多模馈线自动化培训系统在昆明的应用
对配电自动化相关从业人员进行技术培训，尤其是馈线自动化相关技术的培训，是配电自动化能否实用化的关键因素之一。培训系统在提高学员处理配电网络故障的速度、提高现场馈线自动化失败原因的查找效率等方面均收到了良好的效果。
0 引言
配电自动化在中国南方电网公司与国家电网公司下属各个供电局都进行了规模化建设，不同模式馈线自动化（FA）各有所长，应依据不同区域的网架特点以及对供电可靠性的不同要求，选择不同的模式。这些模式包括集中式FA、智能分布式FA、差动保护式FA、电压时间型FA等。一个供电局可能存在多种FA模式共存，为确保这些FA可以正常运行，供电局的运维人员须对相关的系统与设备进行制度性运维，同时在配电网发生故障时，FA功能是否能够正确启动并完成故障隔离与非故障区域恢复供电，又受制于多种因素的影响，因此，对运维、调度、自动化人员进行各种FA模式的有效培训成为FA能否实用化的关键因素之一。
调度员培训仿真系统（DTS）主要用于培训电网调度员的正常调度能力和在事故发生时的快速决策能力，培训取得了显著效果。对于配电自动化的培训，则往往采用搭建实际的配电自动化场景进行实训，因为一次设备、通信方式以及自动化设备与实际运行现场完全一致，这种实景培训可以促进运维人员加强对实际配电线路与开关的直观感受，起到了非常重要的效果。但是这些场景往往基于一种固定的配电网络接线以及固定FA模式，难以适应不同FA模式共存以及FA失败后的对自动化设备缺陷快速查找并修复的需求。
建设以面向FA实用化为目标的培训系统，成为当前推进FA深化应用的重点举措之一，本文结合昆明供电局配电自动化实训室建设，实现了多模馈线自动化培训系统的系统架构，并详细介绍集中式FA与智能分布式FA仿真培训设计，系统可有效地对相关从业人员进行各种FA模式的培训。
1 系统架构
如图1所示，FA多模培训系统由主站、终端与一次设备组成。
图1 馈线自动化多模培训系统架构
其中主站层包括SCADA服务器、FA服务器、仿真服务器、教员台、学员台以及将这些计算机连接在一起的网络系统。SCADA服务器实现与配电终端的通信，以及数据采集与数据处理功能；FA服务器实现集中式FA处理；仿真服务器完成电力系统一次设备、二次设备、数据采集模拟仿真功能，相当于传统的DTS服务器；教员台的使用者为培训师，通过教员台可以制作并管理教案、控制培训内容与进度、监视培训过程以及对培训结果进行评价；学员台界面与普通的调度员界面完全一致，可以完成逼真的调度员仿真培训。
终端层由多台多模配电终端及其控制系统组成。多模配电终端可以完成各种模式FA实现；多模配电终端控制系统实现配电终端模式控制以及配电网故障特性数据的仿真。一次设备主要由电源、线路与开关组成，可以构成一个实际的配电网。多模配电终端与开关设备之间通过电缆连接，与主站系统之间通过网络连接。整个培训系统的多模特征表现如下：
1）将多模配电终端切换到实时态、集中式FA模式，主站系统、多模配电终端以及一次设备就形成了一套与实际应用场景一致的集中式FA系统。
2）将多模配电终端切换到实时态、智能分布式FA模式，主站系统、多模配电终端以及一次设备就形成了由终端完成智能分布式FA、主站监控的实际系统。
3）将多模配电终端切换到模拟态、智能分布式FA模式，通过多模配电终端控制系统仿真配电网运行，可以摆脱一次网络固定不变的模式，用于培训的配电网络将更具灵活性，排除了一次设备数量以及接线方式的限制，主站系统、多模配电终端就可以仿真各种网络场景下的分布式FA系统的运行。
4）在主站层启动仿真服务器，可以实现更高层次的仿真，进一步摆脱了培训网络接线模式与多模配电终端数量的限制，实现更大规模网络与更多网络类型的仿真培训。
以此类推，切换多模配电终端的模拟态与实时态，以及各种FA模式，可以形成不同网络形态、不同模式的FA培训系统，用于培训学员对这些FA模式的理解与认识。
2 集中式FA仿真培训设计
集中式FA指在配电网发生故障时，借助通信手段，通过配电终端和配电主站/子站的配合，判断故障区域，并通过遥控或人工隔离故障，恢复非故障区域供电。目前国内大部分地区采用这种模式。
因为FA控制策略与操作命令都是由主站控制下发，因此对于集中式FA的培训方式与传统DTS相似，可依赖于DTS仿真培训软件，侧重于对调度员的培训，训练调度员依据现场信号以及FA系统的响应信号做出决策的能力。
如图2所示，仿真培训软件包括教员台模块、学员台模块、培训控制模块、电网仿真模块和学员操作评价模块。①教员台模块为教员建立培训场景提供初始条件，以构成教案事件，并监视学员完成教案事件的情况；②学员台模块呈现了培训场景中的配电网运行监控界面，与实际的调度员界面保持一致，用于学员完成教员预制的教案事件；③培训控制模块用于教员对培训过程中进度的控制；④电网仿真模块包括潮流计算、保护仿真、集中式FA和事件服务四大功能，用于仿真模拟配电网在正常状态潮流分布和各种事故状态、与多模配电终端通信、获取与控制配电网络的实时状态，从而提供给培训员自上而下的立体感受；⑤学员操作评价模块用于学员操作结束后，根据评价体系的各项标准，自动对学员的整体操作进行评价。
