CN101635106A - 集控站仿真培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了集控站仿真培训系统，该系统的硬件包括工教台、监控机、五防机、保护屏微机、3D就地台和平面就地台；所述工教台、监控机、五防机、保护屏微机、3D就地台和平面就地台通过网络设备组成交互式以太网，在所述的硬件上安装运行模块化仿真培训系统程序，该模块化仿真培训系统程序包括系统支撑模块、电气模型仿真模块、监控仿真模块、保护屏图形仿真模块、五防仿真模块、3D就地台模块和平面就地台模块，本发明以简单的模块化结构组件仿真培训系统，增强仿真培训功能、降低了造价，有利于提高集控站运行的安全性、可靠性和经济性，适用于我国地市级供电电网管理。

Description

集控站仿真培训系统

技术领域

本发明涉及电力行业供电管理技术领域，尤其是涉及一种集控站仿真培训系统。

背景技术

集控站是当前变电站运行管理的新型模式，也是未来的主流模式，因此集控站仿真培训系统对于提高集控站和变电站值班人员的运行管理水平，具有重要意义。随着集控站/变电站自动化系统程序功能的扩展，计算机技术的发展，对集控/变电站运行人员水平的要求也越来越高，同时对值班人员的培训模式也提出了新的要求。集控站仿真培训系统要力求通过对电力系统运行状况的仿真，向学员提供真实、方便、灵活的培训环境，让学员在身临其境的培训过程中，模拟处理各项正常运行状态和事故状态下的工作事务，以丰富其运行经验，提高集控/变电站人员的专业水平和事故时的快速反应能力。然而现有的集控站仿真培训系统要么功能不强可靠性差，要么结构复杂、构建成本较高，因此，现有的集控站仿真培训系统并不适合任何电网，尤其对于数据量不算庞大的地市级电网不适合。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集控站仿真培训系统，其功能强、造价低，有利于提高集控站运行的安全性、可靠性和经济性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的集控站仿真培训系统，包括计算机系统、网络设备、音响设备和电源设备，所述计算机系统的硬件包括工教台、监控机、五防机、保护屏微机、3D就地台和平面就地台；所述工教台、监控机、五防机、保护屏微机、3D就地台和平面就地台通过所述网络设备组成交互式以太网，在所述计算机系统的硬件上安装运行模块化仿真培训系统程序，该模块化仿真培训系统程序包括系统支撑模块、电气模型仿真模块、监控仿真模块、保护屏图形仿真模块、五防仿真模块、3D就地台模块和平面就地台模块。

进一步，所述网络设备主要采用10/100Base-TX交换机。

本发明的有益效果是：

本发明的集控站仿真培训系统采用安装在计算机系统上的模块化软件程序，并配设高速数据交换系统，从而组建成为功能较强、可靠性较高、造价较低的集控站仿真培训系统，该集控站仿真培训系统尤其适合我国地市级供电电网管理，针对对数据量不算庞大的地市级电网，精确模拟参比受控变电站一次系统潮流分布、故障电压和故障电流，精确模拟集控站监控系统的操作、显示和报警，精确模拟受控变电站保护系统动作过程，精确模拟受控变电站户外巡视和操作过程，本发明提供受控变电站集控站运行人员提供受控变电站户外巡视、倒闸操作、异常和事故演示和异常和事故处理等方面的培训项目，能显著提高运行人员正常操作和巡视水平，大大提高运行人员对事故的反应能力、对事故的判断能力和对事故的处理能力，同时培养运行人员的全局观念和系统观念，最终达到提高集控站运行的安全性、可靠性和经济性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图为本发明的系统配置图示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例(鹤壁公司220kV集控站仿真培训系统)对本发明作进一步描述。

一、本实施例仿真培训系统的仿真对象及仿真范围

220kV集控站仿真培训系统以鹤壁供电公司220kV灵山集控站为仿真对象，该站集控1个220kV变电站、5个110kV变电站，分别是：110kV高村桥变电站、110kV淇滨变电站、110kV冷泉变电站、110kV袁庄变电站、110kV海河变电站。各变电站均设有若干台主变压器及辅助设备。变电站根据情况不同配置有不同的保护装置，包括微机保护装置、数字式线路保护装置、电容器保护装置、馈线保护装置或者其他变压器保护装置。

