摘要：当前，我国智能变电站建设的正在如火如荼地开展着。智能变电站作为一种全新的运行模式，与传统的变电站无论在一次设备上还是二次设备上都有着巨大的差别。特别是高电压等级的智能变电站，更是无经验可循。如何运行一座智能变电站及怎么应对和处理运行中的各种问题，变得十分重要。鉴于此，本文基于国网“六统一”标准的智能变电站仿真培训系统设计。系统实现对500KV智能变（紫岭变）一次设备的内部构造仿真建模及二次设备自动化系统深度仿真，经专家组评审，一致认为该系统总体达到国内领先水平。
关键词：智能变电站；仿真培训；国家电网
前言
建设智能变电站仿真培训系统，有效开展智能变电站相关技术实训迫在眉睫。论文研巧智能变电站仿真培训系统功能设计与实现方式，具有一定的理论研究意义和实际应用价值，对于保障电力系统安全稳定运行具有重要作用。
1.系统结构
本系统采用开放式体系结构， 基于国际公认标准的网络环境及分布式客户/服务器体系， 系统配置灵活方便， 可以进行任意的工位扩展。
1.1硬件系统
本系统由1台教练员控制端、8 组学员系统、交换机和大屏幕投影仪构成。教练员控制端可灵活控制培训的模式、内容和进程， 对培训进行控制、监视和管理。在教练员控制台上根据培训需要自动生成教案、试题， 设置、激发区域电网中的所有设备各种单个或复合故障， 模拟调度下达调度命令。在教练员台上能直接方便地调阅、修改学员机数据库的任一数据。通过灵活方便的接口设置， 实现灵活多样的运行模式， 如独立、分组、联合、集控、非集控等， 满足不同培训方式的需求。在教练员台上实现事件记录和学员管理。学员机为通用终端， 可按照需要运行不同的内容， 监控中心、受控站自动化系统、现地系统、操作票系统、培训考核系统可方便切换， 教练员台培训软件也可根据需要在学员机上单独或同时运行。学员可以在学员机上进行变电运行的各种日常运行、监视、操作、巡视培训， 还可以进行异常、事故处理训练。硬件系统如图1所示。
图1 基于国网“六统一”标准的智能变电站仿真培训系统研究系统
硬件构成其中教员台由3 台微机组成，其中2 台作为一组用于集中培训考核时互相配合制作教案并存档和与各计算机同步，另一台教员机供变电站内就地培训使用，集中培训教员台制作教案后，可以将教案下发到远方教员，远方教员直接发送相应的教案进行培训。同时，教员台计算机还可以对学员进行监视、控制和收卷评价等。学员台分为就地学员台和远方学员台，由多台微机组成，用于电网仿真、变电站仿真、巡视培训、操作票图形开票培训等。
1.2 网络方案
500kV 变电站三维仿真培训系统的网络部署方案，充分考虑了原有网络系统的硬件配置情况和网络现状，以及不影响生产系统和病毒防护，并考虑远程培训的适用性和灵活性。系统网络部署方案见图2。利用原企业网中已有的网络杀毒软件和变电站现场闲置的网桥端口，以节省成本。
图2仿真培训系统网络部署
网络部署中，通过软件权限管理功能，集中教员可以控制和管理本地集中学员以及远方变电站内的就地学员，实现远程培训与就地培训的同时进行，同时变电站内的就地教员也可以进行变电站内的就地培训，实现了分散与集中相结合的培训模式，通过系统配置，还可以将各变电站连接到一个统一的电网仿真中，各变电站的操作互相有影响，电网仿真运行在集中培训室教员台上，各变电站仿真系统运行在变电站当地学员台，通过网络连接到集中教员台上的电网中，可以实现远程联合反事故演习。
1.3 软件系统
1.3.1 整体结构
本仿真培训系统是一套高交互性分布式仿真培训系统，软件系统在总体上可分为3个部分：分布式仿真通信中间件、仿真应用软件、教员系统软件。仿真应用软件由电网仿真软件、变电站仿真软件、变电站综合自动化系统仿真、图形开票系统培训软件等组成。
1.3.2 分布式仿真通信中间件
分布式仿真通信中间件（adaptive communicationenvironment，ACE）为各个仿真应用之间的交互提供了通用服务，包括同步、信号、仿真应用管理、声明管理、所用权管理、时间管理、数据过滤分发管理和应用程序接口。ACE 使得进程间通信和网络通信变得更加简单和有效。
1.3.3 仿真应用软件
仿真软件由以下5个部分构成：1）电网仿真系统。电网仿真采用暂态、中期、长过程一体化计算方法进行计算，对于详细仿真变电站，采用电磁暂态建模，使用电磁暂态计算方法进行计算，并输出计算瞬时值，供详细仿真变电站录波器模块使用，机电暂态模型同时提供外网动态等值数据给电磁暂态计算模块。另外机电暂态计算还提供整个仿真系统的时间推进。在电网仿真模型中，不但考虑了电网的动态模型，还详细考虑了变电站模型对电网模型的影响。电网仿真软件还为变电站仿真和变电站集中监控系统仿真提供服务。电网仿真软件结构图如图3所示。
图3 电网仿真软件结构
2）三维变电站仿真系统。三维变电站仿真系统包括三维场景仿真系统及变电站各种回路仿真系统。变电站整体可以分为设备和回路，设备又可分为一次设备、二次设备、三次设备，回路又可分为一次电气回路、TV 回路、TA 回路、二次直流供电回路、二次交流供电回路，设备和回路就构成了整个变电站。在三维变电站仿真系统中，将各种设备制作成一个个可以复用的三维组件，形成虚拟设备组件库，根据工程需要从库中抽取相应的设备，搭建变电站，构成三维变电站场景。3）变电站综合自动化仿真系统。变电站综合自动化系统是变电运行人员进行日常监视和操作处理的工作平台，变电站综合自动化仿真系统为变电学员提供了一个能够覆盖全部工作范畴的虚拟监控环境。变电站综合自动化仿真系统通过ACE 接口实现模块间的互联，同时接收电网仿真模块的计算结果和详细仿真变电站的信息作为数据源，驱动综合自动化仿真系统的运行。
