智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電網(wǎng)與能源市場和客戶之間的關(guān)系變得越來越密切?？蛻魧﹄娔苜|(zhì)量的要求逐步提高,傳統(tǒng)的電力網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)難以滿足這些發(fā)展要求。為了滿足電力供應(yīng)節(jié)能、環(huán)保、高效、可靠、穩(wěn)定及可持續(xù)發(fā)展的要求,智能電網(wǎng)的建設(shè)勢在必行。智能變電站作為智能電網(wǎng)中的重要節(jié)點,它采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳且環(huán)保的智能設(shè)備,以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化及信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求,自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計量和監(jiān)測等基本功能,同時支撐電網(wǎng)實時控制、智能調(diào)節(jié)和各類高級應(yīng)用,實現(xiàn)變電站與調(diào)度、相鄰變電站、電源及用戶之間的協(xié)同互動,支撐各級電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運行。隨著國內(nèi)智能變電站的新建及相繼投入運行,變電運行人員和檢修人員的專業(yè)素質(zhì)、操作水平與電網(wǎng)安全穩(wěn)定有著直接聯(lián)系,因此他們的實踐技能培訓(xùn)就顯得日益重要和緊迫。仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是目前公認(rèn)的積極有效的培訓(xùn)手段,它在培訓(xùn)學(xué)員熟悉現(xiàn)場智能設(shè)備性能、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、控制和保護(hù)邏輯,提高正常操作水平、反事故能力和驗收能力,培養(yǎng)鎮(zhèn)定應(yīng)對突發(fā)事件素質(zhì)等方面發(fā)揮了顯著作用。為滿足智能變電站培訓(xùn)需求,開發(fā)了一套模型完善、適應(yīng)性強(qiáng)且技術(shù)先進(jìn)的220kV智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng),該系統(tǒng)詳細(xì)仿真了某220kV智能變電站,為變電運行和檢修人員提供了一個良好的培訓(xùn)平臺。仿真對象及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.系統(tǒng)工作原理本仿真培訓(xùn)系統(tǒng)以河南首座220kV智能變電站為仿真對象,在常規(guī)變電仿真功能的基礎(chǔ)上重點模擬光電互感器、智能終端和合并單元等智能設(shè)備的工作原理;按照該站三層三網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式模擬了MMS網(wǎng)、GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測功能;模擬智能化保護(hù)測控裝置的功能;模擬信息一體化平臺集監(jiān)控、五防及智能站高級應(yīng)用的功能。2.系統(tǒng)的軟件設(shè)計220kV智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)分析計算技術(shù)、圖形技術(shù)和仿真技術(shù)的集成。該系統(tǒng)采用純軟件仿真,結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括仿真支撐系統(tǒng)軟件、信息一體化平臺軟件、智能化保護(hù)系統(tǒng)軟件和就地系統(tǒng)軟件,其中仿真支撐系統(tǒng)又包含了教員軟件功能和電力系統(tǒng)計算模型。圖1中的五部分功能相互獨立和完整,設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口,通過TCP/IP協(xié)議(網(wǎng)絡(luò))完成數(shù)據(jù)交互。(1)管理前后的仿真系統(tǒng)架構(gòu)本系統(tǒng)開發(fā)了完全建立在Windows平臺上的SimulationDevelopmentSupportingSystem2000version(SDSS2000)仿真支撐系統(tǒng)軟件,它是整個仿真系統(tǒng)的控制、管理中樞,集仿真管理、仿真開發(fā)和仿真培訓(xùn)功能于一體。