對(duì)配電自動(dòng)化相關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，尤其是饋線自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)，是配電自動(dòng)化能否實(shí)用化的關(guān)鍵因素之一。培訓(xùn)系統(tǒng)在提高學(xué)員處理配電網(wǎng)絡(luò)故障的速度、提高現(xiàn)場(chǎng)饋線自動(dòng)化失敗原因的查找效率等方面均收到了良好的效果。 

 0   引言  

    配電自動(dòng)化在中國(guó)南方電網(wǎng)公司與國(guó)家電網(wǎng)公司下屬各個(gè)供電局都進(jìn)行了規(guī)?；ㄔO(shè)，不同模式饋線自動(dòng)化（FA）各有所長(zhǎng)，應(yīng)依據(jù)不同區(qū)域的網(wǎng)架特點(diǎn)以及對(duì)供電可靠性的不同要求，選擇不同的模式。這些模式包括集中式FA、智能分布式FA、差動(dòng)保護(hù)式FA、電壓時(shí)間型FA等。一個(gè)供電局可能存在多種FA模式共存，為確保這些FA可以正常運(yùn)行，供電局的運(yùn)維人員須對(duì)相關(guān)的系統(tǒng)與設(shè)備進(jìn)行制度性運(yùn)維，同時(shí)在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，F(xiàn)A功能是否能夠正確啟動(dòng)并完成故障隔離與非故障區(qū)域恢復(fù)供電，又受制于多種因素的影響，因此，對(duì)運(yùn)維、調(diào)度、自動(dòng)化人員進(jìn)行各種FA模式的有效培訓(xùn)成為FA能否實(shí)用化的關(guān)鍵因素之一。 

    調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)（DTS）主要用于培訓(xùn)電網(wǎng)調(diào)度員的正常調(diào)度能力和在事故發(fā)生時(shí)的快速?zèng)Q策能力，培訓(xùn)取得了顯著效果。對(duì)于配電自動(dòng)化的培訓(xùn)，則往往采用搭建實(shí)際的配電自動(dòng)化場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，因?yàn)橐淮卧O(shè)備、通信方式以及自動(dòng)化設(shè)備與實(shí)際運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)完全一致，這種實(shí)景培訓(xùn)可以促進(jìn)運(yùn)維人員加強(qiáng)對(duì)實(shí)際配電線路與開(kāi)關(guān)的直觀感受，起到了非常重要的效果。但是這些場(chǎng)景往往基于一種固定的配電網(wǎng)絡(luò)接線以及固定FA模式，難以適應(yīng)不同F(xiàn)A模式共存以及FA失敗后的對(duì)自動(dòng)化設(shè)備缺陷快速查找并修復(fù)的需求。 

    建設(shè)以面向FA實(shí)用化為目標(biāo)的培訓(xùn)系統(tǒng)，成為當(dāng)前推進(jìn)FA深化應(yīng)用的重點(diǎn)舉措之一，本文結(jié)合昆明供電局配電自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了多模饋線自動(dòng)化培訓(xùn)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)，并詳細(xì)介紹集中式FA與智能分布式FA仿真培訓(xùn)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可有效地對(duì)相關(guān)從業(yè)人員進(jìn)行各種FA模式的培訓(xùn)。 

1  系統(tǒng)架構(gòu)  

如圖1所示，F(xiàn)A多模培訓(xùn)系統(tǒng)由主站、終端與一次設(shè)備組成。  

                                  圖1　饋線自動(dòng)化多模培訓(xùn)系統(tǒng)架構(gòu)  

    其中主站層包括SCADA服務(wù)器、FA服務(wù)器、仿真服務(wù)器、教員臺(tái)、學(xué)員臺(tái)以及將這些計(jì)算機(jī)連接在一起的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。SCADA服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與配電終端的通信，以及數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理功能；FA服務(wù)器實(shí)現(xiàn)集中式FA處理；仿真服務(wù)器完成電力系統(tǒng)一次設(shè)備、二次設(shè)備、數(shù)據(jù)采集模擬仿真功能，相當(dāng)于傳統(tǒng)的DTS服務(wù)器；教員臺(tái)的使用者為培訓(xùn)師，通過(guò)教員臺(tái)可以制作并管理教案、控制培訓(xùn)內(nèi)容與進(jìn)度、監(jiān)視培訓(xùn)過(guò)程以及對(duì)培訓(xùn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)；學(xué)員臺(tái)界面與普通的調(diào)度員界面完全一致，可以完成逼真的調(diào)度員仿真培訓(xùn)。 

