【文章內容簡介】 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典到五階模型之間切換，系統(tǒng)內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。負荷模型：考慮負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。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)有相同的結構，并保留實際母線的編號。開關、刀閘模型：開關、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／刀閘上流過的三相潮流。主要參與網(wǎng)絡拓撲結構變化?？稍O置和模擬開關非全相操作，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(位置可以任意設定)。3．2．2網(wǎng)絡拓撲模型在培訓仿真中，不斷有開關和刀閘的操作，某些開關和刀閘操作后，可能會引起網(wǎng)絡結構的變化，即網(wǎng)絡的獨立節(jié)點數(shù)發(fā)生變化，并可能分解成若干子網(wǎng)絡?？焖贉蚀_地跟蹤網(wǎng)絡的結構變化，為系統(tǒng)的潮流和頻率計算準備合理的數(shù)據(jù)，是至關重要的。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為邊構成的圖來描述，建立反映罔頂點和邊關系的三個單維數(shù)組，進而建屯起節(jié)點一開關的分配表，并以此為基礎建立搜索表。在實時網(wǎng)絡拓撲時，先在每個廠站內部根據(jù)開關狀態(tài)歸并各原始結點為新節(jié)點，然后在系統(tǒng)范圍內根據(jù)各元件與新結點的連接情況決定網(wǎng)絡的結構。根據(jù)各刀閘與開關的操作(包括投入、退出等倒閘操作和事故跳閘等)對新舊結點關聯(lián)表所產生的影響，對每一次開關和相應刀閘動作做相應的檢查和判斷。若開關動作對新舊節(jié)點關聯(lián)表沒有影響，則小必進行后山的全網(wǎng)搜索；否則，表示開關動作后網(wǎng)絡結構發(fā)生變化，則需要進行全網(wǎng)搜索。根據(jù)新舊節(jié)點關聯(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)等值由于內網(wǎng)不是單獨存在的，是整體電劂的一部分，外網(wǎng)對于內網(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、負荷與網(wǎng)絡，會導致本網(wǎng)內頻率和聯(lián)絡線潮流計算結果的失真。本系統(tǒng)采用動態(tài)等值技術將外部網(wǎng)絡進行化簡。等值原則如下：對內蒙古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)與轉動慣量：等值負荷考慮各被等值負荷的有功、無功及負荷綜合特性。采用上述的等值原則，可以逼真地模擬內蒙占電網(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變電站模型設計220kV變電站，站內沒備以元件為單位，元件個體功能獨立通過二次設備相互聯(lián)系形成一個整體。根據(jù)這種性質，將變電站各元件分為兩部分：一為以個體結構為主的結構部分，一為以動作聯(lián)系為主的整體邏輯部分。I)個體結構部分：是元件本體結構為主，以多媒體為表現(xiàn)手段，根據(jù)相關工作特點建立巡視、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)，這種方式可以適應電力系統(tǒng)的發(fā)展與變化，使系統(tǒng)能長時間滿足培訓的需要，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。通過算法建立的設備模型可以客觀表現(xiàn)出設備應有的動作行為，保護及自動裝置會根據(jù)模瓔的計算結果的正確動作。這樣的仿真方式是以實際裝置原理為蘑礎的，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)結構的改變是通過二次設備的自動裝置產生的跳閘令或經過操作令將開關或刀閘跳開，即改變了電網(wǎng)結構。二次設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)點導納矩陣為基礎，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確無誤的訪問指定的開關或刀閘，并且改變開關或刀閘狀態(tài)生成新的電網(wǎng)拓撲結構。從上述兩點可滿足一次、二次系統(tǒng)問配合的需求。變化時，相關模型數(shù)據(jù)聯(lián)接解決方法框圖。3．4．3變電站內元件模型的實現(xiàn)1)通過裝置原理建立的站內設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特點、結構特點的非電氣麓部分，這部分表現(xiàn)元件的操作特性、設備本身結構和操作的特性；另一部分是與電剛狀態(tài)和二次設備狀態(tài)緊密相關的電氣部分，它既是電網(wǎng)狀態(tài)改變的參與者也是二次設備及自動裝置驅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，對裝置模型設置對應的電氣輸入與輸出量，就相當于安裝于電嘲某一位置的裝置了。3)電網(wǎng)模型和變電站內的設備模型分別建立，通過TA、TV和開關、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構)進行組合，然后將其接入電網(wǎng)模型，即將設備間隔單元與電網(wǎng)模型不同的結點(例變電站母線) 或線路模瓔支路的對應關系加入電網(wǎng)模瓔，同時將本問隔的輸入(電流，電壓)對應于電嘲模趔的相關支路和結點。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。