期刊论文基于信息技术的变电站仿真培训系统研究概要.docx

1、期刊论文基于信息技术的变电站仿真培训系统研究概要第卷第期年月文章编号：（）水电能源科学基于信息技术的变电站仿真培训系统研究马鹿马瑾王小平（黄河上游水电开发有限责任公司，青海西宁；青海省电力公司，青海西宁）摘要：介绍了一种基于电力企业信息技术的变电站培训仿真系统。基于变电站实际操作的内容与规程，利用先进的计算机信息技术与电力系统仿真技术，设计了以物理器件模拟仿真作为操作平台，以计算机数字仿真模拟提供后台数据支持，并以信息技术使其结合运行的新型实用化变电站仿真培训系统。实际应用结果表明，系统能较好地满足对电力系统运行人员培训的各项要求。关键词：变电站；仿真培训；信息技术中图分类号：；文献标志码：统

2、，仿真了变电站在正常和事故条件下的各种操概述变电站运行情况直接影响电网运行的安全性作以及电网的实时反应。本文根据研制该系统的具体过程，介绍了设计思想和实现方法。及供电质量。据统计，电力系统中的事故很大一部分是人为造成的，有时由于运行人员处理不及时、甚至误操作而造成事故扩大化。因此，为确保电力系统安全可靠合理地运行，对变电运行人员的培训是非常必要的。在当前的各种培训方式中，利用计算机技术与电力系统仿真技术相结合的培训仿真系统具有明显的优越性。在仿真系统上接受培训时，对于正常操作和实际设备上很少发生而又必须准确无误进行处理的故障操作都可灵活地反复练习，使受训者在短期内成为合格的操作人员。变电站仿真

3、培训的成功运用，不但可提高供电系统运行人员的技术素质，而且成为反事故的有力工具引。本文采用物理仿真与计算机数字仿真相结合的方式对青海某电网采用全数字仿真、变电站一次设备采用数字仿真、变电站主控室二次设备（控制屏台和保护屏台）采用：物理仿真，使仿真具有高度的真实性和一致性。对仿真屏台采用工控机网络在后台控制，并通过微机通信盘台与电网仿真系统相连，将电网与变电站仿真融为一体，使仿真的真实性和一致性更好。控制、保护台仿真系统（即变电站仿真部分）是青海某电网调度及变电站仿真系统的一个子系收稿日期：，修回日期：设计要求通过操作把手和隔离刀闸可设置系统相应的运行状态。根据系统对断路器所设置的状态和操作把手

4、所处的位置，红绿指示灯应给出相应的发光或闪烁发光。光字牌能及时显示系统警告或故障的状态。警铃及喇叭给出相应的音响。指示仪表能指示系统相应支路的电压、电流及功率。同期操作的仿真。有载调压主变分接头显示。保护功能投入或退出，保护方式切换，能闭环影响电网仿真。保护动作信号仿真，电网模拟故障，仿真实际保护的动作行为。系统硬件设计青海某变电站仿真系统的硬件结构见图。仿真盘台模型按仿真系统的真实性及一致性要求，比照青海某变电站二次盘台实际位置、尺寸、外观加工制作变电站的二次控制、保护、交直流电源盘，作为仿真环境。具体实现原则为：仿真控制盘上的光字排、刀闸、断路器操作开关、同期开关、操作按钮、信号指示灯、表

5、计均设计与实际控制盘相同。作者简介：马鹿（一），男，工程师，研究方向为电力工程设计与建设，：万方数据第卷第期马鹿等：基于信息技术的变电站仿真培训系统研究书控制屏台控制屏台微机通讯盘台总线工控机一总线工控机二通讯网卡通讯网线总线工控机三总线工控机四总线工控机五“。保护屏台。保护屏台保护屏台图青海某变电站仿真系统的硬件结构图仿真保护盘上的保护压板及切换开关均与实际保护盘相同。保护动作信号指示灯采取仿真功能的原则，对实际的不同类型的保护装置的动作信号均采用节能型光字集中显示，如原有电磁型保护（保护）动作信号为掉牌继电器、集成电路保护（保护）动作信号为指示灯、微机保护动作信号只能经液晶显示查寻等。仿真

