變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的應(yīng)用

文/曾聞

本文為惠州供電局龍?jiān)椿馗脑祉?xiàng)目提供方案，擬對惠州供電局龍?jiān)磁嘤?xùn)基地綜合樓五樓辦公區(qū)域（建筑面積430平方米）進(jìn)行改造，將原有設(shè)備廠房改造后為變電專業(yè)人員開展數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)。

混合仿真系統(tǒng)是指造價(jià)較高的一次設(shè)備由計(jì)算機(jī)軟件仿真模擬實(shí)現(xiàn)，造價(jià)較低的二次設(shè)備（監(jiān)控、繼保設(shè)備等）采用真實(shí)的設(shè)備，既保證仿真效果達(dá)到較高的現(xiàn)場真實(shí)度，獲得較好的培訓(xùn)效果，又能使成本不至于過高。

如圖1所示，混合仿真包括真實(shí)的二次設(shè)備、真實(shí)的二次回路、操作機(jī)構(gòu)模擬裝置、二次回路故障模擬裝置。交互式全過程交流電網(wǎng)實(shí)時(shí)電磁暫態(tài)仿真實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)一次設(shè)備的數(shù)字仿真，為變電站仿真提供精確的電壓、電流的數(shù)字信號，通過信號輸入輸出接口裝置與真實(shí)的物理設(shè)備無縫連接，形成了閉環(huán)的數(shù)字物理混合仿真的實(shí)訓(xùn)環(huán)境。教員系統(tǒng)為實(shí)訓(xùn)基地教員提供培訓(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)后分析和評估等功能。

2 項(xiàng)目方案

2.1 電氣一次主接線方案

根據(jù)惠州供電局的培訓(xùn)需求，一次系統(tǒng)采用應(yīng)用較廣泛的典型的500kV變電站和220kV變電站主接線，500kV對端站為簡化站。500kV變電站與220kV變電站通過220kV線路相連。

2.2 真實(shí)的二次設(shè)備的配置

根據(jù)一次系統(tǒng)規(guī)模，按照南方電網(wǎng)典設(shè)和相關(guān)規(guī)范配置500kV變電站和220kV變電站相關(guān)繼電保護(hù)、自動(dòng)化屛柜，分別共計(jì)44面和32面二次屛柜，另外500kV變電站與220kV變電站公用的GPS對時(shí)屏、直流屏、二次交流屏等共計(jì)8面二次屛柜。

2.3 仿真培訓(xùn)模擬系統(tǒng)配置

本文方案擬采用北京科東公司研制的TS2000培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，仿真培訓(xùn)模擬系統(tǒng)主要包含以下幾部分的配置：

2.3.1 斷路器及操作機(jī)構(gòu)模擬裝置

斷路器及操作機(jī)構(gòu)模擬裝置采用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)，具有真實(shí)設(shè)備的所有回路、接點(diǎn)、端子。模擬裝置可以模擬斷路器和刀閘的正常操作、動(dòng)作情況及各種異常、故障情況。同時(shí)可為繼保、測控裝置等提供硬接點(diǎn)。

2.3.2 二次回路缺陷模擬裝置

二次回路缺陷模擬裝置采用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)，通過在繼保、測控裝置的開入、控制、信號、電流電壓回路等二次回路中串聯(lián)或并聯(lián)各種節(jié)點(diǎn)、電阻、電容等來模擬各種斷線、接地、短路、錯(cuò)線、線圈燒毀、接觸不良等缺陷。

2.3.3 信號輸入輸出接口裝置

信號輸入輸出接口裝置包括：實(shí)時(shí)仿真硬件平臺(tái)，數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換卡，開關(guān)量輸入輸出卡，電流、電壓功率放大器。

實(shí)時(shí)仿真硬件平臺(tái)是以多CPU多內(nèi)核服務(wù)器架構(gòu)為基礎(chǔ)，并具有集成多個(gè)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換卡及開關(guān)量輸入輸出卡的能力，運(yùn)行實(shí)時(shí)仿真運(yùn)行環(huán)境，將電網(wǎng)仿真的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為0～10V模擬弱電信號，并能實(shí)時(shí)采集斷路器、刀閘的動(dòng)作信號。

分別對500kV變電站和220kV變電站需配置的模擬裝置、放大器數(shù)量及模擬屏數(shù)量進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，500kV變電站共需配置10面模擬屏，220kV變電站共需配置14面模擬屏。

2.3.4 變電運(yùn)行仿真室屏面布置方案

改造后的變電運(yùn)行仿真室平面布置如圖2所示，整個(gè)變電運(yùn)行仿真室主要分為2個(gè)區(qū)域，500kV變電站設(shè)備區(qū)和220kV變電站設(shè)備區(qū)，分別各占60面屏位。根據(jù)前述真實(shí)二次設(shè)備以及仿真訓(xùn)練模擬系統(tǒng)配置方案，500kV和220kV變電站設(shè)備區(qū)屏位布置如圖2陰影部分，500kV和220kV變電站設(shè)備區(qū)各預(yù)留5個(gè)和7個(gè)備用屏位。

3 小結(jié)

本文根據(jù)培訓(xùn)需求，提供了龍?jiān)椿馗脑祉?xiàng)目數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)改造方案，文中提出的系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)一次及二次設(shè)備故障、缺陷、誤操作的模擬，可對變電站繼電保護(hù)、運(yùn)行、自動(dòng)化等專業(yè)人員進(jìn)行全范圍、全過程、全場景的仿真培訓(xùn)。

圖1：數(shù)字物理混合仿真系統(tǒng)原理圖

圖2：變電運(yùn)行仿真室平面布置圖