CN1619568A - 地区电网三级联合仿真培训系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种借助计算机的电网仿真培训系统，属于电网管理培训设施技术领域。本发明借助加载于计算机网络操作系统之上的仿真运行支撑系统，通过DTS－TTS(电网仿真一变电站仿真)协议过程，合理巧妙地实现了电网仿真、变电站集中监控仿真、变电站仿真的有机联合，因此构成了完整一致的地区电网三级联合仿真培训系统，从而可以满足对地区电网运行人员进行全面完整培训的需要。

Description

地区电网三级联合仿真培训系统

技术领域

本发明涉及一种仿真培训系统，尤其是一种借助计算机的电网仿真培训系统，属于电网管理培训设施技术领域。

背景技术

目前，地区电网的运行管理有三部分构成：调度中心、变电站集中监控中心和变电站。这三部分在地区电网运行过程中是密不可分的，它们之间是既有分工又有协作，任何一个环节出现问题都将影响到地区电网的安全稳定和经济运行。

随着我国国民经济的高速发展，每年有大量新的变电站和新的一二次设备投入运行，地区电网的规模也在不断扩大。因此对地区电网运行人员的培训是非常必要和迫切的。

据申请人了解，目前对地区电网运行人员的培训除了传统的理论学习、现场跟班学习外，已逐步发展到在仿真系统上进行仿真培训。现有用于地区电网运行人员培训的仿真系统有用于电网调度员培训的电网调度员仿真培训系统和用于变电站运行人员培训的变电站仿真培训系统，这类现有系统分别由具备以下功能的硬件设施构成局域网：

教员席计算机——用以编制教案、试题，设定方式、故障，通过网络下载培训内容，监视管理各学员终端，根据培训内容赋予各学员终端不同的权限，监视和控制培训进程，对系统运行状态进行监测维护，完成系统的各种编辑功能、数据组织管理；

学员席终端——用以直接提供人机交互操作界面；

服务器——用以存储各种历史数据和管理信息数据，收录教案、试题库、典型方式案例、学员档案、操作记录、多媒体文件；

其中的调度员仿真培训系统服务器中包括含有以下内容的电力系统仿真模块：

●母线模型——为了和实际系统中的母线保护相匹配，实际厂站中的母线一律予以保留；

●交流线路——采用π型回路；

●HVDC直流输电线模型——根据仿真要求建立直流输电系统的稳态模型，只计及换流器与控制系统的稳态特性，能模拟不同运行方式、控制模式下的运行状况；

●变压器模型——采用T型等值电路；

●电抗器模型——用一接地支路来模拟，其电抗值为正值；

●电容器模型——用一接地支路来模拟，其电抗值为负值；

●开关模型——有线路开关，变压器开关，发电机开关，负荷开关；

●刀闸模型——有母线刀闸，线路刀闸，旁路刀闸，母地刀闸，线地刀闸，中性点地刀，母线地刀等；

●负荷模型——负荷考虑恒阻抗和恒功率部份，并能反映电压和频率的变化特性；

●网络拓扑模型——根据各刀闸与开关的实际开合状态来判断各母线与线路的联通状况，以构成各岛内节点的联通状况，提供潮流计算所需的网络结构；

●动态潮流模型——对各孤立系统不断进行动态潮流计算，可以解出各系统中因事件(故障或操作等原因)造成较大增加/减速功率时的系统潮流；

●频率计算模型——根据各孤立系统有功出力和负荷的大小，计算各孤立系统各时刻的加速功率的大小，并根据运行特性、负荷特性的数学模型来确定各孤立系统的频率，在计算系统频率时考虑了发电机的转动惯量和一次调频的作用；

●继电保护模型——线路保护有高频、方向、零序、距离；发电机保护有速断、过励、失磁、失步；变压器有差动、瓦斯、过流、各种后备保护，母线有各种差动保护等；

●安全自动装置模型——模拟电网内常用的自动装置，有低频减载、低压解列、低频解列、振荡解列、连切机、连切负荷开关、连切线路、自动重合问、低频自起机、高频切机和分布式稳控装置等。

