软件开发职称论文智能配电网仿真研究

　　摘要：本文提出了一种智能配电网仿真平台的建设方案。在已有配电自动化的基础上增加了2台服务器作为仿真系统的主站平台，建设了学员台和教员台，实现了仿真平台和实际系统之间模型数据和实时数据的无缝对接。采用AC380V电压来模拟10kV中压配电系统，采用开关柜、配电终端、EPON通信设备完整的模仿了整个智能配电网的运行与故障处理，对于提高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都有很大的帮助。

　　关键词：智能配电网,仿真平台,配网自动化

　　1 引言

　　随着我国电力建设的迅速发展，电网结构日趋复杂;社会生活水平的提高，用户对供电可靠性的要求日益增长[1-2]。为此，电网调度安全性的要求越来越高，同时配网实施集中调度改革，调度范围的设备数量迅速激增。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，变得越来越重要。

　　为响应国家智能电网建设要求，在标准型配电自动化主站系统上扩展智能决策算法实现与输电网调度的协同处理与控制，提高配网集中调度的工作可靠性和管理效率，同时借助基于IEC标准的信息交换总线的建设，“一遥”、“二遥”、“三遥”终端覆盖率的大幅提高，保证采集到足够的配网故障信息，提出开发基于多数据源协调的配电网综合故障诊断分析原理，综合信息源包括配电自动化获得的实时信息，负荷管理系统或低压集抄系统获取准实时数据等故障信息，上一级调度自动化系统获取的高压电网网络拓扑等。当事故发生时，能简捷、明了地反映电网变化，有助于调度员判断事故原因，并根据基于配电网全局拓扑信息给出全局最优的故障负荷转移方案采取响应措施，实现配电网多故障紧急情况的精细化控制，需要能够熟练掌握智能配网的实际操作。

　　智能电网的建设规划是近几年才提及的，国内的培训仿真系统大多基于电力系统进行的[3-5]，没有提供完整的包含一次、二次、通讯及后台系统的方案。或者提供相应的实际设备对配电网进行模拟，但是没有提供专业的教员、学员系统。或者没有提供能够模拟真实的设备运行的真实感性及阻性负载。并未对模拟负荷进行大小、感性、阻性和三相不平衡控制。为此广州天河供电局联合积成电子公司合作开发了一套智能配电网仿真平台。

　　2 仿真平台的主要功能

　　智能配电网仿真平台的建立，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。简单的讲主要有一下几个方面的内容：

　　(1)电网一、二次设备的模拟。随着广州电网的快速发展，调度管辖设备越来越多，操作项目越来越多，调度管辖的电网也越来越复杂，特别是配电网设备的不断增加，更是增加了调度员的工作幅度及难度，这样一来，仅在电脑中模型配网故障的发生及处理是显然不够的，必须用实际的设备操作配合主站系统的处理来达到真实模拟电网事故的目的。

　　(2)现场运行情况的模拟与训练。建立学员台和教员台，在电网接线模拟图中的一、二次设备上可以设置相应的注意事项、危险点分析及措施，教员系统给出现场出现故障的方案，学员系统在实际设备上进行模拟操作，并在模拟主站系统中监视事故的发生，查看系统给出的故障处理方案，判断方案的正确性并做出实际的操作，对故障进行隔离和恢复。

　　(3)静模实验室建设。实验室中安装配备了多台配电一、二次设备，在平台中实际接入这些设备的实时数据，通讯方式采用传统的光纤通讯，通过101、104规约接入仿真平台主站系统应用中，装有FTU(DTU)的一次设备，并配有实现“三遥”功能的开关，在实验室中实现一部分线路进行同现实情况一样的故障定位、隔离与非故障区域的供电。

　　(4)可控负荷装置。实现对感性负载、阻性负载的模拟，并可以在教员机上进行控制调节。模拟真实线路的200-300A的电流，并可实现三相平衡的输出。

　　3 仿真平台的系统结构

　　3.2 系统架构

　　整个系统包括主站系统、通信系统、配电终端和一次系统组成。

　　图1中主站系统包括配电SCADA平台、馈线自动化FA、学员台和教员台;通信系统采用EPON网络，包括局端设备和终端设备。配电终端FTU和EPON安装在一次系统开关柜内部。

　　3.2 主站系统

　　在广州配电自动化系统的基础上，新增两台服务器，用于搭建仿真平台的主站运行环境。天河局的模型和图形在广州配网自动化系统中已经完全具备，仿真实验平台采用虚拟化技术，在广州配网的模型和图形基础上，直接生成了天河区局配电自动化主站系统模型和图形，不再重复进行绘图和建模工作，为仿真培训系统的正常运行提供基础数据。

　　利用主站系统标准接口，接收“一遥”、“二遥”、“三遥”等多种自动化方式下的配网故障信息，分层分布式实施FA功能，以便当电网发生故障时，能够快速、准确的将故障区域隔离、非故障区域送电的方案提供给调度工作人员进行参考。同时研究在故障消除后如何以最优运行方式恢复供电。

　　a) 学员台和教员台

　　部署教员系统，在模拟一次接线图中的一、二次设备上设置相应的注意事项、危险点分析及措施，给出现场出现故障的方案，通知学员系统在实际设备上进行模拟操作，并在模拟主站系统中监视事故的发生，查看系统给出的故障处理方案，判断方案的正确性并做出实际的操作，对故障进行隔离和恢复。

