智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的架構(gòu)研究

摘要：文章介紹了智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的整體架構(gòu)，智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)按照一次設(shè)備、互感器及過程層合并單元、智能終端采用真實設(shè)備還是模擬裝置，可以采取幾種不同方式的組合方案，以適用于不同的培訓(xùn)需求。本智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的組合方案提供先進、完善的智能變電站的運行維護人員培訓(xùn)手段，將在智能電網(wǎng)技術(shù)培訓(xùn)中發(fā)揮重要的作用，對推動我國智能電網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生深遠的影響。

關(guān)鍵詞：智能變電站，仿真培訓(xùn)，架構(gòu)，合并單元，智能終端

中圖分類號：TM632 文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2014）15-0004-03

近些年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，為了滿足電力節(jié)能、環(huán)保、高效、可靠、穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展的要求，智能電網(wǎng)的建設(shè)勢在必行。

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，電子式互感器、智能高壓電器、光纖以太網(wǎng)絡(luò)和IEC 61850通信標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)在智能變電站中逐步得到了推廣應(yīng)用。諸多新技術(shù)、新設(shè)備在智能變電站得到應(yīng)用，智能變電站運行人員往往對這些新技術(shù)、新設(shè)備缺乏了解，大多數(shù)運行維護人員沒有掌握智能變電站的運行和檢修技術(shù)，因此急需對智能變電站運維人員、檢修人員進行全面的智能變電站實訓(xùn)。現(xiàn)有常見的面向傳統(tǒng)綜自變電站的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)已經(jīng)遠遠不能滿足智能變電站運行人員的培訓(xùn)要求。

隨著新建及改造的智能變電站不斷增多，國內(nèi)外學(xué)者及研究機構(gòu)已經(jīng)開始研究智能變電站的仿真，并取得了一系列的成果。一些實時電磁暫態(tài)仿真軟件，包括RTDS，加拿大魁北克TEQSIM公司開發(fā)的HYPERSIM、ADPSS等，已經(jīng)應(yīng)用于智能變電站仿真研究，但現(xiàn)有的商用實時仿真系統(tǒng)主要面向?qū)嶒炑芯亢头治鰷y試，很少用來進行智能變電站的相關(guān)培訓(xùn)。

本文所研究的智能變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，實現(xiàn)和現(xiàn)場二次設(shè)備配置一致的模擬環(huán)境，提供先進、完善的智能變電站的運行維護人員培訓(xùn)手段。將在智能電網(wǎng)技術(shù)培訓(xùn)中發(fā)揮重要的作用，對推動我國智能電網(wǎng)建設(shè)產(chǎn)生深遠的影響。

1智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)整體架構(gòu)

智能變電站是遵照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，分為站控層、間隔層和過程層的三層體系架構(gòu)。智能變電站混合仿真實訓(xùn)系統(tǒng)是將二次設(shè)備、時間同步系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等真實設(shè)備，與智能電網(wǎng)實時仿真平臺、面向智能變電站培訓(xùn)的電磁暫態(tài)仿真軟件、符合實時IO接口裝置、電子式互感器（或模擬設(shè)備設(shè)備）、智能一次設(shè)備（或模擬設(shè)備）、過程層合并單元、智能終端（或模擬裝置）、商務(wù)服務(wù)器以及教員系統(tǒng)有機結(jié)合于一體的智能變電站閉環(huán)仿真系統(tǒng)。

智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)采用“直采直跳”方式，通過點對點或網(wǎng)絡(luò)方式實現(xiàn)過程層和間隔層設(shè)備連接。智能變電站仿真系統(tǒng)包括培訓(xùn)教員機、實時仿真器和智能變電站模擬設(shè)備。其中：實時仿真器包含智能電網(wǎng)實時仿真核心單元、人機模塊、時間同步模塊和實時IO接口；智能變電站模擬設(shè)備包括合并單元、智能終端、電子式互感器、一次設(shè)備、互感器二次信號、二次回路等模擬裝置。

2智能變電站混合仿真實訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)方案研究

根據(jù)培訓(xùn)需求的差異，可以選擇以下三種方式，也可以采用各種不同方式的組合方案。

2.1過程層采用模擬裝置的方案

過程層模擬裝置主要包括合并單元和智能終端模擬裝置，本方案如圖1所示。

2.1.1合并單元模擬裝置

合并單元（Merging Unit，簡稱MU）是智能變電站過程層的重要設(shè)備。MU主要功能是同步采集多路電子式互感器（ECT/EVT）輸出的數(shù)字信號，匯總后按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的格式輸出給二次設(shè)備（保護、測控、錄波及交換機等設(shè)備）。

合并單元模擬裝置遵照IEC 61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)，模擬過程層合并單元發(fā)出的通信報文，將電磁暫態(tài)仿真計算結(jié)果波形實時轉(zhuǎn)化為通信信息發(fā)送，實現(xiàn)與真實保護測控裝置、故障錄波裝置及交換機等設(shè)備的連接，為間隔層設(shè)備提供真實可靠的仿真數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)智能變電站中合并單元的模擬。還可對合并單元異常運行狀態(tài)進行模擬，例如合并單元通道異常、數(shù)據(jù)抖動、數(shù)據(jù)包丟失等異常和故障情況。

2.1.2智能終端模擬裝置

智能變電站中保護出口邏輯通過以太網(wǎng)以GOOSE（通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录┑男问捷斔徒o智能終端，同時接收來自二次設(shè)備的下行控制命令，實現(xiàn)對斷路器的實時控制。智能終端實現(xiàn)開關(guān)的智能操作，是智能變電站的重要組成部分。

