李 真

（濟南供電公司，山東 濟南 250012）

0 引言

隨著電力系統的不斷發(fā)展，電網智能化日益重要，智能變電站是智能電網的重要環(huán)節(jié)，其建設將對變電站的設計、管理、檢測和運行維護帶來巨大變革。對于智能變電站二次系統的工程設計來說，最具影響的變化，是智能變電站以通信網絡取代了常規(guī)二次回路，網絡中的虛擬數字信息取代了物理上的電氣信號，二次系統功能信息邏輯和信號的輸入輸出關系與通信網絡接線不再一一對應，電纜或光纜最多只能反映出通信上的連接關系，不能描述真實的功能互操作、互通關系［1］。這種變化需要變電運行、繼電保護專業(yè)人員的理論素質和技能水平有相應提高，然而目前變電站二次回路培訓手段主要還停留在教師講課、學生讀圖及多媒體回路講解課件等方式上，而現有的仿真培訓系統大部分仍將重點放在一、二次設備操作上而并非真正基于圖紙或實際二次回路［2］，這些方式有各自的局限性，在系統完整性方面也有欠缺。

系統將變電站二次回路仿真集成到一個綜合的全數字化、可視化、交互式變電站仿真環(huán)境中，為變電站運行、繼電保護等專業(yè)人員建立了一個完整的變電運行、二次回路培訓平臺，將為培訓人員深入了解變電站內部接線狀況、提高專業(yè)知識積累提供直觀有力的工具。

1 系統整體結構

二次回路動態(tài)仿真系統是支持多文檔的圖形組態(tài)軟件，每個文檔對應一個二次回路圖文件。軟件中包括圖元對象模塊、繪圖模塊、文件存取模塊。整體結構如圖1所示。

圖1 二次回路動態(tài)仿真系統的整體結構圖

首先可由系統新建繪圖文件，文件通過系統中的畫圖模塊進行二次回路圖繪制，繪制過程調用系統中的繪圖模塊，繪圖模塊在執(zhí)行繪制功能時調用圖元對象模塊，獲取圖元信息，對所繪制的圖元信息進行處理，處理后將所繪制的圖元以及圖元間的位置連接關系寫入繪圖文件，當二次回路圖繪制完畢后，可通過文件存取模塊保存為XML格式文件，亦可將已保存的XML格式二次回路圖文件經過文件存取模塊打開成二次回路圖，重新將二次回路圖呈現，通過繪制模塊以及圖元信息模塊進行進一步修改。

2 技術實現

軟件采用Visual C++編程語言，在MFC架構下進行編程，所以軟件將邏輯結構嵌入到MFC的架構中。MFC采用的是文檔式結構，有固定的類結構，包括應用程序類、邊框窗口類、文檔邊框窗口類、文檔類、視類、文檔模板類。

為更好利用MFC編程框架，將邏輯結構稍作改動，使其適應MFC框架類，在子窗口的視類中加入繪圖面板，作為訪問繪圖模塊以及文件存取模塊的接口，可以更方便地調用繪圖模塊以及文件模塊，嵌入后的整體架構如圖2所示。

圖2 嵌入MFC結構的系統整體架構

二次回路動態(tài)仿真系統為簡化操作過程，提高工作效率，采用了基于圖形組態(tài)技術進行開發(fā)。組態(tài)的含義就是用應用軟件中提供的工具、方法，完成工程中某一具體任務的過程。而針對電氣繪圖開發(fā)的圖形組態(tài)軟件，目標就是提供圖形化的電力系統元件、連接工具和方法作為“部件”，用戶只需要將這些“部件”進行“組裝”便能完成圖形的繪制工作，最后以數據文件的形式保存成品，而不是執(zhí)行程序。作為電力系統的圖形組態(tài)軟件，除了處理一般的圖形繪制任務，還有一個重要的任務，就是當電力系統的接線圖繪制完成后，要自動生成電力系統的網絡拓撲信息，為電力系統的高層應用分析提供支持。而且，電力系統的狀態(tài)都是瞬間變化的，有自己特殊的數據結構、特殊的算法［3］，這些都要求在設計時預留電氣屬性接口。

設備邏輯圖元實體類架構不但需要滿足所有信息的存儲，而且還要使得圖形繪制時依賴于圖元的各個算法的復雜度盡量低。系統運用抽象工廠模式對圖元類架構進行設計，并設計了合適的數據結構對信息進行保存，滿足所有有效信息的存取以及方便使用。