220kV集控站仿真培训系统将精确模拟参比受控变电站一次系统潮流分布、故障电压和故障电流，精确模拟集控站监控系统的操作、显示和报警，精确模拟受控变电站保护系统动作过程，精确模拟受控变电站户外巡视和操作过程。具体包括各种电网各种正常运行工况和发生各种故障、电网潮流分布、电网故障电流、故障电压分布，变电站各器件的正常操作、线路测控、保护及信号逻辑，母线测控、保护及信号逻辑，变/电容器测控、保护及信号逻辑，变压器有载调压装置控制及信号逻辑，低压交流系统电压，电流计算、低压交流系统测控、保护及信号逻辑，集控室监控机画面、显示、操作和信号，主控制室测控屏、保护屏画面、显示、操作和信号，户外配电装置画面、显示、操作和信号，一次设备和二次装置各种异常信号等。

二、本实施例仿真培训系统的系统构成及原理

本实施例的220kV集控站仿真培训系统由硬件系统和软件系统构成。

其中，硬件系统由计算机系统、网络设备、音响设备、电源设备等组成。计算机系统全部采用性能卓越、稳定、可靠的商务型微型计算机，包括工教台、监控机、五防机、保护屏(即保护屏微机)、3D就地台(即三维就地台微机)和平面就地台(平面就地台微机)，共6台微机；通过高速数据交换机以太网形式实现各设备之间数据的快速、可靠传输。

如附图所示，本实施例的硬件系统配置为：硬件系统包括工教台、监控机、五防机、保护屏微机、3D就地台和平面就地台6台微机，除3D就地台微机外，其他5台配置相同。

工教台、监控机、五防机、保护屏、平面就地台微机采用以下配置：主机CPU：酷睿双核2.6G Hz，内存：2G，硬盘：80GB，显卡：Geforce 9500GT，网卡：10/100M自适应网卡，操作系统：Microsoft Windows XP professional中文版，标准键盘，光电鼠标，显示器：19”液晶显示屏。

3D就地台硬件采用的配置为：主机CPU：四核Q6600，内存：4G，硬盘：80GB，显卡：双Geforce 9800GT，显存：512MB，网卡：10/100M自适应网卡，操作系统：Microsoft Windows XP professional中文版，标准键盘，光电鼠标，显示器：19″液晶显示屏。

本实施例仿真培训系统的网络系统配置为DLink 10/100Base-TX交换机、网线等，本实施例的仿真培训系统中的音响采用普通音响。

本实施例仿真培训系统还包括在硬件系统上安装运行软件系统，该软件系统即模块化仿真培训系统程序，该模块化仿真培训系统程序包括系统支撑模块、电气模型仿真模块、监控仿真模块、保护屏图形仿真模块、五防仿真模块、3D就地台模块和平面就地台模块。

本实施例仿真培训系统的软件系统采用先进的模块化建模技术，在仿真开发支撑系统环境下研制开发的全范围集控站仿真培训系统。

本实施例中的系统支撑模块采用SDSS2000(Simulaion DevelopmentSupporting System 2000 version)支撑系统软件，该SDSS2000支撑系统软件是由河南电力仿真培训中心自行开发研制成功的通用型仿真开发支撑系统软件。它建立在32位Windows平台下，支持多用户，支持全模块化建模，支持在线修改和调试模块参数，它为仿真培训系统的研制人员提供了强大的开发工具，同时也提供了丰富的工/教台功能。

本实施例中的电气模型仿真模块严格按照鹤壁电网一次接线图、电气参数和受控变电站设计图纸、厂家资料、保护说明书和现场运行规程进行编程，精确仿真了受控变电站正常运行、异常和事故情况下的静态过程、动态过程和逻辑关系。

本实施例中的监控仿真模块对受控变电站监控机的监视、控制、操作和信号功能进行全仿真，逼真度高。

本实施例中的保护屏图形仿真模块对受控变电站保护室的保护屏和测控屏室进行全仿真。采用虚拟盘台形式，即用数码相机拍摄素材，根据照片绘制保护屏/开关柜画面，画面逼真，操作反应迅速。

本实施例中的五防仿真模块对220kV灵山变电站五防系统进行仿真。

本实施例中的3D就地台模块对220kV灵山变电站户外配电装置进行全仿真，户外配电装置采用三维虚拟现实技术实现仿真，可真实模拟户外巡视和户外操作，并实时记录、播放巡视内容。

本实施例中的平面就地台模块对110kV高村桥变电站、110kV冷泉变电站、110kV袁庄变电站、110kV淇滨变电站、110kV海河变电站户外配电装置进行全仿真，户外配电装置采用平面图形实现仿真，简单实用，可全面模拟户外巡视和户外操作。