6、盘微控制器及控制电路变电站仿真系统控制电路采用工业控制模式实现，核心部件为标准的工业控制机。控制机需要采集和输出以下几类信号：位置类信号。属开关型（型）输入量，信号一个位置点只有或两种状态。位置编码信号。属数字量（型）输入量，同一信号点有多个状态，如线路保护的重合闸方式。位置及保护动作指示信号。属开关型（型）输出量，决定指示元件的亮或灭。型模拟量。输出电压型模拟量以控制控制屏上的表头位置指示及同期表头的转动。针对不同类型的信号入出量，系统中需要选用专用的输入输出板卡来检测信号或输出仿真控制所需的控制信号。在用工控板卡控制屏台元件的实现环节上，可以有两种设计方案：方案用与实际控制屏台基本相同的继

7、电器控制电路，管辖屏台的工业控制机系统仅起输入、输出和通信的作用。方案采用全工业控制机系统的方法，将实际屏台中继电器的控制改用工业控制机系统的软件来模拟。方案可靠性好，但在培训变电站维修人员中一些培训项目会受到限制。本设计采用方案。根据上述设计思想，在工控机和盘台之间，系统具体采用了如图的硬件电路。万图、中，系统的工业控制机采用标准方数据器！把手压板车再册：；隔离刀闸网卡其它开出：辅助：光字指示灯。，电路二：！塞地生舆；：表计指示上位机仿真控制器转接仿真盘台图工控机系统与盘台之间的硬件连接工业控制总线、一单片机系统。由于屏台控制量较多，所以采用了五套各自独立的工业控制机系统，其中两套用于控制及

8、信号盘仿真，另三套用于保护盘仿真。系统通过网卡实现工控机之间以及与电网仿真系统间的通讯。控制及信号盘系统（、工控机系统采用单片机系统，控制屏台）包含各自的开入、开出、输出等单元，保护盘系统（工控机系统采用单片机系统，控制屏台）仅用于开入、开出，而无输出单元。在工控机系统与屏台之间的连接还引入了分接板和汇总板进行过渡。系统中除了个控制和保护屏台外还有一个专用的电源屏台，除了为各套工控机提供电源外也为各个元件的控制电路提供工业电源。系统为信号灯、警铃、光字牌、电表等元件均配备了各自的输出驱动电路，通过工控机开出板的输出信息实现控制。对刀闸和开关等输入元件设计了相应电路以提供输入板卡的采样信号。屏台

9、仿真系统中的同期表是用一单片机系统设计的智能型仪表，接受工控机的计算数据和控制信号，实时显示待并网线路两侧的电压差（表）、频率差（表）以及同期状况（表），适用于电站模拟培训装置的并网操作模拟。该同期表与工控机的通讯采用一串口方式，用一单片机的串行口直接控制。通信网卡和通信线路仿真盘台之间及仿真盘与青海某电网仿真系统之间的数据交换通过电力信息系统实现。仿真盘台间的局域网按照可靠性和实时性的原理构成。采用插在上位机及下位工控机的通讯网卡来构成网络，上位机与工控机的网络板分别为总线和总线接口。网络物理拓扑结构采用总线型以满足危险分散的要求。网络的访问策略采用令牌传递策略以避免由于访问竞争可能带来的长

10、时间阻塞，确保仿真盘与仿真系统间的数据交换的畅通。仿真盘局域网络的管理采用主从方式，水电能源科学即微机通讯盘作主机其余仿真盘的工控机作从机，每一工控机均经网络独立地与机交换数据。本通信网的数据交换能力达。软件设计变电站系统的仿真实现，由软件来模拟和控制完成仿真系统初始化、实现变电站各类正常操作、误操作事故演练、电网仿真结果显示、电网事故后变电站继电保护应对策略、值班员各类正常工况或异常工况应对策略功能。为准确实现变电站的仿真功能，盘台仿真软件分为初始状态检测、实时变位检测、动态刷新仿真结果、通信管理四大部分。要实现上述功能，每台仿真工控机单元及前置微机上都需有各自独立的软件来支持其工作，各个单

