吳娟娟 朱曉山

摘 要：換流站設(shè)備結(jié)構(gòu)、接線方式和直流控制保護系統(tǒng)邏輯比較復(fù)雜，運行維護專業(yè)性非常強，建設(shè)一套面向特高壓直流輸電生產(chǎn)人員的高效、全面的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，對運行人員的崗位技能和應(yīng)急處理能力進(jìn)行全方位的培訓(xùn)十分必要。換流站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)方案從總體技術(shù)、工作場景、計算與邏輯功能、培訓(xùn)功能等方面進(jìn)行設(shè)計，提出了包含換流站運行人員工作站（OWS）仿真和一二次設(shè)備三維場景仿真的培訓(xùn)系統(tǒng)，具備監(jiān)盤、設(shè)備巡檢、設(shè)備正常操作、設(shè)備異常及事故處理等培訓(xùn)功能。

關(guān)鍵詞：技術(shù)方案;仿真培訓(xùn)系統(tǒng);換流站

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.02.196

0 引言

我國約有80%的能源資源分布在西部與北部，而近70%的電力負(fù)荷集中在中部和東部，呈現(xiàn)“源荷割離”的特點。這要求我國電力系統(tǒng)實現(xiàn)跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離和大規(guī)模電能輸送，將西南水電、西北火電和火電保質(zhì)保量地送往華北、華中、華東和南方負(fù)荷中心，促成“西電東送” 和“北電南送”的電能傳輸格局。特高壓直流輸電特別適合于長距離，大功率送電，具有單位造價低，運行損耗小，輸送容量大等優(yōu)點，近年已經(jīng)在我國投產(chǎn)數(shù)條特高壓直流輸電工程。

遠(yuǎn)距離大容量輸電的高速發(fā)展給特高壓直流輸電的生產(chǎn)運行管理和人才培養(yǎng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。擁有一支技術(shù)全面、經(jīng)驗豐富的特高壓系統(tǒng)運行人才隊伍是保證特高壓電網(wǎng)長期安全運行的必要條件，因此加強相關(guān)技術(shù)及管理人員的培訓(xùn)顯得尤為重要。隨著特高壓工程的投運，特高壓換流站運維人員缺口嚴(yán)重，急需通過仿真培訓(xùn)提高特高壓換流站運維人員技術(shù)技能水平。為了快速、高效地培養(yǎng)特高壓人才，必須加速開展特高壓換流站培訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)，以適應(yīng)特高壓電網(wǎng)的培訓(xùn)需求。

1 技術(shù)方案研究

1.1 技術(shù)設(shè)計

換流站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在硬件和軟件的設(shè)計上以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上都要遵循開放性的原則，注重系統(tǒng)的可維護性、可擴充性。在選擇計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、外部設(shè)備、操作系統(tǒng)、開發(fā)環(huán)境等產(chǎn)品時，要選擇符合國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品（包括產(chǎn)品的各種接口）。要設(shè)計遵循各種國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的仿真支持平臺、換流站仿真、電網(wǎng)仿真、教員與學(xué)員系統(tǒng)等軟件，從而提高系統(tǒng)的開放性、兼容性、可移植性、可維護性。

針對特高壓換流站運行人員的仿真培訓(xùn)的需求，基于標(biāo)準(zhǔn)化、交互式、分布式仿真運行支撐平臺，采用特高壓換流站與電網(wǎng)一體化聯(lián)合仿真技術(shù)、基于OpenGL的電力系統(tǒng)虛擬場景三維開發(fā)引擎技術(shù)、組件化可視化特高壓換流站虛擬現(xiàn)實建模技術(shù)、三維場景交互操作與巡視技術(shù)以及“模擬”仿真方式的人機界面動態(tài)仿真技術(shù)，實現(xiàn)特高壓換流站設(shè)備與場景虛擬現(xiàn)實建模與仿真、特高壓機理模型建模與仿真、運行人員工作站仿真，為特高壓換流站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)建立一個全方位、全過程、全場景的高逼真度、交互式的特高壓直流輸電培訓(xùn)模擬環(huán)境。

1.2 工作場景設(shè)計

培訓(xùn)仿真系統(tǒng)一般應(yīng)具備運行人員監(jiān)控站、現(xiàn)場設(shè)備區(qū)兩個工作場景。

1.2.1 運行人員監(jiān)控站

運行人員監(jiān)控站為運行人員提供電壓、電流、有功、無功等模擬量信息;斷路器、隔離開關(guān)、變壓器狀態(tài)等開關(guān)量信息，滿足運行人員對設(shè)備運行進(jìn)行監(jiān)視的需求。運行人員監(jiān)控站還可以實現(xiàn)對一次設(shè)備和二次設(shè)備的遠(yuǎn)方控制和調(diào)節(jié)的功能。

1.2.2 現(xiàn)場設(shè)備區(qū)

