变电站仿真培训综述

变电站仿真培训综述摘要在阐述仿真培训的意义和发展历史之后，从变电站仿真培训系统的模式、所选择模拟的变电站和系统、仿真培训的主要内容和功能这3个方面进行综述，并对今后系统的发展方向和需要完善的内容提出看法，认为应在智能培训、多媒体、系统建模、新技术运用以及加强反馈等方面做进一步的工作。关键词电力系统变电站仿真培训分类号TM743TM764SUMMARYOFSUBSTATIONSSIMULATIONANDTRAININGZhangDongying,YangYihan(NorthChinaElectricPowerUniversity,100085,Beijing,China)AbstractThispaperintroducesthesignificationandhistoryofsimulationandtrainingfirst.Thenthreesectionsonmodeofsubstationssimulationandtrainingsystem,substationandsystemselectedtosimulate,maincontentandfunctionofsimulationandtrainingaresummarized.Finally,theimprovementanddevelopmentofsubstationssimulationandtrainingsystemareputforwardfromtheaspectsofintelligenttraining,multi-media,systemmodeling,applicationofnewtechnologyandusersfeedbacketc.Keywordspowersystemssubstationsimulationandtraining0引言电力系统运行人员的岗位操作技能是影响电力系统运行安全可靠性的重要因素之一。电力系统的操作不允许随意进行，电力系统的事故又很少发生，不能将运行的系统当做试验品，不能在真实设备上进行实际操作试验，更不允许人为设置一些事故让学员观察并进行处理。这些都使运行人员难以在电力系统的正常操作和事故处理中得到充分的训练。传统采用的方法是通过书本讲授，在图纸或模拟板上练习操作和进行模拟演习，以培养运行人员的操作技能以及处理事故的能力，虽都起了一定的作用，但因缺乏真实感，培训效果不佳。一旦事故来临，因运行人员见得不多，往往手忙脚乱，不知所措，常常因处理不当，造成事故扩大。电力系统首先在火电厂和核电厂开展了培训仿真系统的研究和试验，取得了很好的效果。现在核电厂和火电厂配备培训仿真系统的必要性已被国内外所公认，我国电力领导部门规定核电厂和300MW及以上的火电机组，都必须配备培训仿真系统。接着兴起电网调度培训仿真系统，我国几个跨省网调几乎都配备了电网调度培训仿真系统，省网调度中配备培训仿真的也日益增多。变电站容量分散、数目众多，是否要在变电站也配备培训仿真系统，开始还不能确定，经过几年摸索之后，很多供电部门也开始认识到配备变电站运行培训系统也很有必要。随着电力系统的发展，高电压、大容量变电站相继投入运行，在电力系统中占有重要地位，同时先进的自动化技术的应用，都对变电站运行人员的素质提出了更高的要求。为了适应这种要求，近年来国内有关科研单位和高等院校与运行单位相结合，已开发出了相应的变电站运行人员培训仿真系统。最初研制的变电站仿真系统沿用电厂仿真的模式，带硬件盘台，计算机也采用工作站，投资很大。后来逐渐采用PC机代替工作站，还出现了纯软件的仿真模式，并针对变电站培训的内容和特点，增加了智能培训和知识学习的功能，为用户提供了多种选择。本文就变电站仿真培训系统模式、所选择模拟的变电站和系统、仿真培训的主要内容和功能这3个方面进行综述。1变电站仿真培训系统模式从仿真系统组成模式上，主要分为盘台模式和纯软件模式。