图2 仿真培训软件系统图
教员台模块、学员台模块、电网仿真模块以及学员操作评价模块都与培训控制模块相连接，教员台模块通过培训控制模块按时序将教员预制的教案事件发送到电网仿真模块；电网仿真模块根据教案事件内容修改电网模型的运行方式，重新计算配电网潮流分布。
电网仿真模块既包括了配电网运行潮流、故障特性等一次仿真过程，也包含二次系统保护仿真、FA仿真等自动化系统的二次仿真过程，一次仿真输出潮流，二次仿真设备依据潮流进行动作，进而改变电网的运行方式，影响潮流，两者结合构成配电网的的完整闭环仿真环境。配电网仿真流程图见图3。
图3 配电网仿真流程图
首先，教员建立初始条件构成的教案事件序列触发保护仿真模块，保护仿真触发后不断检测设备的故障电流，达到保护单元模型设定的动作值后触发保护动作事件。保护仿真模块把操作序列发送到事件服务模块，事件服务模块收到操作序列后，改变电网拓扑结构，完成保护，然后再由前置部分采集电网实时数据到SCADA库中。FA模块不断检测SCADA库的过流告警事件和开关动作事件，并根据所述的FA实现逻辑产生FA控制序列，通过数采仿真模块改变电网拓扑结构，完成对故障事件的处理。整个仿真过程与实际电网发生故障的场景一致，不断地将告警信息、开关动作信息、量测变化信息、FA动作信号等发布在学员台上，接受培训的学员依据这些信息，进行配电网故障处理工作。
3 智能分布式FA仿真培训设计
分布式FA指在配电网发生故障时，不需要配电主站或子站控制，通过配电终端之间的相互通信和保护配合，判断故障区域、隔离故障、恢复非故障区域供电，并上报处理过程及结果。
显然，调度员在智能分布式FA故障处理过程中主要的作用是监视，并在FA动作结束后启动抢修过程。除此之外，分布式FA处理失败时，能够根据相关信号进行分析，在做好配电网抢修调度的同时，能够对分布式FA失败的原因进行分析，以此为基础，为相关自动化设备消缺处理提供技术支持。因此对分布式FA的培训应侧重于对分布式FA动作原理与过程的培训，同时熟练掌握分布式FA遭受各种干扰时的非正常处理过程，掌握根据FA失败场景分析失败原因的技能。对不受调度员干涉的其他各种就地型FA，如电压时间型FA、电流计数型FA，动作原理与动作过程不同，但培训内容与方式一致，仅需控制多模配电终端统一切换到对应的FA模式。
以多模配电终端为核心的二次仿真系统承担了分布式FA培训的主要职责。二次仿真系统数据流程图见图4，二次仿真系统除多台多模配电终端外，还包括了控制系统及其网络。其中配电终端实现数据采集以及多种FA模式逻辑处理、数据通信等功能；控制系统实现不同模式FA的控制与切换、配电网络运行场景的编辑与仿真、仿真场景的监视、FA动作过程监控与报警、FA动作结果评估等功能。配电终端既可以直接采集与控制实际的一次开关设备，配合各种FA模式，实现实际应用场景下的FA培训，也可以通过控制系统中的场景编辑器，构造各种配电网络与故障场景，由控制系统实现这些场景的仿真，并将仿真数据实时传递给配电终端，以替代其数据采集功能，实现不同拓扑结构配电网络的故障场景FA处理仿真。
图4 二次仿真系统数据流程图
4 现场应用
昆明供电局小庄技能培训基地是昆明供电局培训新员工的重要场所，主要开展变电站运行专业以及配电网运行的岗前培训，目的是使新员工尽快认知和熟悉设备、正确使用工器具、现场模拟实际倒闸操作，提高实际动手能力。为培训配电专业从业人员尽快掌握配电自动化，尤其是馈线自动化系统、设备及其相关技术，昆明供电局于2014年底在小庄基地开展了配电自动化培训系统建设。
项目包括了2台数据服务器、1台仿真服务器、1台工程师工作站、1台教员工作站、3台学员工作站、10台培训型仿真终端，通过网络和电缆与图5所示的培训中心已有配电网络连接，实现DAS实景培训；又通过培训型仿真终端及其控制系统与仿真软件，搭建了国内典型的配电网络，如双环接线、子母环接线、3双接线、2分段2联络接线、3-1典型接线、3分段3联络接线、4×6接线、梅花接线，实现不同接线方式下的仿真培训，可以有效解决实景培训接线方式单一的问题。
培训基地已在2015年8月投入使用，经过对几批学员的培训验证表明，系统在提高学员对配电自动化尤其是馈线自动化的理解、处理配电网络故障的速度、现场馈线自动化失败原因的查找效率等方面均收到了良好的效果。
图5 小庄基地配电网络图
5 结语
本文提出一种FA多模培训系统，具有传统DTS与实景培训的功能；通过引入多模培训终端及其控制系统，构建了二次仿真系统，实现了不同模式的就地型FA的培训功能；基于多模配电终端控制系统与仿真软件，可以构建独立于实际配电网络的不同接线方式，实现各种典型接线配电网络的故障处理培训。
作者简介：
凌万水，博士，主要从事智能配电网方向的产品开发与应用研究工作。
杨家全，硕士，高级工程师，主要研究方向为智能配电网、配电自动化及配电管理、智能变电站等。
冯磊，工程师，主要从事智能电网以及新能源规划研究工作。
此文转于供电杂志。
