數字物理混合仿真變電站系統在教學中的應用

摘 要：本文從數字物理混合仿真變電站的系統組成；教學應用上的優勢及應用實例三個方面介紹了基于數字物理混合仿真變電站系統在教學中的應用。數字物理混合仿真與現實操作非常接近，可以給學生提供一個很真實的實操環境，對培養學生的實踐操作能力十分有利。

關鍵詞：物理混合仿真；變電站；DDRTS

中圖分類號：TM743 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

一、數字物理混合仿真變電站建立的背景

在我國高職高專類院校主要側重對學生進行實踐操作技能的培養；但某些實踐操作技能的教學與練習存在一定的難度。因為，某些操作不允許隨意進行，或者某些事故又很少發生，不能將正在生產的設備或系統當做試驗品，也不能在真實設備上進行實際操作試驗，更不允許人為設置一些事故讓學生觀察并進行處理。

在國內電力系統仿真教學大概分三種形式：1、純軟件仿真。操作人員通過仿真軟件在電腦上對一次和二次的設備盡有感官的認識，但未能真正了解相關的設備，更無法體會實物操作過程，培養的操作人員只限于監控畫面的操作。2、使用低壓電源代替高壓電源，并通過移相器、調壓器、電抗器、開關等模擬實際電力線路、變電站或電網系統的運行工況。這種仿真的方法缺點在于投資相對大，接線方式不靈活，能仿真的故障非常有限。3、使用繼電保護測試儀（昂立測試儀）模擬一次設備，使用昂立測試儀可以直接通過參數來設定線路的多種故障。從昂立測試儀發出的故障電壓、故障電流信號可以直接接到二次的真實的繼電保護屏柜，是繼電保護屏的裝置真實動作。但這種方法不能仿真系統的工況和故障，只能仿真單一的線路故障。

二、數字物理混合仿真變電站的系統組成

數字物理混合仿真變電站的系統共分為兩部分——真實設備和軟件仿真。數字物理混合仿真就是在變電站里采用真實的二次繼電保護屏柜或真實的開關等，將這些真實的設備接入仿真系統之中，實現真實設備和仿真系統的對接。在變電站仿真系統中使用真實的設備，使受訓學生直觀地認識和理解真實的保護裝置。在反復的訓練下，學生熟練掌握真實的保護裝置的參數設置、監測定值的設定過程與及這些保護裝置在變電站以及電網中的作用、地位及工作特性。在軟件仿真方面，采用電磁暫態仿真算法實現數字電網仿真的真實性、實時性、一致性和高度可靠性，在正常操作和一次設備發生故障情況下，仿真時間應與物理時間完全一致，提供的電氣量波形應與現場故障錄波器采集的波形一致。這樣的“軟硬”結合既滿足了系統設置靈活性又滿足了設備環境真實性的要求。軟件與硬件之間的數據流向功能圖如圖1。下面分別從硬件設備的組成和軟件的組成對變電站進行介紹。

（一）硬件設備的組成。在數字物理混合仿真變電站中采用了南京南瑞繼保公司出品的測控屏、保護屏和北京殷圖仿真技術有限公司出品的模擬斷路器、功率放大器、高速信號通信系統（與DDRTS平臺通訊）。其中高速信號通信系統是以DSP為數字信號處理核心結合PCI總線技術的通訊卡；它負責軟件平臺數據信號轉換及輸入輸出系統之間的數據通信，傳輸媒介通常采用光纖。

（二）軟件的組成。在數字物理混合仿真變電站中軟件采用了北京殷圖仿真技術有限公司基于DDRTS平臺上開發的系統。電網數字動態實時仿真系統（Digital Dynamic Real-Time Simulator，DDRTS）是全數字化的電網實時仿真與閉環試驗系統，應用范圍非常廣泛，它能完成的仿真非常多。下面結合本論文提及的仿真變電站介紹DDRTS的仿真功能。1.能對某一特定參數的電網系統進行全過程仿真研究，本變電站主要對兩個來自不同地域的110KV電源系統做故障設置、故障動作分析、最終得到應用于系統的設計以及系統改進的對策和參數。2.進行變電站運行、繼電保護裝置、五防裝置設定以及測量和控制裝置的閉環試驗。3.進行靜態繼電器測試、裝置的諧波測試，利用現場錄波波形和離線仿真波形對裝置進行實時回放測試。4.DDRTS通過設置可對大型電網的電磁暫態和機電暫態過程進行離線仿真。離線仿真獲得的數據與實際運行的數據非常接近，利用這個功能我們可以對電力系統進行多種工況下的動態分析。5.DDRTS也可進行電網的實時仿真。在實時仿真中，電網的仿真計算速度取決于功率放大器和模擬斷路器，由于它們的采用光纖通訊和采用高速的DSP作為信息轉換模塊核心，因此與實際物理過程速度保持一致，從而可以外接實際裝置進行閉環試驗研究。閉環試驗研究對于裝置的設計和投運前的性能驗證具有很重要的意義。6.DDRTS仿真系統為電力行業的運行、維護、檢修、測試等相關專業人員提供科學、規范、系統的崗位技術培訓；為變電站集控、變電站值班員、電氣值班員、繼電保護和自動化人員提供高水平的培訓及測試等技術服務；為高等院校培養動手能力強的學生提供了很好的條件。

三、數字物理混合仿真變電站的發展

隨著數字電網的發展，電力系統需要大批掌握數字化智能電網操作的運行人員。這些一線的高技術操作人員在上崗前必須通過嚴格的訓練。訓練的場所必須跟現實接近，數字物理混合仿真變電站就能完全勝任。由于數字物理混合仿真變電站訓練的環境與現實的操作設備越接近，接受培訓的操作人員就越容易上手，并且能隨不同的故障進行靈活的變通操作，提高了電網從業人員培訓效率，減少誤操作的機會，提高電力系統供電的可靠性。這種采取數字化的物理混合仿真變電站將來非常具有發展前景。

參考文獻：

[1]梁旭，張萍，胡明亮.基于實時仿真技術的變電站數字物理混合仿真與培訓系統[J].電力系統自動化，2005.

[作者簡介]黎安軍（1980-），男，廣東高州人，廣東水利電力職業技術學院，實驗師，碩士，研究方向：軟件工程。