智能变电站混合仿真培训系统的架构研究
摘要：文章介绍了智能变电站混合仿真培训系统的整体架构，智能变电站仿真培训系统按照一次设备、互感器及过程层合并单元、智能终端采用真实设备还是模拟装置，可以采取几种不同方式的组合方案，以适用于不同的培训需求。本智能变电站混合仿真培训系统的组合方案提供先进、完善的智能变电站的运行维护人员培训手段，将在智能电网技术培训中发挥重要的作用，对推动我国智能电网建设产生深远的影响。
关键词：智能变电站，仿真培训，架构，合并单元，智能终端
中图分类号：TM632 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）15-0004-03
近些年来，随着社会经济的快速发展，为了满足电力节能、环保、高效、可靠、稳定和可持续发展的要求，智能电网的建设势在必行。
随着智能电网技术的快速发展，电子式互感器、智能高压电器、光纤以太网络和IEC 61850通信标准等技术在智能变电站中逐步得到了推广应用。诸多新技术、新设备在智能变电站得到应用，智能变电站运行人员往往对这些新技术、新设备缺乏了解，大多数运行维护人员没有掌握智能变电站的运行和检修技术，因此急需对智能变电站运维人员、检修人员进行全面的智能变电站实训。现有常见的面向传统综自变电站的仿真培训系统已经远远不能满足智能变电站运行人员的培训要求。
随着新建及改造的智能变电站不断增多，国内外学者及研究机构已经开始研究智能变电站的仿真，并取得了一系列的成果。一些实时电磁暂态仿真软件，包括RTDS，加拿大魁北克TEQSIM公司开发的HYPERSIM、ADPSS等，已经应用于智能变电站仿真研究，但现有的商用实时仿真系统主要面向实验研究和分析测试，很少用来进行智能变电站的相关培训。
本文所研究的智能变电站数字物理混合仿真培训系统，实现和现场二次设备配置一致的模拟环境，提供先进、完善的智能变电站的运行维护人员培训手段。将在智能电网技术培训中发挥重要的作用，对推动我国智能电网建设产生深远的影响。
1智能变电站混合仿真培训系统整体架构
智能变电站是遵照IEC 61850标准，分为站控层、间隔层和过程层的三层体系架构。智能变电站混合仿真实训系统是将二次设备、时间同步系统、直流系统等真实设备，与智能电网实时仿真平台、面向智能变电站培训的电磁暂态仿真软件、符合实时IO接口装置、电子式互感器（或模拟设备设备）、智能一次设备（或模拟设备）、过程层合并单元、智能终端（或模拟装置）、商务服务器以及教员系统有机结合于一体的智能变电站闭环仿真系统。
智能变电站混合仿真培训系统的通信网络采用“直采直跳”方式，通过点对点或网络方式实现过程层和间隔层设备连接。智能变电站仿真系统包括培训教员机、实时仿真器和智能变电站模拟设备。其中：实时仿真器包含智能电网实时仿真核心单元、人机模块、时间同步模块和实时IO接口；智能变电站模拟设备包括合并单元、智能终端、电子式互感器、一次设备、互感器二次信号、二次回路等模拟装置。
2智能变电站混合仿真实训系统建设方案研究
根据培训需求的差异，可以选择以下三种方式，也可以采用各种不同方式的组合方案。
2.1过程层采用模拟装置的方案
过程层模拟装置主要包括合并单元和智能终端模拟装置，本方案如图1所示。
2.1.1合并单元模拟装置
合并单元（Merging Unit，简称MU）是智能变电站过程层的重要设备。MU主要功能是同步采集多路电子式互感器（ECT/EVT）输出的数字信号，汇总后按照标准规定的格式输出给二次设备（保护、测控、录波及交换机等设备）。
合并单元模拟装置遵照IEC 61850-9-2标准，模拟过程层合并单元发出的通信报文，将电磁暂态仿真计算结果波形实时转化为通信信息发送，实现与真实保护测控装置、故障录波装置及交换机等设备的连接，为间隔层设备提供真实可靠的仿真数据源，实现智能变电站中合并单元的模拟。还可对合并单元异常运行状态进行模拟，例如合并单元通道异常、数据抖动、数据包丢失等异常和故障情况。
