智能电网调度控制系统调控一体化联合仿真实训系统的制作方法

本发明涉及一种仿真实训系统，尤其指智能电网调度控制系统调控一体化联合仿真实训系统。

背景技术：

国家电网公司“大运行”体系提出了“调度集控专业融合、调度结构优化调整”的改革方向，实现各级调控一体化。“大运行”对电网调控中心生产运行管理人员的知识、技术、技能等方面提出了全新的更高要求。

而目前针对调度员、监控员的培训与实际情况脱离，培训质量不理想，不能有效提升调控业务水平，影响了电网安全稳定、经济高效运行。为此开发一套与现场智能电网调度控制系统(d5000系统)高度一致的智能电网调度控制系统调控一体化联合仿真实训系统的工作迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供电网调度控制系统调控一体化联合仿真实训系统，以缩短培训周期，提高培训质量目的。为此，本发明采取以下技术方案。

智能电网调度控制系统调控一体化联合仿真实训系统，其特征在于：包括面向调度员培训仿真的调度员培训模拟子系统、面向监控员培训仿真的监控员培训模拟子系统；所述的调度员培训模拟子系统、监控员培训模拟子系统均包括电力系统仿真模块、调控中心仿真模块、教员系统模块；监控员培训模拟子系统共享调度员培训子系统的部分模块；

所述的电力系统仿真模块,用于提供电力系统模型、变电站设备及二次系统详细仿真模型、变电站设备模型、继电保护、自动装置设备仿真、电网故障模型、仿真支持功能；

教员系统模块，用于为教员在培训前准备，培训中分析、监视、控制及管理及培训后总结、评估提供支持功能；

调控中心仿真模块，用于模拟与实际调度调控中心相同的系统环境，其中包括scada、分类告警监视、信息分层分级管理、调控一体权限管理、综合故障分析。

调度员培训仿真、监控员培训仿真培训等应用构成的调控一体化联合仿真实训系统，使调度员、监控员能在与实际调控中心完全相同的环境中进行系统正常操作、事故处理及系统恢复的培训，熟悉各种操作，熟悉电力系统的二次信号及报文的分析和处理，在观察系统状态和实施控制措施的同时，高度逼真地体验系统的变化情况，不仅可以提供对调度员进行正常操作、事故处理及系统恢复的训练，同时可以支持对监控员的运行监视、设备操作、及异常和事故处理的培训。该系统为参加培训的省级电网调度员、监控员的培训及演习提供一套现代化培训工具，可有效提高电网监控员、调度员专业技能培训效率，缩短培训周期，提高培训质量，从而在较短的时间内培养一支适应电网大运行管理体系、专业知识丰富、操作技能熟练的高素质员工队伍，保证电网安全稳定、经济高效运行。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。

进一步的，所述的监控员培训模拟子系统还设有变电站详细机理仿真模块，变电站详细机理仿真模块用于在变电站设备及二次回路的逻辑模型基础上，实现对变电站设备正常、故障及异常工况下的运行特性的详细仿真，为监控学员台中变电站设备集中监控功能的全面详细仿真提供基础模型；

面向监控员的教员系统模块、电力系统仿真模块、变电站详细机理仿真模块通过智能电网调度控制系统支撑平台相连形成监控员培训模拟子系统；

面向调度员的教员系统模块、电力系统仿真模块通过智能电网调度控制系统支撑平台相连形成调度员培训模拟子系统；

智能电网调度控制系统支撑平台用于为电力系统仿真及教员子系统与调控一体自动化系统仿真提供基础支撑服务；

所述的监控员培训模拟子系统、调度员培训模拟子系统、调控中心仿真模块与调控中心仿真模块相连，调控中心仿真模块用于建立一个为各类仿真应用提供互操作、重用、快速组合和重构服务的“即插即用”式协同仿真集成环境，全面支持基于组件的仿真应用开发模式，解决了不同仿真应用之间互操作性、分布性和时空一致性问题，且具有规模可伸缩性和扩充性。

进一步的，教员系统模块包括教案管理、正常操作、故障设置、培训评估功能，其中，面向监控员培训的教员系统模块还包括变电站设备及二次系统建模与管理功能、异常设置，及压板、切换把手的二次设备操作功能。

进一步的，面向调度员培训仿真的电力系统模型包括设备模型；在上述模型基础上，面向监控员培训仿真的电力系统模型还包括变电站设备及二次系统仿真模型。

进一步的，电力系统模型的设备模型包括发电机、线路、变压器、电抗/电容器、母线、开关、刀闸、负荷、直流输电系统、抽水蓄能机组，继电保护装置、安全自动装置、数据采集系统模型，其中：

1)母线模型

母线模型和现场的完全一致性，母线编号采用实际母线的编号，包括如下母线接线方式：3/2接线、4/3接线、双母线带旁路、双母线分段带旁路、多角形接线、桥形接线、单母分段带旁路、单母线带旁路、四段母线带旁路、三段母线带旁路、旁路兼母联；