其中的变电站仿真培训系统服务器中包括含有以下内容的控制中心仿真模块：

●500kV、220kV、110KV、35kV仿真变电站；

●包括变压器、开关、互感器、电容器、电抗器、GIS组合电器、刀闸、母线、接地变、消弧线圈、避雷器、耦合电容器、所变等在内仿真一次设备；

●包括控制盘、中央信号屏、保护盘、直流盘、交流盘及其它装置屏等在内的仿真二次设备；

●微机型、集成电路型和电磁型(并可根据需要增加新的类型)仿真继电保护及自动装置；

●通过3D图形技术、动画和声音等多媒体技术实现的仿真变电站一二次设备巡视；

●变电站综合自动化系统仿真包括设备仿真和人机界面功能的仿真，并可根据需要增加新的综合自动化系统类型的系统界面。

现有技术存在的问题是，由于上述两套系统是各自独立的，因此不能进行联合培训。另外，至今尚无完整的变电站集中监控中心仿真培训系统。由此可以说，目前的仿真培训系统是分散的、不完整的，不能实现对地区电网的整个生产过程全仿真。

具体来说，现有的电网仿真培训系统存在以下缺陷：

1、缺乏完整性——现有的仿真培训系统不能完整地考虑地区电网、变电站集中监控中心和变电站相互作用、相互影响关系，因而不能对地区电网生产运行过程实现全仿真。

2、缺乏一致性和真实性——在地区电网的生产运行过程中，调度中心、变电站集中监控中心和变电站三个部分是一个密不可分的有机整体，地区电网中的正常、异常和事故处理都是三个部分运行人员相互协作共同完成的。而现有的仿真培训系统没有完整地考虑整个地区电网的模型，缺乏和实际地区电网生产过程的一致性，因而也不具有较好的真实性。无法考虑电网调度员与变电站集中监控中心运行人员综合训练(术语、规范、汇报、执行命令等训练)。

发明内容

本发明的目的在于：针对以上现有技术存在的缺点，通过构筑公用平台——仿真运行支撑系统将现有技术有机结合在一起，提出具有完整一致的地区电网三级联合仿真培训系统，从而满足对地区电网运行人员的进行全面完整培训的需要。

为了达到以上目的，本发明的地区电网三级联合仿真培训系统包括组成网络的

教员席计算机——用以编制教案、试题，设定方式、故障，通过网络下载培训内容，监视管理各学员终端，根据培训内容赋予各学员终端不同的权限，监视和控制培训进程，对系统运行状态进行监测维护，完成系统的各种编辑功能、数据组织管理；

学员席终端——用以直接提供人机交互操作界面；

服务器——用以存储仿真模块、历史数据和管理信息数据，收录教案、试题库、典型方式案例、学员档案、操作记录、多媒体文件；

所述服务器包括

——含有仿真开关刀闸、遥测数据、遥信状态、越限告警信息、开关事故变位信息、保护动作信息、中低频减载及电容器动作信息、培训控制信息的地区电网仿真服务器(以下简称DTS)；

——和含有保护压板、遥信状态、信息的变电站集中监控仿真服务器(以下简称TTS)；

此外，还包括加载于计算机网络操作系统之上的仿真运行支撑系统，所述仿真运行支撑系统通过接口分别与电网仿真培训服务器和变电站集中监控仿真服务器联通，并借助以下的DTS-TTS(电网仿真—变电站仿真)协议过程完成电网仿真、变电站集中监控仿真、变电站仿真的有机联合：