在仿真管理方面,它是仿真系統(tǒng)的核心,負(fù)責(zé)通信管理、數(shù)據(jù)分布管理、系統(tǒng)配置管理、權(quán)限管理、應(yīng)用程序接口管理和仿真時間管理等。其他仿真應(yīng)用軟件之間不直接通信,所有的數(shù)據(jù)交互根據(jù)各仿真應(yīng)用軟件的需求由仿真支撐系統(tǒng)調(diào)度。在仿真開發(fā)方面,它采用模塊化建模方式,支持多用戶建立、修改、調(diào)試和運行模型。在模塊化建模環(huán)境中,根據(jù)仿真設(shè)備的物理規(guī)律和工作原理,構(gòu)成抽象模型,通過輸入、輸出和系數(shù)的配置建立模塊,并依據(jù)物質(zhì)流向和控制信息流向?qū)⑦@些模塊一一連接起來。在仿真培訓(xùn)方面,它提供了豐富的培訓(xùn)功能,如初始運行方式管理、仿真培訓(xùn)系統(tǒng)運行或凍結(jié)、故障設(shè)置和操作記錄等功能,使教員組織培訓(xùn)更加方便靈活。(2)圖形界面、數(shù)據(jù)庫的共享傳統(tǒng)變電站的監(jiān)控系統(tǒng)和五防系統(tǒng)是兩套相互獨立的系統(tǒng),有各自的圖形界面和數(shù)據(jù)庫,而智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)和五防系統(tǒng)合二為一,采用一體化模式,兩者能夠相互嵌入、相互切換,實現(xiàn)圖形界面和數(shù)據(jù)庫的共享。與傳統(tǒng)變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)相比,信息一體化平臺軟件采用一體化模式,集監(jiān)控和五防功能于一體。一方面作為監(jiān)控系統(tǒng)軟件,模擬數(shù)據(jù)采集處理及變電站運行監(jiān)控、事件和報警處理及人機(jī)回話等,實現(xiàn)常規(guī)站后臺機(jī)功能,同時新增加了一鍵順控、智能告警等智能變電站特有的高級應(yīng)用功能;另一方面作為五防系統(tǒng)軟件,嵌入到監(jiān)控系統(tǒng)中,保留就地間隔內(nèi)電氣設(shè)備的電氣聯(lián)鎖,同時通過以太網(wǎng)相互通信,交換設(shè)備狀態(tài),實現(xiàn)站控層、間隔層和過程層三級防誤閉鎖功能。(3)監(jiān)視和操作裝置繼電保護(hù)系統(tǒng)軟件,模擬保護(hù)小室中智能化保護(hù)裝置、合并單元和交換機(jī)等裝置,供學(xué)員監(jiān)視和操作,實現(xiàn)信息檢查、面板信號指示燈復(fù)歸、壓板投退及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視等功能。(4)智能變電站的特征就地系統(tǒng)軟件模擬電流采集器、智能終端、斷路器及刀開關(guān)操作機(jī)構(gòu)等戶外設(shè)備,供學(xué)員完成戶外設(shè)備巡視、缺陷查找和設(shè)備就地操作等功能。系統(tǒng)創(chuàng)新點與常規(guī)變電站相比,智能變電站具有一次設(shè)備數(shù)字化,二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、集成化,運行管理智能化的重大變革。智能變電站強(qiáng)調(diào)全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化、易擴(kuò)展、易升級、易改造和易維護(hù)等顯著技術(shù)特征。因此,為適應(yīng)智能變電站的發(fā)展,仿真培訓(xùn)系統(tǒng)也需要有所創(chuàng)新。1.智能變電站的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成智能變電站的網(wǎng)絡(luò)是智能組件(IED)進(jìn)行信息采集和交換的主要通道,也是智能變電站的重要組成部分。根據(jù)該智能變電站的設(shè)備分層,其網(wǎng)絡(luò)有:站控層、過程層和間隔層網(wǎng)絡(luò),分別組網(wǎng)彼此獨立。間隔層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)由傳輸電流電壓采集信息的SV網(wǎng)和傳輸開關(guān)量信息的GOOSE網(wǎng)組成,SV網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)彼此獨立;站控層網(wǎng)絡(luò)是所有二次設(shè)備向監(jiān)控后臺傳輸信息的主通道。其網(wǎng)絡(luò)如圖2所示。(1)線路間隔網(wǎng)絡(luò)圖網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸包括兩種方式:網(wǎng)絡(luò)采集及輸出、直接采集及輸出。