变电站仿真培训系统

基于微机局域网的变电站仿真培训系统
一、概述
针对变电站运行人员培训问题，提出并实现了一种建立在微机局域网环境的变电站仿真培训网络系统(NTSS)。

文中结合该系统的功能，介绍了系统的硬件结构和软件构成，同时分析了该系统的技术特点。

此仿真培训网络系统在电力系统职业计算机辅助教学及培训方面做了有益的尝试。

随着电力系统的发展，高电压、大容量变电站相继投入运行，它们在电力系统中占有重要的地位，同时先进的自动化技术的应用，对变电站运行人员的素质提出了更高的要求。

为了适应这种要求，近年来国内有关科研单位和高等院校与运行单位结合，已开发出了相应的变电站运行人员培训仿真系统。

这些仿真培训系统中，大部分延用了发电厂仿真培训系统的模式，设计了有控制屏、模拟盘和二次保护屏的仿真变电站。

这种模式具有仿真效果好、视觉直观及操作逼真的优点，对培训变电站运行人员起到了一定的作用。

但是这种模式存在一些不能解决的问题：
(1) 不能随电力系统的发展而发展。

众所周知，目前我国电网自动化水平发展很快。

很多变电站实现了无人值守或少人值守；新型的110 kV变电站或某些220 kV变电站按综合自动化模式设计；旧的220 kV 变电站也有相当一部分实现了计算机在线实时监测的当地功能。

这就为变电站运行人员的培训提出了新的课题，既要求变电站仿真培训系统能仿真培训传统变电站的运行人员，又能仿真培训新型变电站的运行人员。

从这一点看，上面提到的带盘台的仿真培训模式就不能适应这种需要。

由于硬件的修改很困难，这就限制了系统的发展和维护。

(2) 培训效率低，只能有一名学员操作。

(3) 培训效果还有待提高，由于缺少对学员操作的实时分析智能软件，不能及时纠正或提示学员的操作错误。

(4) 对变电站巡视培训没有很好地解决。

(5) 硬件造价较高。

针对以上问题，本文提出了一种建立在微机局域网环境下的变电站仿真培训网络系统(NISS)，采用纯软件的方法实现变电站监视及操作界面的仿真，以适应系统的发展；采用计算机多媒体技术实现变电站的巡视培训；在变电站仿真基础上，设计了智能化培训软件，使系统具有了自动培训学员的能力，达到更好的培训效果；采用网络技术，使培训仿真系统能同时面向多个学员，进行不同任务的培训，大大地提高了培训效率；简单、灵活的系统硬件结构，不但降低了成本而且便于扩充。

文中介绍了这种系统的硬件结构、软件构成方案和技术特点。

二、变电站仿真培训网络系统功能
变电站仿真培训系统主要是为培训变电站运行人员而设计的，因此其功能应围绕变电站运行人员的工作而设置。

我们知道，变电站运行人员的日常工作有以下几个方面：
(1) 监视记录及调整变电站运行工况；
(2) 正常倒闸操作；
(3) 事故过程的处理及恢复供电；
(4) 正常及事故巡视；
(5) 变电站知识学习及技术问答。

为了满足变电站运行人员的培训需要，变电站仿真培训网络系统首先应能很好地仿真变电站的运行工况，其次应能充分利用计算机技术的优势，从运行人员各个不同的工作角度给予培训。

作为计算机培训(教学)系统，为了充分发挥培训的作用，应设置教员工作台和学员工作台。

教员台主要完成设置培训任务和监视、记录学员的培训过程；学员台用于仿真变电站的监视和操作环境，完成学员学习及培训的任务。

为建立这种具有教员和学员分工的培训系统，一种合适的硬件配置方案是采用计算机网络，将教员台同学员台分开，在网络上设置教员工作台和学员工作台。

这种变电站仿真培训网络系统，从培训功能上分应有：
(1) 正常操作培训功能；
(2) 事故仿真及处理培训功能；
(3) 正常运行监视及调整培训功能；
(4) 巡视培训功能；
(5) 技术问答培训功能。

从教学培训的角度看应有：
(1) 教员台设置学员台培训任务功能；
(2) 教员台监视学员台培训过程功能；
(3) 教员台对学员台广播功能；
(4) 教员台复位学员台功能；
(5)教员台暂停学员台功能。