图4变电站仿真任务调度系统
4）操作票开票系统培训软件。操作票开票培训系统采用图形开票方式，通过ACE 接口取得仿真系统设备状态，在此状态下进行开票培训，五防系统采用智能判断方法，能根据设备的状态自动判断是否满足五防规则，并能由教员设置是否启动五防来进行开票培训，增加了培训系统的难易程度和培训效果，完善了变电运行仿真培训的开票环节。5）变电站设备巡视仿真。本系统采用全三维方式再现整个变电站虚拟场景，学员可以在仿真系统上进行巡视和虚拟操作，并根据现场点检卡的模式和内容进行相关一、二次设备的巡视检查，对于不同的缺陷内容，规范缺陷汇报、处理流程，学员所做的所有工作系统都自动记录，便于教员评价。
1.3.4教员系统
教员系统包括学员机控制系统和培训进程控制系统。学员机控制系统提供教员控制学员计算机的手段，其主要功能包括：系统配置管理、系统软件版本管理、角色管理、培训结果管理、分布式工况发布、系统对时、系统锁定、系统启停机等。培训进程控制系统提供控制变电仿真系统运行、监视学员操作和评估学员操作过程的手段。主要包括教员控制台、培训进程控制、培训过程的动态跟踪、培训评估等。
2.培训功能简介
（1）正常运行
定时手抄或自动打印运行表单， 人工填写各种记录、日志、工作票、操作票、各种报文报表、台帐等;实现变电运行人员的监盘工作， 包括对保护自动装置屏及自动化设备、站用交直流屏等的开关刀闸状态、电压、电流、有功、无功、频率（并列时的频差、压差、同步表）、变压器温度、信号指示灯、光字牌、保护及自动装置的运行状态、压板、切换连片、报警等信号的监视工作;涵盖变电站典型操作票中的所有操作， 包括主接线图、3D系统中全部一次设备及保护和自动装置和自动化设备、站用电、直流系统等设备的各种操作、相关信号、表计、指示灯的实时变化等;二次部分小开关、保险的分合、电流端子;保护自动装置的投切、方式切换及其液晶面板的操作、打印、保护定值修改等;并包括验电操作;各种操作的信号灯及位置指示器实时响应， 对电网的影响与现场一致;保护定值调整， CT电流回路的倒换等。按照国网与现场制定的运行规程对集控培训系统的设备（变压器、断路器、隔离开关、互感器、电容器、电抗器、母线、避雷器、耦容、阻波器， 保护自动装置， 监控系统， 直流系统， 所用电系统等）所有项目的巡视。在3D系统上， 识别设备运行的正常或异常， 如变压器的油温、油位、油色、吸潮剂颜色、高低压引线接头是否发热、冷却系统运行情况等， 电容器的外壳有无变化、熔丝、接头、套管是否完好、瓷瓶是否破裂或闪络、有无渗油等。
（2）事故处理训练
事故的仿真分两种情况， 一种是设置的事故，如:线路故障、母线故障、变压器故障等;另一种是误操作事故， 这种故障在模型中自然引发。另外还可设置开关拒动、保护拒动、误动来扩大事故范围。利用设置事故可进行各种事故演练、重演， 提高学员对事故处理的能力， 将严格按照整定书来判别故障， 并考虑逻缉性。事故分电力网络、线路、变压器、母线、断路器、互感器、电抗器、电容器、站用交流/直流系统、保护及自动装置、二次回路、自动化设备等方面。在设置的事故中， 其类型（如相间短路， 接地短路、三相短路、二相短路接地）、性质（永久或瞬时）、地点（线路的任意百分比、变压器和电容器的内部或外部）可任意排列组合， 同时还能与断路器、继电保护及自动装置误动、拒动任意组合。由于误操作和不当调整引起的故障由系统自然实时响应， 不需要事先设置和人为干预。集控培训系统可人为地在设置单个故障、复合故障、或复杂的多重故障， 并能够通过时间或条件触发设置相继故障， 可以是不同设备的相继故障、也可以是同一设备的相继故障（发展性故障）， 制造事故现场， 让学员判断事故性质、类型、地点等并进行处理， 由系统记录其处理过程并打印输出， 可以对学员的事故处理能力和技巧进行评定， 找出事故处理中的差错、疏漏， 牢记正确的处理方法， 提高技术水平。“五防”系统培训按现场实际的功能仿真， 并有适当的不满足闭锁条件时未满足项的提示功能， 防护措施可以由教练员随时取消， 使“五防”失灵， 学员任何误操作引起的后果自然产生。
3.小结
仿真培训系统是时间和经验的浓缩。它能够将电网发生的各种异常或故障集中展现在受训人员面前，面对这些故障往往是运行人员很难遇到的，传统的师傅带徒弟的培训方式很难达到这种效果。本仿真培训系统不断进行技术改进，已成为我公司培养运行人员的有效培训手段，在快速提高运行人员的技术素质和工作能力方面必将发挥重要作用。
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论文作者:李启煌1,陈清谅2,林培玲3,徐海利4
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/30
标签：变电站论文; 系统论文; 电网论文; 学员论文; 教员论文; 设备论文; 操作论文; 《电力设备》2017年第16期论文;