2)交流线路模型

交流线路采用π型支路模型,线路考虑电导和对地电纳；

3)变压器模型

变压器模型采用不型等值电路模型，能够模拟双卷变、三卷变及分裂绕组变压器；在静态仿真中考虑主变的有载/无载调压特性、分接头调整的升降速率和档位的离散特征；

4)电抗器模型

用一接地支路来模拟，其电抗值为正值；

5)电容器模型

用一接地支路来模拟，其电抗值为负值；

6)开关模型

能模拟线路开关、变压器开关、发电机开关、负荷开关、电容/电抗器开关、母线、旁路开关、母联开关、旁路兼母联开关，分裂开关的模型和开关非全相运行的模型；

7)刀闸模型

包括有母线刀闸、线路刀闸、旁路刀闸、母线接地刀闸、线路接地刀闸、变压器中性点地刀、母线地刀；

8)发电机模型

把发电机看成是可静态变化的电源，发电机出力调节过程中考虑发电机功率调节的惯性过程和功频特性；

9)抽水蓄能电站模型

模拟抽水、发电、调相三种工况之间相互转换的过程；

10)调速系统模型

在静态仿真中简单的考虑调速系统；根据水火电机组确定不同的调节速率、考虑发电机一次调频的幅值限值和调节死区、发电机出力的上下限值以及发电机的功频特性；

11)励磁系统模型

在静态仿真中简单地考虑励磁系统，考虑三种自动控制器模式，即：自动功率因数调节、自动无功功率调节和自动电压调节，三种模式之间可以任意切换；在画面或列表上提供励磁系统模型定义手段，可在线修改；能根据现场需求开发其它的励磁系统模型；

12)串联电容器模型

系统支持串补系统的调度远方操作，用于串补的投切\可控串补的补偿度调整\其他调度需要完成的远方控制功能；

能反应串补装置保护的动作结果及可控部分的调节作用；

13)负荷模型

负荷模型中考虑频率静特性和二次电压静特性，能反应频率和电压变化时负荷的动态特性；在仿真过程中负荷能设置为恒定功率、恒定电流、恒定阻抗三部分，用户可以修改各部分所占比例，考虑振荡、无功缺乏等原因造成的低电压甩负荷情况；可根据用户提供负荷的ieee数学模型建立负荷模型；用多项式表示负荷的有功功率和无功功率静态特性；

pl＝(apv²+bpv+cp)(1+kpδf)

ql＝(aqv²+bqv+cq)(1+kqδf)

式中pl、ql、v为负荷功率和端电压的标么值，分别以给定的初始值p0、q0、v0为基准，且ap+bp+cp＝1、aq+bq+cq＝1，f和δf分别为表示频率和频差。

进一步的，变电站设备及二次系统详细仿真模型包括所管辖变电站的控制系统、量测系统、交流系统、直流系统、继电保护与自动装置和综合自动化系统的模型，而且考虑变电站仿真详细模型对电网仿真抽象模型的影响；

仿真支持功能支持面向电网监控和调度人员的独立培训，同时支持监控-调度联合培训；其包括正常操作的培训和事故及异常处理的培训；在事故及异常处理的培训中支持设备异常仿真；

其中设备异常仿真包括：

1)在运行中自然发生的异常，包括变压器过负荷、变压器油温超过允许值、电源消失；另一种是需要设置的异常，包括变压器漏油、变压器匝间轻微短路、pt断线；设备异常发生时，将引发相应告警信号，相应画面应与实际一致；

2)教员设置异常：模拟现场设备出现缺陷的场景，该缺陷为电网运行中一些危及安全但尚未构成设备异常及事故的缺陷；教员设置异常培训支持教练员适时插入设备缺陷，以考核学员在设备监视过程中，能否及时发现并作相应的处理；

教员设置异常培训且能同时模拟监控系统本身的缺陷，包括通道中断，单间隔数据不刷新，信号未正确触发、信号误发的缺陷。

进一步的，调度员培训模拟子系统用于基本运行技能的培训和事故分析及处理的培训：

基本运行技能的培训包括系统频率控制培训、系统电压控制培训、系统潮流控制培训；联络线潮流控制培训；同期合环和并列培训；变工况运行及其分析培训；电网经济运行与控制培训；

事故分析及处理的培训包括典型事故和预想事故的训练；通过对典型事故和预想事故的训练使运行人员了解各种事故发生的现象、原因及变化过程，总结积累处理经验。

进一步的，监控员培训模拟子系统用于监视培训；操作培训；异常、故障处理培训；缺陷处理培训；

监视培训用于实现监控人员对所管辖各个变电站的运行监视仿真，模拟监控人员日常监盘工作，与实际监盘系统相一致内容包括厂站画面、告警窗口、信号查询、曲线查询、光自牌信息；并根据监控系统报警分层分区以及反映间隔光字牌的实际动作行为，完全仿真各种告警、越限、异常、保护动作、操作信息等信号，并配置不同的声光报警和画面显示；

操作培训用于实现对所辖变电站的遥控操作仿真，与实际监控系统的遥控操作流程、操作界面相一致；如实反映出操作信号及遥测、遥信值的变化情况；并针对操作后的电网运行方式的薄弱点加以提示便于监控人员加强监视；对各种错误操作应自动引发相应的事故，保护和自动装置应按不同的厂站、保护及自动装置状态、开关状态相应动作，与实际相一致；

异常、故障处理培训，将事故的仿真分两种情况，一种是设置的事故，另一种是误操作事故，这种故障在模型中自然引发；系统可模拟线路、母线、变压器、容抗器故障，并可设置ct死区故障、重叠区故障、断路器两侧节点故障；还可设置开关拒动、保护拒动、误动来扩大事故范围；系统可锻炼监控人员分析判断事故能力；

缺陷处理培训，用于培训危及安全但尚未构成设备异常及事故处理；实现设备缺陷处置培训，锻炼监控人员的敏感度，使监控人员对电力系统异常信号的判断能力得到增强，根据各种设备模型，教员可设置不同的缺陷情况，锻炼学员在监盘工作中剔除干扰信号，及时准确的发现各种缺陷并做好相应处理。