A、培训前

——DTS仿真开关刀闸初始化，为厂站端提供培训初始遥信状态，并将DTS中开关刀闸状态送给TTS；

——为厂站端提供培训初始遥测数据断面，将DTS中遥测数据送给TTS；

——将DTS中设置好的教案送给TTS；

——将TTS中所有退出的保护压板送给DTS；

——将DTS中设置好的教案中会造成保护的误动及拒动送给TTS，或者将TTS中设置好的教案中会造成保护的误动及拒动送给DTS；

——将DTS中设置好的教案中的开关的误动及拒动信息送给TTS，或者将TTS中的教案中会引起开关的误动及拒动信息传给DTS；

B、培训中：

——将DTS中变化的遥测数据送给TTS；

——将DTS中变化的遥信状态送给TTS，并将TTS中变化的遥信状态送给DTS；

——将DTS中电网故障信息送给TTS；

——将DTS中越限告警信息和开关事故变位信息送给TTS；

——将DTS中保护动作信息送给TTS；

——将DTS中低频减载及电容器动作信息送给TTS；

——将TTS中误操作信息(带负荷拉刀闸，带负荷合刀闸)送给DTS；

C、培训状态：

——将DTS培训控制信息送给TTS。

由于本发明中加载于计算机网络操作系统之上的仿真运行支撑系统通过DTS-TTS(电网仿真—变电站仿真)协议过程合理巧妙地实现了电网仿真、变电站集中监控仿真、变电站仿真的有机联合，因此构成了完整一致的地区电网三级联合仿真培训系统，从而可以满足对地区电网运行人员进行全面完整培训的需要。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一个实施例的硬件平面布置示意图。

图2为图1实施例中应用软件系统结构图。

具体实施方式

实施例

本实施例为南京地区电网三级联合仿真培训系统，其硬件如图1所示。该系统网络采用100M以太网单网结构，通过交换机构建。网络通信采用国际标准的TCP/IP网络协议，具备与外网联网能力，具备可扩展性，在需要时可增加节点及接口，既可以配置成地区电网三级联合培训系统，也可以配置成单独的调度员仿真培训系统和变电站集中监控仿真(包括变电站仿真)培训系统。

系统配置如下：

A、教员席

在地区电网三级联合培训系统配置下，教员席由调度员教员席和变电站集中监控教员席(包括变电站)组成。

教员席用于教员编制教案、试题，设定方式、故障等，通过网络下载培训内容，监视管理各学员终端，可以根据不同的培训内容和对象赋予各学员终端不同的权限以限制其使用范围，监视和控制培训进程。对系统运行状态进行监测维护，完成系统的各种编辑功能、数据组织管理。

B、学员席

在地区电网三级联合培训系统配置下，学员席由调度员学员席和变电站集中监控学员席和变电站学员席组成。

作为学员培训终端，学员席直接提供人机交互操作界面。调度员学员席提供调度自动化系统人机界面，变电站集中监控学员席提供变电站集中监控系统人机界面，变电站学员席提供变电站主控制室及一次设备人机界面。

C、服务器

在地区电网三级联合培训系统配置下，服务器由电网仿真培训服务器和变电站集中监控仿真服务器组成。服务器负责存储各种历史数据和管理信息数据，收录教案、试题库、典型方式案例、学员档案、操作记录、多媒体文件等。系统通过电网仿真培训服务器和南京供电公司的调度自动化系统相联，取得实时数据。系统通过变电站集中监控仿真服务器与南京供电公司的MIS系统联网，可以实现远程培训功能。

D、网络设备及打印机

24端口网络交换机二台，A3激光打印机一台，网络附件一套。

E、防火墙

隔离外部网与内部网，提高网络通信的安全性。

F、视频控制器及投影仪

视频控制器及其附件一套，投影仪一台。

本实施例开发了电网仿真/集控中心仿真/变电站仿真的分布式软件开发平台。该系统吸收了国内外分布式控制与仿真系统软件支撑平台的设计思想，结合了电网仿真/变电站集控中心仿真/变电站仿真系统软件的特点，以其良好的扩展性和伸缩能力，能够满足各种规模地区电网三级联合仿真培训系统的需要。该仿真支撑系统建立在当前最流行的WINDOWS 2000/WINDOWS XP操作系统平台之上。加载于计算机网络操作系统之上的仿真运行支撑系统通过接口分别与电网仿真服务器和变电站集中监控仿真服务器中的变电站仿真、变电站集中监控系统仿真、仿真培训系统教员、电网仿真、地区调度端仿真模块联通，并借助以下的DTS-TTS协议过程完成仿真培训和变电站集中监控仿真的有机联合：