將電氣元件的功能屬性加入仿真系統，可拓展仿真系統的應用領域，使仿真系統在圖形數據方面適應要求［4］。通過該系統搭建的變電站二次回路圖，在接受到虛擬電氣信號后，可以作出正確的動態(tài)變化。

3 系統主要內容

3.1 整體概述

二次回路動態(tài)仿真系統包含電流回路、電壓回路和控制回路3個部分，3個回路密切結合，實現220 kV變電站系統中線路與變壓器二次側保護功能。電流電壓回路中保護屏的示數來源于變電站仿真一次系統值的設定，在電流電壓回路中顯示故障數據的獲取過程。而控制回路則是基于單裝置測試中的故障跳閘動作和合閘復位。

3.2 電流回路

在電流回路中，項目劃分兩個層次來表現電流數據獲取過程。

首先通過簡易流程圖能夠直觀清晰的看清一次系統和CT之間，以及CT和端子箱和各個保護屏之間的連接關系，并且能夠使用戶了解到各個保護屏之間的電流示數的聯系，并在簡易流程圖中標注CT根部的三相電流示數。然后通過詳細流程圖，能夠詳細了解電流走向。

通過電流互感器將一次側電流轉換為適合的二次側電流；詳細表現CT二次側根部連線到CT端子箱的過程，細致到每一相，并且通過顏色加以區(qū)分A、B、C三相；詳細表現CT端子箱連線到各保護裝置的過程，同樣細致到每一相，并且通過顏色加以區(qū)分 A、B、C 三相。

電流信號可人為模擬設置，并且在詳細的流程圖中可以實時顯示其電流的變化，利用數據源解析之后顯示其數據。

3.3 電壓回路

通過電壓互感器將一次側電壓轉換為適合的二次側電壓；詳細表現PT二次側根部連線到PT端子箱的過程，細致到每一相，并且通過顏色加以區(qū)分A、B、C三相；詳細表現PT端子箱連線到并列屏，再從并列屏轉接到各保護裝置的過程，同樣細致到每一相，并且通過顏色加以區(qū)分A、B、C三相。

電壓信號可人為模擬設置，并且在流程圖中可以實時顯示電壓變化，利用數據源解析之后顯示其數據，同時，電壓回路中空氣開關或輔助觸點也可以通過開斷影響數據顯示。

3.4 控制回路

控制回路的元件通過圖元搭建，回路中開關可控，并且通過繼電器，把一些開關關聯起來，形成一個完整的控制回路。控制回路運行，系統可模擬一個故障信號，經過原理庫的計算和邏輯，就會觸發(fā)跳閘或者合閘回路［5］。

控制回路的實現分為兩個層次：首先是三相動作回路，可通過手動實現斷路器動作，同時也可通過模擬故障信號控制，改變動作過程；然后是單相動作回路，單相回路中的輔助觸點的開關受控于三相回路中的繼電器，可看做三相動作的具體實現，同時也可通過模擬故障信號的控制，來獨立實現動作過程。

4 結語

系統突破了以往大部分二次回路仿真分析僅局限于圖紙的限制，使二次回路仿真有了一個更加完整的虛擬環(huán)境。

通過軟件模擬電網二次裝置的運行機理、輸入輸出特性和電氣回路，使用戶可以深入到保護裝置內部了解裝置工作的深層原理，圖形化、可視化的顯示邏輯輸出和動作特性，為用戶提供了深入分析微機保護裝置工作過程、動作結果的有力工具，使學員從系統的角度了解和掌握二次裝置的動作邏輯。

［1］ 陳禮義，顧強.電力系統數字仿真及其發(fā)展［J］.電力系統自動化，1999，23（23）：1-6.

［2］ 宋人杰，陸達，徐濤.通用型繼電保護及二次回路多媒體仿真培訓平臺系統［J］.繼電器，2001，29（9）：37-39.

［3］ 焦彥軍，張新國.電力系統繼電保護通用仿真分析系統的方案設計［J］.電力系統及其自動化學報，2001，13（2）：44-47.

［4］ 龔慶武，姜芳芳，陳義飛.基于虛擬現實技術的變電站仿真培訓系統［J］.電網技術，2005，29（24）：74-77.

［5］ 呂霞，曾克娥，李銀紅，等.基于組件技術的繼電保護整定軟件研究［J］.繼電器，2003，31（2）：31-33.