1000kv特高壓變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1000kv特高壓變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

建立與1000kv實(shí)際能源裝置相同或相似的模擬環(huán)境，并培訓(xùn)特高壓裝置的運(yùn)營(yíng)人員。通過(guò)在模擬培訓(xùn)系統(tǒng)中進(jìn)行不同的培訓(xùn)，不僅可以全面、快速地提高員工的操作能力，而且可以反映各種可能異常和故障的特高壓裝置的運(yùn)行過(guò)程、動(dòng)作過(guò)程和相互作用，從而提高員工的分析和處理事故的能力。為使運(yùn)行人員更為直觀、有效地掌握交流特高壓變電站的運(yùn)行技能,設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了特高壓變電運(yùn)行仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。本文介紹了該系統(tǒng)多用戶、多層次的結(jié)構(gòu),適應(yīng)變電站設(shè)備、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)仿真的界面組態(tài)軟件開(kāi)發(fā),靈活的的教練員控制功能及生產(chǎn)過(guò)程仿真軟件的構(gòu)成等。1模擬系統(tǒng)的組成1.1系統(tǒng)的pc實(shí)現(xiàn)該仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用基于PC機(jī)的局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),它要求仿真系統(tǒng)的支撐、建模、運(yùn)行、調(diào)度、培訓(xùn)過(guò)程全部在微機(jī)上完成。仿真系統(tǒng)的規(guī)模由幾臺(tái)到幾十臺(tái)PC機(jī)構(gòu)成,每臺(tái)PC除了通常的配置外,還要配備聲音輸入/輸出設(shè)備,其中一臺(tái)機(jī)器作為仿真室控制機(jī)。仿真控制機(jī)可控制培訓(xùn)模式,指定各機(jī)的運(yùn)行方式,既可以使整個(gè)系統(tǒng)各單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行,也可以由多臺(tái)機(jī)構(gòu)成聯(lián)合仿真系統(tǒng)。即特高壓長(zhǎng)治站、南陽(yáng)站和荊門站可以各站獨(dú)立運(yùn)行,也可以三站聯(lián)合成網(wǎng)運(yùn)行。變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。1.2仿真系統(tǒng)平臺(tái)軟件是仿真系統(tǒng)的核心,包括系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件是構(gòu)成仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的支撐,包括仿真開(kāi)發(fā)工具、通訊、操作過(guò)程、連鎖控制和畫面組態(tài)和調(diào)試軟件等;應(yīng)用軟件由仿真模型軟件構(gòu)成,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真。仿真支撐平臺(tái)在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中提供編程、數(shù)據(jù)變量管理、圖形組態(tài)、在線調(diào)試等開(kāi)發(fā)工具,在仿真系統(tǒng)運(yùn)行中,支撐系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)運(yùn)行庫(kù),實(shí)時(shí)響應(yīng)。軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。2仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)1000kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程變電仿真培訓(xùn)系統(tǒng)仿真的對(duì)象包括三個(gè)變電站及其連接電網(wǎng),考慮到各站運(yùn)行人員不同的培訓(xùn)需要,本仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式為:可自由選擇為單站運(yùn)行模式和三站運(yùn)行模式,三站模式即為在獨(dú)立變電站的仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)上,構(gòu)建特高壓系統(tǒng)的局部電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)站際之間的配合運(yùn)行操作,反事故演習(xí)等聯(lián)合培訓(xùn)。2.1過(guò)程仿真模型以1000kV特高壓變電運(yùn)行工作為主線,對(duì)特高壓變電站的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全范圍全過(guò)程的仿真。過(guò)程仿真模型以變電站電氣原理為基礎(chǔ),依據(jù)特高壓變電站的生產(chǎn)運(yùn)行資料,描述變電站動(dòng)態(tài)、靜態(tài)全工況行為;故障計(jì)算采用分布系數(shù)修改快速算法,反映故障時(shí)全網(wǎng)絡(luò)各點(diǎn)電氣參數(shù)的變化過(guò)程;全部控制、信號(hào)、測(cè)量及保護(hù)部分的數(shù)學(xué)模型及邏輯模型與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)一致。