“電力調度、監(jiān)控、變電運行”一體化仿真模擬系統(tǒng)設計

趙 睿，朱皓澤，封振興，趙 輝

(鞍山供電公司，遼寧 鞍山 114001)

隨著電網規(guī)模的擴大，各種新設備投入運行，新技術在電力調度、監(jiān)控、變電運行中推廣使用，為適應電網技術的快速發(fā)展，預防和應對大范圍電網事故的發(fā)生，提高調度員、監(jiān)控員、變電運行人員的業(yè)務水平和在事故處理中的聯動協(xié)作能力是目前培訓工作的重點。當前廣泛存在的變電運行管理模式為調控中心集中管理模式，設立調控中心，按作業(yè)半徑分設若干操作隊。1個調控中心可監(jiān)控幾十座甚至更多變電站?！叭宕蟆备母镆院螅{控中心管理模式為調度中心與相應的集控中心合并(調控合一)，原來的調度員、監(jiān)控員合并后統(tǒng)稱為調控員。原有的電力調度、監(jiān)控、變電運行分開培訓方式將不符合現在的工作模式，為滿足發(fā)展需要和新技術條件下的培訓要求，并與實際工作流程相符合，建立了“電力調度、監(jiān)控、變電運行”一體化仿真模擬系統(tǒng)。

1 當前培訓現狀分析

國網公司內部多家培訓機構已安裝使用變電仿真、監(jiān)控仿真、調度仿真系統(tǒng)。濟南市國網技術學院、錦州市培訓中心、大連市培訓中心的培訓仿真系統(tǒng)已經十分完善，均為相互獨立的仿真系統(tǒng)，即各專業(yè)在不同地點進行獨立培訓［1］。同時，各專業(yè)的模擬培訓都是根據已經制定好的事故預案進行模擬操作，即變電運行培訓只是在電腦前進行從頭至尾的一套流程操作，而沒有與監(jiān)控、調度進行聯系操作，不清楚系統(tǒng)變化情況;監(jiān)控培訓只是對遠動上傳的信號進行簡單分析，并根據相關事故處理規(guī)程進行匯報調度和通知各操作隊等工作，電網事故是隨機多樣的，這需要監(jiān)控與調度和現場運行人員進行聯系;調度培訓只在系統(tǒng)圖前進行反事故演習，把所有的設備狀態(tài)、人員狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)理想化，不熟悉現場及設備，與實際工作相脫節(jié)，失去了培訓的意義［2－3］。

目前，各專業(yè)的仿真培訓都是以單個變電站或小范圍系統(tǒng)為原型進行事故處理模擬培訓，這種培訓方式是根據過去變電站有人值班的工作模式建立的，即每座變電站留3～4名值班員負責該站的所有運行操作和設備巡視。目前的變電運行管理模式為調控中心—操作隊模式，即操作隊的當值人員負責所管轄范圍內的全部變電站的運行操作和設備巡視，當發(fā)生電網事故時，該操作隊有可能需要同時進行多座變電站倒閘操作，操作時應實時與調控中心保持聯系，使得當前各專業(yè)的獨立培訓模式不符合現階段的工作方式。以鞍山供電公司仿真變電站建設情況為例，前期建設了以紅旗堡220kV變電站為原型的仿真變電站，2009年建立了騰東66 kV仿真變電站。2個仿真變電站均只能進行1座變電站的仿真模擬培訓，不能實現多個變電站事故處理同時培訓，不能結合電網運行狀況的變化、運行方式的變動進行相應改變和處理，培訓效果不理想，需要1套變電運行監(jiān)控調度一體化仿真培訓來適應當前的工作模式和未來電網工作的發(fā)展方向。

2 當前事故處理模式分析

隨著電網改革，運行人員的工作模式發(fā)生了很大變化，變電運行管理模式已由變電運行人員在單個變電站值班轉變?yōu)檎{控中心、操作隊模式。變電運行人員根據電網事故情況，同時進行多個變電站的事故處理工作。以鞍山供電公司220kV主變跳閘事故處理流程為例，調控員監(jiān)測到故障信號，根據相關保護信息判斷事故類型，并指揮操作隊運行人員到現場檢查，操作隊運行人員檢查到故障原因后匯報調控員，調控員根據故障原因、故障類型確定事故處理方案，進行遠方操作或指揮運行人員就地操作。

“調控合一”后工作方式發(fā)生了變化，電力調度、監(jiān)控在同一場所工作，工作內容和職能完全相同，原電力調度、監(jiān)控分開的培訓系統(tǒng)已不再適用。同時，現有的變電仿真系統(tǒng)也不適用，不能滿足現在事故處理工作中多方合作、聯動協(xié)調的要求。