盘台模式是指用与实际变电站1∶1的开关控制屏和保护屏硬件组成变电站仿真培训系统的主控室和保护室，主要由后台计算机支持这些硬件的操作和显示。屏柜上的开关量和模拟量（操作开关把手、投退压板、小开关、保险和按钮等）的变化，通过数据采集卡，送到总线，最后送给后台计算机，后台计算机上的仿真模型实时计算，将计算结果通过总线和数据转换卡，刷新屏柜上的模拟量（表计指示）和开关量（光字牌、信号灯等）。后台计算机采用多台工作站或微机，它们组成网络，并按功能分为：a.工程师台，用于仿真模型的修改和系统维护、调试；b.教员台，用于设置培训任务、控制和管理培训过程；c.图形台，用图形界面的方式仿真没有硬件的设备，如主接线图、模拟屏、保护屏界面（有的仿真系统没有保护屏硬件，就用软件仿真保护屏）、室外主设备的多媒体界面等；d.仿真模型计算台，接收硬件屏柜上和图形台界面上的操作数据，仿真模型进行实时计算，计算结果送到屏柜和图形台界面上。在实际仿真系统中，可根据需要将上述功能合并或分解，配置给后台机。为处理后台机与硬件屏柜间的数据输入和输出，一般还要根据硬件的规模配置一台或几台前置机。纯软件模式是指变电站内的所有开关控制屏、保护屏、模拟屏、室外和室内的主设备及主接线等全都用软件仿真，除计算机外没有任何硬件。像盘台模式一样，仿真系统是一个由多台工作站或微机组成的网络，根据每台计算机上配置的软件资源不同，可构成以下模式的仿真系统：a.分布式，即图形界面软件可按主控室、保护室和室内外电气设备等的划分，分布在一台或几台计算机上，其他仿真模型、教员管理、工程维护也可分布在一台或几台计算机上。一般图形界面软件分布在1台～2台计算机上，作为一组学员台，这样可配置多组学员台，同时对多个学员培训。但学员台的数量受仿真模型计算台的响应速度限制，一般只能配置3个～4个。b.网络教室模式［1，2］，即仿真培训系统由一个教员台和多个学员台组成，学员台个数可达20个～30个，不受仿真模型计算速度的限制。这时，图形界面软件和仿真模型计算软件必须放在同一台计算机上，这样每个学员台都有自己的界面和仿真计算软件，相对独立，而教员台的设置功能，也可放在学员台上，使培训学员的方式更灵活，学员既可以自学，也可在教员指导下学习，达到同时培训不同层次学员的目的。纯软件模式组成灵活，并可应用其他新计算机技术，提高仿真培训的效果。如1台PC主机带2个显示器的分屏卡；由专用网线和图像声音传输卡组成的多媒体教学网络，应用在网络教室模式时，可广播、监视、控制教员台和学员台的界面操作和声音。两种模式特点比较结果如表1所示。表1两种模式特性比较Table1Characteristiccomparisonofthetwomodes对比项目盘台模式纯软件模式视觉直观、操作逼真的效果由于有与实际变电站1∶1的硬件，它给学员带来的这种真实感受是软件模拟所不能达到的。需要切换画面，查找操作设备，与实际操作有些差别，需要学员适应一段时间。造价硬件投资很高，尤其一次性投资高，一般为纯软件模式的几倍至十几倍。硬件只有计算机及其网络配件，造价低，可根据资金情况分期投资。可维护性硬件接线复杂、设备和零配件众多，运行维护需要投入的人力和资金较大。计算机和网络的维护比较简单方便，只需兼职人员即可。可扩充性、适应性电网自动化的快速发展，要求仿真培训系统能跟上实际需要，由仿真传统变电站转到仿真综合自动化站、仿真新型成套微机保护，都要修改和扩充仿真系统，由于硬件的修改很困难，这就限制了系统的发展和维护。可按用户要求，修改软件，方便地进行系统扩充，既能仿真培训传统变电站的运行人员，又能仿真培训新型变电站的运行人员。现在有的系统对保护屏的微机保护装置面板仿真得相当细腻，除了面板界面做得非常逼真，还可操作面板上按键或拨轮调整整定值，液晶窗口显示的相应文字与实际装置一样。可以说，用软件能够仿真的范围和能达到的逼真程度，在计算机技术允许的条件下，只要想得到就能做得到。培训效率只能同时有一名学员操作能同时面向多个学员，进行不同任务的培训，极大地提高培训效率。