11、元既要独立完成对下辖盘台的控制，又需彼此协调快速实现相互之间及与电网之间大量的信息交换，使同一仿真任务在盘台各部分都有实时的反映。由于盘台控制元件（如开关、刀闸、电表）数量很多，所以程序设计中对信息传递的可靠性和速度都提出了很高要求。在模块化设计思想的指导下，为协调各个程序的统一工作，对元件的控制信息都作了统一编号。具体的编号原则是在内存中以四个字节反映一个元件的位置和状态信息。其含义：屏台号（）；态（）。变电站仿真部分的软件可分为控制盘台程序、保护盘台程序和微机通信盘台程序三个模块。控制盘台程序控制盘台程序包括、工控机的两套程序，其主要功能是仿真控制盘台的所有仿真操作及变电站仿真表计的显示。

12、在工控机运行的程序周期中，不断检测屏台面板上操作把手、按钮、同期开关和隔离刀闸等元件的状态，并将操作信息通过上位机送至电网仿真系统，电网仿真系统作出处理后，将断路器状态、指示仪表的读数和各种报警信息等数据返送回工控机。收到数据后，将读取的断路器状态、操作把手的位置信息及断路器当前状态相结合，从而决定了断路器新的状态。根据这些状态驱动相应的红绿指示灯发光或闪光，同时输出光字牌、警铃信息和表计显示等操作结果。万保护盘台程序包括方数据、工控机的三套程序，协同完成仿真保护盘的保护动作及保护设置的功能。图为保护盘台的程序框图。图保护盘台的程序框图保护仿真盘具体实现下列功能：变电仿真初态校对；盘台保护光字

13、试验、光字复归；变电站仿真保护动作发保护动作光字；压板状态改变，闭环控制，变电站仿真保护动作模型。前置微机通信程序为保证电网仿真与变电站仿真的一致性，前置微机担当电网仿真及盘台仿真问的数据交换，前置微机仿真软件运行于平台，向下作为工控机局域网的通讯主机，向上与电网仿真系统经通讯协议连接，其软件由以下六块构成：盘台初态自动校对；电网仿真数据下行至盘台；盘台仿真状态上传至电网仿真；盘台仿真调试；上行通讯（负责与电网仿真系统的通讯）；下行通讯（负责与工控机盘台的通讯）。上述六部分作为子程序集合在一个主程序中，完成了电网仿真及盘台仿真间的数据交换。仿真盘局域通讯网采用二层通讯协议：第一打包及校验；第二

14、层通讯协议面向仿真数据交换（顶层协议），即定义每一数据包代表一定意义的仿真数据。数据交换严格按协议进行。网络板为智能型网板，工业控制局电路，并有各为的发送数据与接收数据的缓冲空间。各网络板遵循相同的底层通讯协议可完线路号（）；元件号；元件状保护盘台程序局域网通讯软件层通讯协议面向（底层协议），实现数据块域网络接口板。该网络板自带、内存及外围成所有的网络底层操作，如编码生成、收码校验、网络初始化、结点机的上下网、故障处第卷第期马鹿等：基于信息技术的变电站仿真培训系统研究理、令牌的传递、令牌环的维护、信息的发送与接收及信号的检错、重发等。工控机主与网络板之间可直接通过工控机的外设口存取网板状态、报

15、文数据、待发数据。发送时将待发数据传送给网络板，由网板自行发送。接收时程序采用定时查询方式，检测状态口的数据信息，当数据就绪后读走所有数据。程序设计中需注意的是，为网络板选择合适的外设口地址，以免引起硬件冲突。各个盘台软件的通讯部分都约定了统一的通讯格式。程序中对从盘台工控机发往电网仿真系统的数据包称为上行文件，对从电网仿真系统返送回盘台的数据包称为下行文件，上行文件和下行文件都以字节为单位约定了固定的内容格式。各工控机的发送软件以固定的格式将待发数据写入网板，传送给电网仿真系统。接收软件从网板上读入所有数据后，根据约定的格式进行校验，然后将有效信息通过查表程序写入程序输出表对应位置，通过输出

16、使上位机的干预得以实现。由于通讯的速度和主机定时查询的速度都很快，因而确保了系统的实时性。抑制。在干扰影响下，单片微处理器在运行中若发生程序指针计数出错会使程序不能正常运行，因此在程序中设计了软件陷阱以控制程序自动恢复正常，还运用单片机空指令冗余和等软件设计技术，以保证系统稳定工作。在输入量采集上，程序采用了数字滤波以滤除随机干扰。此外，通讯环节也运用了多次校验手段以确保数据的正确传输。上述设计措施有效地保证了系统的可靠性。结语青海某电网调度与变电站仿真系统（）由电网计算机仿真与变电站盘台物理仿真相结合，逼真地再现了仿真对象主控室的环境及设备运行的静态和动态过程，是一个既能培训电网调度员又能培