    終端層由多臺(tái)多模配電終端及其控制系統(tǒng)組成。多模配電終端可以完成各種模式FA實(shí)現(xiàn)；多模配電終端控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配電終端模式控制以及配電網(wǎng)故障特性數(shù)據(jù)的仿真。一次設(shè)備主要由電源、線路與開(kāi)關(guān)組成，可以構(gòu)成一個(gè)實(shí)際的配電網(wǎng)。多模配電終端與開(kāi)關(guān)設(shè)備之間通過(guò)電纜連接，與主站系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接。整個(gè)培訓(xùn)系統(tǒng)的多模特征表現(xiàn)如下： 

1）將多模配電終端切換到實(shí)時(shí)態(tài)、集中式FA模式，主站系統(tǒng)、多模配電終端以及一次設(shè)備就形成了一套與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景一致的集中式FA系統(tǒng)。

2）將多模配電終端切換到實(shí)時(shí)態(tài)、智能分布式FA模式，主站系統(tǒng)、多模配電終端以及一次設(shè)備就形成了由終端完成智能分布式FA、主站監(jiān)控的實(shí)際系統(tǒng)。

3）將多模配電終端切換到模擬態(tài)、智能分布式FA模式，通過(guò)多模配電終端控制系統(tǒng)仿真配電網(wǎng)運(yùn)行，可以擺脫一次網(wǎng)絡(luò)固定不變的模式，用于培訓(xùn)的配電網(wǎng)絡(luò)將更具靈活性，排除了一次設(shè)備數(shù)量以及接線方式的限制，主站系統(tǒng)、多模配電終端就可以仿真各種網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下的分布式FA系統(tǒng)的運(yùn)行。

4）在主站層啟動(dòng)仿真服務(wù)器，可以實(shí)現(xiàn)更高層次的仿真，進(jìn)一步擺脫了培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)接線模式與多模配電終端數(shù)量的限制，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)與更多網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型的仿真培訓(xùn)。 

    以此類(lèi)推，切換多模配電終端的模擬態(tài)與實(shí)時(shí)態(tài)，以及各種FA模式，可以形成不同網(wǎng)絡(luò)形態(tài)、不同模式的FA培訓(xùn)系統(tǒng)，用于培訓(xùn)學(xué)員對(duì)這些FA模式的理解與認(rèn)識(shí)。 

2   集中式FA仿真培訓(xùn)設(shè)計(jì)  

    集中式FA指在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，借助通信手段，通過(guò)配電終端和配電主站/子站的配合，判斷故障區(qū)域，并通過(guò)遙控或人工隔離故障，恢復(fù)非故障區(qū)域供電。目前國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)采用這種模式。 

    因?yàn)镕A控制策略與操作命令都是由主站控制下發(fā)，因此對(duì)于集中式FA的培訓(xùn)方式與傳統(tǒng)DTS相似，可依賴(lài)于DTS仿真培訓(xùn)軟件，側(cè)重于對(duì)調(diào)度員的培訓(xùn)，訓(xùn)練調(diào)度員依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)以及FA系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)做出決策的能力。 

    如圖2所示，仿真培訓(xùn)軟件包括教員臺(tái)模塊、學(xué)員臺(tái)模塊、培訓(xùn)控制模塊、電網(wǎng)仿真模塊和學(xué)員操作評(píng)價(jià)模塊。①教員臺(tái)模塊為教員建立培訓(xùn)場(chǎng)景提供初始條件，以構(gòu)成教案事件，并監(jiān)視學(xué)員完成教案事件的情況；②學(xué)員臺(tái)模塊呈現(xiàn)了培訓(xùn)場(chǎng)景中的配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控界面，與實(shí)際的調(diào)度員界面保持一致，用于學(xué)員完成教員預(yù)制的教案事件；③培訓(xùn)控制模塊用于教員對(duì)培訓(xùn)過(guò)程中進(jìn)度的控制；④電網(wǎng)仿真模塊包括潮流計(jì)算、保護(hù)仿真、集中式FA和事件服務(wù)四大功能，用于仿真模擬配電網(wǎng)在正常狀態(tài)潮流分布和各種事故狀態(tài)、與多模配電終端通信、獲取與控制配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，從而提供給培訓(xùn)員自上而下的立體感受；⑤學(xué)員操作評(píng)價(jià)模塊用于學(xué)員操作結(jié)束后，根據(jù)評(píng)價(jià)體系的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)對(duì)學(xué)員的整體操作進(jìn)行評(píng)價(jià)。   

