肖京園　劉文定

摘要：文章介紹了我國變電站培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀，比較了幾種典型的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其優(yōu)缺點(diǎn)，并介紹了最新出現(xiàn)的數(shù)字物理混合實(shí)時(shí)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)基本框架。

關(guān)鍵詞：變電站；數(shù)字物理混合；仿真培訓(xùn)系統(tǒng)；電網(wǎng)運(yùn)行

中圖分類號：TM933文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）07-0015-04

變電站作為電力系統(tǒng)的一個(gè)重要部分，其運(yùn)行狀況好壞直接影響到整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的安全，變電站事故中有相當(dāng)一部分是由人為操作不當(dāng)造成的。這其中既有由于電網(wǎng)調(diào)度員誤發(fā)調(diào)度令、對異常處理措施不當(dāng)造成的事故，也有由于變電運(yùn)行人員走錯間隔導(dǎo)致的誤操作事故、安全措施不到位誤入帶電間隔的人身傷亡事故、帶電誤合接地刀閘、帶接地刀閘誤合開關(guān)、帶負(fù)荷拉合刀閘、設(shè)備缺陷和異常未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)造成的事故。對事故判斷不準(zhǔn)和向調(diào)度匯報(bào)不清楚而延誤故障處理時(shí)間、事故發(fā)生后處理不當(dāng)使事故范圍擴(kuò)大化、對二次設(shè)備誤操作而引發(fā)的事故等情況較多，造成了人身傷亡、設(shè)備損壞，甚至發(fā)生電網(wǎng)解列、電網(wǎng)崩潰等大面積停電事故。

因此，為保證電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，就必須提高電網(wǎng)調(diào)度員、變電站運(yùn)行人員的技術(shù)素質(zhì)和技能水平，加強(qiáng)變電站運(yùn)行人員和電網(wǎng)調(diào)度員的培訓(xùn)。近年來，隨著電力行業(yè)培訓(xùn)仿真技術(shù)的發(fā)展，各類培訓(xùn)仿真系統(tǒng)在電力行業(yè)應(yīng)用越來越廣，在提高生產(chǎn)運(yùn)行人員的生產(chǎn)技能方面發(fā)揮了重要的作用。

一、變電站培訓(xùn)系統(tǒng)仿真的發(fā)展現(xiàn)狀

近十幾年來，我國變電站培訓(xùn)仿真系統(tǒng)獲得了很大的發(fā)展。仿真范圍逐步擴(kuò)大、仿真的逼真度逐步提高?，F(xiàn)存的變電站培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，根據(jù)變電站一次部分控制操作以及保護(hù)屏柜實(shí)現(xiàn)方式，主要可分為三類：有硬件屏盤模式、軟仿真模式、混合仿真模式。

（一）帶盤臺模式

帶盤臺模式是指用外觀與實(shí)際變電站1：1的開關(guān)控制屏和保護(hù)屏硬件組成變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的主控室和保護(hù)室，主要由后臺計(jì)算機(jī)支持這些硬件的操作和顯示。該系統(tǒng)的硬件配置主要有模擬控制盤、模擬繼電器保護(hù)盤、變電站配電裝置、變電站主接線操作模擬盤、計(jì)算機(jī)控制仿真系統(tǒng)。其中計(jì)算機(jī)控制仿真系統(tǒng)是變電站培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的核心，它擔(dān)負(fù)模擬變電站的仿真，復(fù)現(xiàn)變電站主控室現(xiàn)象的任務(wù)。接收模擬盤的信息，控制模擬盤的動作和信號。這種帶有硬件盤臺的變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是最早應(yīng)用的培訓(xùn)系統(tǒng)模式。帶硬件盤臺的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)需要配備大量的硬件裝置、設(shè)備，擴(kuò)展性差，升級改造困難，同時(shí)硬件盤臺并沒有包括變電站中保護(hù)、測控柜等實(shí)際裝置，與現(xiàn)場相比逼真度存在差距，培訓(xùn)效果不夠理想。