进一步的，调度员培训模拟子系统、监控员培训模拟子系统还包括联合反事故演习模块，用于进行调度员、监控员的联合反事故演习，完善各种事故应对方案，以提高被训人员事故情况下的快速正确决策能力和协同应对能力，克服以往联合反事故演习纸上谈兵、协同性差的局限性。

进一步的，调控中心仿真模块设有调控一体支持组件、集中监控组件、综合告警组件；

一、调控一体支持组件包括：

1)调控一体权限管理单元

将所有系统资源，包括可执行操作、画面、界面、多态纳入调控一体权限管理；权限控制分角色和用户两个层级；将业务职责相同的用户组定义为角色，包括调度员、监控员；该用户组的公共权限直接授予角色，角色下的用户自动继承所属角色的授权，减化管理和维护工作量；可以对具体用户进行个性化定制；

2)信息分层分级管理单元

所有事项和告警信息，包括报警条、报警列表等均支持权限和责任区过滤；仅显示用户管辖区域内的各种事项和告警信息；

3)调控一体人机展示单元

调控一体系统的功能界面，按照用户角色进行组织；各角色用户登录系统之后，打开的功能界面只集中显示该角色，例如调度员，所需要的功能；各角色可以使用的功能是可配置的；主要角色类型包括：调度员、监控员、管理员；

支持角色挂牌功能，调度员挂的牌只显示在调度员界面，监控员挂的牌只显示在监控员界面，自动化人员挂的牌只显示在自动化人员的界面；每种牌可以被哪些角色操作，在哪些角色用户登录后可以显示，对哪些角色用户屏蔽信号均可以定制，由人机进行权限控制；

支持对于单线图上某一类设备定义其所关联的角色，进而实现单线图内容角色定制；

二、集中监控组件包括

1)监控数据处理单元

针对调控一体运行特点，在原调度ems系统模拟量、状态量处理的基础上，增加支持：断路器相关信号、线路保护及控制回路相关信号、主变本体相关信号、主变保护及控制回路相关信号、母线保护及控制回路相关信号、电容器保护及控制回路相关信号、公共信号的采集功能；

2)责任区与信息分流单元

用于根据责任区的定义对系统的功能实现进行细化分割，对具体的责任区对象可以实现相应的功能权限，包括每一个功能步骤进行明确的划分；能根据具体的责任区划分系统的遥控功能；实现根据责任区的信息分流技术，结合系统的传输信息，实现每个中心监控工作站只处理该责任区域内需要处理的信息；告警信息窗也只显示和该责任区域相关的告警信息，调度员、监控员操作也只对责任区域内的设备有效，起到了各个工作站节点之间信息分层和安全有效隔离的作用；

3)光字牌单元

光字牌用于人机界面显示，其由全站光字图、间隔光字图和间隔细节图组成；三种光字图相互间按三级倒树状结构完成链接，构成光字子系统；光字图根据系统一二次模型数据库的信号结构自动生成，光字动作状态颜色分与信号的报警等级对应，每等级可以灵活设置；复归状态为统一颜色设置；

4)操作与控制单元

具有间隔操作功能，包括间隔信息检索；间隔挂牌；间隔光字确认；间隔告警确认；间隔告警查询；

三、综合告警组件包括:

1)分类告警监视单元

事项监视窗应能按变电站、事项类别进行个性化定义；各类信号能以不同颜色显示；事项监视窗支持按类显示不同信号；分类树配置包括：

a、开关事故跳闸区：该区显示开关位置在非正常操作状态下由合到分的变位信号；同告警汇总中的开关事故跳闸列表；

b、事故信号区：由保护动作硬接点以及相应的事件类软报文组成；信号点表中的ⅰ类信号；

c、瞬时预告信号区：显示保护或电气设备异常，保护及设备不能继续运行需要立即处理或紧急停运的异常信号；信号点表中的ⅱ类信号；

d、延时预告信号区：显示设备运行出现异常，但设备可以继续运行，可以不需立即处理的异常信号；信号点表中的ⅲ类信号；

e、状态信号区：显示反映电气设备运行状态的信号；信号点表中的ⅳ类信号，且包括开关正常操作状态下由合到分或由分到合的变位信号以及刀闸、地刀、开关远方/就地切换开关、手车位置的变位信号；

f、遥测越限区：显示各负荷、电压、电流、温度等遥测信息的越限信号；同告警汇总中的遥测越限告警列表；

2)事故告警汇总监视单元

告警汇总是显示特定告警的界面；根据用户配置光敏点参数的不同显示不同的告警数据；在告警界面中可以清除已确认的数据，清除全部数据，确认数据和接受报警行事件的功能。

有益效果：1)在整体设计上，该系统采用省级电网调度员培训仿真、省级电网监控员培训仿真、智能电网调度控制系统基础平台的一体化设计，可以正确地反映电网仿真、变电站详细机理仿真、电网调控一体化自动化系统之间相互作用、相互影响的关系。

2)省级电网监控员培训仿真应用基于智能电网调度控制系统基础平台提供的基础支撑服务，采用数字仿真技术能够模拟电力系统的静态和动态响应以及事故恢复过程，使监控学员能在与实际调控中心完全相同的环境中进行系统正常操作、事故处理及系统恢复的培训，熟悉各种操作，熟悉变电站二次信号及报文的分析和处理，在观察系统状态和实施控制措施的同时，高度逼真地体验系统的变化情况，可以支持对监控人员的运行监视、设备操作、及异常和事故处理的培训。