3 “電力調度、監(jiān)控、變電運行”一體化仿真模擬系統(tǒng)設計思路

建立1個仿真系統(tǒng)平臺，以1座或多座220kV變電站帶若干座66 kV變電站組成相對完整的電網系統(tǒng)。并配套電力調度、監(jiān)控、變電站系統(tǒng)單元，即以1個操作隊所管轄的小電網為原型，同時建立監(jiān)控、調度仿真系統(tǒng)［4］，還可根據培訓需要，增加智能化變電站。將電力調度、監(jiān)控、變電站仿真系統(tǒng)作為系統(tǒng)載體和數據處理中心，實現數據共享和分析。實現這一平臺的建立可基于B/S結構或C/S結構，分別從這2種結構的特點入手，分析建立這一仿真系統(tǒng)平臺的具體實施方案［5］。

4 “電力調度、監(jiān)控、變電運行”一體化仿真模擬系統(tǒng)實施方案

4.1 基于B/S結構的仿真模擬系統(tǒng)

4.1.1 B/S結構的定義

B/S結構 (Browser/Server，瀏覽器/服務器模式)，是Web興起后的一種網絡結構模式，Web瀏覽器是用戶端最主要的應用軟件。這種模式統(tǒng)一了用戶端，將系統(tǒng)功能實現的核心集中到服務器上，簡化了系統(tǒng)的開發(fā)、維護和使用［6］。用戶機上需要安裝瀏覽器，如Internet Explorer，服務器安裝Oracle、SQL Server等數據庫，瀏覽器通過網絡服務器同數據庫進行數據交換。

4.1.2 B/S結構下仿真模擬系統(tǒng)平臺的建立

仿真模擬系統(tǒng)的全部開發(fā)程序安裝在服務器上，系統(tǒng)分為電力調度、監(jiān)控、變電運行3個部分。培訓人員通過瀏覽器輸入指定網址，登入仿真模擬系統(tǒng)平臺頁面，首次登入時先要注冊。系統(tǒng)管理員設定每個學員的使用權限，一般默認為一般用戶，即只能進行簡單操作，無法進行系統(tǒng)內部數據的修改。培訓師也需要注冊，系統(tǒng)管理員可根據需要將其更改為高級用戶，即可以修改系統(tǒng)內的一些參數。在系統(tǒng)內部可以預先內置典型事故處理方案，方便學員熟悉典型操作，也可以由培訓師臨時發(fā)出事故信號，增加培訓的靈活性。觀察員可以查看學員培訓成績、培訓進度等，其使用權限也可分為查看某專業(yè)學員成績和全部專業(yè)學員成績等。由于使用統(tǒng)一的服務器，數據隨時共享，3個專業(yè)可以統(tǒng)一培訓，也可以根據其用戶權限獨立培訓。登入流程如圖1所示。

圖1 B/S結構下仿真模擬系統(tǒng)網頁登入流程

B/S結構下仿真系統(tǒng)平臺服務器的設立可分為2種方案，一是服務器設立在1個小型局域網內，如培訓中心教室，教員機作為服務器終端，教室局域網內學員的電腦為用戶端，培訓時電力調度、監(jiān)控、變電運行的學員可以集中在1個教室內一起進行。其優(yōu)點是服務器維護方便、成本低、對服務器性能和可靠性要求不高、投資小、便于實現;缺點是具有局限性、不利于系統(tǒng)的推廣。二是服務器設立在1個大型局域網內，如公司內部局域網，學員可以在培訓中心教室內統(tǒng)一培訓，也可以在各自單位，通過網頁登入培訓系統(tǒng)進行統(tǒng)一培訓。如果服務器設在省公司或國網公司，還可實現跨地區(qū)聯合演習。其優(yōu)點是使用局限性小、不需要特定的培訓地點、各專業(yè)培訓人員可以隨時隨地進行培訓、方便推廣使用。缺點是對服務器性能和數據通信的可靠性要求高、人員維護比較復雜、需要大量資金建設和維護。各專業(yè)地域關系如圖2所示。

4.1.3 B/S結構下仿真系統(tǒng)平臺的特點

圖2 B/S架構下的各專業(yè)地域關系示意圖

B/S結構的優(yōu)點體現在3個方面，一是可以在任何地方進行操作，不用安裝專門的軟件，只要有1臺能上網的電腦就能使用;二是系統(tǒng)的擴展容易，只要能上網，通過注冊，由系統(tǒng)管理員分配用戶名和密碼即可;三是系統(tǒng)升級方便，系統(tǒng)可以根據需要進行二次開發(fā)，完善系統(tǒng)功能，這些升級操作只需在服務器上完成，用戶端不需要任何操作。

B/S架構的缺點是圖形的表現能力不高、內部設備的運行速度較慢［7］。由于仿真變電站對圖形的表現能力要求較高，又要求系統(tǒng)有較高的運行處理速度。當模擬大型變電站時，B/S結構的不足就會明顯體現，而C/S結構在這方面則有較大優(yōu)勢。

4.2 基于C/S結構的仿真模擬系統(tǒng)

