【精彩论文推荐】国家电网公司华北电力调控分中心 谢旭等:面向多级电网调度运行的多业务培训仿真系统

摘要: 原文详细论述连载于《电力系统自动化》2017年第13—14期,欢迎品读。

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原文详细论述连载于《电力系统自动化》2017年第13—14期,欢迎品读。

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本文引文信息

谢旭, 施磊, 张哲, 等. 面向多级电网调度运行的多业务培训仿真系统: (一) 系统设计与实现 [J]. 电力系统自动化, 2017, 41(13): 100-105. DOI: 10.7500/ AEPS20160907036.

XIE Xu, SHI Lei, ZHANG Zhe, et al. Multiservice Training Simulation System for Multilevel Power Grid Dispatching and Operation Part One System Design and Implementation [J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41(13): 100-105. DOI: 10.7500/ AEPS20160907036.


钱江峰, 刘庆程, 喻乐, 等. 面向多级电网调度运行的多业务培训仿真系统: (二) 基于数据、信号、控制的通信策略设计 [J]. 电力系统自动化, 2017, 41(14): 159-163. DOI: 10.7500/ AEPS20160907034.

QIAN Jiangfeng, LIU Qingcheng, YU Yue, et al. Multiservice Training Simulation System for Multilevel Power Grid Dispatching and Operation Part Two Communication Strategy Design Based on Data, Signal and Control [J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41(14): 159-163. DOI: 10.7500/ AEPS20160907034.



面向多级电网调度运行的多业务培训仿真系统:(一)系统设计与实现

谢旭,施磊,张哲,高宗和,罗亚洲,陆进军

DOI: 10.7500/AEPS20160907036


面向多级电网调度运行的多业务培训仿真系统:(二)基于数据、信号、控制的通信策略设计

钱江峰,刘庆程,喻乐,谢旭,刘健,王仲达

DOI: 10.7500/AEPS20160907034



1
研究背景


近年来,随着智能电网调度控制系统的建设推进,各级调控机构的电网驾驭能力得到显著提升。复杂的交直流电网构架对电网安稳运行造成一定的影响,为使调控人员能够更全面地了解电网运行特性,亟需一个高效的培训仿真系统研究先进控制方式、优化现有业务流程,促进不同业务的协调配合,同时也可验证新增业务的合理性和功能的正确性。


传统的调度员培训仿真系统(DTS)已难以满足当今的电网运行需求,主要表现在:首先,传统DTS只能模拟能量管理系统(EMS)的部分监控功能,对于调度员模拟实时发电计划、综合智能告警等应用的需求,缺乏相应的应用培训模拟环境;其次,传统基于EMS一体化DTS系统,虽在模型上具备与实际电网模型完全一致的优势,但仿真主要基于某个断面开展,对于电网正常负荷升降或事故情况下的发电与负荷曲线动态匹配过程,无法精确的进行持续模拟。


2
研究技术路线


研发团队旨在继承传统DTS潮流计算、保护仿真、频率计算等仿真计算功能的基础上,结合智能电网调度控制系统的建设经验,研制一套新的面向多级电网调度运行的多业务培训仿真系统。技术先进性在于:一是支持各项应用功能业务的模拟运行环境,完全仿真生产系统的数据、信号和控制流程,形成一套完整通信策略,实现调控各专业之间的多业务协同培训,真正实现与调度生产系统高度镜像的仿真效果;二是该培训仿真系统可面向多级电网调度,实现核心业务数据互联互通;三是可模拟实际生产环境中发电与负荷随时间曲线的持续变化过程,实现电力系统全过程仿真。


3
培训仿真系统架构简介


面向多级电网调度运行的多业务培训仿真系统,如图1所示,包括独立的仿真数据库、基础平台、数据服务总线、仿真操作引擎以及稳态监控、AGC/AVC、实时计划、综合智能告警等核心业务功能模块。


培训仿真系统采用专用仿真数据库,并与一区生产系统通过物理隔离装置进行安全隔离。在基础平台之上,各类量测及控制数据仿真引擎实现潮流计算、保护仿真以及各类操作模拟的处理。平台应用与各高级应用模块(综合智能告警、自动发电控制、调度计划、状体估计等)之间通过数据服务总线进行数据的信息交互。通过时钟统一功能,使得各模块实现数据同步交互,保证各模块协调配合构成一个闭环的完整仿真环境。


图1  仿真系统平台架构


4
关键技术


多业务培训仿真必须解决初始断面的相容性设置、动态负荷曲线的模拟、调控核心业务及其相互之间协作关系的模拟等。


首先仿真需要与真实数据匹配断面技术。团队研发的培训仿真系统不仅考虑传统的数据准备,还考虑包括负荷曲线、联络线计划等基础数据。基础数据准备主要是将负荷曲线数据作为负荷预报数据提供给实时发电计划使用,联络线计划从历史计划数据中获取,通过仿真需求设定所需的联络线计划。通过匹配步骤,可实现断面负荷水平需要与所设定的负荷曲线的负荷水平及联络线交换功率需要与联络线计划相一致。


