“电力调度、监控、变电运行”一体化仿真模拟系统设计

赵 睿，朱皓泽，封振兴，赵 辉

(鞍山供电公司，辽宁 鞍山 114001)

随着电网规模的扩大，各种新设备投入运行，新技术在电力调度、监控、变电运行中推广使用，为适应电网技术的快速发展，预防和应对大范围电网事故的发生，提高调度员、监控员、变电运行人员的业务水平和在事故处理中的联动协作能力是目前培训工作的重点。当前广泛存在的变电运行管理模式为调控中心集中管理模式，设立调控中心，按作业半径分设若干操作队。1个调控中心可监控几十座甚至更多变电站。“三集五大”改革以后，调控中心管理模式为调度中心与相应的集控中心合并(调控合一)，原来的调度员、监控员合并后统称为调控员。原有的电力调度、监控、变电运行分开培训方式将不符合现在的工作模式，为满足发展需要和新技术条件下的培训要求，并与实际工作流程相符合，建立了“电力调度、监控、变电运行”一体化仿真模拟系统。

1 当前培训现状分析

国网公司内部多家培训机构已安装使用变电仿真、监控仿真、调度仿真系统。济南市国网技术学院、锦州市培训中心、大连市培训中心的培训仿真系统已经十分完善，均为相互独立的仿真系统，即各专业在不同地点进行独立培训［1］。同时，各专业的模拟培训都是根据已经制定好的事故预案进行模拟操作，即变电运行培训只是在电脑前进行从头至尾的一套流程操作，而没有与监控、调度进行联系操作，不清楚系统变化情况;监控培训只是对远动上传的信号进行简单分析，并根据相关事故处理规程进行汇报调度和通知各操作队等工作，电网事故是随机多样的，这需要监控与调度和现场运行人员进行联系;调度培训只在系统图前进行反事故演习，把所有的设备状态、人员状态、环境状态理想化，不熟悉现场及设备，与实际工作相脱节，失去了培训的意义［2－3］。

目前，各专业的仿真培训都是以单个变电站或小范围系统为原型进行事故处理模拟培训，这种培训方式是根据过去变电站有人值班的工作模式建立的，即每座变电站留3～4名值班员负责该站的所有运行操作和设备巡视。目前的变电运行管理模式为调控中心—操作队模式，即操作队的当值人员负责所管辖范围内的全部变电站的运行操作和设备巡视，当发生电网事故时，该操作队有可能需要同时进行多座变电站倒闸操作，操作时应实时与调控中心保持联系，使得当前各专业的独立培训模式不符合现阶段的工作方式。以鞍山供电公司仿真变电站建设情况为例，前期建设了以红旗堡220kV变电站为原型的仿真变电站，2009年建立了腾东66 kV仿真变电站。2个仿真变电站均只能进行1座变电站的仿真模拟培训，不能实现多个变电站事故处理同时培训，不能结合电网运行状况的变化、运行方式的变动进行相应改变和处理，培训效果不理想，需要1套变电运行监控调度一体化仿真培训来适应当前的工作模式和未来电网工作的发展方向。

2 当前事故处理模式分析

随着电网改革，运行人员的工作模式发生了很大变化，变电运行管理模式已由变电运行人员在单个变电站值班转变为调控中心、操作队模式。变电运行人员根据电网事故情况，同时进行多个变电站的事故处理工作。以鞍山供电公司220kV主变跳闸事故处理流程为例，调控员监测到故障信号，根据相关保护信息判断事故类型，并指挥操作队运行人员到现场检查，操作队运行人员检查到故障原因后汇报调控员，调控员根据故障原因、故障类型确定事故处理方案，进行远方操作或指挥运行人员就地操作。

“调控合一”后工作方式发生了变化，电力调度、监控在同一场所工作，工作内容和职能完全相同，原电力调度、监控分开的培训系统已不再适用。同时，现有的变电仿真系统也不适用，不能满足现在事故处理工作中多方合作、联动协调的要求。