3)在省级电网调度员、监控员培训环境上，该系统采用与实际的调控中心完全一致的软、硬件环境，从而构建与实际高度一致的电网调度员、监控员培训环境。

4)在变电详细机理仿真仿真上，系统依据iec61850标准，建立变电站设备详细的组件化模型及设备间交直流回路模型，实现基于变电站运行机理的全维度仿真，真实、完整、逼真的仿真再现变电站光字牌信号、保护信息、报文、故障录波等二次系统的逻辑行为及其互动关系，以及二次系统与一次系统之间交互行为，为受训人员构建全过程的培训环境。

5)在培训系统运行模式上，实现灵活多样的运行模式，包括省调调度员、省调监控员各自独立的培训模式，或者将其组合的培训模式。

6)系统按照标准化、先进性、实用性的设计思想建设，满足当前及未来电网的发展需要。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明变电站设备及二次系统详细仿真原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，本系统主要由调度员培训模拟和监控员培训模拟应用功能构成，两者均包括电力系统仿真、调控中心仿真、教员台控制等功能模块，其中监控员培训模拟应用在共享调度员培训模拟应用中部分模块功能基础上，需要对电力系统仿真、调控中心仿真、教员台控制等功能模块进行扩展。主要由以下部分构成：

1)教员系统：为教员在培训前准备，培训中分析、监视、控制及管理及培训后总结、评估提供支持功能，包括教案管理、正常操作、故障设置、培训评估等功能。其中，面向监控员培训的教员系统还包括变电站设备及二次系统建模与管理功能、异常设置，及压板、切换把手等二次设备操作功能。

2)电力系统模型：该部分实现电力系统的静态和动态过程仿真，提供与实际管辖范围电网一致的设备模型，面向调度员培训仿真的电力系统模型包括：发电机、线路、变压器、电抗/电容器、母线、开关、刀闸、负荷、直流输电系统、抽水蓄能机组，继电保护装置、安全自动装置、数据采集系统等设备模型；在上述模型基础上，面向监控员培训仿真的电力系统模型还包括变电站设备及二次系统仿真模型。

3)调控中心仿真：该部分是调控中心实际采用的调控一体自动化系统及其应用软件在培训态下的部署。用以模拟与实际调度调控中心相同的系统环境。

4)变电站详细机理仿真：该部分是在变电站设备及二次回路的逻辑模型基础上，实现对变电站设备正常、故障及异常工况下的运行特性的详细仿真，为监控学员台中变电站设备集中监控功能的全面详细仿真提供基础模型。

5)智能电网调度控制系统支撑平台(d5000平台)：该部分遵循soa思想，采用具有生命力的、成熟有效的it技术，构建一个面向应用、安全可靠、标准开放、资源共享、易于集成、好用易用、维护最小化的技术支持系统，为电力系统仿真及教员子系统与调控一体自动化系统仿真提供基础支撑服务。

6)交互式、分布式仿真运行支撑环境：该部分建立了一个为调控一体自动化系统、电力系统仿真模型、变电设备运行监控等各类仿真应用提供互操作、重用、快速组合和重构服务的“即插即用”式协同仿真集成环境，全面支持基于组件的仿真应用开发模式，解决了不同仿真应用之间互操作性、分布性和时空一致性问题，而且具有良好的规模可伸缩性和扩充性。

系统功能包括

一、调度员培训功能

(1)基本运行技能的培训：

系统频率控制培训、系统电压控制培训、系统潮流控制培训；联络线潮流控制培训；同期合环和并列培训；变工况运行及其分析培训；电网经济运行与控制培训等等。

(2)事故分析及处理的培训：通过对典型事故和预想事故的训练可以使运行人员了解各种事故发生的现象、原因及变化过程，总结积累处理经验。

二、监控员培训功能

(1)监视培训

实现监控人员对所管辖各个变电站的运行监视仿真，模拟监控人员日常监盘工作，应与实际监盘系统相一致内容包括厂站画面、告警窗口、信号查询、曲线查询、光自牌信息等。并根据监控系统报警分层分区以及反映间隔光字牌的实际动作行为，完全仿真各种告警、越限、异常、保护动作、操作信息等信号，并配置不同的声光报警和画面显示。

(2)操作培训

实现对所辖变电站的遥控操作仿真，与实际监控系统的遥控操作流程、操作界面相一致。如实反映出操作信号及遥测、遥信值的变化情况。并针对操作后的电网运行方式的薄弱点加以提示便于监控人员加强监视。对各种错误操作应自动引发相应的事故，保护和自动装置应按不同的厂站、保护及自动装置状态、开关状态相应动作，与实际相一致。

(3)异常、故障处理培训

事故的仿真分两种情况，一种是设置的事故，如：线路故障、母线故障、变压器故障等；另一种是误操作事故，这种故障在模型中自然引发。系统可模拟线路、母线、变压器、容抗器故障，并可设置ct死区故障、重叠区故障、断路器两侧节点故障；还可设置开关拒动、保护拒动、误动来扩大事故范围。系统可锻炼监控人员分析判断事故能力。

(4)缺陷处理培训

有些危及安全但尚未构成设备异常及事故，必须进行处理。实现设备缺陷处置培训，锻炼监控人员的敏感度，使监控人员对电力系统异常信号的判断能力得到增强，根据各种设备模型，教员可设置不同的缺陷情况，锻炼学员在监盘工作中剔除干扰信号，及时准确的发现各种缺陷并做好相应处理。