2所选择模拟的变电站和系统确定所要模拟的变电站和系统，是首先要考虑的问题。变电站形式多种多样，分散性很强，容量大小不一，不能每个变电站都配备一套培训仿真系统，合理的方法是在一个地区设置一公用的变电站仿真培训系统，为当地变电站共用。在目前开发的变电站仿真培训系统中，有如下几种方式。a.综合式。所仿真变电站的主接线不是一个特定变电站的接线方式，而是综合了本地区各电压等级的典型接线，是一个虚拟变电站，站外等值为无穷大系统或一个虚拟的小网络，网络中包含几个变电站，每个站等值为一个节点，站间联络线两端的开关可在接线图上开/合，并配有保护，这样既能仿真本站运行工况，又能仿真站外系统运行工况的变化对本站的影响。虚拟站包含的电压等级、每个电压等级的出线数、主变数、各元件配置的保护和参数以及网络联络线的参数和保护配置等都由用户根据本地区的典型配置来确定。一般盘台模式的仿真系统选择这种综合式的变电站进行模拟。b.选择一个实际变电站进行详细仿真，站外与一个地区电网连接，地区电网按实际接线仿真，电网中每个站简化为1个～2个节点。所有元件参数和保护配置都按照实际系统来设定。由于实际变电站的保护屏数量较多，选择盘台模式时，需要对保护屏进行简化，或选择用软件仿真保护屏。c.选择1个～2个实际变电站详细仿真，站外与一个地区电网相连，地区电网按实际接线仿真，除详细仿真变电站外，电网中其他各站仿真到10kV以上的主接线，但没有仿真屏柜，直接在各站的主接线图上操作开关、刀闸、接地线。所有元件参数和保护配置都按照实际系统来设定。潮流的变化（有功、无功、电流、电压）标示在主接线图上，非详细仿真变电站的保护动作情况，有故障仿真报告记录下来。因此这是一种将变电站仿真与地调仿真相结合的方式。当一个仿真系统中要详细仿真2个变电站时，就不适宜采用盘台模式。3仿真培训的主要内容变电站仿真培训系统主要是为培训变电站运行人员而设计的，因此其功能应围绕变电站运行人员的工作而设置。变电站运行人员的日常工作有以下几个方面：①监视记录及调整变电站运行工况；②正常及事故巡视；③正常倒闸操作；④事故过程的处理及恢复供电；⑤变电站知识学习。因此不管是盘台模式，还是纯软件模式构成的变电站仿真培训系统，从培训功能上都有正常运行监视及工况调整培训功能、巡视培训功能、正常操作培训功能、事故仿真及处理培训功能和变电站知识学习培训功能。为了满足变电站运行人员的培训需要，变电站仿真培训系统首先应能很好地仿真变电站的正常、异常和故障的运行工况和现象。操作设备开合、调整变压器分接头、负荷曲线定时变化和保护动作启动开关跳闸等情况，都要使系统潮流重新分配，这时仿真系统中主控屏的仪表（有功、无功、电压、电流）随实际情况波动，仪表上的具体数值通过仿真模型中的潮流模块实时计算得出；操作设备引起的故障或教员设置的故障，由仿真模型中的故障计算、保护仿真模块实时计算，得出应动作的保护和开关，这时仿真系统中主控屏上的开关位置绿色指示灯闪烁，相应光字牌亮，保护屏上相应保护装置的信号灯亮或掉牌；由多媒体技术仿真的电气主设备的运行状态应与主接线图上显示的状态保持一致，并可对电气设备上可能出现异常的部位设置异常或正常状态，有些异常状态使主控室产生报警（如温度过高、压力过低），应使相应的异常信号光字牌亮。这些都是仿真系统应该达到的基本要求。早期研制的变电站仿真培训系统没有电气设备异常状态的仿真，不能进行巡视培训，随着多媒体技术的发展，仿真电气设备的水平提高很快，除了能实现静态的异常现象的仿真，还可实现仿真设备操作过程（如操作刀闸）的动态图像，甚至能做变压器着火、开关爆炸等极端情况的模拟。其次变电站仿真培训系统应能充分利用计算机技术的优势，从运行人员各个不同的工作角度给予培训。从培训角度考虑，只靠提供一个模拟环境是不够的。如何使仿真系统更适用于某一特定内容的培训或从除仿真外的其他角度进行某一内容的培训，这将是今后变电站仿真培训研究的热点，也是体现系统特色的地方。目前研制的仿真培训系统已经引入智能