（二）純軟件仿真培訓(xùn)模式

純軟件仿真培訓(xùn)模式是指變電站內(nèi)的開關(guān)控制屏、保護(hù)屏、模擬屏、室外和室內(nèi)的主設(shè)備及主接線等所有設(shè)備全都用軟件仿真，除計(jì)算機(jī)外沒有任何硬件，該系統(tǒng)采用多媒體仿真模式，仿真變電站的有關(guān)電氣設(shè)備，包括一次設(shè)備、控制系統(tǒng)、中央信號系統(tǒng)以及繼電保護(hù)和自動裝置的面板均可在計(jì)算機(jī)屏幕上動態(tài)顯示。軟件模式的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)很快便以其便捷、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)受到電力部門的青睞，目前應(yīng)用較廣。在這種模式中傳統(tǒng)控制室中的保護(hù)屏、控制屏、中央信號屏等物理設(shè)備均被計(jì)算機(jī)監(jiān)控平臺所代替，所有監(jiān)控功能都通過人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)與培訓(xùn)人員的互動。省去了大量硬件設(shè)備，大大提高了可靠性，并且有利于系統(tǒng)更新升級。但是軟仿真模式的培訓(xùn)仿真系統(tǒng)由于所有的操作和顯示都是在微機(jī)屏幕上進(jìn)行，與實(shí)際現(xiàn)場環(huán)境差距大，真實(shí)感較差，培訓(xùn)效果也不太理想。

（三）混合仿真培訓(xùn)模式

混合仿真培訓(xùn)模式將數(shù)字化的電網(wǎng)仿真與變電站中全部真實(shí)的二次設(shè)備（包括監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)柜、測控柜、音響、燈光等）有機(jī)結(jié)合成為的混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。目前，該類系統(tǒng)主要采用將數(shù)字化電網(wǎng)仿真與部分真實(shí)設(shè)備相結(jié)合的仿真模式，將數(shù)字化電網(wǎng)仿真結(jié)果通過數(shù)字模擬量轉(zhuǎn)換卡轉(zhuǎn)換為-3.53~3.53V的弱電交流量，再輸出到經(jīng)過改造的保護(hù)裝置的內(nèi)部采樣插件上，并通過開關(guān)量輸入卡采集模擬斷路器的位置，從而實(shí)現(xiàn)斷路器的動作的仿真，這種仿真方式只采用部分真實(shí)設(shè)備，并且需要對實(shí)際的保護(hù)柜進(jìn)行改造才能以適應(yīng)該仿真系統(tǒng)，并且可擴(kuò)展性較差，新增加的保護(hù)設(shè)備無法直接接入（必須經(jīng)過改造）培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，該類系統(tǒng)的仿真效果與現(xiàn)場的一致性仍存在差距。

二、變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)概述

變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是將數(shù)字化的電網(wǎng)一次設(shè)備仿真與實(shí)際變電站二次設(shè)備相結(jié)合的數(shù)字物理混合仿真技術(shù)。即監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)及測控裝置、五防系統(tǒng)、燈光、音響等采用現(xiàn)場真實(shí)物理設(shè)備，而該變電站一次設(shè)備、鄰近電網(wǎng)及其一次設(shè)備、二次設(shè)備等采用數(shù)字仿真。其中數(shù)字仿真部分采用變電站實(shí)時(shí)仿真與全動態(tài)電網(wǎng)混合仿真技術(shù)，即詳細(xì)仿真的變電站采用實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，變電站所在電網(wǎng)采用暫態(tài)、中期、長過程一體化仿真計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的全動態(tài)仿真，從而既能詳細(xì)而真實(shí)再現(xiàn)變電站一次設(shè)備的行為，也能逼真地再現(xiàn)大電網(wǎng)的各類動態(tài)過程對變電站的影響。數(shù)字仿真電網(wǎng)再通過高速的通信系統(tǒng)，高速的開關(guān)量采集、輸出系統(tǒng)，高速、高精度的數(shù)字模擬量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和仿真功率放大器與真實(shí)的變電站二次設(shè)備有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了變電站軟仿真子系統(tǒng)、數(shù)字電網(wǎng)仿真的一次、真實(shí)的二次設(shè)備仿真放置于同一個(gè)仿真系統(tǒng)中，有機(jī)連接、靈活配置，營造了十分逼真的變電站運(yùn)行環(huán)境。從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場各類運(yùn)行人員的培訓(xùn)需求：如變電站運(yùn)行人員、繼電保護(hù)人員、檢修人員及相關(guān)的管理人員等，同時(shí)能完成人員培訓(xùn)、技能鑒定、崗位考核等各項(xiàng)工作。

三、變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)架構(gòu)