3 “电力调度、监控、变电运行”一体化仿真模拟系统设计思路

建立1个仿真系统平台，以1座或多座220kV变电站带若干座66 kV变电站组成相对完整的电网系统。并配套电力调度、监控、变电站系统单元，即以1个操作队所管辖的小电网为原型，同时建立监控、调度仿真系统［4］，还可根据培训需要，增加智能化变电站。将电力调度、监控、变电站仿真系统作为系统载体和数据处理中心，实现数据共享和分析。实现这一平台的建立可基于B/S结构或C/S结构，分别从这2种结构的特点入手，分析建立这一仿真系统平台的具体实施方案［5］。

4 “电力调度、监控、变电运行”一体化仿真模拟系统实施方案

4.1 基于B/S结构的仿真模拟系统

4.1.1 B/S结构的定义

B/S结构 (Browser/Server，浏览器/服务器模式)，是Web兴起后的一种网络结构模式，Web浏览器是用户端最主要的应用软件。这种模式统一了用户端，将系统功能实现的核心集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用［6］。用户机上需要安装浏览器，如Internet Explorer，服务器安装Oracle、SQL Server等数据库，浏览器通过网络服务器同数据库进行数据交换。

4.1.2 B/S结构下仿真模拟系统平台的建立

仿真模拟系统的全部开发程序安装在服务器上，系统分为电力调度、监控、变电运行3个部分。培训人员通过浏览器输入指定网址，登入仿真模拟系统平台页面，首次登入时先要注册。系统管理员设定每个学员的使用权限，一般默认为一般用户，即只能进行简单操作，无法进行系统内部数据的修改。培训师也需要注册，系统管理员可根据需要将其更改为高级用户，即可以修改系统内的一些参数。在系统内部可以预先内置典型事故处理方案，方便学员熟悉典型操作，也可以由培训师临时发出事故信号，增加培训的灵活性。观察员可以查看学员培训成绩、培训进度等，其使用权限也可分为查看某专业学员成绩和全部专业学员成绩等。由于使用统一的服务器，数据随时共享，3个专业可以统一培训，也可以根据其用户权限独立培训。登入流程如图1所示。

图1 B/S结构下仿真模拟系统网页登入流程

B/S结构下仿真系统平台服务器的设立可分为2种方案，一是服务器设立在1个小型局域网内，如培训中心教室，教员机作为服务器终端，教室局域网内学员的电脑为用户端，培训时电力调度、监控、变电运行的学员可以集中在1个教室内一起进行。其优点是服务器维护方便、成本低、对服务器性能和可靠性要求不高、投资小、便于实现;缺点是具有局限性、不利于系统的推广。二是服务器设立在1个大型局域网内，如公司内部局域网，学员可以在培训中心教室内统一培训，也可以在各自单位，通过网页登入培训系统进行统一培训。如果服务器设在省公司或国网公司，还可实现跨地区联合演习。其优点是使用局限性小、不需要特定的培训地点、各专业培训人员可以随时随地进行培训、方便推广使用。缺点是对服务器性能和数据通信的可靠性要求高、人员维护比较复杂、需要大量资金建设和维护。各专业地域关系如图2所示。

4.1.3 B/S结构下仿真系统平台的特点

图2 B/S架构下的各专业地域关系示意图

B/S结构的优点体现在3个方面，一是可以在任何地方进行操作，不用安装专门的软件，只要有1台能上网的电脑就能使用;二是系统的扩展容易，只要能上网，通过注册，由系统管理员分配用户名和密码即可;三是系统升级方便，系统可以根据需要进行二次开发，完善系统功能，这些升级操作只需在服务器上完成，用户端不需要任何操作。

B/S架构的缺点是图形的表现能力不高、内部设备的运行速度较慢［7］。由于仿真变电站对图形的表现能力要求较高，又要求系统有较高的运行处理速度。当模拟大型变电站时，B/S结构的不足就会明显体现，而C/S结构在这方面则有较大优势。