網(wǎng)絡(luò)采集及輸出是指通過過程層網(wǎng)絡(luò)獲取或輸出信息,如:測控裝置;直接采集及輸出是指不通過過程層網(wǎng)絡(luò)而通過間隔層網(wǎng)絡(luò)直接獲取和輸出信息,不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等通信設(shè)備,如各間隔的保護(hù)裝置。圖3為線路間隔網(wǎng)絡(luò)圖。不論是哪種數(shù)據(jù)傳輸方式均需要有相同的數(shù)據(jù)格式,在該系統(tǒng)中,將網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)格式定義為數(shù)據(jù)品質(zhì)位、數(shù)據(jù)檢修位和實際數(shù)據(jù)三部分。數(shù)據(jù)品質(zhì)位代表數(shù)據(jù)是否完好,當(dāng)接收到數(shù)據(jù)品質(zhì)位為1時,接收端裝置將此數(shù)據(jù)置為無效,并報警;數(shù)據(jù)檢修位代表數(shù)據(jù)是否為裝置檢修壓板投入時的數(shù)據(jù),當(dāng)接收到數(shù)據(jù)檢修位為1時,接收端的裝置將此數(shù)據(jù)置為無效或仍參與計算但不出口,并報警;實際數(shù)據(jù)只有在品質(zhì)位和檢修位均為0時,數(shù)據(jù)才為有效數(shù)據(jù)。(2)sv網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測原理智能變電站中網(wǎng)絡(luò)是信息采集和交換的主要通道,網(wǎng)絡(luò)的完好與否關(guān)系著信息能否實時、準(zhǔn)確且可靠地傳輸,與變電站的安全穩(wěn)定運行息息相關(guān)。在該系統(tǒng)仿真開發(fā)中,將網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測分為兩個部分:SV網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和GOOSE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測。SV網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測原理是采用數(shù)據(jù)接收端監(jiān)測數(shù)據(jù)源端的模式,通過數(shù)據(jù)接收端監(jiān)測數(shù)據(jù)的完好性即監(jiān)測數(shù)據(jù)品質(zhì)位,當(dāng)數(shù)據(jù)品質(zhì)位非零時,發(fā)出告警信息。如:線路合并單元和線路保護(hù)間SV網(wǎng)絡(luò)故障,線路保護(hù)將會發(fā)出SV通道異常的告警信息;GOOSE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測原理是數(shù)據(jù)接收端和源端互相監(jiān)測的模式,通過GOOSE網(wǎng)絡(luò)中的信息接收端設(shè)備監(jiān)測其接收的數(shù)據(jù)信息完好性的方式監(jiān)測其收信通道及數(shù)據(jù)源的工作狀態(tài)。如:線路保護(hù)和母線保護(hù)間GOOSE網(wǎng)絡(luò)故障,若是線路保護(hù)至母線保護(hù)通道故障,則母線保護(hù)會發(fā)出GOOSE通道異常的告警,若是母線保護(hù)至線路保護(hù)通道故障,則線路保護(hù)發(fā)出GOOSE通道異常的告警,均是接收端設(shè)備發(fā)出告警。2.自動轉(zhuǎn)換系統(tǒng)所謂一鍵順控是指通過自動化系統(tǒng)的單個操作命令,根據(jù)預(yù)先規(guī)定的操作邏輯和五防閉鎖規(guī)則,自動按規(guī)則完成一系列斷路器和隔離開關(guān)的操作,最終改變系統(tǒng)運行狀態(tài)的過程,從而實現(xiàn)變電站電氣設(shè)備從運行、熱備用、冷備用和檢修等各種狀態(tài)的自動轉(zhuǎn)換。一鍵順控整個過程無須人工操作,可以大大提高操作效率和減少誤操作的風(fēng)險,也縮短了操作時間。一鍵順控仿真通過對每一張順控操作票進(jìn)行建立數(shù)學(xué)模型實現(xiàn),每個順控操作票都是相互獨立的,采用這種實現(xiàn)方法能夠在變電站有擴(kuò)建、增容等變化時,及時修改、增加新的順控操作票,方便后期的維護(hù)修改。順控操作的數(shù)學(xué)模型必須同時滿足后臺監(jiān)控系統(tǒng)和智能單元兩個部分的五防閉鎖邏輯才能完成。后臺監(jiān)控系統(tǒng)保存全站的五防閉鎖邏輯,而智能單元僅保存所有與本間隔操作、與本間隔相關(guān)的跨間隔電壓等級操作所需的五防閉鎖邏輯。其軟件實現(xiàn)流程如圖4所示。3.