(1)運(yùn)行人員接口特高壓監(jiān)控主站實(shí)現(xiàn)對(duì)全站一次設(shè)備的監(jiān)視、測(cè)量、控制、管理、記錄和報(bào)警等功能,是與運(yùn)行人員之間的接口。也可實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方控制中心及其它系統(tǒng)的通訊,實(shí)現(xiàn)信息共享。本系統(tǒng)對(duì)其主要功能進(jìn)行了仿真。(2)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能模擬仿真系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的采集通過(guò)對(duì)測(cè)控裝置進(jìn)行仿真來(lái)實(shí)現(xiàn),根據(jù)測(cè)控裝置內(nèi)部邏輯關(guān)系,直接從變量庫(kù)中收集一次運(yùn)算數(shù)據(jù)。(3)監(jiān)控手段的仿真這一部分內(nèi)容包含了對(duì)變電運(yùn)行人員日常工作中,對(duì)全站設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控所應(yīng)用的各種技術(shù)手段的仿真,如安全監(jiān)視功能、報(bào)警信號(hào)、事件順序記錄、故障記錄、故障錄波、通過(guò)CRT屏幕進(jìn)行的操作控制等。(4)錄波數(shù)據(jù)分析a.保護(hù)定值管理:通過(guò)聯(lián)網(wǎng),直接進(jìn)行任一保護(hù)中,讀取當(dāng)前定值、修改定值,打印記錄當(dāng)前定值。b.錄波數(shù)據(jù)分析:將分散在各保護(hù)裝置中的錄波插件的記錄保存,將錄波數(shù)據(jù)以波形顯示,分析其最大值、故障類型、故障距離等。c.設(shè)備在線智能管理:記錄斷路器切斷電流數(shù)值及相應(yīng)的動(dòng)作次數(shù),為安排斷路器檢修時(shí)間提供幫助。(5)防誤關(guān)閉邏輯防誤功能在“五防”操作界面上實(shí)現(xiàn)。正常情況下,“五防”可以監(jiān)視仿真系統(tǒng)開(kāi)關(guān)、隔離刀閘分/合狀態(tài)。操作時(shí),運(yùn)行人員先在“五防”系統(tǒng)上開(kāi)列操作票,主要針對(duì)一次設(shè)備的操作,加載在“五防”系統(tǒng)上的防誤閉鎖邏輯判斷遙控是否可以執(zhí)行,再將操作的允許或禁止命令下發(fā)到監(jiān)控主站,斷路器或刀閘根據(jù)接到的命令執(zhí)行或取消操作。對(duì)于禁止操作的命令,“五防”系統(tǒng)在告警窗內(nèi)顯示“xxx操作防誤邏輯禁止!”信號(hào)。其次,“五防”系統(tǒng)采用事件觸發(fā)方式,在任何斷路器的“遠(yuǎn)方/就地”控制把手打到“就地”位置,運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)操作,監(jiān)控及調(diào)度端的遙控命令被斷路器控制單元屏蔽,以防止現(xiàn)場(chǎng)有人時(shí),遙控命令下傳導(dǎo)致事故發(fā)生。(6)網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算通過(guò)網(wǎng)絡(luò)拓樸處理把站內(nèi)一次設(shè)備操作開(kāi)關(guān)或隔離刀閘投切及故障所造成的實(shí)際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化通過(guò)動(dòng)態(tài)計(jì)算反映運(yùn)行狀態(tài)下的電壓、電流、有功及無(wú)功分布,為保證仿真系統(tǒng)運(yùn)行的速度,必須采用快速的網(wǎng)絡(luò)拓樸分析、參數(shù)計(jì)算,避免迭代時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或不收斂情況。仿真潮流計(jì)算的目的不同于電網(wǎng)潮流計(jì)算,在變電站內(nèi)部,節(jié)點(diǎn)之間主要是連通性的計(jì)算。因此,本設(shè)計(jì)中采用分部線性化措施,將計(jì)算轉(zhuǎn)為直流網(wǎng)絡(luò)先進(jìn)行連通性計(jì)算,再根據(jù)外部環(huán)境的設(shè)置進(jìn)行各節(jié)點(diǎn)參數(shù)的計(jì)算。2.2多主機(jī)實(shí)現(xiàn)仿真培訓(xùn)基于PC的仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu),為組織培訓(xùn)提供了靈活方便的模式,從最簡(jiǎn)單的單機(jī)自培訓(xùn)模式外,還可多人共一個(gè)主機(jī),在一個(gè)站內(nèi)相互配合進(jìn)行培訓(xùn),以及實(shí)現(xiàn)仿真培訓(xùn)教室,多人進(jìn)行分別培訓(xùn),共同接受教練員的指導(dǎo)。同時(shí),其培訓(xùn)功能可以不斷補(bǔ)充擴(kuò)大,使之成為一個(gè)多功能的適應(yīng)不同對(duì)象、不同層次學(xué)員的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。(1)小型維護(hù)單人獨(dú)立在微機(jī)上進(jìn)行培訓(xùn),培訓(xùn)項(xiàng)目可由受訓(xùn)人自定或按事先準(zhǔn)備的教案進(jìn)行,操作命令、事故隨機(jī)或按教案順序發(fā)出。