三、调度员、监控员的联合反事故演习的培训功能

在本系统上可以进行调度员、监控员的联合反事故演习，完善各种事故应对方案，从而提高被训人员事故情况下的快速正确决策能力和协同应对能力，克服以往联合反事故演习纸上谈兵、协同性差的局限性。

以下就系统功能模块作进一步的说明，系统功能模块包括：

1.1电力系统仿真子系统

1.1.1电力系统一次模型

提供的稳态设备模型主要有：发电机、线路、变压器、电抗/电容器、母线、开关、刀闸、负荷、直流输电系统、继电保护、安全自动装置等。模型包括了一次模型和二次模型：电网(线路、母线、开关/闸刀、电容/电抗器、变压器等)、频率、负荷、发电机、变压器、继电保护和安全稳定自动装置等。

1.1.1.1电力系统网络模型

电力系统网络模型包括：

1)母线模型

为了和实际系统中的母线保护相匹配，实际厂站中的母线一律予以保留。网络建模中保持母线模型和现场的完全一致性，母线编号采用实际母线的编号，包括如下母线接线方式：3/2接线、4/3接线、双母线带旁路、双母线分段带旁路、多角形接线、桥形接线、单母分段带旁路、单母线带旁路、四段母线带旁路、三段母线带旁路、旁路兼母联等等。

2)交流线路

交流线路采用π型支路模型。线路考虑电导和对地电纳。

3)变压器模型

变压器模型采用不型等值电路模型，能够模拟双卷变、三卷变及分裂绕组变压器。在静态仿真中考虑主变的有载/无载调压特性、分接头调整的升降速率(每4秒调节一档，与现场调节速率相同)和档位的离散特征。

4)电抗器模型

用一接地支路来模拟，其电抗值为正值。

5)电容器模型

用一接地支路来模拟，其电抗值为负值。

6)开关模型

能模拟线路开关、变压器开关、发电机开关、负荷开关、电容/电抗器开关、母线、旁路开关、母联开关、旁路兼母联开关。还考虑了分裂开关的模型和开关非全相运行的模型。

7)刀闸模型

有母线刀闸，线路刀闸，旁路刀闸，母线接地刀闸，线路接地刀闸，变压器中性点地刀，母线地刀等。

8)发电机模型

把发电机看成是可静态变化的电源，发电机出力调节过程中考虑发电机功率调节的惯性过程和功频特性。

9)抽水蓄能电站能模拟抽水、发电、调相三种工况之间相互转换的简单过程。

10)调速系统模型

在静态仿真中简单的考虑调速系统。根据水火电机组确定不同的调节速率、考虑发电机一次调频的幅值限值和调节死区、发电机出力的上下限值以及发电机的功频特性。

11)励磁系统模型

在静态仿真中简单地考虑励磁系统，可以考虑三种自动控制器模式，即：自动功率因数调节(apfr)、自动无功功率调节(aqr)和自动电压调节(avr)，三种模式之间可以任意切换。在画面或列表上提供励磁系统模型定义手段，可实现在线修改。能根据现场需求开发其它的励磁系统模型。

12)串联电容器模型

系统支持串补系统的调度远方操作，实现下列功能：串补的投切，可控串补的补偿度调整，其他调度需要完成的远方控制功能，能反应串补装置保护的动作结果及可控部分的调节作用。

13)负荷模型

负荷模型中考虑频率静特性和二次电压静特性，能反应频率和电压变化时负荷的动态特性。在仿真过程中负荷能设置为恒定功率、恒定电流、恒定阻抗三部分，用户可以修改各部分所占比例，考虑振荡、无功缺乏等原因造成的低电压甩负荷情况。可根据用户提供负荷的ieee数学模型建立负荷模型。通常用多项式表示负荷的有功功率和无功功率静态特性。

pl＝(apv²+bpv+cp)(1+kpδf)

ql＝(aqv²+bqv+cq)(1+kqδf)

式中pl、ql、v为负荷功率和端电压的标么值，分别以给定的初始值p0、q0、v0为基准，且ap+bp+cp＝1、aq+bq+cq＝1，f和δf分别为表示频率和频差。

1.1.2变电站设备及二次系统详细仿真

变电站设备及二次系统详细仿真模型是浙江电网d5000系统变电站集中监控应用软件的基础，该部分模型考虑的越详细，仿真结果越接近真实，仿真度越高，主要对所调控变电站的一、二次设备及其二次回路进行详细建模仿真，具体包括所管辖变电站的控制系统、量测系统、交流系统、直流系统、继电保护与自动装置和综合自动化系统的详细模型，而且考虑变电站仿真详细模型对电网仿真抽象模型的影响。其总体结构图如图2所示：

1.1.3变电站设备模型

变电站设备模型是调控一体仿真的基础，模型考虑的越详细，仿真结果越接近真实，仿真度越高。在本仿真系统中，各设备按照基于设备部件组件化建模。以sf6断路器为例说明，它分为sf6密度继电器、套管、套管与外接引线、绝缘子、分合闸指示、压力表、开关辅助箱，在仿真应用中根据需要对某些环节进行简化，如只建机理模型，不建场景模型。在所建立模型基础上，就可以实现相应仿真功能：可设置sf6压力告警、闭锁及正常；可设置套管闪络；可设置套管与外接引线过热；可设置分合闸指示异常；可设置压力表的值，不同的压力将导致不同的异常，如sf6压力低告警、sf6压力低闭锁分合闸等；可设置开关辅助箱中辅助触点不到位，这也将导致相应的现象。