4.2.1 C/S結構的定義

C/S又稱 Client/Server或客戶/服務器模式。服務器通常采用高性能的PC、工作站或小型機，并采用大型數據庫系統(tǒng)，如 Oracle、Sybase、Informix或SQL Server。客戶端需要安裝專門的客戶端軟件。

4.2.2 C/S結構下仿真模擬系統(tǒng)平臺的建立

系統(tǒng)平臺以軟件形式安裝在用戶電腦上，將全部數據存儲在1臺服務器上，作為數據存儲和交換使用。可以在同一電腦上安裝3個專業(yè)的培訓系統(tǒng)，也可以在不同電腦上安裝獨立的培訓系統(tǒng)。各專業(yè)通過局域網實現聯網統(tǒng)一培訓，并通過服務器實現通信和數據交換。學員使用該系統(tǒng)無需注冊，只要在指定的電腦上或使用指定的軟件即可登錄使用。其仿真模擬系統(tǒng)平臺的建立如圖3所示。在開發(fā)軟件時要考慮數據接口的兼容性，監(jiān)控系統(tǒng)軟件應能實時監(jiān)測到變電運行軟件系統(tǒng)中仿真模擬變電站的數據，調度系統(tǒng)應能同時檢查全部仿真變電站。3方可以通過語音通信，也可以使用跨系統(tǒng)的數據通信，如文字、圖像等。

圖3 C/S結構下仿真模擬系統(tǒng)平臺的建立

根據服務器的設立也可分為小型局域網 (培訓教室局域網)和大型局域網 (公司內網)2種。小型局域網的使用與現在的電力調度、監(jiān)控、變電運行獨立培訓的模式類似，可分為2種模式實現，一是在1個培訓室內的所有電腦上安裝全部培訓程序，不同專業(yè)的學員只需打開自己專業(yè)的培訓軟件即可，1臺教員機作為服務器，培訓師可以在教員機上制定培訓方案，設定系統(tǒng)運行方式和故障類型;二是在3個教室內分別設立3臺教員機，分別作為3臺專業(yè)的服務器，服務器之間實現數據共享，學員通過各自的學員機進行操作。2種模式下均以每3臺學員機為1組，由教員機進行匹配，組與組之間不能有交集，所有學員機共用1套仿真模擬電網。

4.2.3 C/S結構下仿真系統(tǒng)平臺的特點

C/S是軟件系統(tǒng)體系結構，通過它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢，將任務合理分配到用戶端和服務器端。C/S結構的優(yōu)點是能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，許多工作可以在客戶端處理后再提交給服務器，客戶端響應速度快，對仿真變電站的模擬上較B/S結構有很大優(yōu)勢［8］。

C/S結構的缺點是隨著互聯網的飛速發(fā)展，需要系統(tǒng)具有擴展性，這種方式遠程訪問需要專門的技術?？蛻舳诵枰惭b專門的客戶端軟件，在系統(tǒng)升級時需要所有用戶進行軟件升級或重新安裝軟件。

5 應用效果

2種結構的仿真模擬系統(tǒng)都能同時完成調控員、變電運行人員的事故處理培訓。在進行一體化培訓時，使用B/S結構在應用上比較方便，有助于3個專業(yè)了解在事故處理時的順序流程，有助于運行人員了解系統(tǒng)變化。C/S結構有助于運行培訓人員對設備進行模擬操作，使電力調度、監(jiān)控直觀了解運行人員的工作方式，了解現場會遇到的問題。如果需要同時使用2套系統(tǒng)，則可根據培訓目的、側重點制定更靈活、更符合實際需求的培訓計劃。

［1］馬 鹿，馬 瑾，王小平.基于信息技術的變電站仿真培訓系統(tǒng)研究［J］.水電能源科學，2007，25(4):126－129.

［2］張 銳.調度員培訓題庫系統(tǒng)開發(fā) ［D］.沈陽:東北大學，2005.

［3］盧 焰.地區(qū)電網調度員培訓仿真系統(tǒng)的研究 ［D］.沈陽:東北大學，2003.

［4］趙英麗，孫德龍.大連供電公司變電仿真系統(tǒng)的功能與應用 ［J］.東北電力技術，2007，28(5):45－46.

［5］趙 晏，汪永超，曲明輝.基于BS/CS架構的車輛裝備管理信息系統(tǒng)的設計［J］.陜西理工學院學報 (自然科學版)，2006，22(4):69－72.

［6］李志蜀，游洪躍.C/S，B/S及DISTRIBUTION在MIS開發(fā)中的應用研究［J］.四川大學學報 (自然科學版)，2000，37(1):41－45.

［7］張友生，陳松喬.C/S與B/S混合軟件體系結構模型 ［J］.計算機工程與應用，2002，38(23):138－140.

［8］余 平，裴運軍，凌 艷.基于C/S和B/S輸電管理系統(tǒng)的設計 ［J］.東北電力技術，2007，28(7):46－48.