基于計算機技術的高壓直流輸電教學培訓系統的實現

黃浩然 楊勇

摘要：文章簡單介紹了直流輸電系統的發展歷史和技術優勢，描述了基于計算機技術的高壓直流輸電系統的教學培訓系統的工作原理、實現方法、技術特點，指出在當前直流輸電發展迅速的時代教學培訓系統將會發揮積極的作用。

關鍵詞：高壓直流輸電；計算機技術；教學培訓；仿真

一 引言

人類對電的認識和應用以及電力科學的發展首先是從直流電開始的。1882 年，法國物理學家M·得彼列茨進行了歷史上第一次直流輸電試驗，將1.5kW、1.5～2kV 的直流電通過電報線路驅動57km外的水泵旋轉，這次試驗雖然線路功耗高達78%，幾乎沒有使用價值，但它標志著高電壓、遠距離大容量輸電的嶄新開始。接下來由于高效率的交流發電機和電動機的發明，以及變壓器可以對交流電方便的升壓和降壓，交流輸電開始占據主導地位。1972 年，加拿大伊爾河（Eel River）HVDC輸電工程正式投入使用，這座20MW、2×80kV 背靠背式HVDC輸電工程以首次全部采用晶閘管閥而著稱于世。

二 技術特點

直流輸電與交流輸電相比，其優點和特點明顯：

1）輸送容量大，輸送功率的大小和方向可以快速控制和調節；

2）直流輸電系統的投入不會增加原有電力系統的短路電流容量，也不受系統穩定極限的限制；

3）直流架空線路的走廊寬度約為交流線路的一半，可以充分利用線路走廊的資源；

三 對于教學系統的需求

近年來我國高壓直流輸電領域發展迅速，已建設多個端對端高壓直流輸電工程和背靠背高壓直流輸電工程，每個新的工程建設中都需要招聘一批新員工，因此，即使是已經在換流站工作了一段時間的員工，也需要再進一步進行一些非日常操作的教育和培訓。

四 系統軟件組成

整個系統的軟件包括一次設備仿真部分、二次設備仿真部分、運行人員監控系統，分別針對換流站中的一次設備、二次設備、監控設備。其中運行人員監控系統和換流站實際使用的系統相同，這樣對于換流站運行人員而言，其面對的系統和實際系統相同，從而達到教學和培訓目的。一次和二次設備同樣使用計算機技術實現，其中一次設備部分使用三維虛擬顯示技術實現整個換流站一次設備的模型，學員可以在場景中“巡視”，實地“觀看”到設備的動作和運行情況。

五 系統功能及其實現

整個教學培訓系統的主要功能包括四個方面，分別是教學功能、練習功能、自動評分功能、考核功能，這四個方面基本包括了一個完成的教學培訓過程的全部，每個教學培訓過程一般從教員的示范開始，即教學功能，示范后由學員依據所學內容自由練習，經過一段時間的練習后參加統一考核，便于教員了解學員的學習情況，以及判斷學員是否已經掌握了教學內容，在此過程中，自動評分系統一直作用于聯系模式和考核模式下。

1）練習功能的實現方法

練習功能是在系統的練習模式下實現的，在此模式下運行時，每兩個學員為1組，即1個整流站學員，1個逆變站學員，下面以學員A和學員B代替，在其中1個學員站上啟動數據模型，在此模式下，學員A和學員B的操作，會經過本機的數據服務傳遞到數據模型中，經過數據模型處理后其結果傳遞到學員A和學員B的數據服務，再反應到學員A和學員B的操作界面上。

2）教學功能的實現方法

教學功能是在系統的教學功能下實現的，在此模式下運行時，兩個教員站之間按照學員練習模式組成一個完整的端對端直流輸電系統，其中一個作為整流站，另外一個作為逆變站，在其中1個教員站上啟動數據模型，該模型模擬整個端對端直流輸電系統，教員站1和教員站2上都啟動數據服務和操作界面，所有整流站的學員站啟動操作界面，并連接到教員站1的數據服務上，所有逆變站的學員站啟動操作界面，并連接到教員站2的數據服務上。