一)报文

所列报文类型：

报文类型	报文名	报文号
			全遥信报文	DTS_YXALL	1001
全遥测报文	DTS_YCALL	1002
			故障信息报文	DTS_FLTINF	1003
变化遥信报文	DTS_YXCHG	2001
			变化遥测报文	DTS_YCCHG	2002
告警信息报文	DTS_ALARM	2003
			保护动作信息报文	DTS_PRTACT	2004
低频减载及电容器动作信息报文	DTS_ADSACT	2005
			保护误动、拒动报文	DTS_PRTFAL	2006
保护压板报文	DTS_PRTYAB	2007
			开关误动、拒动报文	DTS_CBFAIL	2008
PT切换信息报文	TTS_PTSECT	2009
			培训控制信息报文	DTS_CNTROL	3001

a).培训前：

1.全遥信

作用：开关刀闸初始化，为厂站端提供培训初始遥信状态，将DTS中开关刀闸状态送给TTS。

传送方向：(DTS→TTS)

说明：按照开关刀闸对照表顺序传输

2.全遥测

作用：为厂站端提供培训初始遥测数据断面，将DTS中遥测数据送给TTS。

传送方向：(DTS→TTS)

说明：为了防止数据包过大，建议按照厂站发送数据包，每个厂站一包数据。为了适应变化遥测与遥测全遥测报文统一性，采用统一格式，通过类型宏定义来区别。如果需要新增加传输数据(如母线相电压等)，就可以不用修改报文格式，只要在类型宏定义中增加即可。

遥测类型宏定义：

数据类型	数据名	号
			线路有功	LN_P	1
线路无功	LN_Q	2
			线路电流	LN_I	3
主变高端有功	XF_H_P	4
			主变高端无功	XF_H_Q	5
主变高端电流	XF_H_I	6
			主变中端有功	XF_M_P	7
主变中端无功	XF_M_Q	8
			主变中端电流	XF_M_I	9
主变低端有功	XF_L_P	10
			主变低端无功	XF_L_Q	11

主变低端电流	XF_L_I	12
			主变高端分接头	XF_H_T	13
主变中端分接头	XF_M_T	14
			主变低端分接头	XF_L_T	15
母线线电压幅值(有名值)	BS_V	16
			母线线电压角度	BS_A	17
母线频率	BS_F	18
			负荷有功	LD_P	19
负荷无功	LD_Q	20
			负荷电流	LD_I	21
发电机有功	UN_P	22
			发电机无功	UN_Q	23
发电机电流	UN_I	24
			容抗有功	CP_P	25
容抗无功	CP_Q	26
			容抗电流	CP_I	27
母联旁路开关有功	MLPL_P	28
			母联旁路开关无功	MLPL_Q	29
母联旁路开关电流	MLPL_I	30

3.故障信息

作用：将DTS中设置好的教案(故障事件，不包含保护及开关的误动及拒动)送给TTS。

传送方向：(DTS→TTS)

说明：该报文也适用于培训过程中由教员随时增加的事件的传送以及TTS中误操作所触发的事件的传送。在DTS教案中设置的保护及开关的误、拒动另有报文处理。

4.保护压板报文

作用：将TTS中所有退出的保护压板送给DTS。

传送方向：(TTS→DTS)

说明：保护压板报文格式在TTS侧转换完成。TTS内部压板报文仍采用自己原来的格式。该报文也适用于：

a.)培训过程中TTS中对保护压板的操作；

b.)由DTS教员对保护压板的投退，报文由DTS→TTS。

c.)DTS的保护名称见附录。

压板报文包括：线路保护、旁路开关保护、变压器保护、母线保护、重合闸保护。

5.保护误动、拒动报文

作用：将DTS中设置好的教案中会造成保护的误动及拒动送给TTS。或者将TTS中设置好的教案中会造成保护的误动及拒动送给DTS。

传送方向：(TTS→DTS或DTS→TTS)

