数字-物理混合变电站培训仿真系统研究

变电站培训仿真系统能够营造与真实变电站具有相同或高度相似的环境,体现变电站的运行状态和再现变电站的事故场景,并提供可操作的变电站设备,进而可以讲解变电站的运行原理、常规的倒闸操作、以及对突发事故的处理操作。逼真的仿真环境和出色的培训教学功能,已经成为提高变电人员的技术水平以确保电力系统安全稳定运行的最为有效的培训工具。针对电力培训部门“优先选用真实设备(保护设备和自动装置),尽量保证仿真变电站与真实变电站相一致”的变电站培训仿真系统的设计要求,本文做了以下研究工作。首先,分析了变电站培训仿真系统的技术需求,结合一次系统仿真部分的技术特点提出了变电站培训仿真系统设计与实施的总体方案。讨论了一次系统运行状态的判断方法。采用了故障转移法简化站内仿真模型,提出了根据实物部分设备动作信号进行预仿真的策略,降低了计算量,以达到实时仿真的目的。其次,研究了基于相量法的变电站一次系统的仿真思想与实施方案。讨论了变电站一次系统的开关、变压器、母线、线路等设备模型以及故障模型,相量代数方程的求解方法。以一次系统状态变化时的信号相量作为预计算的条件,利用信号合成技术,提出了实时生成VT电压、CT电流模拟量的实施方案。再次,研究了基于差分法的变电站一次系统的仿真思想与实施方案。讨论了变电站一次系统的变压器、线路、电动机的暂态模型。为使一次系统暂态模型适用于并行计算,使用异步替代法和线路分布参数模型将一次系统仿真模型分割为多个子网络,并论证了异步替代法的稳定条件。针对仿真模型参数变化时计算时间可能超过给定的仿真步长的问题,提出了超实时仿真、欠实时仿真相结合的预仿真方案与VT电压、CT电流缓冲输出机制。最后,在对数字化变电站IEC61850标准过程层总线通讯规范的解析基础上,讨论了数字化变电站仿真特点和可行的实施方案,给出了采样值报文、开关量GOOSE报文接收与发送的方法。