甘先锐
深圳供电局有限公司培训与评价中心 深圳市南山区 518000）
摘要：电网规模不断扩大的同时，变电站一二次回路系统也越来越复杂。本文基于一种新型的变电站一二次联合仿真系统设计介绍了该系统的主要结构与核心功能，分析了创建该系统所需要的几种关键技术。该联合仿真培训系统可以为变电站运维管理人员从现象观察、参数测量以及运维操作等变电站一二次系统运维管理工作提供帮助。
关键词：变电站；一二次系统；联合仿真；仿真培训
引言
近年来，我国保持着较快的经济发展速度，城市化进程稳步推进，社会用电需求连年上升，同时社会各界对变电站与电网运行稳定性要求也越来越高。变电站、电网结构的日趋复杂与电网规模的不断扩大，增大了变电站与电网的运维管理与异常排查的难度，为了提升变电站运管理人员的技能水平，丰富其在变电站运维管理中的实践经验，人们开发了多种变电站仿真培训系统。但是，以往的变电站仿真培训系统在设计上通常是将一二次系统隔离开来进行单独的仿真运行，无法仿照实际情况进行一二次系统的联合仿真，因此其实践价值受到较大的限制。
本文基于一种变电站一二次系统联合仿真培训系统进行了分析，通过联合数字电网与变电站一二次设备进行三维仿真，可以结合电网二次回路原理图对电网运行管理中存在的各种异常问题进行仿真模拟，从而帮助电网运维管理人员定位电网异常位置，深入了解电网异常原因，进而及时排除故障，恢复电网正常运行。通过对多种电网运行异常问题的三维仿真实训，还可以有效提高电网运维管理人员的理论知识水平与实际操作能力。
1变电站一二次系统联合仿真系统结构与功能分析
变电站一二次系统联合仿真系统组成示意图如下图1所示，其主要包括数字电网、分布式仿真平台、一次设备仿真、自动化系统以及二次设备仿真与二次动态原理图等几个组成部分。
该联合仿真系统中各组成部分以仿真系统支撑平台为基础，实现不同功能单元的整合，在实践应用中还可以根据不同的需要选择相应的功能单元。
1.1仿真系统支撑平台
本设计选择了分布式的仿真系统支撑平台实现各个功能单元之间的信号交互、信息同步等功能，还可以为系统提供仿真应用管理、声明管理、所用权管理以及时间管理与数据分发管理等服务支持。分布式仿真系统支撑平台的应用优势在于它不仅可以维持系统中各功能单元的数据一致性，还可以使各功能单元之间保持相对独立，该平台的这种特点使得基于不同需求的任意功能单元的组合成为可能。
1.2智能管理系统
智能管理系统的功能主要为设定各个仿真工位的角色，并控制联合仿真系统中的子仿真系统。如果某仿真工位被定义为教员，该工位可以执行发送系统事件的指令，同时系统事件信息将在数据分发管理服务单元的作用下传递到各个仿真系统中。各子仿真系统接收到系统事件信息后经逻辑分析，将动作信息显示在可视化平台上，并将执行结果传递到所有存在信息交互功能的仿真系统内。如果某工位被定义为学员，该功能只能完成接收系统事件、处理系统事件的功能。此外，在智能管理系统的介入下，还可以预定义系统事件的标准处理流程与评价规则，实现对学员的操作评分与错误修正。
1.3数字电网
数字电网模块主要用于记录电网事件信息，为电网计算提供数据支持。在联合仿真系统中，电网计算是所有一二次设备动作行为的主要依据，仿真系统可以无需预案完成对系统事件的响应。
1.4一二次设备三维仿真
通过模块化与可视化的三维仿真技术，联合仿真系统中一二次设备三维仿真单元可以复现变电站内一二次设备的三维情景。同时，运行支撑平台将动作指令传递到系统内的虚拟设备，虚拟设备执行动作指令，从而可以通过三维巡视系统实现对变电站一二次设备的巡视与操作，进而得到系统事件所造成的影响。
1.5自动化系统仿真
自动化系统仿真主要涉及到自动化设备的管理、调控中心监控系统、完成系统通信以及变电综合自动化监控等内容。
自动化系统仿真单元通过图库模一体化技术、面向对象设计以及动态图元技术的应用，能够实现不同自动化系统的仿真与模拟，从而为系统运维提供便利。
1.6二次回路动态原理图
二次回路动态原理图主要由原理图、展开图以及端子图等组成。在变电站二次回路设计图的基础上，对二次回路元件进行动态化处理，使系统中一二次设备、电网与二次回路图纸对应起来即可得到二次回路动态原理图。在二次回路动态原理图上，用户可以获取各种元件的状态与节点电位，还可以通过实时计算获取用户对元件状态的修改行为，将元件状态变化信息传递到一二次设备仿真单元，仿真单元进行针对性的动作。
2 变电站一二次设备联合仿真系统关键技术分析
2.1 可视化、分布式以及交互式仿真支撑平台
变电站一二次设备联合仿真系统采用总线式对称结构结合可视化、分布式以及交互式的仿真平台，可以实现较好的伸缩性与扩展性，也为模块化与图库一体化技术的应用奠定了基础。兼具可视化、分布式以及交互式功能的仿真支撑平台主要由标准接口函数库、联邦建模工具、以及可视化、模块化三维仿真建模系统组成。该仿真支撑平台可以很好的完成系统内各个仿真应用之间的信息交互与服务支持，极大的提高了联合仿真系统内多进程之间的通信效率和系统整体通信效率。
2.2电网仿真技术
通常情况下，电力系统仿真计算技术的应用是以机电暂态、中期和长过程的一体化仿真来实现的。就变电站仿真而言，以电磁暂态建模并进行相应的计算，将计算得到的瞬时值传递到仿真变电站录波器模块中。同时，外网动态等值数据将通过机电暂态模型传递到电磁暂态计算单元中。此外，机电暂态计算仿真还为整个仿真系统的时间推进提供了服务支持。
2.3一二次设备三维仿真技术
通过可视化、模块化以及图库一体化建模等技术的应用，建立了由组件生成器与组件装配器组成的三维设备模型。其中，组件生成器可以在3ds max SDK环境下完成对三维设备模型的编辑功能；组件装配器可以将生成的三维组件组合成能够在仿真程序中运行的虚拟一二次设备。通过变电站一二次设备联合仿真系统对控制系统、量测系统、交流系统、直流系统、继电保护系统以及综合自动化系统等进行建模仿真，结合变电站仿真通信与任务管理，从而确定仿真变电站系统中各个模块之间的交互关系。通过三维建模仿真结合计算机仿真复现技术，可以完成对变电站运维管理人员的日常操作培训、异常处理培训以及特殊点检培训等工作。
2.4二次回路图纸动态化
根据一二次设备各元件物理属性与逻辑关系的不同，联合仿真系统可以建立多个物理模型，通过改变颜色与设置边框等个性化设置实现电力系统二次回路的动态化处理。变电站一二次设备在不同状态下相应的元件状态与回路电气参数也会有所不同，通过对变电站一二次设备状态参数的实时计算即可实现变电站一二次设备的整体仿真再现。同时，联合仿真系统还可以针对二次回路的特征简化回路计算，提高系统响应速度。
3结语
综上所述，通过对变电站一二次设备与相关回路的综合仿真，可以有效提高变电站运维管理的培训水平。通过模拟电网异常事件与变电站故障，营造出一个与符合真实情况的虚拟环境，有助于电力系统运维管理人员更加全面的了解电网故障原因，进行针对性的进行电网优化，提高供电系统的运行稳定性。
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