圖1給出了變電站數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)的總體架構(gòu)。其中電網(wǎng)及變電站的數(shù)字仿真部分通過接口系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電站電磁暫態(tài)仿真與電網(wǎng)全動態(tài)仿真的有機(jī)結(jié)合，其他變電站軟仿真也是基于同一個(gè)的電網(wǎng)仿真，從而可以實(shí)現(xiàn)變電站軟仿真、混合仿真的一體化。數(shù)字電網(wǎng)仿真結(jié)果的瞬時(shí)值通過高速通信系統(tǒng)傳送到高速、高精度同步數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器形成0～10V的模擬交流量，該模擬量通過電流或電壓功率放大器得到放大的電流或電壓電氣量驅(qū)動變電站的實(shí)際二次設(shè)備。數(shù)字仿真系統(tǒng)通過高速開關(guān)量采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測到變電站開關(guān)和刀閘的狀態(tài)，從而將數(shù)字仿真和實(shí)際二次設(shè)備有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字仿真與變電站實(shí)際二次設(shè)備的無縫閉環(huán)連接。仿真培訓(xùn)系統(tǒng)通過開關(guān)量輸出系統(tǒng)驅(qū)動非電氣量保護(hù)動作模擬硬接點(diǎn)、變壓器有載調(diào)壓模擬硬接點(diǎn)、風(fēng)冷控制模擬硬接點(diǎn)等，實(shí)現(xiàn)變壓器的非電氣量保護(hù)動作的模擬。

四、變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)功能

變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是將電網(wǎng)仿真、變電站實(shí)時(shí)仿真、變電站綜合自動化系統(tǒng)仿真和教員與學(xué)員系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合為一體化的系統(tǒng)，不但實(shí)現(xiàn)了地區(qū)電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行過程的全仿真，也可以正確反映變電站、變電站綜合自動化系統(tǒng)和電網(wǎng)的相互作用、相互影響，可以對運(yùn)行人員進(jìn)行全方位的仿真培訓(xùn)。系統(tǒng)的主要應(yīng)用功能如下：

（一）培訓(xùn)運(yùn)行人員和相關(guān)管理人員

培訓(xùn)基本的運(yùn)行技能。對新員工進(jìn)行上崗培訓(xùn)，對老員工的基本運(yùn)行能力進(jìn)行培訓(xùn)及考核，使其熟悉變電站一二次設(shè)備、變電站綜合自動化系統(tǒng)、集控站監(jiān)控系統(tǒng)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式、電網(wǎng)潮流，掌握基本運(yùn)行操作及運(yùn)行規(guī)程，熟練使用實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（變電站綜合自動化系統(tǒng)和電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)）及其他應(yīng)用軟件。

事故分析及處理?？蛇M(jìn)行開關(guān)、刀閘、變壓器、母線、線路、發(fā)電機(jī)組、電容器等各種設(shè)備及其相關(guān)的故障處理培訓(xùn)，訓(xùn)練變電站運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)事故、異常，依據(jù)仿真的電網(wǎng)環(huán)境判斷故障和處理故障，并在訓(xùn)練結(jié)束后對事故進(jìn)行分析，重放事故發(fā)生和處理的全過程。通過仿真訓(xùn)練可以使運(yùn)行人員了解各種事故發(fā)生的現(xiàn)象、原因及變化過程，總結(jié)積累處理經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)他們事故處理時(shí)的自信心。

變電站一次設(shè)備正常和特殊巡視訓(xùn)練。通過變電站一次設(shè)備三維交互式漫游巡視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電站一次設(shè)備的三維重現(xiàn)和虛擬操作，受訓(xùn)人員感到富有直觀性、形象性，有助于其熟悉了解現(xiàn)場情況，更好地將理論知識與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合。

對于管理人員進(jìn)行電網(wǎng)及變電站運(yùn)行的概念性培訓(xùn)。管理人員通過仿真培訓(xùn)可以了解電網(wǎng)及變電站的現(xiàn)狀、運(yùn)行方式、操作規(guī)程及電網(wǎng)和變電站運(yùn)行的特性。

（二）聯(lián)合反事故演習(xí)

本系統(tǒng)可用于研究電網(wǎng)、變電站特點(diǎn)，對薄弱環(huán)節(jié)做好事故預(yù)想工作，完善各種事故應(yīng)對方案，從而提高事故情況下的應(yīng)對能力，克服以往反事故演習(xí)紙上談兵的局限性。仿真電網(wǎng)設(shè)置的常見事故及復(fù)雜事故發(fā)生后，將引起繼電保護(hù)的連鎖動作和電網(wǎng)潮流的變化，并顯示越限設(shè)備的報(bào)警提示，對此研究后可以總結(jié)事故處理經(jīng)驗(yàn)，制訂出合理的事故處理預(yù)案。做到事前有分析，事后有反饋，切實(shí)提高電網(wǎng)安全運(yùn)行能力。