其次,负荷教案制作与模拟技术。为满足多业务仿真需求,在负荷教案制作过程中,支持按自定义方式制作负荷曲线,将系统负荷分解至节点负荷,在此过程中需计算厂用电、网损以及分配比例。为了能够真实地模拟负荷随机波动现象,考虑白噪及ACE扰动模拟。


最后,基于数据、信号、控制的通信技术。仿真团队研究了一种基于多业务模式的调度一体化培训仿真平台通信策略,包含数据流、信号流、控制流并应用于此仿真系统。根据仿真全周期各阶段的数据、断面等通信需求,设计通信方式使多业务仿真整体形成一套完整的通信策略。在通信规模方面,将进行通信交互的应用范围从传统培训仿真平台的基本应用功能模块拓展到现有多业务模式下调控系统所具备的综合智能告警、AGC、调度计划等多应用功能模块;在通信精细度方面,改进的培训仿真平台考虑了培训前模型及断面数据在各应用之间的数据准备,从而保证整个仿真过程负荷曲线与发电曲线动态匹配。


5
仿真案例


下面以华北北疆厂机组故障作为案例加以简要说明。


在制作教案初始断面阶段,系统从生产系统获取实际的当天日内负荷曲线数据,通过系统负荷曲线自动匹配功能得到仿真时段负荷曲线。再通过联络线计划的读取与修改,得到仿真所需的联络线计划值。地区负荷变化驱动电网潮流动态变化,自动发电控制根据联络线功率和系统频率计算得到初始仿真ACE。经由初始断面准备工作使负荷水平和计划值满足教案需求的前提下,可进入培训仿真阶段。


随着仿真的进行,AGC下发调节指令,仿真系统模拟调节并触发潮流、保护、自动装置等仿真引擎,从而使得系统持续运行在发、供电动态平衡匹配的过程之中。


假设在某个时刻a触发北疆厂1#机组故障,系统会接收到该故障信息,启动潮流、保护、安自等仿真引擎,并将潮流变化以变化遥测的方式发送,将保护信号以变化遥信和变电站告警直传的方式发送到模拟调控主站。


随后,综合智能告警将根据仿真系统的量测数据和告警等相关信息进行在线故障诊断,并在正确定位故障设备后以可视化的方式进行展示,同时将故障信息以报文的方式发送至网络分析业务。


最后,网络分析业务在接收到故障定位信息后将立即启动实时分析序列进行网络计算,并将计算后的越限、过载等信息以告警的方式发送综合智能告警业务。


案例中1#机组故障跳闸后,京津唐区域电网出力损失965MW,其功率缺额将通过外网联络线进行弥补,本地区ACE会有较大幅度的下滑,如图2所示。


图2   ACE仿真曲线


图中,在a时刻机组跳闸后,ACE曲线下降,AGC对机组出力进行控制,使ACE恢复至b点水平。


由于上调备用容量限制的原因,到达b点后AGC无法进一步通过对机组的调节使得ACE继续恢复至正常水平。此时,学员必须启动调度计划的分析计算程序,重新调整发电计划,释放出部分备用容量,以利于AGC的进一步调节。


在计划调整后,AGC将自动根据新的计划数据调整发电策略,并将控制指令以报文的方式发送至后台仿真引擎,并由仿真引擎进行指令的模拟处理,最终使ACE恢复到平稳状态。


通过上述的案例介绍了面向多级电网调度运行的多业务培训仿真系统的运行流程,可模拟各类调控核心业务及其相互之间的交互关系,从而为方式研究、事故反演、预案编制等提供一个高度逼真的模拟运行环境。


6
结论与展望


研发团队设计并搭建了面向多级电网调度运行的多业务培训仿真系统,并具备以下几个显著特点:


1)仿真平台的应用环境与生产系统数据高度一致,提高了仿真的逼真性,更具参考价值;


2)制作教案时,可预设负荷水平,完整模拟负荷曲线波动,响应发供电曲线动态匹配过程;


3)多业务协同培训仿真,实时进行数据交互,界面和操作流程与生产系统高度一致,更具实操性。


该系统建成后已在华北、华东、西北等电力调控分中心的人员培训与运行优化中发挥了重要作用,多次为保电工作的反事故演习提供了技术支撑。随着各项工作的深入研究,该系统还可在仿真精度和模块功能上进一步完善和提升。


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《电力系统自动化》2017年第14期目次

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主要作者介绍

谢旭,硕士,国家电网公司华北电力调控分中心教授级高级工程师。研究方向:中长期发电计划、电力市场和调度自动化。曾获省部级科技进步奖一等奖一项、二等奖3项、三等奖3项,发表论文17篇(SCI收录1篇,EI收录7篇,国际会议宣读1篇,中文核心期刊1篇),获得授权专利9项,参加编写国家电网公司技术标准规范4项。

 

钱江峰,硕士,国电南瑞科技股份有限公司高级工程师。研究方向:电力系统仿真。曾获省部级科技进步奖三等奖1项,发表论文3篇(EI收录1篇),获得授权专利4项,参加编写国家电网公司技术标准规范1项。


刘庆程,硕士,国电南瑞科技股份有限公司工程师。研究方向:电力系统仿真。发表论文2篇(中文核心期刊1篇)。


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