武衛(wèi)平,孔玉娟

（東北電網(wǎng)有限公司豐滿培訓(xùn)中心,吉林 吉林 132000）

目前國內(nèi)電力系統(tǒng)變電站值班員崗位培訓(xùn)大多采用單純的軟件仿真培訓(xùn),只能在虛擬軟件或三維界面上巡視、操作、處理故障,有一定的局限性,培訓(xùn)功能單一。變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可連接實際變電站一次設(shè)備和二次設(shè)備,結(jié)合數(shù)字仿真和實時測試、暫態(tài)仿真技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、通信技術(shù)及計算機技術(shù)等,使培訓(xùn)更真實。系統(tǒng)可對繼電保護、自動化及遠動系統(tǒng)、變電檢修等專業(yè)技術(shù)人員進行運行操作、調(diào)試維護、檢修試驗等內(nèi)容的培訓(xùn)。

1 系統(tǒng)組成

一次系統(tǒng)采用計算機軟件實時仿真（采用真實的不帶電設(shè)備）。仿真一次系統(tǒng)和實際一次系統(tǒng)均為2座獨立的典型66 kV變電站,二次系統(tǒng)采用與電力生產(chǎn)現(xiàn)場相同的、真實的變電站二次設(shè)備。在軟件仿真的一次系統(tǒng)和真實的二次系統(tǒng)之間用起互感器作用和一次設(shè)備輔助接點作用的變電站二次信號轉(zhuǎn)換裝置（信號轉(zhuǎn)接箱）連接。信號轉(zhuǎn)換箱通過功率放大器與二次設(shè)備連接,在真實的一次設(shè)備和二次設(shè)備之間經(jīng)電纜接通二次回路。真實的一次設(shè)備狀態(tài)與計算機實時仿真軟件中一次設(shè)備的狀態(tài)相對應(yīng)。變電站數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 功能

2.1 數(shù)字仿真系統(tǒng)

圖1 變電站數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)字仿真系統(tǒng)負責(zé)變電站一次系統(tǒng)實時動態(tài)仿真計算。在數(shù)字仿真系統(tǒng)中包括電力系統(tǒng)元件模型,可以通過圖形界面對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)進行修改。根據(jù)變電站接線結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)對變電站一次系統(tǒng)運行情況進行準確計算,實時輸出與變電站相同的電壓、電流波形?？梢愿淖冏冸娬疽淮沃鹘泳€,從而對變電站運行情況進行完整的仿真模擬。

任意設(shè)置并模擬電力系統(tǒng)的各種故障和電力負荷的變化等。事故仿真一種是設(shè)置的事故（線路故障、母線故障、變壓器故障等）;一種是誤操作事故,該故障在模型中自然引發(fā)。還可設(shè)置開關(guān)拒動、保護拒動、誤動,擴大事故范圍。設(shè)置事故可進行各種事故演練,提高學(xué)員對事故處理能力。

仿真系統(tǒng)可人為設(shè)置單個或復(fù)合故障,制造事故現(xiàn)場,讓學(xué)員判斷事故性質(zhì)、類型、地點等,并進行處理,由系統(tǒng)記錄處理過程并打印輸出,找出事故處理中的差錯、疏漏,提高技術(shù)水平。

2.2 真實的變電站一次設(shè)備

真實的變電站一次開關(guān)可以實現(xiàn)就地、遠方分合閘。刀閘可以實現(xiàn)就地操作,通過二次回路把分合閘狀態(tài)反應(yīng)到監(jiān)控和數(shù)字仿真系統(tǒng),保護裝置可以對真實的一次設(shè)備實現(xiàn)保護跳閘。

變電站值班人員可對真實設(shè)備進行巡視,實際操作開關(guān)。變電檢修人員可以進行拆裝檢修。

2.3 真實的變電站二次設(shè)備

二次系統(tǒng)為真實的變電站綜合自動化設(shè)備,學(xué)員可以進行調(diào)試維護,可任意改變保護類型、設(shè)置保護定值、閱讀報文、信號復(fù)歸、故障錄波等,變電站二次設(shè)備的所有功能均可實現(xiàn)。電壓、電流指示、電能表均可以正常運轉(zhuǎn)。

除運行人員外,繼電保護人員可以進行保護測試、調(diào)試維護等培訓(xùn)。

2.4 信號轉(zhuǎn)接箱

信號轉(zhuǎn)接箱將一次系統(tǒng)的數(shù)字仿真與二次系統(tǒng)的實際變電站綜合自動化設(shè)備實時連接起來,形成一個完整的閉環(huán)數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)。

仿真系統(tǒng)計算出的交流電壓、電流模擬量信號可通過信號轉(zhuǎn)接箱輸出（模擬TV、TA二次側(cè)輸出）,一次系統(tǒng)中的斷路器和刀閘的位置、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置等開關(guān)量信號通過繼電器接點輸出。二次系統(tǒng)實際設(shè)備輸出的開關(guān)操作、保護跳閘、重合閘、有載調(diào)壓變壓器分接頭位置的升、降等控制信號一方面轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號反饋至仿真系統(tǒng),以便實時改變一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行參數(shù);另一方面使一次設(shè)備動作。

2.5 交流放大器

交流放大器可以方便地同信號轉(zhuǎn)接箱相連,把放大后的電壓、電流輸入到保護裝置。在仿真系統(tǒng)設(shè)置故障,電壓、電流參數(shù)可反應(yīng)到保護裝置,使現(xiàn)場一次設(shè)備動作。交流放大器有較完善的自檢和自保護功能,并可方便恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。

