变电站仿真系统技术及服务方案

变电站仿真软件技术规范书

（此图为三维仿真图，非现场照片）

目录

1前言 (1)

1.1概述 (1)

1.2系统设计目标 (1)

1.3仿真系统的特点 (2)

2仿真对象 (4)

2.1变电站仿真对象 (4)

3仿真范围及仿真程度 (6)

3.1控制及保护系统（虚拟表盘） (6)

3.2一次设备及其就地操作系统 (6)

3.3变电站主要设备仿真 (7)

3.4三维交互式虚拟现实场景仿真 (10)

3.5防误闭锁装置 (11)

4变电站仿真系统功能 (12)

4.1日常操作、监视培训 (12)

4.2事故处理培训 (15)

4.3培训评价考核系统功能 (17)

4.4教练员台功能 (18)

4.5学员机功能 (19)

5系统运行指标 (20)

5.1稳态运行指标 (20)

5.2动态运行指标 (21)

5.3仿真机实时性指标 (21)

5.4系统资源充裕度指标 (21)

5.5系统可靠性指标 (21)

6售后服务 (22)

6.1保修期内的服务 (22)

6.2保修期后的服务要求 (22)

7资料、文档及软件介质 (22)

8培训 (22)

8.1培训内容 (22)

8.2培训效果 (23)

8.3培训方式 (23)

1前言

1.1概述

变电站仿真系统的总体设计遵循原理性、实用性、先进性的基本原则，达到仿真范围广、功能齐全、操作灵活、实用真实、技术先进、性能优异、运行稳定，具有21世纪国内领先水平。我们的仿真系统的数学模型是以暂态计算为基础，是完全建立在物理机理之上的全动态数学模型，从而可以完整、严格、精确地对现场各种行为进行实时仿真。

1.2系统设计目标

本仿真系统能满足变电站运维人员的培训和技能考核的需要。同时具有适应当前电力系统自动化技术发展的要求，并达到变电站仿真系统当前国内发展的领

先水平。

1.3仿真系统的特点

为保证本仿真系统的先进性和实用性，本系统将采用以下决定仿真系统技术水平的关键技术：

1.数学模型和各仿真模块具有良好的鲁棒性

在切换运行状态、进行倒闸操作和发生事故的情况下，能保证系统的连续运行，即使发生误操作也不会造成系统崩溃。在长达数小时的仿真系统使用过程中，“正常运行—故障状态—故障恢复”的过程会反复出现，只有正确描述电力系统的动态过程才能实现长时间持续的仿真和培训，快速的规范化的仿真算法才能满足实时性的要求。因此良好的鲁棒性是仿真系统技术水平的重要体现，本系统的良好鲁棒性能完全满足操作培训和技能考核的需要。

2.模型和算法性能优异，准确性高，实时性好

本系统采用多项技术多角度地解决仿真的准确性和实时性的问题。所有程序在自行开发的高效的实时数据库基础上运行，数据的输入、输出效率与内存的读写效率基本一致。另外，本系统采用清华大学多年的科研成果，算法准确，计算效率高，处于国际先进和国内领先水平。

●采用稀疏矩阵和稀疏矢量技术等多项技术大幅度提高了动态仿真的实

时性，对操作和事故均能及时响应，现象真实，无时差感觉；

●故障计算中采用了清华大学独立提出规范化的计算方法，能计算各种复

杂故障形式下的故障电流（包括并架多回线间的跨线故障）；

●开关电流计算中采用了清华大学独立提出的不影响潮流收敛性的规范

化的计算方法；

●能够准确仿真扰动发生时刻和其后时间内继电保护及自动装置的动作

情况；

●各种模型和算法的计算准确性和精度通过了商业计算软件（BPA程序和

综合稳定程序）的严格校验。

3.采用图形化的建模方式，可扩展性/可维护性好

具有灵活、通用、快捷的维护平台，可视化（基于现场设备图元）的图形建模工具使得建模人员在工程师台上编辑图符后能够自动生成仿真模型，易于对仿真系统进行功能扩展。可以随意修改变电站的电气主接线、增加回路、设备更新、增加保护类型和进行保护配置等工作。

生成的仿真系统能支持功能扩展，能方便地进行系统升级和功能扩充。

●可以方便地在图形平台上搭建、修改一次系统，完成一次系统的建模

●在图形平台上完成继电保护等二次系统的建模

●或者跳过保护建模步骤，直接利用保护库中的保护组件完成保护配置

4.真正开放分布式

本系统的设计和开发应严格遵循开放式的原则，采用国际标准的软硬件平台。操作系统接口符合POSIX及OSF标准，TCP/IP网络通讯协议，数据库接口符合SQL结构化查询语言标准，系统硬件系统配置合理灵活，采用分布式体系结构，性能价格比高，易于扩展、移植和升级，使用户的软硬件投资得到充分保护。教员机和各学员机之间通过网络进行连接，可以方便地扩充机位。

5.数学模型支持全范围仿真

仿真系统采用带有数学模型的全范围仿真，能逼真地反映变电站的运行工况及各种物理量的变化。

6.全软件仿真

采用大屏幕等离子电视作为背景，以多媒体视景仿真等现代技术模拟控制屏和保护屏等，不设置硬盘台。

7.采用多媒体技术，仿真界面效果逼真

基于3D技术的多媒体变电站一次、二次设备及智能控制设备现场环境仿真，完成现场设备的操作和巡视。能实现在变电站全场景下快速漫游和操作，大大提高培训效果，充分发挥虚拟现实的优势。多媒体图象、声音与仿真过程同步，产生逼真的仿真效果。

8.先进的图形界面技术

用户可以自行定制和修改一二次设备的图形界面，支持用户对培训界面的二次更改。采用虚拟盘台的方式在CRT上显示变电站的控制屏、保护屏等盘台，以图形的方式真实地模拟智能变电站的环境，操作和监视均可以在图形上完成。

9.采用面向对象技术进行系统分析、设计和编程

可扩充性好，系统模块化程度高，规范化好，功能剪裁容易。

10.动态仿真与稳态仿真的一体化

不仅可用于模拟电力系统的稳态运行状况，还可以模拟电力系统失稳时的动态过程行为，实现了从稳态到动态，再从动态返回稳态的平滑过渡。

11.逼真的、功能完整的学员系统

智能变电仿真的学员系统包括虚拟盘台（保护盘、测控屏）、监控后台系统和多媒体就地操作系统的仿真，提供全方位的变电运行培训环境。

2仿真对象

2.1变电站仿真对象

以甲方提供的变电站为仿真对象，并兼顾考虑与变电所相连的电气网络。对变电站做变电运行维护级1：1详细仿真，一次系统采用三维虚拟现实技术建立三维场景。