智能終端模擬裝置采用IEC6 1850標(biāo)準(zhǔn)GOOSE實現(xiàn)智能變電站內(nèi)輸入輸出狀態(tài)量信息通信的仿真，成為間隔層和過程層信息交互接口，實現(xiàn)智能終端通信功能模擬。智能終端通信仿真設(shè)備可以模擬GOOSE通信報文，仿真智能單元變位信息上送和遙控功能。

2.1.3過程層采用模擬裝置具有的特點

①節(jié)約投資。合并單元和智能終端具有數(shù)量多、功能類似的特點，采用模擬裝置可以不必配置真實的過程層設(shè)備，大大降低投資。

②過程層采用模擬裝置不但可以模擬合并單元、智能終端的正常功能，還可以進行過程層異常模擬，可以解決真實設(shè)備難以設(shè)置故障的問題，以便開展過程層設(shè)備運行維護培訓(xùn)。

③該方案的問題是過程層采用模擬裝置，和現(xiàn)場配制存在差異，尚不能進行相關(guān)設(shè)備安裝接線的培訓(xùn)。

2.2一次設(shè)備和互感器采用模擬裝置的方案

一次設(shè)備模擬裝置包括電子式互感器和智能一次設(shè)備模擬裝置。該方案過程層采用合并單元和智能終端等真實裝置，一次設(shè)備采用模擬裝置。如圖2所示。

2.2.1電子式互感器模擬裝置

電子式互感器模擬裝置是模擬電子式互感器輸入輸出信號的設(shè)備，可以按照現(xiàn)場配置與過程層設(shè)備相連，主要用于過程層合并單元和智能終端等裝置運行和檢修技能的實訓(xùn)。能實現(xiàn)電子式互感器模擬裝置控制、通信和管理，可對電子式互感器正常運行特性和異常狀態(tài)進行詳細、完整的模擬。

2.2.2智能一次設(shè)備模擬裝置

智能一次設(shè)備模擬裝置包括智能斷路器、刀閘、主變及操作機構(gòu)模擬裝置，可以模擬一次設(shè)備的狀態(tài)信息和控制量，通過電纜接線和智能終端連接。可以和斷路器模擬器組合仿真現(xiàn)場運行情況，達到培訓(xùn)智能終端的目的。能實現(xiàn)開關(guān)、刀閘等智能一次設(shè)備及其操作機構(gòu)模擬裝置的控制、通信和管理；可對開關(guān)、刀閘特性及故障、操作機構(gòu)特性及故障進行詳細、準(zhǔn)確的模擬。

2.2.3該方案的特點

①與現(xiàn)場高度一致的仿真培訓(xùn)環(huán)境，便于開展完整的智能變電站運行培訓(xùn)。

②采用真實過程層設(shè)備，可以進行過程層合并單元和智能終端安裝、接線和檢修的培訓(xùn)。

③該方案投資較方式一高，不能模擬合并單元和智能終端的異常信號。

2.3一次設(shè)備和互感器采用真實設(shè)備的方案

一次設(shè)備和互感器采用真實設(shè)備，仿真系統(tǒng)模擬互感器測量回路二次量和一次設(shè)備操作回路。模擬裝置包括電子式互感器二次信號和一次設(shè)備操作回路模擬裝置。如圖3所示。

①電子式互感器二次信號模擬裝置。仿真電子式互感器模擬量輸入，直接加到電子式互感器測量回路中，可以進行電子式互感器功能培訓(xùn)。

②一次設(shè)備操作回路模擬裝置。實現(xiàn)一次設(shè)備操作，同時采集設(shè)備狀態(tài)。

③該方案的缺點是設(shè)備投資很大，培訓(xùn)操作中真實設(shè)備容易損壞，而且操作噪聲比較大；培訓(xùn)規(guī)模受到很大限制。

2.4組合方案

為實現(xiàn)綜合培訓(xùn)功能，達到全面培訓(xùn)的效果，采用組合的構(gòu)建方案，滿足全方位、多層次的培訓(xùn)需求。如圖4所示。

根據(jù)實際培訓(xùn)需求，以上四種方案均可采用，以達到良好的培訓(xùn)效果。

3結(jié)語

智能變電站混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可以采用以上幾種不同的配置方案，以適應(yīng)不同的培訓(xùn)需求。該系統(tǒng)為繼電保護專業(yè)、自動化專業(yè)、變電運行專業(yè)的學(xué)生、學(xué)員建立了綜合培訓(xùn)平臺，可以為智能變電站提供生產(chǎn)技能培訓(xùn)、鑒定、競賽、裝置功能分析測試，并可以進行各種二次回路故障查找及處理培訓(xùn)。該培訓(xùn)系統(tǒng)對現(xiàn)場運行人員進一步了解智能電網(wǎng)的新技術(shù)、新設(shè)備，并掌握智能變電站的運行和檢修技術(shù)，具有極其深遠的意義。

參考文獻：

[1] 宋永華，楊霞，孫靜.低碳高效安全可靠的智能電網(wǎng)[J].中國能源，2009，(10).

[2] 陳向力.智能電網(wǎng)推動可持續(xù)發(fā)展[J].中國科技財富，2011，(23).

[3] Pare D，Turmel G.Validation test of the hypersim digital real time simulator with a large AC-DC network[C].The 2003 I-

nternational Conference on Power Systems Transients，New

zOrleans，USA，2003.

[4] 周保榮.全數(shù)字實時仿真器——HYPERSIM[J].電力系統(tǒng)自動化，2003，(19).

[5] 張侃君，陳磊.基于ADPSS的機電-電磁暫態(tài)混合仿真[J].湖北電力，2012，(1).

[6] 梁曉兵，周捷，楊永標(biāo)，等.基于IEC 61850的新型合并單元的研制[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，(7).

[7] 殷志良，劉萬順，楊奇遜，等.一種遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的合并單元同步的實現(xiàn)新方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2004，(11).