五、硬件系統(tǒng)

變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)由以下幾部分組成：教員臺，學(xué)員臺，仿真主機(jī)，變電站實(shí)際二次設(shè)備，電流、電壓功率放大器，高速、高精度同步輸出數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，高速通信及開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)，混合仿真集成支撐平臺。

（一）教員臺

可以用仿真主機(jī)，運(yùn)行教員子系統(tǒng)為教員管理和控制培訓(xùn)過程提供支撐平臺。

（二）學(xué)員臺

使用與現(xiàn)場完全一致的監(jiān)控系統(tǒng)工程畫面，保留所有現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)功能，并與仿真模型建立通信連接。使學(xué)員在監(jiān)控系統(tǒng)仿真界面上獲得在現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)上相同的操作。

（三）仿真主機(jī)

運(yùn)行全動態(tài)電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)，是仿真系統(tǒng)的核心和中樞。仿真系統(tǒng)模型包括：鄰近電網(wǎng)的全動態(tài)電網(wǎng)計(jì)算模型、包括一次、二次設(shè)備模型、故障模型和異常模型。

（四）變電站實(shí)際二次設(shè)備

保護(hù)、測控、音響、燈光等裝置采用與現(xiàn)場完全相同的硬件設(shè)備，可以為受訓(xùn)者提供真實(shí)的操作、監(jiān)視手段，使得仿真機(jī)不僅可以培訓(xùn)變電站運(yùn)行人員的常規(guī)操作和監(jiān)視，同時(shí)還能使他們熟悉和了解變電站重要二次保護(hù)裝置和屏面設(shè)備。

（五）電壓、電流功率放大器

功率放大器接收DA輸出的弱電模擬信號，進(jìn)行功率放大使電流信號放大至0～20A、使電壓信號放大至0～100V，以驅(qū)動實(shí)際二次設(shè)備。放大器在與仿真信號連接是采用高阻差分方式，無公共連接點(diǎn)，這樣可保證仿真系統(tǒng)的安全工作，又可長線連接抗干擾，提高系統(tǒng)的小信號精度。仿真培訓(xùn)專用的功率放大器多路的電流或電壓輸出，從而能保證更好的同步輸出精度，同時(shí)降低電流功率放大器的最大輸出電流。

（六）高速、高精度同步輸出數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器

將變電站實(shí)時(shí)仿真計(jì)算出的電壓和電流的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量，是決定仿真精度的重要環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)各路數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化（DA）的同步輸出，同時(shí)為了保證輸出波形的質(zhì)量，每工頻周波的輸出點(diǎn)數(shù)大于60點(diǎn)，DA向功率放大器輸入模擬弱電信號。為了保證混合仿真系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，更好地適應(yīng)變電站規(guī)模的變化，采用分布式同步實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，即根據(jù)變電站電氣量需要嚴(yán)格同步的程度對各電氣量進(jìn)行分組，每組電氣量在同一塊DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸出保持嚴(yán)格的同步，多組DA轉(zhuǎn)換器通過高速PCI總線分布式工作，因此降低了以前依賴專用的DA轉(zhuǎn)換器的程度，這樣既可以保證仿真培訓(xùn)的效果，又可以保證系統(tǒng)的高可擴(kuò)展性和系統(tǒng)造價(jià)。

（七）高速通信及開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)

通過開關(guān)量輸入系統(tǒng)采集開關(guān)、刀閘動作情況、有載調(diào)壓接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)、刀閘狀態(tài)及變壓器抽頭位置的高速采集，將實(shí)際設(shè)備的狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)送給變電站實(shí)時(shí)仿真計(jì)算。通過開關(guān)量輸出和繼電器模擬非電量保護(hù)動作、變壓器風(fēng)冷控制硬接點(diǎn)等。

（八）混合仿真集成支撐平臺

混合仿真集成支撐平臺采用PCI總線技術(shù)將高速、高精度同步輸出數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、高速通信系統(tǒng)和開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)緊密集成。變電站實(shí)時(shí)仿真子系統(tǒng)和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)均運(yùn)行在混合仿真集成支撐平臺，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)通過硬件系統(tǒng)驅(qū)動軟件驅(qū)動數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、高速通信系統(tǒng)和開關(guān)量輸入輸出系統(tǒng)（即用于對DA轉(zhuǎn)換器、開關(guān)量輸出和開關(guān)量輸入板卡的控制）是實(shí)現(xiàn)數(shù)字一次設(shè)備與二次物理設(shè)備有機(jī)聯(lián)系的接口系統(tǒng)，將變電站實(shí)時(shí)仿真計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)刷新DA卡、將接口系統(tǒng)的自身狀態(tài)定時(shí)刷新DA轉(zhuǎn)換器的某個(gè)通道、通過開關(guān)量輸入系統(tǒng)采集開關(guān)、刀閘