17、训变电值班员的功能全、性能好、实用性强的仿真培训系统。其中变电站仿真系统具有真实性、一致性、实用性和可靠性的特点。已于年月投入运行，系统工作稳定，各项性抗干扰措施本系统抗干扰设计包括硬件和软件两部分。由于屏台外壳为接地的金属柜，所以对外界的干扰有较强的屏蔽作用。硬件的干扰主要在于工控机插槽内各块电路板卡间的相互影响，采取在电气和空间上对干扰进行隔离。板卡数量增多时干扰加大，故系统设计中采用五套各自独立的控制机抗干扰。在主控电路板和外围信号检测电路之间，采用光隔和继电器等电气隔离，并让它们在空间上远离。对于插槽内的每块电路板都经过精心设计和调试，运用地线分隔、单点接地、电源去耦等措施使电路板内部

18、器件之间的干扰得到有效能指标均达到了培训的要求。参考文献：吴文传，孙宏斌，张伯明，等基于标准的一体化系统的设计与开发电力系统自动化，（）：张慎明，姚建国调度员培训仿真系统（）的现状和发展趋势口电网技术，（）：张力平电网调度员培训模拟（）北京：中国电力出版，张红军，耿随心，陈春林编程详解北京：科学工业出版社，刘云生现代数据库技术北京：国防工业出版社，（，；，）：（），；：万方数据基于信息技术的变电站仿真培训系统研究作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：马鹿， 马瑾， 王小平， MA Lu， MA Jin， WANG Xiaoping马鹿,MA Lu(黄河上游水电开发有限责任公

19、司,青海,西宁,810008)， 马瑾,王小平,MAJin,WANG Xiaoping(青海省电力公司,青海,西宁,810008)水电能源科学WATER RESOURCES AND POWER2007，25(4)1次参考文献(5条)1.吴文传.孙宏斌.张伯明 基于IEC61790标准的EMS/DTS一体化系统的设计与开发期刊论文-电力系统自动化2005(04)2.张慎明.姚建国 调度员培训仿真系统(DTS)的现状和发展趋势期刊论文-电网技术 2002(07)3.张力平 电网调度员培训模拟(DTS) 19984.张红军.耿随心.陈春林 Visual C+6.0 编程详解 20025.刘云生 现代

20、数据库技术 2001相似文献(10条)1.期刊论文 惠海龙.万秋兰 大型变电站仿真培训的智能控制系统 -电力自动化设备2002,22(5)为了提高培训效率,达到更好的培训效果,对应用于变电站仿真培训中的智能控制系统进行了开发与完善.在介绍了智能控制系统中各模块的功能和实现方案的基础上,重点阐述了智能培训教案生成子系统和智能培训过程控制子系统的功能和实现.作为计算机教员,智能控制系统自动随机生成培训教案并对培训进程进行实时监控,提高了仿真培训的自动化水平.智能控制系统大大减轻了教员的工作量,使仿真培训更为规范化和科学化.2.学位论文 陈东亮 基于虚拟现实的微机变电站仿真培训系统平台 2007变电

21、站运行人员的个人技能是影响电力系统安全可靠运行的重要因素之一，因此，在运行人员正式上岗之前需要对其进行技能培训。目前，国内外已经开发出了许多变电站仿真培训系统，并取得了不错的效果。但其中大多数都是针对某个特定变电站开发的，通用性、可扩展性和维护性比较差，而且操作界面一般都是二维的窗口，真实性不高。本文针对这两方面的不足之处进行改进，提出了基于虚拟现实的微机变电站仿真培训系统平台。首先，本文采用面向对象的程序设计方法，对变电站系统进行分析，根据系统本身对数据信息的要求，采用关系型数据库来表示变电站的数据信息。并围绕着数据库信息，开发了室内二次设备编辑平台，事故现象和条件编辑平台，操作关系定义平台

