作者简介：马学娣（1975-），女（汉族 ） 工程师，主要负责系统功能的设计和现场应用。 李兴华（1974-），男（汉族） 工程师，主要负责技术标准的制定和审核。
摘 要：本文通过介绍目前电网运行模式改变，说明急需开发一套适合集控值班人员培训的软件―集控站仿真培训系统，并展示了一套以鹤壁地区变电站、集控站和电网为模型，集电网仿真、变电站仿真、Web、图形图像、通讯、数据库、三维虚拟现实技术于一体的集控站仿真培训系统；该套系统功能齐全、内容多、范围全面、可模拟的故障数量多，效果逼真，培训的范围广、实用性强，是目前快速提高变电站、集控站运行人员技术素质的有效途径和方法，取得了显著的经济效益和社会效益。
关键词：集控站；仿真培训；建设；应用
1、引言
随着电网规模的发展和主网架升级以及电力技术的发展，220kV及110kV电压等级大量无人值班变电站投入运行，变电生产管理由传统方式向集约方式转变，在变电站和电网调度之间出现了集中监控中心这一层面，建立集控站，可以实现分层分布式的调度运行管理模式，实行集约化管理方式，降低变电站运行成本，达到信息分流、控制分层目的，同时分散厂站信息全部由地调主站系统接收处理的风险，减轻主站压力。
220kV集控站比单个220kV变电站需要监视更多的信息、需要执行更多的操作、需要处理更多、更复杂的异常、事故，这就对运行人员的素质提出更高要求。为了解决集控运行人员的培训问题，培养集控人员的全局观念和系统观念，急需建立集控站仿真培训系统。鹤壁供电公司为了适应现代电网发展趋势，打造一批精英运行团队，提高设备安全运行水平，特研制开发了220kV集控站仿真培训系统。
2、系统建设目标
2.1系统建设的目标
以220KV灵山集控站及下属的五个110KV为仿真对象，采用先进的模块化建模技术，在SDSS2000仿真开发支撑系统环境下研制开发的一套全范围集控站仿真培训系统。该系统对灵山集控站所辖6站进行全方位仿真： 模拟集控所辖小系统一次系统潮流分布、故障电压和故障电流、监控系统、五防系统、保护装置以及户外一、二次设备的巡视、操作、显示及实施响应。可以为变电站运行人员、集控运行人员、电网调度人员提供优质高效的培训。
2.2 系统研究内容
（1）集控站仿真培训范围探讨及确定（2）仿真对象逼真度确定（3）集控站仿真系统建模使用软件研究（4）保护和自动装置响应速度研究（5）故障及异常情况下保护和自动装置动作原理研究（6）潮流分布及故障分量算法研究。
3、系统项目组成
系统有硬件和软件两部分组成
3.1 硬件组成
硬件组成：6台计算机、网络设备、音响设备、电源设备；
网络设备：通过高速数据交换机以太网形式实现各设备之间数据的快速、可靠传输；
音响设备：通过音箱来实现集控站电笛及电铃的声响报警效果。
图一 硬件组成图
3.2 软件组成
SDSS2000支撑系统软件、电气系统模型软件、监控机软件、保护屏图形软件、五防软件 、 3D就地软件、平面就地软件。
3.2.1 SDSS2000支撑系统软件
仿真支撑系统软件是仿真培训系统软件系统的核心，从功能上主要分为系统服务、工程师台功能和教练员台功能，它的主要特点如下：
1)模块化建模。所有模型软件全部采用模块化设计，模型开发人员可以方便地进行建模和调试工作。同程序化设计的方法相比，模型软件易于扩充和修改，调试方法先进；
2)动态库链接。算法源程序经过编译以后，无需退出支撑系统就可以重新装载；
3)变量/模块跟踪调试，为开发人员提供强大的调试工具；
4)系统具有多种图形显示，包括系统状态、变量监视、故障监视、网络监视等，图形技术采用OpenGL编程，画面美观，显示信息丰富；
5)实时系统资源监测，显示当前各运行周期占用CPU时间；
6)系统提供了许多方便于模型开发人员进行开发的功能，例如变量的自动管理、模块的智能复制和数据库的自动保存功能等；算法的源程序全部采用C++高级语言，代码体积小、执行效率高；