1.1.3.1开关模型

(1)sf6断路器：

sf6气体的密度继电器，sf6气体的压力、额定、报警、闭锁，压缩空气的压力、额定、报警、闭锁，局部放电，分合闸指示，开关辅助触点。

(2)sf6绝缘gis

sf6气体的密度继电器，sf6气体的压力、额定、报警、闭锁，局部放电，局部过热，绝缘子，分合闸指示，辅助触点。

(3)少油断路器：

油位，套管闪络，套管与外接引线过热，漏油，分合闸指示，压力表，开关辅助箱(辅助触点)。

(4)真空断路器：

分合闸指示，开关辅助触点。

1.1.3.2操作机构模型

(1)手动操作机构(cs)

(2)电磁操动机构(cd)

操作电源，开关的位置继电器。

(3)气动操动机构(cq)

操作电源，分、合闸闭锁压力，安全阀动作压力，压缩机运转，压缩机电源。

(4)弹簧操动机构(ct)

弹簧做功位移(是否储能)，每次储能时间(超时)，储能电源。

(5)液压机构(cy)

额定工作油压预充氮气压力，分、合闸闭锁油压，安全阀动作油压，油泵运转时间，操作电源。

1.1.3.3刀闸模型

刀闸操作电源(电动刀闸)，刀闸电气闭锁，刀闸的位置辅助触点。

1.1.3.4变压器模型

冷却系统(包括冷却电源、风扇、油流表等)，有载调压装置，变压器油箱和储油柜(包括油位、油温等监视量)，吸湿器，测温装置，重瓦斯继电器，轻瓦斯继电器，压力释放阀。

1.1.3.5直流系统

整流系统，绝缘监察装置，相关开关及刀闸的辅助触点；

整个直流系统形成一个供电网络，为各保护装置、控制回路和自动装置提供直流电源，直流电源消失后，各保护将会与实际情况一样有所反映(不动作并且电源消失)。

1.1.3.6开关控制系统

开关位置继电器，手动跳闸，手动合闸，压力监视，断路器跳合闸回路，信号回路

1.1.3.7中央信号系统

录波器，pt切换回路，同期并列系统，小电流接地报警系统，电压切换开关，事故音响，光字牌试验把手

1.1.3.8电容器

差流ct，放电刀闸，串联电容器，并联电容器

1.1.3.9电抗器

限流电抗器，分裂电抗器，油浸电抗器，消弧线圈

1.1.3.10接地变

1.1.3.11站用变

将电压变为380v电压等级，供变电站所用电系统用电。

1.1.3.12避雷器

泄漏电流，放电计数器

1.1.3.13消弧线圈

消弧线圈补偿度及其相关表计，消弧线圈自动跟踪补偿装置

1.1.3.14互感器(pt、ct、cvt)

互感器变比，互感器二次熔丝或小刀闸

1.1.4继电保护、自动装置设备仿真

继电保护和自动装置是变电站设备仿真的重要内容，在建模时，依据设备原理建模，保护及自动装置在建模时分为几个环节：启动环节、时间环节、出口环节、复归环节，另外装置还有各自的开入量，如投入压板、开关的辅助节点、交流采集、直流电源等，在建模是都详细的考虑了它们对装置的影响。本系统采用组件化建模技术，可将各类保护功能进行封装组建成某类实际继电保护装置模型，如南瑞继保rcs、许继wxh系列、南自厂psl系列等继电保护装置。

系统还可实现用户自定义的保护和自动装置类型，用户还可以自己配置保护和自动装置的启动条件、出口条件、出口时间、复归情况等，系统能自动识别用户的配置情况，实现用户所定义的保护及自动装置。

1)线路保护模型

线路纵联保护(高频保护、微波保护、光纤保护、导引线保护)，三段式距离保护(测量部分、启动部分、振荡闭锁部分、电压断线部分、逻辑部分)，接地保护(接地距离、零序保护)，相间短路保护

自动重合闸(单重、综重、三重、特重、停用)，三段式电流保护(低压馈线)，低压保护。

2)变压器保护模型

瓦斯保护(重瓦斯、轻瓦斯和调压瓦斯)，差动保护，高阻差保护，过流保护(复闭过流、带方向或不带方向)，零序过流保护(带方向或不带方向)，零序过电压保护，过负荷保护，温度保护(油、绕组、铁芯)，压力释放保护。

3)母线保护模型

母线差动保护，断路器失灵保护，充电保护。

4)电容器保护模型

速断保护，过电流保护，过电压保护，失压保护，不平衡保护。

5)电抗器保护模型

瓦斯保护，过电流保护，电流速断保护，差动保护，匝间短路保护，中性点小电抗保护。

6)自动装置模型

自动装置在建模过程中依据原理建模，备用电源自动投入，同期系统，安全稳定装置，低周减载装置，电压自动调节装置，远方切机。

1.1.5电网故障模型

系统描述设备故障由故障起始时间、故障位置(一次设备、二次设备、量测环节等)、故障持续时间等要素构成。系统支持多重故障、复合故障的设置，能按照绝对时间、相对时间、立即发生等情况设置。电网故障模型包括：

1)线路故障

可设置线路单相接地、两相接地、三相接地、相间短路、三相短路、单相断线、两相断线等故障。从故障持续时间可分为瞬时、瞬延时、长延时和永久故障。考虑单相、两相、三相经弧光电阻接地或短路的影响，过渡电阻电抗可由用户自由设置。可与ct死区故障组合设置。

