500kV龙王变电站仿真机项目的设想
胡启元
（成都电业局，四川成都　610016）　摘　要：电力系统不断地向高电压等级发展，要求对运行人员的培训设备也应跟上电网的变化，因此引入仿真培训技术。在对500kV龙王变电站仿真机系统的项目上，先从系统构成的模式上进行比较和选择；并从变电站的实际情况提出对仿真机的要求。
　　关键词：龙王变电站；仿真机系统模式；软硬件部分；初始化
　　随着二滩大型水电厂的竣工发电，其配套的水电输出工程之一，成都电业局50OkV龙王变电站也正式投入运行。但是，现有的龙王变电站运行人员均为原有的220kV变电站所抽出来的运行人员组成。不难看出，由于500kV龙王变电站的所有电气设备（含一次电气设备、二次继电保护和通信自动化设备）与220kV变电站的设备差别是很大的。而只是靠生产厂家与电气安装人员现场的不全面地解说，是完全不能使运行人员彻底掌握所有电气设备的性能和操作规程的；更不能保证当电力系统发生事故时，运行人员能及时地正确处理；加之成都电网大规模地发展，将会出现更多的500kV电压等级及以上的变电站。这就提出了如何对电气运行人员进行电气设备的操作技能和处理事故能力的全面培训。正是注意到这些潜藏的问题，在成功完成了成都电业局11OkV变电站及测控中心仿真机项目以后，成都电业局就立项开始进行50OkV龙王变电站仿真机的筹划工作。本人由于参加了前一次仿真机项目的工作，有了一定的经验和体会，所以想提出一些自己对该项目的看法和设想。1　500kV龙王变电站仿真机系统模式的选择　　
　　从目前变电站仿真机培训系统的发展现状来看，按仿真机系统的规模和复杂程度主要可分为三种：
（l）孤立变电站的仿真系统；
（2）考虑简单电网的变电站仿真系统；
（3）考虑了复杂电网的变电站仿真系统。而按仿真系统的组成模式上，即是否考虑硬件盘台可分为二种类型：盘台模式和纯软件模式，通常称为硬
仿真系统与软仿真系统。
1．1　孤立变电站的仿真系统
　　优点在于造价相对而言较低，结构简单。缺点在于投入或退出线路时，开关中的潮流分布无法确定；调整变压器电压分接头或投切电容器后，系统电压及无功分布无法确定；两个不同系统之间的同期并车操作不真实，表计数据不准确；发生电力事故时，没有电网的动态过程。
1．2　考虑简单电网的变电站仿真系统
　　优点在于加入了简单电网，其功能稍强。其缺点在于电网模拟不真实，动态过程过于简单化，各种表计数据仍不准确，与现代电网相比差别太大，它往往会带给运行人员一个错误的概念，从而影响了变电站仿真培训的效果。
1．3　考虑复杂电网的变电站仿真系统
　　优点在于考虑了电网与变电站之间的相互影响，可以实现电网保护和自动装置的配合，对整个电力生产，事故状况进行全仿真，达到了对变电站运行人员进行全面的实际培训的目的。缺点在于项目开发工作量大，技术难度高，时间较长。
1．4　硬仿真系统
　　优点在于变电站的仿真系统是按实际变电站主控室内的设备1：1比例的复制品，主要由后台计算机通过处理信息和数据从而达到支持控制屏和保护屏的操作与显示；前台计算机用于学员培训学习，比较直观，现场实感强，这是软件模拟所不能达到的。缺点由于有大量的硬件设备，工程造价高，维护工作量大，系统的可扩充性、适宜性都比较差，只能同时有一名学员进行操作培训，培训效率低。
1．5　软仿真系统
　　优点在于变电站内的控制屏、保护屏、模拟屏以及室内、室外的电气设备等全采用软件仿真成图象图形呈现在计算机的显示器上，除了计算机外没有其他硬件。整个工程的造价低，计算机和网络的维护比较简单，同时，可根据用户的需要修改软件，并进行系统的扩充和升级，各种功能都比较完善，还可以同时面向多个学员进行不同任务的培训，培训效率高。缺点由于全部采用软件的仿真形式，数据库很大，直观性与真实感差，仍需要学员将所学与现场设备结合起来融汇贯通，变成实际的操作经验。