7)网络通讯的周期为100毫秒，盘台设备的操作反应迅速，仿真逼真度高。
8)采用Microsoft Access作为数据库管理系统，Miscrosoft Access数据库具有功能强大、灵活易用等特点，通过ODBC的方法实现数据库的网络共享；
9)全中文环境，人机界面友好，完全采用Windows 32应用程序的界面标准，开发人员很容易掌握使用。
10)DSS2000从功能上主要分为系统服务、工程师台功能和教练员台功能，它的主要功能如下：
图二 教练台画面
SDSS2000 系统服务功能：用户登陆服务；日志管理；网络通讯服务；算法动态链接库管理；
SDSS2000 工程师台功能：提供电气系统建立、修改和调试模型软件的环境；实时调度、执行模型软件；管理算法数据库、变量数据库和模块数据库，建立和维护数据库之间的对应关系；提供丰富的统计和查询功能；
SDSS2000 教练员台功能：仿真培训系统正常的运行和冻结；初始条件管理，系统提供200个初始条件可供教练员选择；故障管理，包括设置、取消单个故障、复合故障，可以图形显示故障的状态（未设置、设置但未发生、已发生）；复位功能；返回功能；重演功能；主要参数曲线监视；外部参数监视；负荷调整：可以调整各站负荷的有功和无功。运行日志：能自动记录学员进行的操作和检查过程，并可以进行修改。巡视记录；远方关机功能；
3.2.2 模型软件
本仿真培训系统的模型软件都采用Visual C++编写。模型软件能够精确模拟受控变电站各种设备的物理特性，不仅能够精确模拟一次设备，而且能够模拟二次元件；不仅能够模拟正常运行，而且能够模拟异常和事故状态；能够模拟各种故障和异常424个；它主要有下列数学模型：鹤壁地区电网：鹤壁地区电网拓扑计算模型；鹤壁地区电网潮流计算模型；鹤壁地区电网故障分量计算模型；6座变电站线路测控、保护和信号逻辑模型，母线测控、保护和信号逻辑模型。所用变/电容器测控、保护和信号逻辑模型，主变压器冷却器控制、信号逻辑模型。变压器有载调压装置控制、信号逻辑模型，低压交流系统电压、电流计算模型，低压交流系统测控、保护和信号逻辑模型，低压直流系统电压、电流计算模型，低压直流系统测控、保护和信号逻辑模型。
3.2.3、监控机软件
监控机软件是对集控站监控机的仿真，能够实现真实集控站监控机上所有的操作、显示。该软件具有动态操作、动态显示、参数监视、故障报警、遥信显示、报警信息分类等功能。
图三 灵山集控站画面
参照真实集控站监控机软件，该仿真软件采用分级菜单结构，调出系统画面的响应时间小于0.3秒，动态刷新时间为0.1秒。
图四 灵山站一次系统接线图
该软件具有方便的可修改性和可扩充性，可以方便地在线和离线进行系统画面和动态特性的修改、添加。
3.2.4 五防机软件
五防机软件是对220KV灵山变电站五防机的仿真，能够实现现场五防机的功能。在该机上，模仿现场五防机的开票过程，遵循五防逻辑，进行操作票的开取、校验。
图五 灵山站五防机画面
3.2.5、保护屏图形软件
该软件是对受控变电站的测控屏和保护屏的仿真。采用DirectDraw显示技术，将需要显示的盘台和盘台上的仪表、旋钮、开关、液晶等实时显示于计算机的屏上。
图六 保护屏画面
该仿真软件逼真度高，操作反映速度快，灵活性好，画面调出时间小于0.1秒，动态刷新速度快。在进行开关操作、指针旋转、切换各种画面的仿真中，鼠标一点即动，使人几乎感觉不到有响应时间。
保护屏图形软件完成受控变电站主控制室保护屏的液晶报告、信号指示、信号复归和压板操作的仿真。通过实景菜单的方式，可以选取任一个保护屏，并对每个动态点进行实时的各种操作（开关的开合、按钮的按动、压板的投入及退出）和各种动态显示。
图7 保护屏画面