由以上的硬件、软件系统构成的220kV集控站仿真培训系统功能强、造价低、为220kV集控站提供了一个强有力的培训工具。

三、本实施例仿真培训系统模块功能实现及优点。

1.系统支撑模块

系统支撑模块是仿真培训系统软件系统的核心，采用由河南电力仿真培训中心自行开发的SDSS2000支撑系统软件，完全建立在32位Windows平台上的模块化支撑系统软件。SDSS2000支撑系统软件从功能上主要分为系统服务、工程师台功能和教练员台功能，它的主要优点是：模块化建模，即所有模型软件全部采用模块化设计，模型开发人员可以方便地进行建模和调试工作，同程序化设计的方法相比，模型软件易于扩充和修改，调试方法先进；动态库链接，算法源程序经过编译以后，无需退出支撑系统就可以重新装载；变量/模块跟踪调试，为开发人员提供强大的调试工具；系统具有多种图形显示，包括系统状态、变量监视、故障监视、网络监视等，图形技术采用OpenGL编程，画面美观，显示信息丰富；实时系统资源监测，显示当前各运行周期占用CPU时间；系统提供了许多方便于模型开发人员进行开发的功能，例如变量的自动管理、模块的智能复制和数据库的自动保存功能等；算法的源程序全部采用C++高级语言，代码体积小、执行效率高；网络通讯的周期为100毫秒，盘台设备的操作反应迅速，仿真逼真度高；采用Microsoft Access作为数据库管理系统，Miscrosoft Access数据库具有功能强大、灵活易用等特点，通过ODBC的方法实现数据库的网络共享；全中文环境，人机界面友好，完全采用Windows32应用程序的界面标准，开发人员很容易掌握使用。

SDSS2000支撑系统软件提供强大的系统服务、工程师台功能和教练员台功能。其中，系统服务功能主要包括用户登陆服务、日志管理、网络通讯服务、算法动态链接库管理；工程师台功能主要包括：提供电气系统建立、修改和调试模型软件的环境、实时调度、执行模型软件、建立和维护管理算法数据库、建立和维护变量数据库、建立和维护模块数据库、建立和维护数据库之间的对应关系、丰富的统计和查询功能；教练员台功能主要包括仿真培训系统正常的运行和冻结、初始条件管理(系统提供200个初始条件可供教练员选择)、故障管理(包括设置、取消单个故障、复合故障，可以图形显示故障状态，其中故障状态包括未设置、设置但未发生、已发生等)、复位功能、返回功能、重演功能、主要参数曲线监视、外部参数监视、负荷调整(可以调整各站负荷的有功和无功)、运行日志(能自动记录学员进行的操作和检查过程，并可以进行修改)、巡视记录、远方关机等功能。

2.电气模型仿真模块

本仿真培训系统的电气模型仿真模块的程序都采用Visual C++编写。Visual C++是美国微软公司推出的开发工具，是为高级程序设计人员提供的一个编写Windows应用程序的强有力工具，在其环境下开发的应用程序执行效率高，资源占用合理。

运行电气模型仿真模块的程序能够精确模拟受控变电站各种设备的物理特性，不仅能够粘确模拟一次设备，而且能够模拟二次元件；不仅能够模拟正常运行，而且能够模拟异常和事故状态；能够模拟各种故障和异常424个。电气模型仿真模块的程序主要有下列数学模型：鹤壁地区电网，鹤壁地区电网拓扑计算模型，鹤壁地区电网潮流计算模型，鹤壁地区电网故障分量计算模型，变电站线路测控、保护和信号逻辑模型，变电站母线测控、保护和信号逻辑模型，变电站所用变/电容器测控、保护和信号逻辑模型，变电站主变压器冷却器控制、信号逻辑模型，变电站变压器有载调压装置控制、信号逻辑模型，变电站低压交流系统电压、电流计算模型，变电站低压交流系统测控、保护和信号逻辑模型，变电站低压直流系统电压、电流计算模型，变电站低压直流系统测控、保护和信号逻辑模型等等。

3.监控仿真模块

监控仿真模块是对集控站监控机的仿真，能够实现真实集控站监控机上所有的操作、显示。该软件具有动态操作、动态显示、参数监视、故障报警、遥信显示、报警信息分类等功能。

监控仿真模块的程序采用分级菜单结构，调出系统画面的响应时间小于0.3秒，动态刷新时间为0.1秒。具有方便的可修改性和可扩充性，可以方便地在线和离线进行系统画面和动态特性的修改、添加。