　　以上将变电站仿真系统的几种类型进行了讨论，不难看出由于变电站的运行不是孤立存在的，它随时和外部电网的运行情况保持紧密联系的，因此50OkV龙王变电站的仿真系统应该按照复杂电网仿真与变电站仿真相结合；软硬结合的混合仿真的多重结合。而且该系统是集计算机图形图像技术、通讯技术、数据库技术、电网仿真技术等的高科技变电站仿真系统。由于500kV变电站的微机保护复杂，保护屏过多，若采用硬仿真形式，保护屏部分的造价太高，所以为节约资金，保护屏部分应全部采用软件仿真。
2　50OkV龙王变电站仿真机系统要求　　
　　由于整个仿真系统模拟了发电、变电、输电及继电保护、自动装置等设备，相应要求：1）要能描述整个复杂的电力网动态过程，包含与变电站在电气上相连的外部电网来确保模拟现象的真实性。2）由于当电力系统发生较大故障时通常会引起局部电网的电压和频率波动较大，所以仿真系统应具有在相当宽的电压与频率范围内都能正常工作的性能。3）所模拟的变电站必须能正确完成在正常、事故及恢复过程中的所有操作。例如：开关、刀闸、接地刀闸、变压器、电容器、电抗器、继电保护装置的所有压板和操作保险等都应是可操作的。4）不能因为模拟了整个电网，而忽视了系统实时的响应速度。只有保证了相应的速度，才能保障整个培训的真实性和可行性。因此要求所选择的系统模型与计算机算法应尽可能快的收敛于真实解系，使仿真系统的所有响应具有很好的实时性，也保证了整个培训的效率。
2．1　整个仿真机系统
　　所包含的变电站数学模型：1）电力系统的基本电气元件模型有线路、开关、刀闸、接地刀闸、电容器、电抗器、变压器、母线、发电机、阻波器等。2）继电保护模型：①线路开关保护有距离保护、零序保护、高频保护、纵差和横差、过流保护、自动重合闸。②变压器保护有瓦斯保护、差动保护、高中低压侧后备保护。③电容器保护有过电压、低电压、过流等保护。④电抗器保护有瓦斯、差动、过流等保护。⑤母线保护有母差、充电和失灵保护。3）自动装置有低周减载、高周切机、过负荷联切和备用电源自投装置。4）电力系统故障类型有母线故障、变压器故障、线路单相故障、线路两相故障含接地、线路三相故障和复合性故障。
5）变电站内的故障类型主要为：①开关故障有开关拒动，开关漏油或漏气等。②刀闸故障有带负荷拉、合刀闸，带电合地刀等。③电容器、电抗器故障。④继电保护装置和直流系统故障。
2．2　模拟电网的等值原则
　　1）成都地区的电力主网框架应全部保留，电网中的其它变电站简化为1个节点。2）对成都电网影响较大的发电厂必须单独保留，等值发电机组只考虑各被等值机组的电气参数和转动惯量。3）等值负荷应考虑各被等值负荷的有功和无功实际向量值。4）电网中零序网络按正序等值电抗来进行等值考虑。5）该电网中的网络结构是决定于电网中的每一个电气元件的合或分闸状态，并由此确定出网络拓扑图的连接方式，运用于计算软件，最终确定整个电网的潮流分布情况。6）仿真机系统要能够显示全网接线图、潮流分布和系统周波的变化。
2．3　电力系统各种扰动的模拟方式
　　在整个电网的动态计算中，为了更真实地反应电网运行状况还必须考虑到系统的各种扰动（包含本变电站的所有正常操作）对电网的影响。各种扰动含：1）增减发电机有功，无功出力。2）变电站有功，无功负荷的增减。3）投入或切除线路、电容器、电抗器。4）改变变压器的电压分接头。5）各种电力系统故障。
