變電站數字物理混合仿真培訓系統的應用

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人員開展數字物理混合仿真培訓。

混合仿真系統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，形成了閉環的數字物理混合仿真的實訓環境。教員系統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

根據一次系統規模，按照南方電網典設和相關規范配置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，仿真培訓模擬系統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，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，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個區域，500kV變電站設備區和220kV變電站設備區，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配置方案，500kV和220kV變電站設備區屏位布置如圖2陰影部分，500kV和220kV變電站設備區各預留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，能實現電力系統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原理圖

圖2：變電運行仿真室平面布置圖