4.五防仿真模块

五防仿真模块是对220KV灵山变电站五防机的仿真，能够实现现场五防机的功能。在该机上，模仿现场五防机的开票过程，遵循五防逻辑，进行操作票的开取、校验。

5.保护屏图形仿真模块

保护屏图形仿真模块是对受控变电站的测控屏和保护屏的仿真。采用DirectDraw显示技术，将需要显示的盘台和盘台上的仪表、旋钮、开关、液晶等实时显示于计算机的屏上。该保护屏图形仿真模块逼真度高，操作反映速度快，灵活性好，画面调出时间小于0.1秒，动态刷新速度快。在进行开关操作、指针旋转、切换各种画面的仿真中，鼠标一点即动，使人几乎感觉不到有响应时间。保护屏图形仿真模块完成受控变电站主控制室保护屏的液晶报告、信号指示、信号复归和压板操作的仿真。通过实景菜单的方式，可以选取任一个保护屏，并对每个动态点进行实时的各种操作(开关的开合、按钮的按动、压板的投入及退出)和各种动态显示。

保护屏图形仿真模块实现对每一保护屏的推拉功能，即对保护屏看不到的部分可以用鼠标进行拖动，将其拉入显示屏内进行观察和相应的操作，从而直观的再现了元器件多且盘面大的保护屏。该保护屏信号量大，本机操作用变量13927个，与主机交换的逻辑量为8491个，模拟量为2572个。在信号分析处理部分进行了准确定位，分层处理，尽可能地减少信号处理量，既保证了信号的正常传输又保证了动态画面实时显示。

6.3D就地台模块

3D就地台模块是对220kV灵山变电站户外配电装置进行的仿真，在本项目中，独立研发的三维虚拟仿真(3D Virtual Simulation)支撑系统采用了国际领先的图形开发平台技术，该支撑系统能优化OpenGL和DirectX底层核心技术，结合Visual C#.NET编程，可以动态加载大型三维场景，可一次加载超过四百多个三角面，满足大型三维模型实时渲染的需求。该项技术在国内处于领先水平。在该支撑系统下开发的三维实时仿真程序不仅能够1∶1绘制整个变电站三维模型，而且可以进行三维交互、动作模拟等。可以由客户操纵从任意一个角度互动性地观察场景，犹如身临其境。采用三维虚拟技术使220kV集控站仿真培训系统的功能更强、故障更多、设置更灵活(例如：一次系统可以设置各种故障，例如瓷瓶裂缝、接触点过热、带电拉刀闸等)。

7.和平面就地台模块

和平面就地台模块是对110kV高村桥变电站、110kV冷泉变电站、110kV袁庄变电站、110kV淇滨变电站、110kV海河变电站户外配电装置进行的仿真，户外配电装置采用平面单线图实现显示和操作，重要的设备可弹出相应面板进行仿真，简单实用，可全面模拟户外巡视和户外操作。

鹤壁供电公司220kV集控站仿真培训系统是一台全范围、全物理仿真培训系统，它仿真区域内的受控变电站主控制室监控机所有操作、显示和事故音响，仿真保护盘的液晶报告、信号指示、信号复归和压板操作，仿真10kV高压室和380V低压配电室的开关柜操作和指示，仿真户外配电装置的巡视、操作和显示。

220kV集控站仿真培训系统电气量的计算是根据鹤壁电网一次接线图，现场实际设备和不同运行方式，按照牛顿-拉夫逊算法对正常潮流进行计算编程，按照对称分量法对故障分量进行计算编程，控制、保护和测量的逻辑关系是严格按照受控变电站的设计图纸、微机保护说明书、保护方案、现场运行规程等资料进行编程，所以仿真培训系统的电气参数显示、控制、保护和信号的动作逻辑与被仿变电站完全一致。

220kV集控站仿真培训系统建成后，能为220kV集控站运行人员提供受控变电站户外巡视、倒闸操作、异常和事故演示和异常和事故处理等方面的培训项目，能显著提高运行人员正常操作和巡视水平，大大提高运行人员对事故的反应能力、对事故的判断能力和对事故的处理能力，同时培养运行人员的全局观念和系统观念，提高集控站运行的安全性、可靠性和经济性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.集控站仿真培训系统，包括计算机系统、网络设备、音响设备和电源设备，其特征在于：所述计算机系统的硬件包括工教台、监控机、五防机、保护屏微机、3D就地台和平面就地台；所述工教台、监控机、五防机、保护屏微机、3D就地台和平面就地台通过所述网络设备组成交互式以太网，在所述计算机系统的硬件上安装运行模块化仿真培训系统程序，该模块化仿真培训系统程序包括系统支撑模块、电气模型仿真模块、监控仿真模块、保护屏图形仿真模块、五防仿真模块、3D就地台模块和平面就地台模块。

2.根据权利要求1所述的集控站仿真培训系统，其特征在于：所述网络设备主要采用10/100Base-TX交换机。

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