　　还需要注意一点。由于整个培训以变电站的正常倒闸操作为主，所以此套系统对倒闸操作应有以下要求：倒闸操作应与系统模拟软件相连，教员台可以人为改变运行状况，设置故障和监视学员的每一个操作步骤。当学员的倒闸操作正确时，整个电网的状况应该随之改变；而当其操作错误引起某种故障时，继电保护或自动装置应当作出相应的正确反应，也导致系统运行状况改变。这些情况都应该及时地显示出　　来，提醒教员和学员引起注意。
3　龙王变电站仿真机系统硬件部分
3．1　计算机要求
　　1）一台SUN工作站，用来作为教员台、数据库服务器、电网仿真。2）四台PⅢ微机，用来作为学员台，功能主要是500kV变电站的仿真和软表盘的显示，以及培训软件的运行等。3）100m高速以太网（含HUB一台），主要用于远程的联网培训。4）一台PⅢ微机用于500kV变电站的仿真I／O系统管理。5）附件：STD工业控制机、DI板、DO板、DA板以及总线，用于I／0通信与控制。
3．2　硬表盘要求
　　控制屏，中央信号屏和五防模拟屏。包括500kV侧：采用输电线路、母线为典型的3／2接线；220kV侧为输电线路、双母线带专用旁路；主变部分、站用电部分、静态补偿部分；仿真室内的音响、灯光信号等应与现场主控室一致。
4　50OkV龙玉变电站仿真机软件部分　　
　　1）数据库管理系统：电力系统网络计算数据库、实时数据库、离线数据库。2）人机界面系统。3）通信与进程控制系统。4）变电站仿真与表盘控制系统：继电保护装置仿真软件，软硬表盘控制与测试软件。5）电网动态仿真系统：主要为潮流软件、网络拓扑软件、故障分析与计算软件、倒闸操作软件等。6）继电保护与自动装置仿真软件。7）表盘I／0控制系统。8）理论知识培训软件系统。9）监控系统仿真软件。
5　仿真机系统运行的初始化
　　此套系统的初始化部分主要指整个电网的初始运行方式的设置：就是将原来成都电网调度运行上的日负荷报表、分时负荷表、电网和变电站的等效参数值等数据，汇总来确定整个模拟系统的几个典型的运行方式（例如：丰水期与枯水期方式，最大与最小方式等）。选择时必须注意并不是运行方式越多越好，因为这将决定整套系统的运行与响应速度，因此选择合适的几种运行方式保存于系统数据库中将会使系统运行与响应速度提高很多，而且教员可以根据情况选择任意一种运行方式对学员进行培训。这样也可以使学员熟悉整个电网的各种运行方式和变电站内部功率交换的情况，达到了高一个层次的培训目的。
6　仿真机系统所要达到的目的
　　主要是针对成都电网正处于高速发展阶段，500kV高电压和大容量的变电站相继投入运行，同时国外先进的继电保护和自动化装置的引进使用，这对电气运行人员的工作技能水平提出了更严格的要求。所以这套仿真机系统正是为此而设置的。它主要用来：1）指导学员学习正常的倒闸操作和变电站一般性知识。2）指导学员怎样监视、记录和调整电气设备的运行工况。3）要完成对变电站内所有电气设备的正常情况和事故情况的巡视工作。4）熟悉电气设备发生故障时的查看、汇报和处理恢复等环节。5）帮助教员诊断每个学员在培训中出现的错误，分析原因并及时纠正错误。培训完成后能根据事先规定的评分原则对学员进行评价。
　　对500kV龙王变电站仿真机系统的设想是把复杂变电站的仿真、电网仿真和软硬表盘相结合的一个完整的大型变电站仿真系统，具有很强的真实性和可操作性；它很好地把物理模拟与数字模拟结合起来，人机界面友好，显示直观，具有真实性、正确性和灵活性；该系统完全能反应500kV变电站与系统电网之间的相互影响，加强了学员树立整个电网的意识，因而可以将此仿真机对500kV及以上电压等级的电气运行人员和电网调度员进行培训；而且此仿真机系统采用开放式、分布式网络连接，易于用户为了需要进行升级、扩展和远程资源共享。
　　
四川电力技术