220kV智能變電站數(shù)字物理仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研討

曹玥潔

摘 要：智能變電站數(shù)字物理仿真教培系統(tǒng)是將智能變電站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)控等基本功能。利用智能電網(wǎng)計(jì)算的電磁暫態(tài)仿真軟件，通信模塊采用GB/T860國家標(biāo)準(zhǔn)的IO接口，物理的智能變電站二次設(shè)備，監(jiān)控裝置，直流系統(tǒng)，二次回路，光電斷路器及刀閘操作機(jī)構(gòu)模擬裝置和教練員操控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成了完善的綜合教培平臺(tái)。為電力類高職院校師生教學(xué)、科研和企業(yè)員工崗前培訓(xùn)，從理論知識(shí)到專業(yè)技能進(jìn)行全范圍、全過程、全場景的教學(xué)實(shí)訓(xùn)。

關(guān)鍵詞：智能變電站;仿真系統(tǒng);數(shù)字物理混合型

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B 【文章編號(hào)】1008-1216（2016）11C-0067-02

近年來，隨著改革開放不斷深化，我國職業(yè)技術(shù)教育在教學(xué)模式和實(shí)訓(xùn)手段上進(jìn)行了創(chuàng)新發(fā)展，更加注重人才質(zhì)量培養(yǎng)的多面性，樹立創(chuàng)新的人才觀、質(zhì)量觀。在這樣的背景下，電力各類職業(yè)院校和培訓(xùn)中心更加重視將仿真技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)和科研中來，注重智能變電站培訓(xùn)基地的創(chuàng)新建設(shè)。

一、技術(shù)方案

（一）智能變電站的組成

智能變電站由過程層、間隔層、站控層三部分構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.過程層。

遙測量采用模擬的光電壓互感器、電流互感器、一次信號(hào)采用電壓源及電流源，所有設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)做成可視化模塊。合并單元采用真實(shí)的設(shè)備，同電壓互感器、電流互感器利用光纖通道組成完整的信息采用網(wǎng)絡(luò)。遙信量、遙控量采用模擬斷路器加智能匯控柜或智能操作箱的模式，實(shí)現(xiàn)智能斷路器的基本功能。

2.間隔層。

間隔層采用真實(shí)的數(shù)字化保護(hù)及測控裝置，按IEC61850協(xié)議同過程層及站控層組成智能變電站的監(jiān)控系統(tǒng)。

3.站控層。

依據(jù)220kV變電站的標(biāo)準(zhǔn)配置監(jiān)控后臺(tái)機(jī)及遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用國家電網(wǎng)公司所屬220kV變電站通用公司的產(chǎn)品。

（二）設(shè)計(jì)原則

智能變電站遵照DL860標(biāo)準(zhǔn)，與傳統(tǒng)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上具有本質(zhì)區(qū)別。需要針對(duì)智能變電站站控層、間隔層和過程層的三層結(jié)構(gòu)，制定出智能變電站仿真實(shí)訓(xùn)環(huán)境的整體方案。同時(shí)智能變電站在繼電保護(hù)及自動(dòng)化的專業(yè)實(shí)訓(xùn)方面，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上充分考慮了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，軟、硬件的配置上遵循兼容開放性原則，具有適度超前性，為后續(xù)系統(tǒng)升級(jí)和教學(xué)科研開發(fā)留有余地。

（三）體系結(jié)構(gòu)

智能變電站數(shù)字物理仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要包括智能電力網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真軟件和變電站電氣二次設(shè)備兩大部分，如圖2所示：

智能變電站數(shù)字物理仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)是由實(shí)時(shí)仿真核心單元，電氣一次設(shè)備模擬裝置、光電式互感器模擬裝置、智能操作箱，GOOSE網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置、各類設(shè)備保護(hù)裝置，教員機(jī)等設(shè)備組成。智能變電站二次設(shè)備依據(jù)電力規(guī)程，配置真實(shí)的繼電保護(hù)、測控設(shè)備、監(jiān)控后臺(tái)系統(tǒng)，合并單元，智能操作箱，直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備。

二、系統(tǒng)規(guī)模及實(shí)現(xiàn)功能

實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的內(nèi)容及規(guī)模按照標(biāo)準(zhǔn)220kV智能變電站設(shè)計(jì)，一次設(shè)備采用軟仿真，二次設(shè)備采用與智能變電站電力規(guī)程設(shè)計(jì)要求真實(shí)設(shè)備和間隔配置。

（一）智能電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)

智能電網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真結(jié)構(gòu)包括電力網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真核心單元，時(shí)鐘同步模塊，實(shí)時(shí)輸入輸出（IO）接口設(shè)備。智能電力網(wǎng)實(shí)時(shí)仿真軟件核心單元。實(shí)時(shí)IO接口具有模擬擴(kuò)展功能。依據(jù)實(shí)時(shí)電網(wǎng)仿真軟件的計(jì)算結(jié)果，IO接口以數(shù)字或模擬信號(hào)為各類繼保測控裝置提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高精度的模擬電壓、電流信號(hào)源，并能實(shí)時(shí)采控光電斷路器、隔離開關(guān)、接地設(shè)備的狀態(tài)反饋給電網(wǎng)仿真系統(tǒng)。