                           圖2　仿真培訓(xùn)軟件系統(tǒng)圖  

    教員臺(tái)模塊、學(xué)員臺(tái)模塊、電網(wǎng)仿真模塊以及學(xué)員操作評(píng)價(jià)模塊都與培訓(xùn)控制模塊相連接，教員臺(tái)模塊通過(guò)培訓(xùn)控制模塊按時(shí)序?qū)⒔虇T預(yù)制的教案事件發(fā)送到電網(wǎng)仿真模塊；電網(wǎng)仿真模塊根據(jù)教案事件內(nèi)容修改電網(wǎng)模型的運(yùn)行方式，重新計(jì)算配電網(wǎng)潮流分布。  

    電網(wǎng)仿真模塊既包括了配電網(wǎng)運(yùn)行潮流、故障特性等一次仿真過(guò)程，也包含二次系統(tǒng)保護(hù)仿真、FA仿真等自動(dòng)化系統(tǒng)的二次仿真過(guò)程，一次仿真輸出潮流，二次仿真設(shè)備依據(jù)潮流進(jìn)行動(dòng)作，進(jìn)而改變電網(wǎng)的運(yùn)行方式，影響潮流，兩者結(jié)合構(gòu)成配電網(wǎng)的的完整閉環(huán)仿真環(huán)境。配電網(wǎng)仿真流程圖見(jiàn)圖3。   

                                     圖3　配電網(wǎng)仿真流程圖  

    首先，教員建立初始條件構(gòu)成的教案事件序列觸發(fā)保護(hù)仿真模塊，保護(hù)仿真觸發(fā)后不斷檢測(cè)設(shè)備的故障電流，達(dá)到保護(hù)單元模型設(shè)定的動(dòng)作值后觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作事件。保護(hù)仿真模塊把操作序列發(fā)送到事件服務(wù)模塊，事件服務(wù)模塊收到操作序列后，改變電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，完成保護(hù)，然后再由前置部分采集電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)到SCADA庫(kù)中。FA模塊不斷檢測(cè)SCADA庫(kù)的過(guò)流告警事件和開(kāi)關(guān)動(dòng)作事件，并根據(jù)所述的FA實(shí)現(xiàn)邏輯產(chǎn)生FA控制序列，通過(guò)數(shù)采仿真模塊改變電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，完成對(duì)故障事件的處理。整個(gè)仿真過(guò)程與實(shí)際電網(wǎng)發(fā)生故障的場(chǎng)景一致，不斷地將告警信息、開(kāi)關(guān)動(dòng)作信息、量測(cè)變化信息、FA動(dòng)作信號(hào)等發(fā)布在學(xué)員臺(tái)上，接受培訓(xùn)的學(xué)員依據(jù)這些信息，進(jìn)行配電網(wǎng)故障處理工作。 

3   智能分布式FA仿真培訓(xùn)設(shè)計(jì)  

分布式FA指在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，不需要配電主站或子站控制，通過(guò)配電終端之間的相互通信和保護(hù)配合，判斷故障區(qū)域、隔離故障、恢復(fù)非故障區(qū)域供電，并上報(bào)處理過(guò)程及結(jié)果。 

    顯然，調(diào)度員在智能分布式FA故障處理過(guò)程中主要的作用是監(jiān)視，并在FA動(dòng)作結(jié)束后啟動(dòng)搶修過(guò)程。除此之外，分布式FA處理失敗時(shí)，能夠根據(jù)相關(guān)信號(hào)進(jìn)行分析，在做好配電網(wǎng)搶修調(diào)度的同時(shí)，能夠?qū)Ψ植际紽A失敗的原因進(jìn)行分析，以此為基礎(chǔ)，為相關(guān)自動(dòng)化設(shè)備消缺處理提供技術(shù)支持。因此對(duì)分布式FA的培訓(xùn)應(yīng)側(cè)重于對(duì)分布式FA動(dòng)作原理與過(guò)程的培訓(xùn)，同時(shí)熟練掌握分布式FA遭受各種干擾時(shí)的非正常處理過(guò)程，掌握根據(jù)FA失敗場(chǎng)景分析失敗原因的技能。對(duì)不受調(diào)度員干涉的其他各種就地型FA，如電壓時(shí)間型FA、電流計(jì)數(shù)型FA，動(dòng)作原理與動(dòng)作過(guò)程不同，但培訓(xùn)內(nèi)容與方式一致，僅需控制多模配電終端統(tǒng)一切換到對(duì)應(yīng)的FA模式。 