3 數(shù)字仿真系統(tǒng)的建立

數(shù)字仿真系統(tǒng)包括圖形化仿真建模系統(tǒng)、教練員臺、電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真計算系統(tǒng)和實時進程控制系統(tǒng)。圖形化仿真建模系統(tǒng)及教練員臺采用最新的基于圖模庫一體化技術(shù)圖形建模軟件,采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)進行系統(tǒng)分析及設(shè)計,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,增強了系統(tǒng)的可擴充性和可維護性。圖形分層次管理,可以添加任意多的圖層,在激活的圖層上繪制圖形,并分層顯示圖形。用計算機語言建立電源、負荷、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型,進行電網(wǎng)動態(tài)計算,具有良好的魯棒性。

電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真基于電磁暫態(tài)計算,具有固定頻率電源模型,不僅能計算系統(tǒng)的工頻電量,而且考慮了非周期、高頻分量及快速的動態(tài)過程。

當(dāng)仿真軟件同物理設(shè)備對接時,實時進程控制系統(tǒng)負責(zé)整個仿真測試過程的時序和同步控制,保證計算的實時性和多路信號的同步性。

4 硬件系統(tǒng)的配置及性能指標(biāo)

4.1 仿真主機

仿真主機采用高速雙CPU計算機,負責(zé)一次系統(tǒng)的建模和實時計算。

4.2 信號轉(zhuǎn)接箱

信號轉(zhuǎn)接箱內(nèi)置基于DSP的高速通信卡。仿真主機通過PCI并行總線（針對電磁暫態(tài)仿真）將信號輸送至信號轉(zhuǎn)接箱,信號轉(zhuǎn)接箱和功率放大器分別放置到屏柜里,輸出的模擬量和I/O信號直接引到裝置屏柜的端子排上,各信號轉(zhuǎn)接箱的輸入、輸出由仿真主機同步控制。

信號轉(zhuǎn)接箱的模擬信號采用16位數(shù)/模輸出,峰值為±10 V,開關(guān)量輸入信號采用光電耦合輸入,開關(guān)量輸出信號采用繼電器輸出,接點容量不低于直流220 V/0.3 A。具有數(shù)/模轉(zhuǎn)換和電壓、電流輸出功能,可將仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換成交流模擬量輸出;具有開關(guān)量輸入/輸出功能,用于系統(tǒng)同二次設(shè)備開關(guān)量的交換;根據(jù)需要和自動化設(shè)備情況設(shè)置電壓通道數(shù)、電流通道數(shù)、I/O端口數(shù)、電壓、電流放大倍數(shù)及電壓電流轉(zhuǎn)換系數(shù)等。

4.3 交流放大器

交流放大器滿足DL/T 624—1997《繼電保護微機型試驗裝置技術(shù)條件》中5.4及5.5規(guī)定的條款,可以方便地與信號轉(zhuǎn)接箱相連。硬件系統(tǒng)配置如圖2所示。

5 應(yīng)用效果

系統(tǒng)投入使用后已進行了變電運行、繼電保護、變電檢修3個工種的培訓(xùn)。變電運行人員能在實際設(shè)備上進行操作,拉合開關(guān)、投退壓板、掛接地線、裝設(shè)遮欄等操作與現(xiàn)場完全相同。教師可以在仿真系統(tǒng)任意設(shè)置故障,運行人員根據(jù)報警、二次設(shè)備的報文和現(xiàn)場現(xiàn)象進行事故處理,培訓(xùn)效果較好。特別是對新畢業(yè)大學(xué)生的上崗前培訓(xùn),較單純的軟件仿真模擬操作更有效。

圖2 硬件系統(tǒng)配置

在繼電保護測試功能上,由于閉環(huán)測試系統(tǒng)比開環(huán)測試系統(tǒng)的動態(tài)交互效果好,可以方便地模擬系統(tǒng)中的多重故障和多個繼電保護裝置之間的相互影響。通過與實際綜合自動化設(shè)備的實時連接,在培訓(xùn)過程中幫助學(xué)員更加深入地了解變電站設(shè)備的運行性能和工作特性。同時,學(xué)員可通過培訓(xùn)系統(tǒng)進行繼電保護裝置及自動重合閘裝置的測試。

6 結(jié)束語

變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可進行數(shù)字仿真和實時測試,連接了實際的變電站二次設(shè)備及真實的一次設(shè)備,使培訓(xùn)更接近實際,方式更加靈活,增強了培訓(xùn)效果,增加了變電檢修、繼電保護、自動化遠動等培訓(xùn)功能,在實際培訓(xùn)中反響較好。其缺點是投資大、建設(shè)周期長,仿真系統(tǒng)有時不太穩(wěn)定,一些事故模擬需要和純軟件仿真相配合。

[1] 柏吉寬.一種新型變電站培訓(xùn)裝置——變電站全仿真機[C].電工理論學(xué)術(shù)討論會文集,1996.

[2] 中國電力科學(xué)研究院.變電站仿真機技術(shù)規(guī)范（DL/ T1023—2006）[M].北京：中國電力出版社,2007.

[3] 白 瑋,高 平,逢建鵬,等.DTS-SOTS實時通訊接口的設(shè)計和實現(xiàn)[J].電力自動化設(shè)備,2002,22（6）：33 -35.

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