（二）仿真模擬裝置

1.光電式互感器模塊。

光電式互感器模塊是模擬光電互感器輸入輸出信號(hào)的一次主要設(shè)備?？砂凑赵O(shè)計(jì)要求配置并與智能變電站的過程層設(shè)備相接，主要用于過程層合并單元和智能終端等設(shè)備運(yùn)行和檢修技能的教學(xué)培訓(xùn)。

2.過程層智能終端模塊。

智能終端模擬接口模塊采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T860架構(gòu)，主要面向變電站時(shí)間（GOOSE）成為智能變電站間隔層和過程層各類信息交互接口，可完成智能終端信息功能模擬。同時(shí)終端通信仿真模塊可以實(shí)現(xiàn)GOOSE通信報(bào)文，仿真智能單元可實(shí)現(xiàn)信息上傳和對(duì)設(shè)備的遙控。過程層智能終端模擬接口模塊輸出全部采用光纖網(wǎng)絡(luò)接口，網(wǎng)絡(luò)接口帶寬不低于100Mbit/s。

3.過程層合并單元模塊。

根據(jù) GB/T860國家標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)過程層合并單元發(fā)出的信息報(bào)文，將靜態(tài)模擬信息或電磁暫態(tài)計(jì)算波形實(shí)時(shí)發(fā)送，為間隔層設(shè)備提供了可靠、精確的仿真數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)了智能變電站中合并單元的模擬。

合并單元模塊可采用集中配置方式，同時(shí)為確保仿真數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，不同合并單元的模塊采用獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)接口，網(wǎng)絡(luò)接口帶寬不應(yīng)低于100Mbit/s。

4.智能一次設(shè)備模塊。

由于資金、場地的限制，智能變電站一次設(shè)備，可采用先進(jìn)的3D技術(shù)模擬光電斷路器，刀閘，主變及操作機(jī)構(gòu)等設(shè)備?？梢阅M一次設(shè)備的各類狀態(tài)、信息和控制量。通過電纜接線盒、光纖終端連接，實(shí)現(xiàn)智能終端和間隔設(shè)備的軟仿真。同時(shí)可利用嵌入技術(shù)開發(fā)智能變電站一次設(shè)備，例如，光電斷路器、刀閘及操作機(jī)構(gòu)的模擬裝置，具體操作機(jī)構(gòu)有接點(diǎn)、接入設(shè)備端子箱，可考慮與光電互感器（TA、TV）端子箱組屏。這樣可以模擬光電斷路器，刀閘及操作機(jī)構(gòu)的正確操作和故障狀態(tài)下事故的分析和處理。

三、智能變電站二次設(shè)備

依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為了使實(shí)訓(xùn)場地滿足現(xiàn)場環(huán)境，要求配備以下二次電氣設(shè)備：

1.繼電保護(hù)設(shè)備。

包括220kV主變保護(hù)柜;220kV線路保護(hù)柜;220kV母線保護(hù)柜;110kV線路保護(hù)柜;10kV線路保護(hù)柜;故障錄波器屏;直流屏。配置數(shù)量依據(jù)電力規(guī)程而定。

2.監(jiān)控系統(tǒng)及設(shè)備。

包括操作員工作站兼工程師站;站控層網(wǎng)絡(luò)通信柜;衛(wèi)星時(shí)鐘接收和時(shí)鐘同步裝置;公用測控柜;220kV線路及母聯(lián)測控柜;110kV線路及母聯(lián)測控柜;主變測控裝置。

3.過程層設(shè)備。

主要包括不同電壓等級(jí)的合并單元，如10kV線路間隔合并單元;10kV電容間隔合并單元;10kV主變間隔合并單元。智能終端（智能操作箱），其中包括：220kV線路智能終端;220kVPT智能終端;110kV線路智能終端;110kVPT智能終端;主變智能終端;10kV線路智能終端;10kVPT智能終端。

四、結(jié)束語

目前，隨著特高壓建設(shè)進(jìn)入實(shí)用化階段，風(fēng)電、光伏等新能源也要陸續(xù)接入電網(wǎng)，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性要求更高，對(duì)作為智能電網(wǎng)支撐點(diǎn)的變電站提出了新要求。比如，優(yōu)化資源配置，智能設(shè)備之間應(yīng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的互聯(lián)互通，支持采用系統(tǒng)級(jí)的運(yùn)行控制策略，提供高級(jí)應(yīng)用，與大用戶，調(diào)度相鄰變電站之間協(xié)同互動(dòng)等內(nèi)容。

220kV智能變電站數(shù)字物理仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能夠模擬和現(xiàn)場完全一致的工作環(huán)境，對(duì)電網(wǎng)安全生產(chǎn)、設(shè)備、維檢等崗位員工的培訓(xùn)有著重要意義，使各職業(yè)院校在各種工況下進(jìn)行技術(shù)的分析和智能控制系統(tǒng)的研究創(chuàng)新成為可能。

參考文獻(xiàn)：

[1]周鑫.變電站數(shù)字物理混合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)（北京），2006.

[2]馮軍.智能變電站原理及測試技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2012.