2)母线故障

可设置母线单相接地、两相接地、三相接地、相间短路、三相短路等故障。可与ct死区故障组合设置。

3)变压器故障

可设置变压器内部及外部故障。外部故障包括变压器各侧出口处单相接地、两相接地、三相接地、相间短路、三相短路等。可与ct死区故障组合设置。

4)发电机故障

可设置发电机的内部和外部故障，内部故障包括：转子一点接地、转子两点接地、定子接地、缺水、振动大等等。外部故障包括变压器各侧出口处单相接地、两相接地、三相接地、相间短路、三相短路等。

5)开关故障

可设置开关拒动、误动。可设置开关单个或成组故障。

6)保护故障

可设置保护的保护拒动、误动。可设置一级/多级保护拒动，二次回路故障。

7)高抗故障

8)低抗故障

9)直流输电系统

建立直流系统的常见故障模型，包括可重合成功的故障(线路瞬时故障)、可降压重合成功的故障(线路瞬延时故障)、换流变故障、换流器故障、线路永久故障。

1.1.6仿真支持功能

系统支持面向电网监控和调度人员的独立培训，同时支持监控-调度联合培训。

1.1.6.1正常操作的培训

断路器的分/合操作，隔离开关的分/合操作；发电机的操作：有功/无功/电压；负荷的操作：有功和无功；电容器、电抗器的投切；变压器分头调节；保护装置的操作，包括投/停操作、定值、时限的设置；自动装置的操作，包括投/停操作、定值、时限的设置；挂/拆牌操作的模拟；软/硬压板投退；光字牌手动复归；告警抑制等；厂站的发电、负荷调节、零起升压；区域的发电和负荷调节。

1.1.6.2事故及异常处理的培训

支持设备异常仿真：

1)在运行中自然发生的异常，如：变压器过负荷、变压器油温超过允许值、电源消失等；另一种是需要设置的异常，如：变压器漏油、变压器匝间轻微短路、pt断线等。设备异常发生时，将引发相应告警信号，相应画面应与实际一致。

2)教员设置异常培训：电网运行中一些危及安全但尚未构成设备异常及事故，必须进行正确处理。本系统能够模拟现场设备出现缺陷的场景。系统支持教练员适时插入设备缺陷，以考核学员在设备监视过程中，能否及时发现并作相应的处理。

系统同时可以模拟监控系统本身的缺陷，如通道中断，单间隔数据不刷新，信号未正确触发、信号误发等。

3)事故处理培训

具体包括下列内容，但不仅限于此：

开关本体及其相关的故障：开关拒动，开关误动，非全相，开关操作机构故障，控制直流回路等。

刀闸本体及其相关的故障：带负荷拉、合刀闸，带电合接地刀闸及其造成弧光短路，刀闸操作机构故障等。

变压器本体及其相关故障：(1)变压器油箱内故障，包括相间短路、接地短路、匝间短路。(2)变压器油箱外故障，包括套管和引出线上相间短路，接地短路(中性点直接接地电网一侧)。(3)变压器油温过高等。

母线故障。

线路故障：三相出口短路，任意点短路，接地，断线等。

电容器、电抗器故障：内部故障，外部故障。

继电保护及自动装置故障：保护、自动装置拒动、误动，装置异常、装置闭锁，定值异常等。

交、直流系统故障：高频模块故障，直流系统正负极接地故障等。

二次回路故障：二次回路熔丝熔断，二次回路小开关误跳，ta断线、短路、二次回路开路等。

监控系统故障：能够对所有受控站、单个站失去监控的故障情况进行模拟。

以上各种故障异常情况可以任意组合构成各种复合故障。

应能支持教员进行上述永久故障的清除。

1.1.6.3误操作模拟

系统支持对于带负荷拉刀闸、带负荷合刀闸、用刀闸充空载线路或变压器、带电压合地刀、带地刀合开关、强送至永久故障上等基本操作均可自动生成相应的故障事件。

1.2教员系统

教员系统为教员在培训前准备，培训中分析、监视、控制及管理及培训后总结、评估提供支持功能，包括教案管理、培训控制、正常操作、故障设置、异常缺陷设置、培训评估等功能。主要功能包括：

1)支持培训的多种启动方式，包括从实时状态估计结果启动、从调度员潮流结果启动、从历史状态估计结果启动、从已制作完成的历史教案启动。并能通过图形、表格等多种方式对负荷、机组、线路、变压器等设备参数、上下限等进行修改，满足培训所需初始状态要求。

2)能够支持教案的编制、管理和使用。

3)能够支持事件表的编制、管理和使用。

4)能够设置电网设备的电气类故障。故障模型信息主要包括短路/断线、接地/不接地、故障相别、故障持续时间、故障位置、金属性短路/非金属性短路等。

5)能够设置设备非电气类故障、异常和缺陷。如能设置开关、刀闸本体及操作机构的常见故障和异常，如包括拒动、误动、操作机构故障、控制直流回路故障、开关气压/油压低等。