4.2 基于C/S结构的仿真模拟系统

4.2.1 C/S结构的定义

C/S又称 Client/Server或客户/服务器模式。服务器通常采用高性能的PC、工作站或小型机，并采用大型数据库系统，如 Oracle、Sybase、Informix或SQL Server。客户端需要安装专门的客户端软件。

4.2.2 C/S结构下仿真模拟系统平台的建立

系统平台以软件形式安装在用户电脑上，将全部数据存储在1台服务器上，作为数据存储和交换使用。可以在同一电脑上安装3个专业的培训系统，也可以在不同电脑上安装独立的培训系统。各专业通过局域网实现联网统一培训，并通过服务器实现通信和数据交换。学员使用该系统无需注册，只要在指定的电脑上或使用指定的软件即可登录使用。其仿真模拟系统平台的建立如图3所示。在开发软件时要考虑数据接口的兼容性，监控系统软件应能实时监测到变电运行软件系统中仿真模拟变电站的数据，调度系统应能同时检查全部仿真变电站。3方可以通过语音通信，也可以使用跨系统的数据通信，如文字、图像等。

图3 C/S结构下仿真模拟系统平台的建立

根据服务器的设立也可分为小型局域网 (培训教室局域网)和大型局域网 (公司内网)2种。小型局域网的使用与现在的电力调度、监控、变电运行独立培训的模式类似，可分为2种模式实现，一是在1个培训室内的所有电脑上安装全部培训程序，不同专业的学员只需打开自己专业的培训软件即可，1台教员机作为服务器，培训师可以在教员机上制定培训方案，设定系统运行方式和故障类型;二是在3个教室内分别设立3台教员机，分别作为3台专业的服务器，服务器之间实现数据共享，学员通过各自的学员机进行操作。2种模式下均以每3台学员机为1组，由教员机进行匹配，组与组之间不能有交集，所有学员机共用1套仿真模拟电网。

4.2.3 C/S结构下仿真系统平台的特点

C/S是软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到用户端和服务器端。C/S结构的优点是能充分发挥客户端PC的处理能力，许多工作可以在客户端处理后再提交给服务器，客户端响应速度快，对仿真变电站的模拟上较B/S结构有很大优势［8］。

C/S结构的缺点是随着互联网的飞速发展，需要系统具有扩展性，这种方式远程访问需要专门的技术。客户端需要安装专门的客户端软件，在系统升级时需要所有用户进行软件升级或重新安装软件。

5 应用效果

2种结构的仿真模拟系统都能同时完成调控员、变电运行人员的事故处理培训。在进行一体化培训时，使用B/S结构在应用上比较方便，有助于3个专业了解在事故处理时的顺序流程，有助于运行人员了解系统变化。C/S结构有助于运行培训人员对设备进行模拟操作，使电力调度、监控直观了解运行人员的工作方式，了解现场会遇到的问题。如果需要同时使用2套系统，则可根据培训目的、侧重点制定更灵活、更符合实际需求的培训计划。

［1］马 鹿，马 瑾，王小平.基于信息技术的变电站仿真培训系统研究［J］.水电能源科学，2007，25(4):126－129.

［2］张 锐.调度员培训题库系统开发 ［D］.沈阳:东北大学，2005.

［3］卢 焰.地区电网调度员培训仿真系统的研究 ［D］.沈阳:东北大学，2003.

［4］赵英丽，孙德龙.大连供电公司变电仿真系统的功能与应用 ［J］.东北电力技术，2007，28(5):45－46.

［5］赵 晏，汪永超，曲明辉.基于BS/CS架构的车辆装备管理信息系统的设计［J］.陕西理工学院学报 (自然科学版)，2006，22(4):69－72.

［6］李志蜀，游洪跃.C/S，B/S及DISTRIBUTION在MIS开发中的应用研究［J］.四川大学学报 (自然科学版)，2000，37(1):41－45.

［7］张友生，陈松乔.C/S与B/S混合软件体系结构模型 ［J］.计算机工程与应用，2002，38(23):138－140.

［8］余 平，裴运军，凌 艳.基于C/S和B/S输电管理系统的设计 ［J］.东北电力技术，2007，28(7):46－48.