的狀態(tài)、通過開關(guān)量輸出系統(tǒng)向?qū)嶋H設(shè)備發(fā)送指令。

六、軟件系統(tǒng)

混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：交互式、分布式仿真軟件支撐平臺，全動態(tài)電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)，教員與學(xué)員子系統(tǒng)，變電站實(shí)時(shí)仿真子系統(tǒng)，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)驅(qū)動子系統(tǒng)。

全動態(tài)電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)、變電站軟仿真子系統(tǒng)、變電站實(shí)時(shí)仿真子系統(tǒng)、教員與學(xué)員系統(tǒng)軟件通過交互式、分布式仿真軟件支撐平臺的運(yùn)行管理系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起組成整個(gè)數(shù)字仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，變電站實(shí)時(shí)仿真子系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的內(nèi)核級調(diào)用與硬件系統(tǒng)驅(qū)動軟件集成，與物理設(shè)備完成無縫連接。

交互式、分布式仿真軟件支撐平臺是混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、仿真運(yùn)行管理系統(tǒng)、人機(jī)界面系統(tǒng)、變電站一二次設(shè)備人機(jī)界面系統(tǒng)和仿真建模系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用商用數(shù)據(jù)庫與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的方式，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是常駐內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，用來支持?jǐn)?shù)據(jù)的快速訪問、處理。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫與商用數(shù)據(jù)庫有機(jī)結(jié)合的方式保證了數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)性和高效性，商用數(shù)據(jù)庫作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的持久存儲，較好地解決了分布式系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的開放性、實(shí)時(shí)性和一致性問題，從而充分發(fā)揮了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和商用數(shù)據(jù)庫各自的優(yōu)勢。仿真運(yùn)行管理系統(tǒng)，作為分布式仿真的運(yùn)行支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)仿真應(yīng)用之間的交互操作，是聯(lián)系各仿真子系統(tǒng)（軟仿真、電網(wǎng)仿真、混合仿真）各部分的紐帶，是分布式仿真系統(tǒng)的核心，為各個(gè)仿真應(yīng)用軟件提供了位置透明、高效的虛擬運(yùn)行環(huán)境，向子系統(tǒng)提供交互對象管理服務(wù)、時(shí)間管理服務(wù)、數(shù)據(jù)分發(fā)管理服務(wù)和應(yīng)用程序接口。人機(jī)界面系統(tǒng)是全圖形人機(jī)接口，為教員和學(xué)員提供交互式操作媒介。變電站一二次設(shè)備人機(jī)界面系統(tǒng)采用了虛擬儀器技術(shù)、組件技術(shù)、3D建模技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以構(gòu)建各種電壓等級的虛擬變電站，包括變電站主控制室、控制屏、保護(hù)屏、中央信號屏、交直流屏等二次設(shè)備和現(xiàn)場一次設(shè)備，分為變電站一二次設(shè)備人機(jī)界面編輯系統(tǒng)、在線系統(tǒng)及變電站一次設(shè)備三維交互式虛擬場景系統(tǒng)。仿真建模系統(tǒng)通過圖形、模型和數(shù)據(jù)庫一體化建模技術(shù)，在畫面編輯時(shí)能夠提供特定電氣元件的計(jì)算模型，在生成畫面同時(shí)，能夠自動地生成或人為輸入電氣元件計(jì)算模型的參數(shù)，并插入到數(shù)據(jù)庫相關(guān)表格中，為電網(wǎng)仿真、變電站實(shí)時(shí)仿真等子系統(tǒng)提供拓?fù)鋽?shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)。

全動態(tài)電網(wǎng)仿真子系統(tǒng)采用暫態(tài)、中期、長過程一體化計(jì)算再現(xiàn)真實(shí)的電力系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)過程，采用了固定結(jié)構(gòu)的稀疏矩陣、微分方程隱式梯形差分方程與網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程的聯(lián)立求解、強(qiáng)魯棒性牛頓—拉夫遜法非線性方程求解、自動變步長等技術(shù)保證電網(wǎng)仿真計(jì)算的快速性和穩(wěn)定性。

