摘要：本文提出了一種智能配電網(wǎng)仿真平臺的建設(shè)方案。在已有配電自動化的基礎(chǔ)上增加了2臺服務(wù)器作為仿真系統(tǒng)的主站平臺，建設(shè)了學(xué)員臺和教員臺，實現(xiàn)了仿真平臺和實際系統(tǒng)之間模型數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的無縫對接。采用AC380V電壓來模擬10kV中壓配電系統(tǒng)，采用開關(guān)柜、配電終端、EPON通信設(shè)備完整的模仿了整個智能配電網(wǎng)的運行與故障處理，對于提高配網(wǎng)自動化從業(yè)人員的各項基本操作技能和對故障的處理能力都有很大的幫助。

　　關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng),仿真平臺,配網(wǎng)自動化

　　1 引言

　　隨著我國電力建設(shè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜;社會生活水平的提高，用戶對供電可靠性的要求日益增長[1-2]。為此，電網(wǎng)調(diào)度安全性的要求越來越高，同時配網(wǎng)實施集中調(diào)度改革，調(diào)度范圍的設(shè)備數(shù)量迅速激增。培訓(xùn)配網(wǎng)自動化從業(yè)人員的各項基本操作技能和對故障的處理能力，使學(xué)員熟悉配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、了解配網(wǎng)自動化系統(tǒng)各個部分的物理特性，熟練掌握系統(tǒng)各環(huán)節(jié)基本的運行操作及維護安裝技能，同時培養(yǎng)學(xué)員在一次電網(wǎng)故障情況下，如何應(yīng)用配網(wǎng)自動化系統(tǒng)正確判斷故障和處理故障的能力，變得越來越重要。

　　為響應(yīng)國家智能電網(wǎng)建設(shè)要求，在標(biāo)準(zhǔn)型配電自動化主站系統(tǒng)上擴展智能決策算法實現(xiàn)與輸電網(wǎng)調(diào)度的協(xié)同處理與控制，提高配網(wǎng)集中調(diào)度的工作可靠性和管理效率，同時借助基于IEC標(biāo)準(zhǔn)的信息交換總線的建設(shè)，“一遙”、“二遙”、“三遙”終端覆蓋率的大幅提高，保證采集到足夠的配網(wǎng)故障信息，提出開發(fā)基于多數(shù)據(jù)源協(xié)調(diào)的配電網(wǎng)綜合故障診斷分析原理，綜合信息源包括配電自動化獲得的實時信息，負荷管理系統(tǒng)或低壓集抄系統(tǒng)獲取準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)等故障信息，上一級調(diào)度自動化系統(tǒng)獲取的高壓電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲等。當(dāng)事故發(fā)生時，能簡捷、明了地反映電網(wǎng)變化，有助于調(diào)度員判斷事故原因，并根據(jù)基于配電網(wǎng)全局拓撲信息給出全局最優(yōu)的故障負荷轉(zhuǎn)移方案采取響應(yīng)措施，實現(xiàn)配電網(wǎng)多故障緊急情況的精細化控制，需要能夠熟練掌握智能配網(wǎng)的實際操作。

　　智能電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)劃是近幾年才提及的，國內(nèi)的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)大多基于電力系統(tǒng)進行的[3-5]，沒有提供完整的包含一次、二次、通訊及后臺系統(tǒng)的方案。或者提供相應(yīng)的實際設(shè)備對配電網(wǎng)進行模擬，但是沒有提供專業(yè)的教員、學(xué)員系統(tǒng)。或者沒有提供能夠模擬真實的設(shè)備運行的真實感性及阻性負載。并未對模擬負荷進行大小、感性、阻性和三相不平衡控制。為此廣州天河供電局聯(lián)合積成電子公司合作開發(fā)了一套智能配電網(wǎng)仿真平臺。

　　2 仿真平臺的主要功能

　　智能配電網(wǎng)仿真平臺的建立，主要是用于培訓(xùn)配網(wǎng)自動化從業(yè)人員的各項基本操作技能和對故障的處理能力，使學(xué)員熟悉配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、了解配網(wǎng)自動化系統(tǒng)各個部分的物理特性，熟練掌握系統(tǒng)各環(huán)節(jié)基本的運行操作及維護安裝技能，同時培養(yǎng)學(xué)員在一次電網(wǎng)故障情況下，如何應(yīng)用配網(wǎng)自動化系統(tǒng)正確判斷故障和處理故障的能力。簡單的講主要有一下幾個方面的內(nèi)容：

　　(1)電網(wǎng)一、二次設(shè)備的模擬。隨著廣州電網(wǎng)的快速發(fā)展，調(diào)度管轄設(shè)備越來越多，操作項目越來越多，調(diào)度管轄的電網(wǎng)也越來越復(fù)雜，特別是配電網(wǎng)設(shè)備的不斷增加，更是增加了調(diào)度員的工作幅度及難度，這樣一來，僅在電腦中模型配網(wǎng)故障的發(fā)生及處理是顯然不夠的，必須用實際的設(shè)備操作配合主站系統(tǒng)的處理來達到真實模擬電網(wǎng)事故的目的。