裝置內(nèi)部軟壓板的變化智能變電站的保護(hù)裝置是在常規(guī)裝置的基礎(chǔ)之上發(fā)展而來,原理基礎(chǔ)和常規(guī)裝置無差異,但比常規(guī)裝置更人性化,由于光纖完全取代了以前的硬接線,有效減少了人為不穩(wěn)定因素,可靠性更高。智能化保護(hù)裝置最大的改變莫過于取消了常規(guī)的硬壓板,僅保留了檢修壓板,取而代之的是裝置內(nèi)部新增軟壓板。其次軟壓板又增加了以前沒有的SV壓板和GOOSE壓板。在常規(guī)保護(hù)的基礎(chǔ)上完善了遠(yuǎn)方修改和調(diào)定值的功能。SV壓板即SV接收壓板,控制相應(yīng)的通信鏈路是否進(jìn)行自檢。GOOSE壓板分為兩類:①出口控制壓板,當(dāng)保護(hù)動作之后是否驅(qū)動相應(yīng)的GOOSE開出位。②接收壓板,控制相應(yīng)的通信鏈路是否進(jìn)行自檢。保護(hù)裝置的檢修壓板在裝置檢修時投入,此時輸出的數(shù)據(jù)檢修位置為1,輸入的數(shù)據(jù)需要比較數(shù)據(jù)檢修位與裝置自身的檢修壓板,只有兩者一致時才對信號進(jìn)行處理。當(dāng)裝置檢測到檢修位不一致時,將有數(shù)據(jù)接收端裝置發(fā)出檢修不一致的告警信息。4.仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)方式一般來說,當(dāng)變電站發(fā)生異?；蚴鹿蕰r,傳統(tǒng)處理過程是運行人員按照規(guī)程、經(jīng)驗及現(xiàn)場情況進(jìn)行判斷處理的過程,這種方式不僅要求值班員非常熟悉變電運行規(guī)程、規(guī)范及設(shè)備運行要求,而且需要較長的分析判斷時間。因此,需要建立智能告警系統(tǒng)自動完成故障分析判斷的過程。在該仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中的實現(xiàn)方式為:首先建立故障推理數(shù)據(jù)庫,通過對主要的異?；蚬收项愋瓦M(jìn)行歸納分類,總結(jié)其故障現(xiàn)象、故障信息,形成數(shù)據(jù)庫;其次,根據(jù)異?；蚬收习l(fā)生時的故障信息將其與故障推理數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,推理出可能的異?；蚬收辖Y(jié)論。系統(tǒng)功能220kV智能變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)硬件由兩臺計算機(jī)構(gòu)成,一臺安裝仿真支撐系統(tǒng)軟件,一臺安裝信息一體化平臺軟件、智能化保護(hù)系統(tǒng)軟件和就地系統(tǒng)軟件,兩臺計算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連,完成數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)中除了模擬常規(guī)變電站仿真系統(tǒng)中的一次和二次故障及異常、低壓交直流故障,還模擬了智能變電站所特有的智能組件、網(wǎng)絡(luò)和直跳網(wǎng)絡(luò)故障。該仿真培訓(xùn)系統(tǒng)仿真了智能變電站的工作環(huán)境,從其功能設(shè)置上看,主要有正常操作、設(shè)備巡視和事故演習(xí)及處理三方面的培訓(xùn)功能。1正常操作一方面可以通過在信息一體化平臺學(xué)習(xí)操作票的開取、修改和執(zhí)行等常規(guī)的操作模式;另一方面可以學(xué)習(xí)智能變電站特有的一鍵順控操作功能。2模擬變電站設(shè)備異常情況主要用于培訓(xùn)學(xué)員查找設(shè)備缺陷、發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常的能力。可以模擬變電站各種設(shè)備的異常情況,如:斷路器SF6泄露、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)失電等。學(xué)員通過對設(shè)備進(jìn)行巡視,查找異常設(shè)備,判斷缺陷類型和嚴(yán)重程度,并及時處理。3仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計方案模擬用于培訓(xùn)學(xué)員判斷和處理事故的能力。該仿真培訓(xùn)系統(tǒng)模擬了大量的故障,可以由教練員通過故障設(shè)置對話框設(shè)置。教練員可單獨設(shè)置一次、二次故障或網(wǎng)絡(luò)故障,也可組合一次、二次故障和網(wǎng)絡(luò)故障。根據(jù)聲光報警信號、保護(hù)動作信號、簡報內(nèi)容和指示燈等信息進(jìn)行分析判斷故障的性質(zhì)和位置,按照規(guī)程要求進(jìn)行匯報、處理。結(jié)束語2