高压直流输电仿真培训系统研究

丁广乾 李洪战 张 嵩 霍永红 高洪雨 胡铁军

山东电力学校 山东 泰安 271000

0 引言

直流输电技术的不断进步及其在大电网发展中体现出来的送电距离远、送电容量大、控制灵活等特点，使直流输电技术在中国找到了发展空间［1］。以±660 kV宁东-山东直流输电示范工程为标志，山东电网迈入“外电入鲁”战略的新阶段，直流输电系统运行人员的培养以及员工后续培训成为山东电网的必然要求。本文研究的高压直流输电仿真培训系统，可使直流输电运行管理人员在贴近真实的直流输电环境中接受直流输电工程常规操作、设备巡视、故障设置与处理等岗位培训，同时能够完成技能鉴定等工作。

1 高压直流输电仿真培训系统的基本功能

高压直流输电仿真培训系统依托±660 kV宁东-山东直流输电示范工程，包括送端换流站、受端换流站、直流输电线路以及两侧交流等效电网。系统利用先进的虚拟现实技术真实模拟了两个换流站的工作环境，包括室外场景、自动化监控系统、保护室保护屏柜等，实现了换流站运行操作、设备巡视、故障设置与处理等的仿真。该仿真培训系统可实现理论学习、技能操作培训以及技能鉴定功能，为培养合格的直流输电专业技术人才提供了培训平台。该系统具有以下7个方面的基本内容：

1）运行人员操作仿真培训功能包括：直流系统正常启动、停运、控制方式、运行方式转换操作仿真培训；直流系统顺序控制操作仿真培训；直流系统自动控制操作仿真培训［2］。

2）直流工程的系统研究功能包括：各稳态运行工况下运行性能分析；交流系统不同运行方式下直流系统的最优运行方式选择；直流控制保护系统参数优化的研究［3］。

3）换流站巡视功能包括：晴天、雨天、雪天、雾天天气情况下和白天、晚上不同时段对换流站所有一二次设备进行设备状态巡视、正常操作和故障处理。

4）基于系统实时数据的工况分析及预想故障仿真功能：对某一时刻实际系统的工况进行分析［4］，模拟在此工况下可能发生的预想故障，对运行人员进行培训。

5）技能鉴定功能包括：对学员的监盘、常规操作、设备巡视和事故处理等操作进行技能鉴定［5］。

6）工程资料库：包括电力系统法规、标准、系统的结构和参数、主要设备的结构和参数［6］、HVDC控制保护系统的结构和参数、运行规程、教学课件等。

7）系统维护功能：系统操作维护、系统运行参数设置、故障处理运行方式初始化等。

2 高压直流输电仿真培训系统的硬件平台及结构

高压直流输电仿真培训系统共配置2台教员机，若干台学员机，两台服务器，四台投影仪，四个幕布。所有教员机、学员机和服务器连接在一个由交换机组成的100M网络中。仿真培训系统的硬件结构如图1所示。

因为启动直流系统传输功率时，需要两个站的运行人员配合操作，所以在系统配置上采用成对配置的原则，在实际培训时可以让学员两人一组互相配合完成操作。

图1 高压直流输电仿真培训系统硬件系统硬件结构图

3 高压直流输电仿真培训系统的软件平台及结构

高压直流输电仿真培训系统软件由计算机操作系统软件、数据库软件、直流输电监控软件、三维场景仿真软件、数据模型库、培训鉴定管理软件6个部分构成。操作系统采用基于Windows XP Professional操作系统；数据库采用MS SQL Server2000；直流输电监控软件包含了运行人员控制系统实时数据服务软件、运行人员控制系统客户端软件；三维场景仿真软采用3D Studio Max进行建模，采用VR-Platform作为三维互动仿真平台；培训管理软件采用VC++设计开发。图形表示的软件结构如图2所示。