本部分软件实现对每一保护屏的推拉功能，即对保护屏看不到的部分可以用鼠标进行拖动，将其拉入显示屏内进行观察和相应的操作，从而直观的再现了元器件多且盘面大的保护屏。 保护屏信号量大，本机操作用变量13927个，与主机交换的逻辑量为8491个，模拟量为2572个。在信号分析处理部分进行了准确定位，分层处理，尽可能地减少信号处理量，既保证了信号的正常传输又保证了动态画面实时显示。
3.2.6 3D就地台软件
3D就地台软件是对220kV灵山变电站户外配电装置进行的仿真，在本项目中，独立研发的三维虚拟仿真（3D Virtual Simulation）支撑系统采用了国际领先的图形开发平台技术，该支撑系统能优化OpenGL 和 DirectX底层核心技术，结合Visual C#.NET 编程，可以动态加载大型三维场景，可一次加载超过四百多个三角面，满足大型三维模型实时渲染的需求。该项技术在国内处于领先水平。在该支撑系统下开发的三维实时仿真程序不仅能够1:1绘制整个变电站三维模型，而且可以进行三维交互、动作模拟等。可以由客户操纵从任意一个角度互动性地观察场景，犹如身临其境。采用三维虚拟技术使220kV集控站仿真培训系统的功能更强、故障更多、设置更灵活如：一次系统可以设置各种故障，例如瓷瓶裂缝、接触点过热、带电拉刀闸等。
图8 户外一次设备三维场景
3.2.7、平面就地台软件
平面就地台软件是对110kV高村桥变电站、110kV冷泉变电站、110kV袁庄变电站、110kV淇滨变电站、110kV海河变电站户外配电装置进行的仿真，户外配电装置采用平面单线图实现显示和操作，重要的设备可弹出相应面板进行仿真，简单实用，可全面模拟户外巡视和户外操作。
图9 户外一次设备平面场景
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在该系统下开发的三维实时仿真程序不仅能够1:1绘制整个变电站三维模型，而且可以进行三维交互、动作模拟等，同时实现不同天气下变电站设备巡视仿真培训，可对任一巡视内容进行记录和回放。监控、五防机采用矢量图形技术和自主开发的SimuDraw图形仿真支撑软件开发，可以模拟现场五防机的开票过程，遵循五防逻辑，进行操作票的开取、校验。保护屏采用DirectDraw对所有保护压板及按钮进行仿真，并对保护液晶进行菜单及事故记录仿真。 该系统能为变电站、集控站运行人员提供户外巡视、倒闸操作、事故演示和事故处理等方面的培训项目，能有效提高运行人员正常操作和巡视水平，大大提高运行人员对事故的反应能力和处理能力，培养运行人员的全局观念和系统观念，提高集控站运行的安全性、可靠性和经济性。 --!>
4、应用情况
集控站仿真培训系统建成后已为鹤壁供电公司公司进行了多批次的岗前培训、岗位培训、技能考核和技术比武等。实际应用效果证明，该仿真系统仿真范围全面、可模拟的故障数量多，效果逼真，是目前快速提高变电站、集控站运行人员技术素质的有效途径和方法，取得了显著的经济效益和社会效益。(1)利用该仿真系统进行运行人员培训，可取得直接经济效益。(2)通过有针对性的仿真培训，显著提高了集控站变电运行人员的基本操作技能和事故处理能力，有利于供电企业提高电网的安全、稳定运行水平，由此所取得的间接经济效益和社会效益是长期的。
随着电网技术的发展，全国集控站管理模式已全面推广，变电运行人员的全局观念和集控站人员应具有的素质技能，可通过集控站仿真培训使其适应现代电网发展需要。（作者单位：河南省电力公司鹤壁供电公司）
参考文献：
［1］ effrey Riehter. Windows核心编程［M］.北京:机械工业出版社，2000. 8.
［2］ 黄文涛.220 kV集控站仿真培训系统［J］.浙江电力，2008，2：67-70.
［3］ 俞涛.220kV集控站及无人值班变电站的仿真培训系统［J］.华东电力，2004，4（4）：55-56.