　　(2)現(xiàn)場運行情況的模擬與訓(xùn)練。建立學(xué)員臺和教員臺，在電網(wǎng)接線模擬圖中的一、二次設(shè)備上可以設(shè)置相應(yīng)的注意事項、危險點分析及措施，教員系統(tǒng)給出現(xiàn)場出現(xiàn)故障的方案，學(xué)員系統(tǒng)在實際設(shè)備上進行模擬操作，并在模擬主站系統(tǒng)中監(jiān)視事故的發(fā)生，查看系統(tǒng)給出的故障處理方案，判斷方案的正確性并做出實際的操作，對故障進行隔離和恢復(fù)。

　　(3)靜模實驗室建設(shè)。實驗室中安裝配備了多臺配電一、二次設(shè)備，在平臺中實際接入這些設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，通訊方式采用傳統(tǒng)的光纖通訊，通過101、104規(guī)約接入仿真平臺主站系統(tǒng)應(yīng)用中，裝有FTU(DTU)的一次設(shè)備，并配有實現(xiàn)“三遙”功能的開關(guān)，在實驗室中實現(xiàn)一部分線路進行同現(xiàn)實情況一樣的故障定位、隔離與非故障區(qū)域的供電。

　　(4)可控負荷裝置。實現(xiàn)對感性負載、阻性負載的模擬，并可以在教員機上進行控制調(diào)節(jié)。模擬真實線路的200-300A的電流，并可實現(xiàn)三相平衡的輸出。

　　3 仿真平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

　　整個系統(tǒng)包括主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、配電終端和一次系統(tǒng)組成。

　　圖1中主站系統(tǒng)包括配電SCADA平臺、饋線自動化FA、學(xué)員臺和教員臺;通信系統(tǒng)采用EPON網(wǎng)絡(luò)，包括局端設(shè)備和終端設(shè)備。配電終端FTU和EPON安裝在一次系統(tǒng)開關(guān)柜內(nèi)部。

　　3.2 主站系統(tǒng)

　　在廣州配電自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，新增兩臺服務(wù)器，用于搭建仿真平臺的主站運行環(huán)境。天河局的模型和圖形在廣州配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中已經(jīng)完全具備，仿真實驗平臺采用虛擬化技術(shù)，在廣州配網(wǎng)的模型和圖形基礎(chǔ)上，直接生成了天河區(qū)局配電自動化主站系統(tǒng)模型和圖形，不再重復(fù)進行繪圖和建模工作，為仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的正常運行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

　　利用主站系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)接口，接收“一遙”、“二遙”、“三遙”等多種自動化方式下的配網(wǎng)故障信息，分層分布式實施FA功能，以便當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時，能夠快速、準(zhǔn)確的將故障區(qū)域隔離、非故障區(qū)域送電的方案提供給調(diào)度工作人員進行參考。同時研究在故障消除后如何以最優(yōu)運行方式恢復(fù)供電。

　　a) 學(xué)員臺和教員臺

　　部署教員系統(tǒng)，在模擬一次接線圖中的一、二次設(shè)備上設(shè)置相應(yīng)的注意事項、危險點分析及措施，給出現(xiàn)場出現(xiàn)故障的方案，通知學(xué)員系統(tǒng)在實際設(shè)備上進行模擬操作，并在模擬主站系統(tǒng)中監(jiān)視事故的發(fā)生，查看系統(tǒng)給出的故障處理方案，判斷方案的正確性并做出實際的操作，對故障進行隔離和恢復(fù)。

　　在教員機設(shè)計設(shè)備檢修或故障的方案，學(xué)員需要對線路、主變、母線等設(shè)備進行大量合、解環(huán)操作，來實現(xiàn)負荷的轉(zhuǎn)移，保證用戶的連續(xù)供電。解、合環(huán)操作牽涉到電網(wǎng)的并解列和負荷轉(zhuǎn)移，稍有不慎，極易造成誤操作、誤調(diào)度事故，如果合環(huán)失敗還會造成整個變電所、用戶全部停電的惡性后果。因此學(xué)員有必要對解合環(huán)操作進行分析，弄清容易出錯的問題和環(huán)節(jié)，采取措施加以防范，保證調(diào)度操作的安全和對用戶的連續(xù)可靠供電。

　　解合環(huán)操作能否成功的關(guān)鍵是控制好合環(huán)時的環(huán)流，若環(huán)流在可控范圍內(nèi)，則合環(huán)成功，否則合環(huán)失敗。解合環(huán)轉(zhuǎn)電操作輔助系統(tǒng)采用了基于牛頓法和前推后代法的改進算法，用于計算環(huán)狀配電網(wǎng)潮流。提出了基于節(jié)點鄰接表的搜索方法，只要輸入支路連接信息就可以自動解環(huán)、形成解環(huán)點簡化等值阻抗矩陣和計算解環(huán)支路潮流。