    以多模配電終端為核心的二次仿真系統(tǒng)承擔(dān)了分布式FA培訓(xùn)的主要職責(zé)。二次仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖見(jiàn)圖4，二次仿真系統(tǒng)除多臺(tái)多模配電終端外，還包括了控制系統(tǒng)及其網(wǎng)絡(luò)。其中配電終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集以及多種FA模式邏輯處理、數(shù)據(jù)通信等功能；控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同模式FA的控制與切換、配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行場(chǎng)景的編輯與仿真、仿真場(chǎng)景的監(jiān)視、FA動(dòng)作過(guò)程監(jiān)控與報(bào)警、FA動(dòng)作結(jié)果評(píng)估等功能。配電終端既可以直接采集與控制實(shí)際的一次開(kāi)關(guān)設(shè)備，配合各種FA模式，實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下的FA培訓(xùn)，也可以通過(guò)控制系統(tǒng)中的場(chǎng)景編輯器，構(gòu)造各種配電網(wǎng)絡(luò)與故障場(chǎng)景，由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)這些場(chǎng)景的仿真，并將仿真數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給配電終端，以替代其數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)現(xiàn)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)的故障場(chǎng)景FA處理仿真。  

                                         圖4　二次仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖  

4   現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用  

    昆明供電局小莊技能培訓(xùn)基地是昆明供電局培訓(xùn)新員工的重要場(chǎng)所，主要開(kāi)展變電站運(yùn)行專(zhuān)業(yè)以及配電網(wǎng)運(yùn)行的崗前培訓(xùn)，目的是使新員工盡快認(rèn)知和熟悉設(shè)備、正確使用工器具、現(xiàn)場(chǎng)模擬實(shí)際倒閘操作，提高實(shí)際動(dòng)手能力。為培訓(xùn)配電專(zhuān)業(yè)從業(yè)人員盡快掌握配電自動(dòng)化，尤其是饋線自動(dòng)化系統(tǒng)、設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)，昆明供電局于2014年底在小莊基地開(kāi)展了配電自動(dòng)化培訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)。 

    項(xiàng)目包括了2臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺(tái)仿真服務(wù)器、1臺(tái)工程師工作站、1臺(tái)教員工作站、3臺(tái)學(xué)員工作站、10臺(tái)培訓(xùn)型仿真終端，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和電纜與圖5所示的培訓(xùn)中心已有配電網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)DAS實(shí)景培訓(xùn)；又通過(guò)培訓(xùn)型仿真終端及其控制系統(tǒng)與仿真軟件，搭建了國(guó)內(nèi)典型的配電網(wǎng)絡(luò)，如雙環(huán)接線、子母環(huán)接線、3雙接線、2分段2聯(lián)絡(luò)接線、3-1典型接線、3分段3聯(lián)絡(luò)接線、4×6接線、梅花接線，實(shí)現(xiàn)不同接線方式下的仿真培訓(xùn)，可以有效解決實(shí)景培訓(xùn)接線方式單一的問(wèn)題。 

    培訓(xùn)基地已在2015年8月投入使用，經(jīng)過(guò)對(duì)幾批學(xué)員的培訓(xùn)驗(yàn)證表明，系統(tǒng)在提高學(xué)員對(duì)配電自動(dòng)化尤其是饋線自動(dòng)化的理解、處理配電網(wǎng)絡(luò)故障的速度、現(xiàn)場(chǎng)饋線自動(dòng)化失敗原因的查找效率等方面均收到了良好的效果。  

                                  圖5　小莊基地配電網(wǎng)絡(luò)圖  

5   結(jié)語(yǔ)  

    本文提出一種FA多模培訓(xùn)系統(tǒng)，具有傳統(tǒng)DTS與實(shí)景培訓(xùn)的功能；通過(guò)引入多模培訓(xùn)終端及其控制系統(tǒng)，構(gòu)建了二次仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了不同模式的就地型FA的培訓(xùn)功能；基于多模配電終端控制系統(tǒng)與仿真軟件，可以構(gòu)建獨(dú)立于實(shí)際配電網(wǎng)絡(luò)的不同接線方式，實(shí)現(xiàn)各種典型接線配電網(wǎng)絡(luò)的故障處理培訓(xùn)。       

作者簡(jiǎn)介：

凌萬(wàn)水，博士，主要從事智能配電網(wǎng)方向的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究工作。

楊家全，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)橹悄芘潆娋W(wǎng)、配電自動(dòng)化及配電管理、智能變電站等。

馮磊，工程師，主要從事智能電網(wǎng)以及新能源規(guī)劃研究工作。

此文轉(zhuǎn)于供電雜志。