22、和仿真培训模块。通过这些编辑平台来设置变电站的内容，并保存到数据库。仿真培训模块从数据库中读取变电站的相关信息，重新构建变电站，包括变电站设备及设备之间的关联，实现了系统的通用性。其次，本文引入了虚拟现实技术，通过OpenGL(Open Graphics Library)和3D Studio Max来构建三维的虚拟变电站场景，使得学员面对的不再是按钮和标签，而是实际设备的逼真的模型，大大提高了仿真培训界面真实性。同时利用OpenGL提供的交互功能，实现对虚拟设备的操作，并将操作结果在虚拟场景中展示出来，给予学员更直接直观的体验，大大提高了培训效果。本文构建的系统具备了软件仿真模式的灵活性、易维

23、护性，而且还实现了通用性，同时还提高了软件仿真模式的真实性，具有广泛的应用前景。3.期刊论文 杨宛辉.王勇.刘蔚.陈希正.张居团 变电站计算机仿真培训通用专家系统的研究 -郑州工业大学学报(自然科学版)1999,20(4)针对电力部门对变电站运行人员技术培训的实际需要,研制了变电站仿真培训通用系统.该系统利用多媒体技术,实现了变电站电气主接线模拟盘及保护屏的全软仿真,造价低,易于扩充,培训手段也更加灵活.运行结果表明,该系统具有较强的通用性与可维护性,为推广变电站计算机仿真技术提供了良好的软件开发平台.4.期刊论文 季刚.陆达.JI Gang.Lu Da 基于ActiveX技术的通用变电站仿真

24、培训系统平台 -厦门大学学报（自然科学版）2005,44(4)目前培训运行人员的变电站仿真培训系统一般都是针对某一特定变电所开发的,普遍存在通用性较差、不易于扩展和维护等缺点.介绍了一种通用的变电站多媒体仿真培训系统构建平台,就ActiveX技术与ActiveX控件的开发、系统功能、系统实现及系统特点进行了详细叙述,该系统具有通用性强、易维护、实用性强等特点.利用该系统,用户可以根据需要容易地构建针对某一具体变电站的仿真培训系统,大大缩短了变电站仿真培训系统的开发周期,为变电站仿真培训系统的推广提供一个良好的软件开发平台.5.学位论文 贾岩泽 变电站事故仿真培训专家系统的研究 1998电力系统

25、中的事故判断和处理过程难以建立数学模型,特别适合采用专家系统来实现.该文针对现有的事故仿真培训系统所存在的问题,提出一种建立变电站事故仿真培训专家系统的实用性方案,并在Windows95环境下,利用Visual Basic语言和Access数据库系统,使系统的功能得以实现.该系统已正式投入运行,运行状况良好.该文提出以变电站的电气设备为主线,对变电站的常见事故和故障进行全面而系统的分类,并首次提出关系表格的知识示法,实现用关系表格、产生式规则和静态知识相结合的知识组合系统表示法来表示知识.该文还研制开发了基于关系模型的事故仿真培训专家系统数据库,最后结合多媒体技术介绍了变电站主控制室全软仿真的

26、实现.6.期刊论文 季刚.陆达.JI Gang.Lu Da 一种通用的变电站仿真培训系统构建平台 -继电器2005,33(13)介绍了一种通用的变电站仿真培训系统构建平台,文中就系统开发的技术基础、系统功能、系统设计及系统特点进行了详细叙述,该系统具有通用性强、易维护、实用性强等特点.利用该系统,用户可以根据自己需要很容易地构建针对自己变电站的仿真培训系统.该系统的研究成功,将大大缩短变电站仿真培训系统的开发周期,为变电站仿真培训系统的推广提供一个良好的软件开发平台.7.期刊论文 张东英.杨以涵.Zhang Dongying.Yang Yihan 变电站仿真培训综述 -电力系统自动化1999,23(23) 在阐述仿真培训的意义和发展历史之后,从变电站仿真培训系统的模式、所选择模拟的变电站和系统、仿真培训的主要内容和功能这3个方面进行综述,并对今后系统的发展方向和需要完善的内容提出看法,认为应在智能培训、多媒体、系统建模、新技术运用以及加强反馈等方面做进一步的工作.8.学位论文 梁小茹 变电站仿真培训中培训管理系统的研究 2008 本文介绍了目前变电站仿真培训的发展状况及其组成，并简要阐述了我校开发的变电站仿真培训系统的运行原理。 针对现有变电站仿真培训的不足，研究了在实际的培训过