数字物理混合仿真技术对培训的应用
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随着现代化智能电网的建设规模越来越大，电网结构和运行方式日趋复杂，使得各级检修及运行人员必须不断提高专业技能及运行管理水平以适应电网的快速发展。有效防范灾难性大停电事故的发生。建设一套与实际相结合的变电站仿真系统可以实现各级检修及运行人员的离线技能培训，通过仿真模拟变电站的真实运行工况及各类型故障，提高相关人员的技能水平。本文主要介绍贵阳供电局与北京科东电力控制系统有限责任公司合作开发的多级联合仿真培训系统TS2000的总体结构，阐述了该系统若干关键技术的实现以及现场应用效果。
1系统结构
变电站数字物理混合仿真培训系统的总体结构如图1所示。其中数字仿真系统实现变电站及相关局部电网的实时仿真数据量的模拟。原有的变电站测控系统实现对全站工况的的监控与报警。数字仿真系统产生的数字信号通过高速总线发送给接口及模拟部分。从而实现与真实变电站一致的培训环境。数字仿真系统基本功能简介如下：（1）实时电网及全电网仿真服务器。实时电网服务器负责运行教学变电站相关的电磁暂态仿真程序，由双CPU构成，一个CPU用于仿真计算，另一个运行通信及协调软件，为信号输入输出接口提供准确、可靠的数字信号源。（2）调度员学员台。该子系统为学员提供真实的控制中心环境和SCADA软件功能。实时电网仿真程序模拟前置机向SCADA系统发送仿真电网的遥信遥测数据。调度员学员台可仿真数据采集和更新、派生数据计算和数据处理、越限和变位监视、拓扑着色、报警处理和人机界面等SCADA软件功能。
2关键技术及其实现
数字物理混合仿真接口技术数字物理混合仿真接口保证了实时地将数字量转换为模拟量。系统采用PCI总线技术将各功能模块紧密集成。数字模拟转换器精度为16位，具有多路同步D/A转换输出的能力。实时操作系统通过软件信号驱动数字模拟转换器、开关量输入输出器，电网实时仿真数字信号经数模转换、电流和电压功率放大器处理后转换为足以驱动变电站实际二次设备的电流、电压模拟量。实际设备的位置辅助触点连接至开关量输入器，当位置发生变化时，辅助触点的电位发生变化，开关量输入器根据采集端子的电位可以判断出状态变化并将其转换为0或1的数字量。同时，中断服务例程定时通过PCI总线读取开关数字量，从而实现开关或刀闸状态的采集。
3小河教学基地实施方案
在原有的小河教学变电站二次回路中，接入仿真系统，模拟现场CT、PT二次侧电压电流，采集相关开关量状态，将变电站二次设备驱动起来。其他一、二次设备均采用原有综合自动化设备不做改动。3.1 硬件系统配置3.1.1仿真服务器为了满足系统性能要求，实时仿真计算机的具体配置为CPU：2颗2.13GHzIntelXeon四核4MBCache，4GB内存，146GBSAS硬盘，15KRPM，网络适配器：100/1000MBAdapter2块3.1.2教员机教员机主要用于教案编制、运行方式的整定、一二次故障设置、系统维护管理、数据组织和对学员的监管等功能。采用DELLOPTILEX960MT，具体配置为：英特尔(R)酷睿(TM)4核处理器Q94002.9GHZ，2G内存，250GB硬盘，PCI1000M网卡，显卡：ATIRadeonHD4870512M独立显卡，键盘、鼠标、电源线，19寸宽屏液晶显示器，操作系统软件为windowsXPprofessionaledition操作系统。3.1.3信号输入输出接口装置信号输入输出接口装置是I/O信号扩展转换箱，高速、高精度同步输出数字模拟转换器，高速通信及开关量输入输出系统，电流、电压功率放大器构成。3.2 软件配置操作平台采用Linux实时操作系统，应用软件根据小河教学变实现功能的情况配备：仿真软件支撑平台软件，交互式、全过程电磁暂态仿真软件，I/O接口软件。
4现场应用情况
110kV小河教学变采用数字物理混合技术进行仿真，其主接线如图2所示，小河教学变及相关电网一次设备仿真采用数字仿真进行模拟，通过信号输入输出接口装置驱动小河教学变的二次设备。图3是母线发生CA相永久接地故障的仿真结果，其中从图3可以看出：在t=100ms时发生设定的故障，110kV#1母线的C和A相电压降低为0，110kV#1进线中A和C相由额定电流增大至1.63kA（有效值），在t=200ms时，110kV#1进线的母线侧开关三相跳闸后切断故障电流，110kV#1进线电流和110kV#1母线电压均降低为0。表明该培训仿真系统可以达到严格的实时性要求。
5结论
本文介绍数字物理混合仿真技术在小河教学变电站的运用。解决了目前现有仿真系统与实际脱离、培训效果不佳的缺点，成功实现了变电站综合自动化系统与仿真系统的联合一体化仿真。从而使的培训人员，在一个真实的环境中得到锻炼，提高自身的技能水平。
作者：颜晨