　　在教员机设计设备检修或故障的方案，学员需要对线路、主变、母线等设备进行大量合、解环操作，来实现负荷的转移，保证用户的连续供电。解、合环操作牵涉到电网的并解列和负荷转移，稍有不慎，极易造成误操作、误调度事故，如果合环失败还会造成整个变电所、用户全部停电的恶性后果。因此学员有必要对解合环操作进行分析，弄清容易出错的问题和环节，采取措施加以防范，保证调度操作的安全和对用户的连续可靠供电。

　　解合环操作能否成功的关键是控制好合环时的环流，若环流在可控范围内，则合环成功，否则合环失败。解合环转电操作辅助系统采用了基于牛顿法和前推后代法的改进算法，用于计算环状配电网潮流。提出了基于节点邻接表的搜索方法，只要输入支路连接信息就可以自动解环、形成解环点简化等值阻抗矩阵和计算解环支路潮流。

　　当学员进行解环操作时，解合环转电操作辅助系统依据一次设备的拓扑连接关系，在SCADA系统采集配电网实时数据的基础之上，进行配电网实时网络潮流计算，计算合环点的冲击电流、合环后的稳态电流等合环运行信息，可以有效对合环条件进行判断确认，对不符合合环条件的操作给予提醒。同时系统还计算转供电源点的负荷冗余度，可以合理分配负荷，使得在转供后，不会因负荷过载而导致电网故障。学员系统分析合环操作前后的电网变化，得出合环操作对电网带来的影响，并与线路设备的参数进行分析比较，从而推算系统给出的转电方案是否科学合理，对有隐患的故障隔离与恢复操作反馈给教员系统。

　　b) 现场操作模拟

　　为了模拟现场的操作，搭建了配电网静模实验室。在实验室中安装配备了多台配电一、二次设备，搭建了如图 2所示的配电线路模拟系统。

　　在平台中实际接入这些设备的实时数据，通讯方式采用传统的光纤通讯，通过101、104规约接入仿真平台主站系统应用中，装有FTU(DTU)的一次设备，并配有实现“三遥”功能的开关，在实验室中实现一部分线路进行同现实情况一样的故障定位、隔离与非故障区域的供电。

　　静模实验室中采集到的信息不止限于“三遥”信息，也可以是“一遥”、“二遥”等多种自动化方式下的配网故障信息。系统会根据故障区域的自动化方式，提供针对性的故障处理方案：

　　对全“三遥”区域，提供全遥控故障处理方案，在此方式下，可以选择故障隔离与恢复操作的遥控方案自动执行，从而将用户停电时间最小化，提高供电可靠性。

　　对部分“三遥”或无“三遥”区域，仅有“一遥”、“二遥”信号的区域，提供全遥控故障处理方案和最小化隔离故障方案两种分析结果。全遥控故障处理方案可以由调度人员直接下发遥控命令，对故障区域进行快速隔离，非故障区域恢复供电，但隔离范围会由于“三遥”覆盖率小而有所扩大，使得停电用户数有所增加，但非故障区域的用户却可以快速的实现恢复供电，从而缩短停电时间;最小化隔离故障方案会将隔离区域限制在故障点周围，即仅对故障区域边界的分断设备进行操作，可以精确定位故障区域，但由于设备的非可控，只能通过人工对方案中无法遥控的开关进行操作。虽然与全遥控方案相比增加了一些停电时间，但是由于能够快速定位故障，还是能够缩短故障处理时间，从整体上提高供电可靠性。

　　相对于广州配网主站系统普通的DA功能，本仿真平台的智能故障诊断功能可让调度员根据电网的实际运行需要，灵活选择故障处理方式，有助于提高运行人员的故障处理水平。

　　4 仿真平台运行情况

　　目前仿真平台已经建设了一整套配电自动化模拟及培训仿真系统，配备了一次开关设备、二次通讯设备、仿真主站系统等;平台一方面能够实现对相关专业技术人员的培训，另一方面也可以实现对入网设备的检测功能。

　　通过教员系统和学员系统的不断配合使用，可以使配电一次、二次，特别是配电自动化人员迅速提高配电自动化的使用能力及水平。提高配电网运行的水平，进而为供电可靠性的提高带来直接的正面影响。

　　5 结论

　　智能配电网仿真平台采用与实际运行系统高度仿真的技术方法，除架构的一次设备接线为非实际投运线路外，其他均与实际投运的设备完全一致，包括配电主站、配电终端、以及设备间通信等。建立了动模实验室，完成了对配电二次设备的检验。采用虚拟化技术，成功实现了实际系统与培训仿真系统的对接。采用可控的综合负荷装置，实现了模拟阻性负载、感性负载的模拟，并可实现三相不平衡控制。

　　仿真平台投运以来，运行效果良好，对于提高技术人员的配电自动化使用水平、建设智能电网、提高供电可靠性都起到了推动作用。

　　参考文献：

　　[1] 李天友，金文龙，徐丙垠. 配电技术[M] 中国电力出版社. 北京. 2008年3月

　　[2] 徐丙垠,李天友,薛永端. 智能配电网与配电自动化[J]. 电力系统自动化, 2009, 33(17):38-41

　　[3] 冯永青,郑耀东,和识之,钟晓涛,辛阔.南方电网调度员培训仿真系统关键技术研究与应用[J].南方电网技术,2012,6(1):1-7.

　　[4] 吴文传,张伯明,成海彦,孙宏斌,杨兴宇,王鹏,宋宇辉,王邵然.省、地广域互联的分布式DTS系统[J].电力系统自动化,2008,32(22):6-11.

　　[5] 张慎明,姚建国.调度员培训仿真系统(DTS)的现状和发展趋势[J].电网技术,2002,26(7):60-66.