變電站數字物理混合仿真培訓系統(tǒng)的應用

文/曾聞

本文為惠州供電局龍源基地改造項目提供方案，擬對惠州供電局龍源培訓基地綜合樓五樓辦公區(qū)域（建筑面積430平方米）進行改造，將原有設備廠房改造后為變電專業(yè)人員開展數字物理混合仿真培訓。

混合仿真系統(tǒng)是指造價較高的一次設備由計算機軟件仿真模擬實現，造價較低的二次設備（監(jiān)控、繼保設備等）采用真實的設備，既保證仿真效果達到較高的現場真實度，獲得較好的培訓效果，又能使成本不至于過高。

如圖1所示，混合仿真包括真實的二次設備、真實的二次回路、操作機構模擬裝置、二次回路故障模擬裝置。交互式全過程交流電網實時電磁暫態(tài)仿真實現電網一次設備的數字仿真，為變電站仿真提供精確的電壓、電流的數字信號，通過信號輸入輸出接口裝置與真實的物理設備無縫連接，形成了閉環(huán)的數字物理混合仿真的實訓環(huán)境。教員系統(tǒng)為實訓基地教員提供培訓前運行方式和教案準備、培訓中的操作和進度控制、培訓后分析和評估等功能。

2 項目方案

2.1 電氣一次主接線方案

根據惠州供電局的培訓需求，一次系統(tǒng)采用應用較廣泛的典型的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 真實的二次設備的配置

根據一次系統(tǒng)規(guī)模，按照南方電網典設和相關規(guī)范配置500kV變電站和220kV變電站相關繼電保護、自動化屛柜，分別共計44面和32面二次屛柜，另外500kV變電站與220kV變電站公用的GPS對時屏、直流屏、二次交流屏等共計8面二次屛柜。

2.3 仿真培訓模擬系統(tǒng)配置

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

2.3.1 斷路器及操作機構模擬裝置

斷路器及操作機構模擬裝置采用嵌入式計算機技術開發(fā)，具有真實設備的所有回路、接點、端子。模擬裝置可以模擬斷路器和刀閘的正常操作、動作情況及各種異常、故障情況。同時可為繼保、測控裝置等提供硬接點。

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算機技術開發(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或并聯各種節(jié)點、電阻、電容等來模擬各種斷線、接地、短路、錯線、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：實時仿真硬件平臺，數字模擬轉換卡，開關量輸入輸出卡，電流、電壓功率放大器。

實時仿真硬件平臺是以多CPU多內核服務器架構為基礎，并具有集成多個數字模擬轉換卡及開關量輸入輸出卡的能力，運行實時仿真運行環(huán)境，將電網仿真的數字信號轉換為0～10V模擬弱電信號，并能實時采集斷路器、刀閘的動作信號。

分別對500kV變電站和220kV變電站需配置的模擬裝置、放大器數量及模擬屏數量進行匯總統(tǒng)計，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 變電運行仿真室屏面布置方案

改造后的變電運行仿真室平面布置如圖2所示，整個變電運行仿真室主要分為2個區(qū)域，500kV變電站設備區(qū)和220kV變電站設備區(qū)，分別各占60面屏位。根據前述真實二次設備以及仿真訓練模擬系統(tǒng)配置方案，500kV和220kV變電站設備區(qū)屏位布置如圖2陰影部分，500kV和220kV變電站設備區(qū)各預留5個和7個備用屏位。

3 小結

本文根據培訓需求，提供了龍源基地改造項目數字物理混合仿真培訓改造方案，文中提出的系統(tǒng)，能實現電力系統(tǒng)一次及二次設備故障、缺陷、誤操作的模擬，可對變電站繼電保護、運行、自動化等專業(yè)人員進行全范圍、全過程、全場景的仿真培訓。

圖1：數字物理混合仿真系統(tǒng)原理圖

圖2：變電運行仿真室平面布置圖