6)能够针对监控系统、厂站和间隔设置各种监控系统的异常和故障。

7)能够仿真多重故障同时发生的场景。

8)能够仿真常见保护死区故障，如线路保护死区、变压器保护死区故障等。

9)能够自动识别培训过程中的误操作，给出提示信息，并能自动触发相应的故障，引起相应的保护和开关动作。

10)可以设置绝对时间、相对时间或者立即发生等事件执行时间类型。

11)可以基于厂站接线图操作或列表操作设置电力系统故障和扰动。

12)可以进行培训过程中状态和事件的监视。

13)支持培训的启动、终止、暂停、恢复。

14)支持快照、快照返回、返回事故前断面、返回初始状态、返回任意操作前断面等培训控制功能。

15)能够根据演习过程中电网的运行安全性、可靠性、经济性等指标进行在线评估打分，支持对学员误操作的识别判断，进行扣分的同时给出即时告警提示。

16)能够将培训过程中状态、事件等重要培训信息的自动记录，形成评估报表。

1.3调控中心仿真

该部分用以模拟与实际调度调控中心相同的系统环境，其中包括scada、分类告警监视、信息分层分级管理、调控一体权限管理、综合故障分析、光字牌等。

1.3.1调控一体支持组件

1)调控一体权限管理

将所有系统资源，包括可执行操作、画面、界面、多态等全部纳入调控一体权限管理。权限控制分角色和用户两个层级。将业务职责相同的用户组定义为角色，例如：调度员、监控员。该用户组的公共权限直接授予角色，角色下的用户自动继承所属角色的授权，减化管理和维护工作量。可以对具体用户进行个性化定制。

2)信息分层分级管理

所有事项和告警信息，包括报警条、报警列表等均支持权限和责任区过滤。仅显示用户管辖区域内的各种事项和告警信息。

3)调控一体人机展示

调控一体系统的功能界面，按照用户角色进行组织。各角色用户登录系统之后，打开的功能界面只集中显示该角色，例如调度员，所需要的功能。各角色可以使用的功能是可配置的。主要角色类型包括：调度员、监控员、管理员(自动化人员)。

支持角色挂牌功能，调度员挂的牌只显示在调度员界面，监控员挂的牌只显示在监控员界面，自动化人员挂的牌只显示在自动化人员的界面。每种牌可以被哪些角色操作，在哪些角色用户登录后可以显示，对哪些角色用户屏蔽信号均可以定制，由人机进行权限控制。

单线图是调度员、监控员日常监视电网和厂站运行工况的基本人机接口。由于调度员职责主要是监视电网层面的运行工况，监控员主要是监控厂站层面的运行工况，因此其对单线图所呈现的内容需求有差异。调控一体系统支持对于单线图上某一类设备定义其所关联的角色，进而实现单线图内容角色定制。

1.3.2集中监控组件

1)监控数据处理

针对调控一体运行特点，在原调度ems系统模拟量、状态量处理的基础上，增加支持：断路器相关信号、线路保护及控制回路相关信号、主变本体相关信号、主变保护及控制回路相关信号、母线保护及控制回路相关信号、电容器保护及控制回路相关信号、公共信号等的采集功能。

2)责任区与信息分流

系统可根据责任区的定义对系统的功能实现进行细化分割，对具体的责任区对象可以实现相应的功能权限，包括每一个功能步骤进行明确的划分。可根据具体的责任区划分系统的遥控功能；实现根据责任区的信息分流技术，结合系统的传输信息，实现每个中心监控工作站只处理该责任区域内需要处理的信息。告警信息窗也只显示和该责任区域相关的告警信息，遥控、置数、封锁、挂牌等调度员、监控员操作也只对责任区域内的设备有效，从而起到了各个工作站节点之间信息分层和安全有效隔离的作用。

3)光字牌

光字牌监视图做为人机界面软件新增显示类型，由全站光字图、间隔光字图和间隔细节图组成。三种光字图相互间按三级倒树状结构完成链接，构成光字子系统。光字图根据系统一二次模型数据库的信号结构自动生成，光字动作状态颜色分与信号的报警等级对应，每等级可以灵活设置；复归状态为统一颜色设置。

4)操作与控制

具有间隔操作功能，包括：

a、间隔信息检索；

b、间隔挂牌；

c、间隔光字确认；

d、间隔告警确认；

e、间隔告警查询等功能。

1.3.3综合告警组件

1)分类告警监视

事项监视窗应能按变电站、事项类别进行个性化定义。各类信号能以不同颜色显示。事项监视窗支持按类显示不同信号。典型的分类树配置包括：

a、开关事故跳闸区：该区显示开关位置在非正常操作状态下由合到分的变位信号。同告警汇总中的开关事故跳闸列表。

b、事故信号区(ⅰ类)：由保护动作硬接点以及相应的事件类软报文组成。信号点表中的ⅰ类信号。

c、瞬时预告信号区(ⅱ类)：显示保护或电气设备异常，保护及设备不能继续运行需要立即处理或紧急停运的异常信号。信号点表中的ⅱ类信号。

d、延时预告信号区(ⅲ类)：显示设备运行出现异常，但设备可以继续运行，可以不需立即处理的异常信号。信号点表中的ⅲ类信号。

e、状态信号区(ⅳ类)：显示反映电气设备运行状态的信号。信号点表中的ⅳ类信号，且包括开关正常操作状态下由合到分或由分到合的变位信号以及刀闸、地刀、开关远方/就地切换开关、手车位置的变位信号。

f、遥测越限区：显示各负荷、电压、电流、温度等遥测信息的越限信号。同告警汇总中的遥测越限告警列表。

2)事故告警汇总监视

告警汇总是显示特定告警的界面。根据用户配置光敏点参数的不同显示不同的告警数据。在告警界面中可以清除已确认的数据，清除全部数据，确认数据和接受报警行事件的功能(特殊告警除外，特殊告警只接受报警行事件)；

旨在方便监控员快速浏览和掌握变电站当前设备运行的异常和事故状况，特别适合于在日常监控时发现异常缺陷、事故时分析判断和交接班时的巡视交接。

以上图1、2所示的电网调度控制系统调控一体化联合仿真实训系统是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。