大岗山水电站仿真系统开发应用刘名

大岗山水电站仿真系统开发应用刘名

刘名韩凯乐唐小云

国电大渡河大岗山水电开发有限公司四川石棉625409

摘要：大岗山仿真系统通过对电站的主要生产环节、流程、设备运行状况以及重要故障、事故的仿真，帮助培训人员熟悉水电站正常操作和故障、事故的基本处理过程，快速掌握水电站的运行技能，提高培训效率。

关键词：仿真系统；培训；数学建模

1.仿真系统概述

1.1系统介绍

大岗山水电站仿真系统以多维多媒体技术为基础，以现代仿真技术为手段，面向大岗山水电站的“全站、全范围、全过程”的多维多媒体计算机仿真培训系统。该系统全方位仿真大岗山水电站所有设备的生产运行过程；全范围仿真水电站的整个生产运行和检修过程中各正常、异常运行工况等；以多维多媒体形式展现设备运行、维护、检修、拆装全过程。可作为大岗山水电站运行检修业务操作培训平台，全面提高培训人员的运行检修操作水平和对水电站故障及事故状态的判断处理能力。

1.2仿真系统功能

（1）具备完善的生产培训功能。

（2）具备初步的运行分析功能。

（3）具备二维三维同步仿真功能。

（4）具备三维拆装和展现功能。

（5）具备面向专业人员的高级培训功能。

（6）具备完善的技能考核评价功能。

1.3仿真模型软件特点

大岗山水电站仿真培训系统的仿真模型软件开发包括大岗山水电站仿真数学模型的建立和仿真模型软件的开发。仿真模型软件具有如下特点：

（1）系统对电站进行了全范围的二维和三维同步仿真，仿真范围广，针对性强。二维系统和三维系统的画面、数据实时同步，操作结果和事故现象可在二维和三维系统同步展现。

（2）二维三维及多媒体仿真系统的合一，三维和多媒体声、光、电效果实时反应二维仿真运行结果，增强了培训的临场感。

（3）支持设备在线式三维拆装，使电站运行与检修维护培训相结合，实现运维合一培训。

（4）在仿真系统中加入水库调度模型并通过三维仿真呈现上游水位、下游水位、入库流量等水库水情信息。

（5）完备的操作考核评价功能。可实时扩充操作题库，可满足不同级别生产运行和管理人员的综合技能考核鉴定。

2.仿真系统的组成

该仿真系统以大岗山水电站为模拟对象，以电站相关设计资料和现场实际数据为依据进行定制研发，以计算机二维和三维多媒体画面展示仿真系统功能。整个系统包括硬件系统和软件系统两部分。

2.1硬件构成

仿真系统的硬件主要由仿真服务器、教练员站、操作员站、网络设备、大屏幕显示系统，以及打印机等其它必要的辅助设备共同构成。

2.2软件构成

软件部分是整个仿真系统的核心和关键，首先要满足功能的完备性，同时还要满足整体性能要求，并提供用户对系统的开发、扩充、修改、调试等最大限度的支持。

防真模型是仿真系统的后台支撑软件，按照实际系统的数学和物理原理计算生成仿真系统需要的数据，并接受相应操作员站的操作控制命令。仿真模型的质量直接决定仿真功能的完备和性能的优劣。

3.仿真系统主要设备仿真模型

3.1水轮机模型

建立动态的水轮机数学模型，使水轮机的水头、流量、力矩、转速、导叶开度之间的变化关系和实际设备基本相似，并且能够准确反映水轮机的各种工况。

图1水轮机变量关系示意图

3.2发电机模型

发电机数学模型以机电暂态微分方程组描述，建立了可以反映发电机电压、电流、有功功率、无功功率、励磁电流、转速转子角度间的动态关系的仿真模型。从而可以准确反映发电机空转、空载、并列、解列、增减转速、增减有功和无功负载、甩负荷、进相运行的特性。

图2发电机变量关系示意图

3.3励磁系统

建立励磁系统的启励、正常运行、灭磁仿真模块，反映励磁系统在各种工况下的真实运行状况，实现励磁系统正常情况下的手动零起升压、最大励磁电流限制、过励限制、欠励限制、定子电流限制，故障情况下的运行中灭磁、发电机PT断线等状况。实现对励磁系统现地与远方操作。

3.4调速系统

建立调速系统的动态微分方程，正确反映调速系统的主要特性，包括正常开机、停机的手动、自动操作；事故停机、机组转速、负荷的调整、开度限制等。

3.5继电保护系统仿真数学模型

根据电站的继电保护操作规程，分别整理了对水轮机、发电机、变压器、母线、线路的保护配置。

根据保护通用模型，当故障出现时，对应的保护会发出相应的信号包括：故障信号，事故信号，跳闸信号，紧急停机信号，灭磁信号，起动断路器失灵保护信号，起动重合闸信号。我们所要的就是每个保护对应的故障类型，动作时间，发出的相应信号。有了保护发出的相应信号，执行相应的子程序。有跳闸信号则跳相应的断路器，有重合闸信号则实现重合闸操作，有断路器失灵保护信号则在相应断路器拒动的情况下利用拓扑搜索功能自动查找到下一级断路器并将其断开。

4.大岗山仿真系统的应用

大岗山仿真培训工作已作为日常培训任务。利用仿真系统对全站设备进行倒闸操作、应急处理、事故演练及设备拆装培训，帮助生产人员了解各运行情况下上位机监视及控制过程的实际情况，同时利用仿真系统开展操作权、监护权资格考试及运行技术比武，提高了培训效率、改善了培训质量。

参考文献：

[1]秦茂国姚云龚嘴计算机系统仿真综述[C]国电大渡河流域水电开发有限公司电力生产论文集2000-2012年：778-781

[2]王兵树梁柱等DL/T1024-2006水电仿真机技术规范