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。

2.1.1变电站仿真对象（1）电气主接线（2）电气二次系统（3）现场一次设备2.1.2电气主接线以被仿变电站的实际主接线为准。

2.1.3设备型号以被仿变电站实际设备型号为准。

2.1.4保护及自动配置的配置以被仿变电站的实际保护及自动装置的配置为准。

3仿真范围及仿真程度3.1控制及保护系统（虚拟表盘）电气主接线、操作控制、继电保护、自动装置、中央信号、故障录波、监控系统、测量仪表、直流系统、事故照明、备用电源自投、远动装置、微机五防、安控装置等。

包括上述各回路中的压板、试验端子、熔丝、按钮、信号灯。

能对屏面的设备进行正常操作、保护投切、调整定值、键盘操作、液晶显示、打印输出、故障录波等。

对控制屏、信号屏、保护屏等采用多媒体技术仿真，用计算机屏幕或投影屏幕显示，操作界面逼真。

提供与现场设备完全一致的保护、控制二次回路动态过程仿真。

3.2一次设备及其就地操作系统仿真系统的一次设备及就地操作采用多媒体（三维）视景仿真，逼真地再现变电站现场场地、变压器、母线、断路器、隔离开关、接地刀闸、操作机构、冷却系统、电压互感器、电流互感器、电抗器、电容器、高压熔断器、站用变压器等一次设备及设备的操作过程、动作过程和设备运行状态。

对部分事故，可再现事故场景。

仿真功能满足各种运行方式下的倒闸操作、操作检查、安全措施、事故处理、故障查找、异常工况及设备巡视等的需要。

就地操作、现场检查和设备巡视采用实际设备的三维模型进行仿真。

对于母线、变压器、断路器、隔离开关和操作机构等主要电气设备，均有多媒体画面、动画画面监视，并能进行相应的动画操作。

有多媒体画面的一次设备安装布置图及相应的一次设备巡视图。

3.3变电站主要设备仿真3.3.1主变压器仿真范围：主变压器、中性点接地刀闸、有载调压分接开关及无激磁调压分接开关、冷却系统，包括所属的二次控制、保护、信号及测量回路。

仿真程度：变压器采用合理的数学模型。

在运行中能正确反映分接开关对电压和潮流的影响；变压器温度随负荷和环境温度的变化；冷却系统的投入或退出对变压器温升的影响；空载变压器合闸的励磁涌流等；能对变压器回路及主要部件进行巡视检查。

3.3.2配电装置仿真范围：电气主接线、各电压等级的母线、进出线、电压互感器、电流互感器、避雷器、电抗器、电容器、高压熔断器、阻波器、滤波器、站用变压器等设备的主要功能及相关的二次控制、保护、信号及测量回路。

仿真程度：能正确反映正常和事故情况下，各种电气设备的运行工况和潮流。

当运行人员发出操作指令后，相关设备应有正确的响应；若发出的是误操作指令，则应按“五防”规则闭锁并提示错误。

解锁后操作有效，能正确反映误操作的各种后果。

3.3.3继电保护及自动装置能以模块方式切换保护配置。

按定值动作的保护及装置：保护的动作以潮流计算、短路电流和整定计算值为依据；按逻辑动作的保护及装置：保护的动作按逻辑判断。

继电保护及自动装置应保证其动作特性、复归特性和时间特性与实际装置一致；发生故障或设备异常时，保护装置应能正确反映动作的选择性，并考虑相邻元件的保护配合；每套保护所具有的整定值、动作机理与实际现场一致；继电保护或自动装置的运行操作、启停切换、定值调整、信号指示、信号复归、动作报告等功能及其操作界面与实际装置一致。

操作熔丝、小开关、压板、端子、键盘、按钮等与实际装置一致；当保护装置退出运行（操作熔丝或压板未投入）时，发生故障，该保护装置应不动作（拒动）；在正常、异常或事故情况下装置的信号、掉牌、表计和液晶显示与现场一致。

3.3.4综合自动化仿真仿真原厂家的监控后台系统，其界面和操作方法与实际系统一致。

能实现：数据采集与处理、多种报警方式（简报信息窗报警与语音报警、故障推画面告警）、自动控制与调节、图形显示（接线图、潮流图及信息量图）、报表功能、记录功能、综合电压与无功调节功能。

可以对综自站的监控系统界面进行二次更改。

3.3.5直流系统仿真范围：直流屏，硅整流屏、直流蓄电池、高频开关电源，可控硅整流、充电设备、直流系统及绝缘监察。

仿真程度：高频开关电源，可控硅整流及浮充电设备的运行特性与实际设备相同；能进行操作切换，模拟对蓄电池组充电和浮充电运行方式；调节直流母线电压、蓄电池充放电或断路器合闸等，表计显示正确；能反映直流系统运行情况；设置直流系统故障（直流回路断线、直流接地等）时，绝缘监察装置表计指示正确。

对直流控制屏屏面用多媒体画面对实际设备进行仿真，包括盘面上仪表，光字信号，转换开关，切换开关等。

3.3.6站用电系统仿真范围：站用变压器、站用电系统及母线（包括出线开关，主变压器的冷却器电源系统等），分段开关备自投功能，主控制室灯光信号控制等。

仿真程度：能正确反映站用变压器的电磁关系，变压器的并联运行、母线电压波动及负荷分配符合实际情况；站用电系统的操作和切换符合现场情况，能仿真站用系统故障、母线失压和备用电源自动投入等。