图2 高压直流输电仿真培训系统软件结构图

4 高压直流输电仿真培训系统的工作模式

根据直流输电工程员工培训需求，培训系统设计了三种工作模式，包括教学模式、练习模式和考试模式。

4.1 教学模式

此模式用于教员进行教学演示。在此模式下，教员有所有直流输电系统操作权限，学员只有浏览权限，无操作权限。系统服务器启动运行人员控制系统实时数据服务软件和数据模型库，教员机启动运行人员控制系统客户端软件和三维场景仿真软件，学员机只启动运行人员控制系统客户端软件。送端换流站教员机连接到送端换流站的培训服务器，受端换流站教员机连接到受端换流站的培训服务器。在此模式下，教员的操作，会经过运行人员控制系统实时数据服务软件或者三维场景仿真软件传递到数据模型库中，经过数据模型处理后其结果传递到运行人员控制系统客户端软件和三维场景仿真软件并显示，完成一个完整的直流输电操作流程。如果仅模拟交、直流场的操作，因不需要启动直流系统传送功率，可以只启动一台服务器的培训系统，所有计算机连接到这一台服务器上，就可以实现教学培训。

4.2 练习模式

此模式用于学员进行练习。在此模式下，教员和学员同时有所有直流输电系统操作权限。学员之间两人一组，分别作为送端换流站和受端换流站的工作人员，配合完成直流输电系统的操作。每台学员机都启动运行人员控制系统实时数据服务软件、运行人员控制系统客户端软件和三维场景仿真软件，运行人员控制系统客户端软件连接到运行人员控制系统实时数据服务软件，模拟换流站的运行人员控制系统。其中一台学员机启动数据模型库，该数据模型库连接到两台学员机的运行人员控制系统实时数据服务软件和三维场景仿真软件，模拟整个直流系统的一次、二次设备。学员可以在数据模型库中设置状态或者故障，学员的操作，会经过本机的运行人员控制系统实时数据服务软件和三维场景仿真软件传递到数据模型数据库中，经过数据模型处理后其结果传递运行人员控制系统客户端软件和三维场景仿真软件并显示，完成一个完整的直流输电系统操作。

4.3 考试模式

此模式用于对学员进行技能鉴定。在此模式下，教员有所有直流输电系统操作权限并能为学员指定考试任务，学员只能接收教员指定的考试任务并进入直流监控软件和三维场景仿真软件进行操作。此模式下，所有机器启动运行人员控制系统客户端软件和三维场景仿真软件，教员机启动考试系统和数据模型库，并为学员制定考试任务，设置相应状态和故障。学员之间两人一组，分别模拟送端换流站和受端换流站的工作人员。其中一台学员机启动数据模型库，该数据模型库连接到两台学员机的运行人员控制系统实时数据服务软件和三维场景仿真软件。学员无权对数据模型进行设置状态和故障，只能接收教员指定的任务并通过运行人员控制系统客户端进行直流输电系统运行操作或者通过三维场景仿真软件进行巡视和故障处理。考试系统会自动计时并记录学员答案和操作过程，学员提交答案退出考试或者考试结束，系统把操作过程记录提交到考试系统服务程序由教员对学员答案和操作过程进行考评。

5 结语

高压直流输电仿真培训系统使直流输电运行管理人员在贴近真实的直流输电环境中接受直流输电工程常规操作、设备巡视、故障设置与处理等训练，同时能够完成岗位培训、技能鉴定等各项工作。该系统为直流输电运行管理人员提高技能水平，熟练掌握交直流混合电网的运行特点，积累运行经验［8］，保证大电网可靠经济运行等提供良好平台。

［1］苏宏田，齐旭，吴云.我国特高压直流输电市场需求研究［J］.电网技术， 2005，（24）:5-8.

［2］张欣，饶国辉，黄浩然.特高压直流输电培训仿真系统的实现［J］.电力系统保护与控制，2008，（24）:76-78.

［3］石岩，张晋华，奚华中等.纯数字高压直流输电仿真培训系统的研究［J］.电力系统自动化，1999，（23）:31-54.

［4］王邦志，林昌年，蒲天骄.变电站集中监控仿真培训系统的设计与实现［J］.电网技术，2004，（08）:26-29.

［5］丁锋，焦瑾，姜勇.电网运行人员联合仿真培训系统的实现［J］.电网技术， 2004，（08）:18-20.

［6］张东英，葛亮，杨以涵.500 kV综合自动化变电站仿真培训系统的实现［J］.电网技术，2001，（06）:64-66.

［7］姚建国，杨盛春，林昌年.电力系统自动化仿真技术的现状和展望［J］.电网技术，2004，（07）:28-30.