fù)雜模型,為適應(yīng)變電站無人值班模式,培訓(xùn)監(jiān)控和操作人員的220 kV變電站監(jiān)控中心仿真系統(tǒng),必須具備至少2個完整的220 kV變電站現(xiàn)場仿真、2個110 kV變電站現(xiàn)場仿真和2個35 kV變電站現(xiàn)場仿真,并可接入220 kV變電站現(xiàn)場仿真系統(tǒng),以培訓(xùn)監(jiān)控及操作值班員的網(wǎng)絡(luò)概念。這些變電站的現(xiàn)場仿真功能完善,可以用作單個有人值班變電站(主要是220