教員與學(xué)員子系統(tǒng)為教員管理和控制培訓(xùn)過程提供支撐平臺，功能由四部分組成，即：系統(tǒng)管理功能、培訓(xùn)前運(yùn)行方式和教案準(zhǔn)備、培訓(xùn)中的操作和進(jìn)度控制、培訓(xùn)后分析和評估。系統(tǒng)管理功能包括時(shí)間管理、用戶管理、運(yùn)行方式管理等；培訓(xùn)前運(yùn)行方式和教案準(zhǔn)備包括選擇運(yùn)行方式數(shù)據(jù)、整定初始方式、預(yù)設(shè)故障和事件；培訓(xùn)中的操作和進(jìn)度控制是指教員對培訓(xùn)進(jìn)程的控制、對電力系統(tǒng)模型的操作、設(shè)置故障和事件、管理和監(jiān)視學(xué)員的操作；培訓(xùn)后分析和評估包括使用事件記錄、曲線、報(bào)表等工具分析學(xué)員操作的效果，利用事故追憶再現(xiàn)學(xué)員的處理過程和系統(tǒng)的變化過程，利用評價(jià)工具對學(xué)員的操作進(jìn)行評價(jià)。

變電站實(shí)時(shí)仿真子系統(tǒng)在變電站中一次設(shè)備的三相暫態(tài)模型及外網(wǎng)動態(tài)等值模型基礎(chǔ)上，采用電磁暫態(tài)計(jì)算理論實(shí)現(xiàn)變電站的詳細(xì)仿真計(jì)算。通過接口算法實(shí)現(xiàn)變電站實(shí)時(shí)仿真與全動態(tài)仿真的在線交互，保證變電站的動態(tài)響應(yīng)的準(zhǔn)確性。變電站實(shí)時(shí)仿真子系統(tǒng)運(yùn)行在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可配置成單任務(wù)模型，保證實(shí)時(shí)仿真子系統(tǒng)的最高優(yōu)先級的運(yùn)行級別，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)運(yùn)行于混合仿真集成支撐平臺，并通過硬件系統(tǒng)驅(qū)動軟件驅(qū)動硬件系統(tǒng)。

七、結(jié)論

本文研究開發(fā)的變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是在軟仿真模式的變電站仿真技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，將數(shù)字化的電網(wǎng)仿真與變電站中全部真實(shí)的二次設(shè)備有機(jī)結(jié)合成為的物理與數(shù)字混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，使受訓(xùn)的變電站運(yùn)行人員、繼電保護(hù)人員、檢修人員及相關(guān)的管理人員在完全真實(shí)的變電站環(huán)境內(nèi)接受訓(xùn)練，同時(shí)能夠完成人員培訓(xùn)、技能鑒定、崗位考核等各項(xiàng)工作，能有效地提高現(xiàn)場運(yùn)行人員素質(zhì)水平。該系統(tǒng)已在石家莊電力培訓(xùn)學(xué)校220kV教學(xué)變電站培訓(xùn)仿真系統(tǒng)中，取得了很好的培訓(xùn)效果。

參考文獻(xiàn)

[1]陳禮義，顧強(qiáng)．電力系統(tǒng)數(shù)字仿真及其發(fā)展[J]．電力系統(tǒng)自動化，1999，（23）．

[2]黃家裕，陳禮義，孫德昌．電力系統(tǒng)數(shù)字仿真[M]．北京：水利電力出版社，1995．

[3]鄭三立，雷憲章，D.Retzmann，韓英鐸．電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)及實(shí)時(shí)數(shù)字仿真（上、下）——電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真[J]．電力系統(tǒng)自動化，2001，（25）．

[4]柳勇軍，梁旭，閡勇.電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真技術(shù)[J]．中國電力，2004，（4）．

[5]周鑫，董雷.變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)字物理混合仿真的一種新方法[J]．內(nèi)蒙古電力技術(shù)．

[6]井寅坡．110KV無人值班變電站及控制中心仿真培訓(xùn)功能[J]．四川電力技術(shù)，1999，（2）．

[7]俞濤，吳國忠．220KV集控站及無人值班變電站的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)[J]．華東電力，2004，（4）．

作者簡介：肖京園（1983－），男，陜西人，北京林業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向：控制理論與控制工程；劉文定（1960－），女，山西人，北京林業(yè)大學(xué)教授，研究方向：自動化。