　　當(dāng)學(xué)員進行解環(huán)操作時，解合環(huán)轉(zhuǎn)電操作輔助系統(tǒng)依據(jù)一次設(shè)備的拓撲連接關(guān)系，在SCADA系統(tǒng)采集配電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，進行配電網(wǎng)實時網(wǎng)絡(luò)潮流計算，計算合環(huán)點的沖擊電流、合環(huán)后的穩(wěn)態(tài)電流等合環(huán)運行信息，可以有效對合環(huán)條件進行判斷確認，對不符合合環(huán)條件的操作給予提醒。同時系統(tǒng)還計算轉(zhuǎn)供電源點的負荷冗余度，可以合理分配負荷，使得在轉(zhuǎn)供后，不會因負荷過載而導(dǎo)致電網(wǎng)故障。學(xué)員系統(tǒng)分析合環(huán)操作前后的電網(wǎng)變化，得出合環(huán)操作對電網(wǎng)帶來的影響，并與線路設(shè)備的參數(shù)進行分析比較，從而推算系統(tǒng)給出的轉(zhuǎn)電方案是否科學(xué)合理，對有隱患的故障隔離與恢復(fù)操作反饋給教員系統(tǒng)。

　　b) 現(xiàn)場操作模擬

　　為了模擬現(xiàn)場的操作，搭建了配電網(wǎng)靜模實驗室。在實驗室中安裝配備了多臺配電一、二次設(shè)備，搭建了如圖 2所示的配電線路模擬系統(tǒng)。

　　在平臺中實際接入這些設(shè)備的實時數(shù)據(jù)，通訊方式采用傳統(tǒng)的光纖通訊，通過101、104規(guī)約接入仿真平臺主站系統(tǒng)應(yīng)用中，裝有FTU(DTU)的一次設(shè)備，并配有實現(xiàn)“三遙”功能的開關(guān)，在實驗室中實現(xiàn)一部分線路進行同現(xiàn)實情況一樣的故障定位、隔離與非故障區(qū)域的供電。

　　靜模實驗室中采集到的信息不止限于“三遙”信息，也可以是“一遙”、“二遙”等多種自動化方式下的配網(wǎng)故障信息。系統(tǒng)會根據(jù)故障區(qū)域的自動化方式，提供針對性的故障處理方案：

　　對全“三遙”區(qū)域，提供全遙控故障處理方案，在此方式下，可以選擇故障隔離與恢復(fù)操作的遙控方案自動執(zhí)行，從而將用戶停電時間最小化，提高供電可靠性。

　　對部分“三遙”或無“三遙”區(qū)域，僅有“一遙”、“二遙”信號的區(qū)域，提供全遙控故障處理方案和最小化隔離故障方案兩種分析結(jié)果。全遙控故障處理方案可以由調(diào)度人員直接下發(fā)遙控命令，對故障區(qū)域進行快速隔離，非故障區(qū)域恢復(fù)供電，但隔離范圍會由于“三遙”覆蓋率小而有所擴大，使得停電用戶數(shù)有所增加，但非故障區(qū)域的用戶卻可以快速的實現(xiàn)恢復(fù)供電，從而縮短停電時間;最小化隔離故障方案會將隔離區(qū)域限制在故障點周圍，即僅對故障區(qū)域邊界的分?jǐn)嘣O(shè)備進行操作，可以精確定位故障區(qū)域，但由于設(shè)備的非可控，只能通過人工對方案中無法遙控的開關(guān)進行操作。雖然與全遙控方案相比增加了一些停電時間，但是由于能夠快速定位故障，還是能夠縮短故障處理時間，從整體上提高供電可靠性。

　　相對于廣州配網(wǎng)主站系統(tǒng)普通的DA功能，本仿真平臺的智能故障診斷功能可讓調(diào)度員根據(jù)電網(wǎng)的實際運行需要，靈活選擇故障處理方式，有助于提高運行人員的故障處理水平。

　　4 仿真平臺運行情況

　　目前仿真平臺已經(jīng)建設(shè)了一整套配電自動化模擬及培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，配備了一次開關(guān)設(shè)備、二次通訊設(shè)備、仿真主站系統(tǒng)等;平臺一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)，另一方面也可以實現(xiàn)對入網(wǎng)設(shè)備的檢測功能。

　　通過教員系統(tǒng)和學(xué)員系統(tǒng)的不斷配合使用，可以使配電一次、二次，特別是配電自動化人員迅速提高配電自動化的使用能力及水平。提高配電網(wǎng)運行的水平，進而為供電可靠性的提高帶來直接的正面影響。

　　5 結(jié)論

　　智能配電網(wǎng)仿真平臺采用與實際運行系統(tǒng)高度仿真的技術(shù)方法，除架構(gòu)的一次設(shè)備接線為非實際投運線路外，其他均與實際投運的設(shè)備完全一致，包括配電主站、配電終端、以及設(shè)備間通信等。建立了動模實驗室，完成了對配電二次設(shè)備的檢驗。采用虛擬化技術(shù)，成功實現(xiàn)了實際系統(tǒng)與培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的對接。采用可控的綜合負荷裝置，實現(xiàn)了模擬阻性負載、感性負載的模擬，并可實現(xiàn)三相不平衡控制。

　　仿真平臺投運以來，運行效果良好，對于提高技術(shù)人員的配電自動化使用水平、建設(shè)智能電網(wǎng)、提高供電可靠性都起到了推動作用。

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