说明：该报文也适用于培训过程中由教员随时增加的保护的误动及拒动事件的传送以及TTS中增加的保护的误动及拒动事件的传送。

6.开关误动、拒动报文

作用：将DTS中设置好的教案中的开关的误动及拒动信息送给TTS。或者将TTS中的教案中会引起开关的误动及拒动信息传给DTS。

传送方向：(TTS→DTS或DTS→TTS)

说明：该报文也适用于培训过程中开关误动、拒动的传送。

b).培训中：

培训过程中的报文：

7.变化遥测

作用：培训开始后将DTS中变化的遥测数据(超过门槛值)送给TTS。

传送方向：(DTS→TTS)

说明：遥测类型宏定义见全遥测报文。

8.变化遥信

作用：培训开始后将DTS中变化的遥信状态送给TTS(只限于简单仿真站)。并将TTS中变化的遥信状态送给DTS。

传送方向：(TTS→DTS或DTS→TTS)

说明：培训开始后的遥信状态来自于TTS。只有部分简单仿真站的遥信由DTS→TTS。操作变位及事故变位都用变化遥信报文。

9.告警信息

作用：培训开始后将DTS中越限告警信息和开关事故变位信息送给TTS。

传送方向：(DTS→TTS)

说明：越限告警信息包括电压越限及恢复，电流越限及恢复，频率越限及恢复，变压器电流越限。开关事故变位信息包括保护和自动装置动作后的开关跳、合闸信息。

告警标识包括：开关跳闸、母线电压越限、母线频率越限、线路电流越限、变压器电流越限、母线电压恢复正常、母线频率恢复正常、线路电流恢复正常、变压器电流恢复正常。

10.保护动作信息报文

作用：培训开始后将DTS中保护动作信息送给TTS(只限于简单仿真站)。

传送方向：(DTS→TTS)

说明：保护各自判断，不用信息交互，该报文只限于简单仿真站。做法有两种：一是在DTS侧过滤，只送TTS简单仿真站的保护动作信息；二是DTS将所有的保护动作信息送给TTS，由TTS决定取舍。

11.低频减载及电容器动作信息报文

作用：培训开始后将DTS中低频减载及电容器动作信息送给TTS。

传送方向：(DTS→TTS)

说明：由于此信息只是用来显示，因而可以将信息组装完成后再发给TTS直接显示就可以了。

c).培训状态：

12.培训控制信息：

作用：将培训控制信息送给TTS。

传送方向：(DTS→TTS)

上述过程将电网仿真服务器和变电站集中监控仿真服务器有机结合在一起，完成了电网仿真、集控中心仿真和变电站仿真的一体化，实现了地区电网三级联合仿真培训，可以正确地反映电网、变电站集中监控系统和变电站之间相互作用、相互影响的关系，提高了整个仿真培训系统的真实性和正确性，使培训功能更加完善。

实践证明，本实施例的仿真培训系统使电网仿真、变电站集控中心仿真和变电站仿真一体化，实现了地区电网生产运行过程的全仿真，可以对地区电网运行人员进行全方位的仿真培训。

在调度员学员台上，变电站集控中心运行人员和变电站运行人员对全网物理结构、电网运行基本概念、电网调频、调压、倒闸操作、电网事故后恢复等基本知识进行训练，使他们比较全面地理解变电站重大操作的意义及作用(如变电站全站失压，恢复供电过程等)。同时，掌握一定的电网运行知识有助于集控中心运行人员和变电站运行人员根据变电站遥测、遥信等信息对事故及变电站应采取的措施有较正确的判断，能正确地向电网调度员汇报情况，有效地执行调度命令。

在变电站学员台上，地区电网调度员和变电站集控中心运行人员可以详细了解变电站一二次设备情况和生产运行过程，有助于正确理解调度自动化系统、变电站集中监控系统和变电站之间关系和信息流程，使他们在实际生产运行中做到心中有数。