現(xiàn)場設(shè)備區(qū)包含了換流站內(nèi)的各種一次設(shè)備和二次設(shè)備的三維動態(tài)模型，運行人員通過鼠標(biāo)、鍵盤模擬操作設(shè)備模型，設(shè)備應(yīng)給出正確的動態(tài)反應(yīng)。在現(xiàn)場設(shè)備區(qū)運行人員還可以模擬巡視設(shè)備，如設(shè)備事先設(shè)置了異常，設(shè)備應(yīng)能有對應(yīng)的外在表現(xiàn)從而被巡視人員發(fā)現(xiàn)。

1.3 計算與邏輯功能設(shè)計

根據(jù)運行人員的工作內(nèi)容，仿真系統(tǒng)應(yīng)該具備以下計算與邏輯功能：

a .計算交流電網(wǎng)和直流電網(wǎng)混聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)潮流，將計算的數(shù)值儲存、顯示在運行人員監(jiān)控站，并能在運行邏輯中隨時調(diào)用。

b.操作人員對仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬控制操作時，換流站控制系統(tǒng)應(yīng)做出正確的邏輯判斷并給出正確的動態(tài)反應(yīng)。

c.操作人員對仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬故障設(shè)置時，換流站保護系統(tǒng)應(yīng)做出正確的邏輯判斷并給出正確的故障發(fā)展過程。

d.以上各功能之間應(yīng)能夠相互聯(lián)系、互相影響。

1.4 仿真內(nèi)容設(shè)計

特高壓換流站仿真分為交流一二次設(shè)備、直流一次設(shè)備、直流控制保護設(shè)備和輔助系統(tǒng)設(shè)備四部分。

1.4.1 交流一二次設(shè)備仿真

一次設(shè)備主要包括主變壓器，斷路器，隔離開關(guān)，互感器，線路、桿塔、支架、避雷針、母線等。二次設(shè)備包括各一次設(shè)備所對應(yīng)的微機保護裝置，備用電源自動投入裝置、交直流電源裝置等，按特高壓換流站實際的設(shè)置情況進(jìn)行仿真。仿真設(shè)備的外觀和表計數(shù)據(jù)應(yīng)與設(shè)備運行狀態(tài)相對應(yīng)，以便于運行人員通過外觀和表計數(shù)據(jù)等對設(shè)備進(jìn)行檢查，完成常規(guī)巡視和特殊巡視，并能在巡視過程中發(fā)現(xiàn)異?；蛟O(shè)備缺陷，及時向上級調(diào)度匯報。

1.4.2 直流一次設(shè)備仿真

直流一次設(shè)備主要包括換流閥、換流變壓器、平波電抗器、直流母線，直流互感器，交直流濾波器等。系統(tǒng)應(yīng)能夠正確反映設(shè)備的正常運行狀態(tài)和故障情況，正確反映設(shè)備的電壓、電流關(guān)系，冷卻系統(tǒng)模型應(yīng)體現(xiàn)負(fù)荷、冷卻器投退、環(huán)境溫度對油溫的影響等。能對設(shè)備主要部件及其輔助設(shè)備、相關(guān)回路進(jìn)行巡視檢查。

1.4.3 直流控制保護設(shè)備仿真

直流控制保護仿真主要包括設(shè)備聯(lián)鎖的仿真、極控制系統(tǒng)的仿真、極保護系統(tǒng)的仿真、站控系統(tǒng)的仿真等。

1.4.4 輔助系統(tǒng)仿真

外冷水系統(tǒng)、內(nèi)冷水系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)。

1.4.5 安全用具的仿真范圍

仿真安全工具室及各種常用的標(biāo)示牌，安全帽，絕緣手套，絕緣靴，接地線，驗電器，圍欄等。

2 技術(shù)方案創(chuàng)新點

a.研究組件化特高壓換流站設(shè)備機理仿真模型的建模方法，仿真再現(xiàn)各種工況下特高壓換流站設(shè)備及其交互行為;

b.研究基于標(biāo)準(zhǔn)化、交互式、分布式仿真運行支撐平臺，為特高壓換流站與電網(wǎng)一體化聯(lián)合仿真提供支撐;

c.研究利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，開發(fā)特高壓換流站設(shè)備的一體化三維建模工具，利用三維模型構(gòu)建特高壓換流站的全三維仿真，實現(xiàn)換流站一二次場景的三維全景重現(xiàn)，高逼真度地再現(xiàn)換流站交直流一二次設(shè)備的正常、異常、事故狀態(tài)及其動作過程。

3 結(jié)論

換流站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)建立一套包含特高壓換流站運行人員工作站（OWS）仿真和一二次設(shè)備三維場景仿真的培訓(xùn)系統(tǒng)，具有開展監(jiān)盤、設(shè)備巡檢、設(shè)備正常操作、設(shè)備異常及事故處理等培訓(xùn)功能，為直流輸電生產(chǎn)運行人員提供一個全范圍、全過程、全場景的培訓(xùn)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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