本文所介绍的变电站仿真培训网络系统，就是这样一个用于培训的计算机局域网络系统。

三、变电站仿真培训网络系统结构
如前所述，变电站仿真培训网络系统有教员工作站和学员工作站。

从局域网的角度看，可以用一个对等层网络来实现此网络结构，也可以用一个客户/服务器结构的网络来实现。

考虑到教员台兼有学员档案及其它教学课件、数据库服务器功能，网络设置上宜将教员台设置为网络服务器，而将学员台设置为网络客
户机。

考虑到实现变电站运行人员在线培训的需要，本局域网可以通过一个网关与电业部门的调度自动化系统相连，以便共享调度自动化的实时数据。

四、变电站仿真培训网络系统软件体系结构
从变电站仿真功能看，本仿真培训系统应有如下仿真软件：
(1) 变电站区域电网潮流计算软件；
(2) 区域电网故障分析软件；
(3) 继电保护装置及动作特性软件；
(4) 变电站各巡视画面仿真软件；
(5) 变电站监视及操作界面图形软件等。

从对运行人员培训的功能看，考虑到实现计算机智能培训功能，应有如下培训软件：
(1) 操作培训辅助专家系统软件，它以变电站倒闸操作票专家系统为基础；
(2) 变电站故障诊断及处理指导专家系统软件；
(3) 学员操作记录及评分软件；
(4)智能巡视监视及评分软件。

从数据库管理及网络通信功能上看，应有如下通讯软件：
(1) 客户机通讯软件；
(2) 服务器通讯软件；
(3) 离线数据库和在线实时数据库调度软件。

从系统维护能力上看，应有如下维护软件：
(1)数据库维护软件；
(2) 人机界面维护人机平台；
(3) 多媒体制作及维护平台；
(4) 电网计算图形化维护软件；
(5) 倒闸操作规则维护软件；
(6) 故障诊断和处理规则维护软件等。

各功能软件及其之间的关系可用图2表示。

整个软件构成以实时数据库为核心，通过数据库接口函数与各应用软件交互。

本软件系统将仿真与培训有机地结合在一起，使得学员不仅能在一个仿真环境下监视系统操作设备，而且能给出必要的指导和帮助，使得计算机网络系统不仅是一个“仿真机”，也是一个“辅助教员”。

为了使系统能适应发展的电力系统，本软件系统提供了各种维护手段，有数据库仿真软件和人机界面等的修改维护平台，从而为多目标仿真变电站提供了前提条件。

五、技术特点分析
由于本变电站仿真培训网络系统采用计算机网络构成，仿真和培训功能建立在图形化人机界面的基础上，将电力系统仿真技术与计算机辅助教学紧密结合起来，在技术上有以下几个特点：
(1) 采用纯图形化人机界面仿真变电站，使本系统不仅能仿真传统的有控制盘台的变电站，也可以仿真新型的计算机实时监控式的变电站，因此有很好的适应性。

(2) 采用智能软件是本系统的一大特色。

它使本系统不仅强调了仿真的真实性，也突出了智能培训的重要性。

这些智能软件居于仿真环境的后台，可以实时地给学员以指导，起到了辅助教员的作用，这一方法为电力系统的职业培训做出了有益的探索。

(3) 建立在客户/服务器网络结构模式下的变电站仿真系统，其网络上的通信流量并不大，降低了对网络的要求。

一个10 Base－T网络的仿真系统可以增加到20～30个学员工作站，不会对培训的实时性产生影响。

(4) 多目标的培训模式，使得在网络上接受培训的所有学员，可以做同一任务的学习培训，也可以做不同任务的学习培训，使本仿真培训系统更有针对性，效果更好。

(5) 大量的维护软件做为本系统的后期支持，可使本系统能随电网的发展而发展，它为系统的有效使用奠定了基础。

(6) 采用先进的多媒体技术，实现了难以实现的变电站巡视培训，使对变电站运行人员的培训更贴近实际。

上面分析介绍了这种以计算机网络技术为基础的变电站运行人员仿真培训系统的技术特点，我们还将在陆续发表的文章中详述各模块的理论与方法。

六、结论
目前，越来越多的计算机应用于各种培训和教学系统中，计算机在电力系统职业培训中的作用也日益受到各级部门的重视。

本文给出了一种采用计算机网络系统构成的变电站运行人员仿真培训环境，它采用图形化人机界面，仿真变电站的室内和户外设备。

系统中将人工智能理论应用于变电站的培训，成功地将智能计算机辅助教学(ICAI)方法与电力系统职业培训结合起来，在电力系统职业培训上做了有益的尝试。

本文详细地阐述了系统的硬件构成和软件体系结构，揭示了一个多目标仿真培训系统的设计构成方法，这种方法也可推广到电网调度及电力系统其它领域的仿真培训。

本文的仿真培训系统尽管有结构简单、成本低廉的优点，但也存在着仿真效果不直观的缺点，在应用中还需采用其它辅助手段弥补。