3）自動評分系統的實現方法

自動評分系統主要包括三個方面，和一般的考試基本相同，即出題、答案和評卷，在其中使用計算機輔助操作，使該過程更加自動化，簡化教員的勞動量，降低工作強度。首先是題庫的維護，包括題目的獲取、添加、修改和刪除，然后是答案的自動生成系統，用來給圖庫中的題目生成標準答案，最后是自動評分部分，該部分依據上一步驟中的標準答案和該學員的操作記錄來評判學員對于該題目的完成情況，并給出評價。

出題部分：所有的試題都以一個操作任務的形式保存在數據庫中，所有教員站和學員站可以訪問此數據庫得到試題的列表，每個試題的表現形式都是一個以字符串表示的試題題目。在學員站獲得試題列表后，只能選擇題目來獲得操作任務，不能對試題進行其他操作，在教員站上，可以操作數據庫進行試題的獲取、修改、添加和刪除，操作方式就是基本的數據庫操作，答案自動生成：在教員站上，選取一個題目后，可以為此題目生成答案，生成答案時不需要手動添加內容，只需要按照試題要求完成試題要求的操作任務即可，操作過程會記錄下來生成操作列表，作為答案寫入數據庫中。所有的試題都使用字符串來表示和描述，所有操作也都以字符串來描述，在生成答案的過程中，教員的所有操作都生成一個用來描述的字符串，待操作完成后，所有操作記錄即這些字符串列表被寫入到數據庫中作為標準答案。在這個系統中，所有的試題和答案都是自描述的，不需要手動填寫，系統本身并不需要了解試題或者答案所代表的內容和含義，只是以字符串的方式把試題和答案保存到數據庫中。

自動評分過程：在學員站上，選取一個題目后，學員開始答題，所有操作過程被記錄下來，此部分和教員生成答案的過程一致，當操作完成后，所有記錄的操作過程上傳至服務器，供自動評分系統使用。在本方法中，由于所有的操作記錄為計算機自動生成，所以相同的操作在教員生成答案時和學員答題時生成的描述操作的字符串完全相同，在自動評分時，通過字符串比較，會把學員的操作記錄和教員操作記錄生成的答案進行對比。

操作正確的判斷依據：兩者操作項目和操作順序完全一致，則判定此次操作為正確操作；操作項目缺失的判斷依據：在教員操作時生成的答案中存在的操作序列，在學員的操作序列中沒有，則認為缺少了對應的操作項目，則在評分記錄中含有操作項目缺失；操作順序錯誤的判斷依據：兩者的操作項目一致，但是學員的操作順序和教員的操作順序不一致，則認為器操作順序有誤；進行了額外操作的判斷依據：在學員操作時生成的操作序列中存在，在教員操作時生成的答案中未存在，則認為進行了額外的操作，則在評分記錄中含有操作了未允許操作設備。

3）考核功能的實現方法

教學功能是在系統的考核功能下實現的，在此模式下運行時，運行方式和練習模式時相同，其結構和數據流程都沒有變化，差異在于在此模式下，所有學員機的初始狀態都是教員機確定的。

六結束語

在當前電網不斷擴展、直流輸電工程逐漸增多、大區聯網勢在必行、智能電網飛速發展的今天，對于直流輸電領域的專業運行和檢修人才的需要會越來越多，而在實際運行過程中并不能掌握直流輸電領域的全部知識，很多對于異常情況、突發情況的演練也無法進行，因此直流輸電教學培訓系統的應用會更加廣泛，并且會發揮更大的作用。

參考文獻：

[1]張欣，饒國輝，黃浩然.特高壓直流輸電培訓仿真系統的實現[J].電力系統保護與控制，2008，36（24）：76-78