然而新的技術給變電運行、維護、檢修技術人員及學生帶來一個斬新的課題,為適應新技術的發(fā)展，改善教學手段，滿足教學與培訓的需要，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)設計思想，從整體上設計了一個具有物理與數(shù)字仿真相結合的適合于教學培訓、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，設計了該自動化仿真系統(tǒng)的結構、功能及模擬變電站開關電器，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，隨機調用某一事件操作或設置故障，由模擬變電站開關電器模擬動作，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)庫與應用程序結合在一起，為系統(tǒng)級面向對象的設計思想；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，其任務調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)庫是裝在共享內存中的，由應用程序發(fā)出請求，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)負責將相應的數(shù)據(jù)從文件中裝入共享內存，以及將內存中內容存回文件中。數(shù)據(jù)庫維護系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)庫的修改、擴沖，寫入文件的永久保存。該系統(tǒng)設有密碼，允許權限操作。人機系統(tǒng)設計采用功能分層次、菜單式結構，其優(yōu)點是使每個層次的任務較為單一，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)絡通信采用Lonworks網(wǎng)絡通信，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)利用網(wǎng)絡管理程序進行數(shù)據(jù)交流，應用程序面向數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫面向網(wǎng)絡管理程序，網(wǎng)絡管理程序負責網(wǎng)絡數(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，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)各任務能按事先設計的順序周期正常啟動，休眠和停止，各任務的執(zhí)行不發(fā)生沖突。二、能隨時響應操作員發(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。硬件設備選用符合國際標準、具有當前世界先進水平、在電力行業(yè)中廣泛采用的設備，以保證系統(tǒng)運行的可靠性和完善的售后服務。4．仿真系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)足由主機服務器、通信服務器、教員工作站、學員工作站、投影系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、網(wǎng)絡設備及打印機等部分組成。4．4．．1主機服務器主機服務器是整個仿真系統(tǒng)的核心部分，主要廂于存儲數(shù)學模型，數(shù)據(jù)庫管理，收錄教案、試題庫、典型方式案例、學員檔案、操作記錄、多媒體文件等，同時作為220kV運行工況的Web服務器，并且培訓系統(tǒng)通過該服務器經過防火墻與超高壓220kV變電站監(jiān)測數(shù)據(jù)網(wǎng)相聯(lián)。4．．2通信服務器通信服務器負責整個仿真培訓系統(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、故障設置、系統(tǒng)維護管理、數(shù)據(jù)組織和對學員的監(jiān)管等功能。4．．4學員工作站學員工作站由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、五防系統(tǒng)仿真、就地站操作監(jiān)視和理論知識培訓等。各學員工作站町獨立運行互不影響，也可以分組協(xié)調運行。4．．5網(wǎng)絡設備、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打印機用于教學培訓。軟仿真系統(tǒng)是指用計算機軟件來虛擬變電站的全部一、二次設備及監(jiān)控自動化系統(tǒng),硬件由主站服務器、教練員工作站、學員工作站及一些網(wǎng)絡通信設備組成。教練員工作站提供控制仿真機運行(如設置故障或缺陷) ,還可監(jiān)視學員操作。學員工作站用于學員培訓,顯示設備狀態(tài),實現(xiàn)設備操作功能。軟仿真系統(tǒng)的設備控制及邏輯關聯(lián)都是由軟件實現(xiàn),修改容易,適應性好,易于拷貝、移植,易實現(xiàn)一次設備仿真。由于受軟件技術和需求配合的制約,現(xiàn)有的一些軟仿真系統(tǒng)存在不夠“細膩”、邏輯關聯(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,但和調度員培訓模擬(DTS)有較大區(qū)別。監(jiān)控中心仿真系統(tǒng)以培訓變電運行人員為目的,注重變電站設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)絡拓撲要求很低,甚至不需要潮流計算,當線路發(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聯(lián)。最完善的方案是把調度員培訓和變電站值班員培訓結合起來,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)調度員和變電站值班員的培訓。 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雜模型,為適應變電站無人值班模式,培訓監(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),以培訓監(jiān)控及操作值班員的網(wǎng)絡概念。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