2.1.2智能终端模拟装置
智能变电站中保护出口逻辑通过以太网以GOOSE（通用面向对象的变电站事件）的形式输送给智能终端，同时接收来自二次设备的下行控制命令，实现对断路器的实时控制。智能终端实现开关的智能操作，是智能变电站的重要组成部分。
智能终端模拟装置采用IEC6 1850标准GOOSE实现智能变电站内输入输出状态量信息通信的仿真，成为间隔层和过程层信息交互接口，实现智能终端通信功能模拟。智能终端通信仿真设备可以模拟GOOSE通信报文，仿真智能单元变位信息上送和遥控功能。
2.1.3过程层采用模拟装置具有的特点
①节约投资。合并单元和智能终端具有数量多、功能类似的特点，采用模拟装置可以不必配置真实的过程层设备，大大降低投资。
②过程层采用模拟装置不但可以模拟合并单元、智能终端的正常功能，还可以进行过程层异常模拟，可以解决真实设备难以设置故障的问题，以便开展过程层设备运行维护培训。
③该方案的问题是过程层采用模拟装置，和现场配制存在差异，尚不能进行相关设备安装接线的培训。
2.2一次设备和互感器采用模拟装置的方案
一次设备模拟装置包括电子式互感器和智能一次设备模拟装置。该方案过程层采用合并单元和智能终端等真实装置，一次设备采用模拟装置。如图2所示。
2.2.1电子式互感器模拟装置
电子式互感器模拟装置是模拟电子式互感器输入输出信号的设备，可以按照现场配置与过程层设备相连，主要用于过程层合并单元和智能终端等装置运行和检修技能的实训。能实现电子式互感器模拟装置控制、通信和管理，可对电子式互感器正常运行特性和异常状态进行详细、完整的模拟。
2.2.2智能一次设备模拟装置
智能一次设备模拟装置包括智能断路器、刀闸、主变及操作机构模拟装置，可以模拟一次设备的状态信息和控制量，通过电缆接线和智能终端连接。可以和断路器模拟器组合仿真现场运行情况，达到培训智能终端的目的。能实现开关、刀闸等智能一次设备及其操作机构模拟装置的控制、通信和管理；可对开关、刀闸特性及故障、操作机构特性及故障进行详细、准确的模拟。
2.2.3该方案的特点
①与现场高度一致的仿真培训环境，便于开展完整的智能变电站运行培训。
②采用真实过程层设备，可以进行过程层合并单元和智能终端安装、接线和检修的培训。
③该方案投资较方式一高，不能模拟合并单元和智能终端的异常信号。
2.3一次设备和互感器采用真实设备的方案
一次设备和互感器采用真实设备，仿真系统模拟互感器测量回路二次量和一次设备操作回路。模拟装置包括电子式互感器二次信号和一次设备操作回路模拟装置。如图3所示。
①电子式互感器二次信号模拟装置。仿真电子式互感器模拟量输入，直接加到电子式互感器测量回路中，可以进行电子式互感器功能培训。
②一次设备操作回路模拟装置。实现一次设备操作，同时采集设备状态。
③该方案的缺点是设备投资很大，培训操作中真实设备容易损坏，而且操作噪声比较大；培训规模受到很大限制。
2.4组合方案
为实现综合培训功能，达到全面培训的效果，采用组合的构建方案，满足全方位、多层次的培训需求。如图4所示。
根据实际培训需求，以上四种方案均可采用，以达到良好的培训效果。
3结语
智能变电站混合仿真培训系统可以采用以上几种不同的配置方案，以适应不同的培训需求。该系统为继电保护专业、自动化专业、变电运行专业的学生、学员建立了综合培训平台，可以为智能变电站提供生产技能培训、鉴定、竞赛、装置功能分析测试，并可以进行各种二次回路故障查找及处理培训。该培训系统对现场运行人员进一步了解智能电网的新技术、新设备，并掌握智能变电站的运行和检修技术，具有极其深远的意义。
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