在变电站集控中心学员台上，地区电网调度员和变电站运行人员可以了解变电站集中监控系统的功能和信息流程，有助于正确理解变电站集控中心在地区电网中“承上启下”的地位。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种地区电网三级联合仿真培训系统，包括组成网络的教员席计算机——用以编制教案、试题，设定方式、故障，通过网络下载培训内容，监视管理各学员终端，根据培训内容赋予各学员终端不同的权限，监视和控制培训进程，对系统运行状态进行监测维护，完成系统的各种编辑功能、数据组织管理；学员席终端——用以直接提供人机交互操作界面；

服务器——用以存储仿真模块、历史数据和管理信息数据，收录教案、试题库、典型方式案例、学员档案、操作记录、多媒体文件；

其特征在于：所述服务器包括

——含有仿真开关刀闸、遥测数据、遥信状态、越限告警信息、开关事故变位信息、保护动作信息、中低频减载及电容器动作信息、培训控制信息的电网仿真服务器；

——和含有保护压板、遥信状态切换信息的变电站集中监控仿真培训服务器；

还包括加载于计算机网络操作系统之上的仿真运行支撑系统，所述仿真运行支撑系统通过接口分别与电网仿真服务器(DTS)和变电站集中监控仿真服务器(TTS)联通，并借助以下的DTS-TTS协议过程完成电网仿真和变电站集中监控仿真的有机结合：

A、培训前

——DTS仿真开关刀闸初始化，为厂站端提供培训初始遥信状态，并将DTS中开关刀闸状态送给TTS；

——为厂站端提供培训初始遥测数据断面，将DTS中遥测数据送给TTS；

——将DTS中设置好的教案送给TTS；

——将TTS中所有退出的保护压板送给DTS；

——将DTS中设置好的教案中会造成保护的误动及拒动送给TTS，或者将TTS中设置好的教案中会造成保护的误动及拒动送给DTS；

——将DTS中设置好的教案中的开关的误动及拒动信息送给TTS，或者将TTS中的教案中会引起开关的误动及拒动信息传给DTS；

B、培训中：

——将DTS中变化的遥测数据送给TTS；

——将DTS中变化的遥信状态送给TTS，并将TTS中变化的遥信状态送给DTS；

——将DTS中电网故障信息送给TTS；

——将DTS中越限告警信息和开关事故变位信息送给TTS；

——将DTS中保护动作信息送给TTS；

——将DTS中低频减载及电容器动作信息送给TTS；

——将TTS中误操作信息送给DTS；

C、培训状态：

——将DTS培训控制信息送给TTS。

2.根据权利要求1所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：所述仿真培训支撑系统建立在WINDOWS 2000/WINDOWS XP操作系统平台之上，通过接口分别与电网仿真服务器和变电站集中监控仿真服务器中的变电站仿真、变电站集中监控系统仿真、仿真培训系统教员、电网仿真、地区调度端仿真模块联通。

3.根据权利要求1或2所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：通过电网仿真服务器与外界调度自动化系统相联。

4.根据权利要求3所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：通过变电站集中监控仿真服务器与外界远程培训系统联网。

5.根据权利要求4所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：所述保护压板报文格式在TTS侧转换完成，所述TTS内部压板报文采用原来的格式。

6.根据权利要求5所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：所述压板报文包括线路保护、旁路开关保护、变压器保护、母线保护、重合闸。

7.根据权利要求1所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：所述告警信息包括电压越限及恢复，电流越限及恢复，频率越限及恢复和变压器电流越限信息；所述开关事故变位信息包括保护和自动装置动作后的开关跳、合闸信息。

8.根据权利要求1所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：所述保护动作信息为在DTS侧过滤、送TTS简单仿真站的保护动作信息。

9.根据权利要求1所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：所述保护动作信息为全部送给TTS、由TTS详细仿真站决定取舍的保护动作信息。

10.根据权利要求1所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：所述电网故障信息包括线路、母线、变压器、开关、保护故障。

11.根据权利要求1所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：所述误操作信息为在TTS侧过滤、送DTS的误操作信息。

12.根据权利要求11所述地区电网三级联合仿真培训系统，其特征在于：所述误操作信息包括带负荷合刀闸，带负荷拉刀闸，带负荷合地刀。

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