(2)多機(jī)培訓(xùn)多臺(tái)微機(jī)共同連接為一個(gè)系統(tǒng),可進(jìn)行多人在同一仿真變電站內(nèi)的操作或事故處理,加強(qiáng)對(duì)學(xué)員相互配合的訓(xùn)練。(3)網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)多臺(tái)微機(jī)通過(guò)局域網(wǎng)聯(lián)接,培訓(xùn)過(guò)程由教練員決定。培訓(xùn)任務(wù)由教練員制訂。教練員可對(duì)每個(gè)學(xué)員分別進(jìn)行監(jiān)控、指導(dǎo)、記錄和評(píng)定。2.3仿真系統(tǒng)應(yīng)用(1)運(yùn)行人員在仿真培訓(xùn)系統(tǒng)上進(jìn)行特高壓變電站內(nèi)所有正常操作、巡視及日常工作的培訓(xùn),如電氣的倒閘操作:1000kV輸電線路的停/送電、500kV輸電線路的停/送電、主變停/送電、母線停/送電、倒母線、TV停/送電等變電站各項(xiàng)操作。(2)在仿真培訓(xùn)系統(tǒng)上進(jìn)行事故分析處理訓(xùn)練。仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真非正常和緊急條件(包括故障和設(shè)備異常),顯示變電站固有的響應(yīng)和自動(dòng)控制功能。當(dāng)操作人員的操作隨故障的嚴(yán)重程度有所不同時(shí),仿真模型應(yīng)能夠反映此類故障嚴(yán)重程度所波及的范圍及影響程度。仿真系統(tǒng)所設(shè)置的故障可分為離散型故障和連續(xù)性故障兩種,這兩種故障都能在變電站的設(shè)備、系統(tǒng)和控制過(guò)程中遇到。離散型故障包括變電站在特定條件的故障,如TV斷線、位置信號(hào)不到位等;連續(xù)型故障包括站內(nèi)設(shè)備、系統(tǒng)和控制過(guò)程中在連續(xù)狀態(tài)下的故障,如1000kV、500kV輸電線路各種類型故障、1000kV母線故障、500kV母線故障、主變內(nèi)部、外部故障、所用交流、直流故障及全站停電、系統(tǒng)振蕩等各種變電站故障和異常。2.4監(jiān)視、控制、記錄,仿真控制教練員站是控制和指導(dǎo)培訓(xùn)的工具,它能組織培訓(xùn)模式,對(duì)各個(gè)學(xué)員的仿真系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制、記錄,并通過(guò)仿真教室指導(dǎo)各個(gè)學(xué)員,安排培訓(xùn)內(nèi)容,如操作項(xiàng)目、設(shè)置故障等,同時(shí),在培訓(xùn)中它也承擔(dān)生產(chǎn)調(diào)度的任務(wù)。(1)培訓(xùn)監(jiān)督可任意進(jìn)入某一學(xué)員機(jī),對(duì)學(xué)員的操作過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視,并可通過(guò)語(yǔ)音系統(tǒng)與學(xué)員對(duì)話指導(dǎo)。(2)講座和演講以廣播形式對(duì)學(xué)員講課并在仿真上演示。(3)培訓(xùn)記錄如下學(xué)員操作過(guò)程和事件可由教練員查閱,翻看,并存儲(chǔ),并可將學(xué)員培訓(xùn)過(guò)程、步驟打印存檔。(4)員工傷害仿真a.啟動(dòng)和初始工況選擇:根據(jù)培訓(xùn)進(jìn)程的要求啟動(dòng)預(yù)先規(guī)定或存儲(chǔ)的工況,包括零壓工況、部分送電工況、故障后工況等;b.瞬時(shí)記錄和設(shè)置初始狀態(tài):在培訓(xùn)進(jìn)行過(guò)程中,教練員可以存儲(chǔ)任一瞬間的工況,以便作為將來(lái)的初始工況調(diào)用;c.修改參數(shù):教練員可以修改外部參數(shù),例如修改輸電線路的負(fù)荷大小、變壓器的初始溫度等;d.故障設(shè)置:教練員能控制仿真系統(tǒng)隨時(shí)注入預(yù)先設(shè)置的故障或撤消正在進(jìn)行的故障,可以是單項(xiàng)故障,也可以是設(shè)置的成組故障,成組故障可以是多個(gè)故障同時(shí)發(fā)出,也可按順序發(fā)出;e.凍結(jié)和運(yùn)行:根據(jù)培訓(xùn)進(jìn)展的需要,隨時(shí)凍結(jié)所有的動(dòng)態(tài)仿真進(jìn)程或解除凍結(jié)。3實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和功能本仿真系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)首次對(duì)1000kV特高壓交流系統(tǒng)運(yùn)行培訓(xùn)進(jìn)行的仿真開(kāi)發(fā),對(duì)該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)始終遵循的是實(shí)用性、先進(jìn)性的基本原則,采用全軟仿真技術(shù)對(duì)變電站進(jìn)行仿真,所有功能均由軟件實(shí)現(xiàn)。(1)操作界面形象運(yùn)用了大量的現(xiàn)場(chǎng)拍攝的設(shè)備圖片,操作環(huán)境貼近變電站實(shí)際;(2)針對(duì)用戶實(shí)際需求,開(kāi)發(fā)了變電站電子多媒體檔案資料管理系統(tǒng)和學(xué)習(xí)系統(tǒng),集成變電站日常管理及培訓(xùn)功能與一體,并具有良好的維護(hù)和擴(kuò)展能力;(3)本系統(tǒng)支持仿真培訓(xùn)的集中模式和分散模式,使學(xué)員機(jī)運(yùn)行模式靈活多樣;(4)采用的過(guò)程仿真數(shù)學(xué)模型以變電站電氣原理為基礎(chǔ),采用直流—交流混合算法,故障計(jì)