電力系統(tǒng)仿真電站仿真技術(shù)

電站仿真系統(tǒng)，是將仿真技術(shù)應(yīng)用于電站所構(gòu)建的仿真系統(tǒng)，主要用于人員培訓(xùn)。其稱呼還有很多，比如電廠仿真系統(tǒng)，電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，電廠仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，電站模擬培訓(xùn)器，電廠模擬培訓(xùn)器，電站仿真機，電廠仿真機，等等。現(xiàn)代電站仿真技術(shù)的發(fā)展，給電力工業(yè)的安全生產(chǎn)提供了堅強的物質(zhì)基礎(chǔ)；電站機電一體化的普遍應(yīng)用，自動化水平不斷提高，又不斷地給電站仿真技術(shù)提出了新的課題。電站仿真技術(shù)的合理應(yīng)用與電力安全生產(chǎn)已經(jīng)密不可分。

從20世紀(jì)50年代開始，西方幾個主要發(fā)達(dá)國家，由于核電站安全運行的需求，開始研制核反應(yīng)堆和核電站的操作模擬培訓(xùn)器。到20世紀(jì)70年代，已建起了相當(dāng)數(shù)量的核電站培訓(xùn)仿真中心，對提高運行人員的操作水平，起到了非常重要的作用。我國最初沒有自己的仿真技術(shù)，到20世紀(jì)80年代初，清華大學(xué)熱能工程系開始研制自己的電站模擬培訓(xùn)系統(tǒng)，并于1982年完成了我國第一臺電站仿真機的研制。

隨著單元發(fā)電機組容量越來越大，系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對它的經(jīng)濟運行、安全生產(chǎn)提出了更高的要求，仿真系統(tǒng)是實現(xiàn)這個目的的最佳途徑。通過仿真系統(tǒng)可以優(yōu)化運行過程，可以培訓(xùn)操作人員。電站仿真系統(tǒng)己成為電站建設(shè)與運行中必須配套的裝備。早期培訓(xùn)用仿真機大都包含對DCS系統(tǒng)的仿真，但往往比較簡單，基本都是“黑盒子”模型，與實際系統(tǒng)有著很大的差別。其主要作用是對機組運行人員的培訓(xùn)?，F(xiàn)代的仿真系統(tǒng)，不但可用于對運行人員培訓(xùn)，而且可對熱控人員進行DCS組態(tài)與培訓(xùn)。

另外，針對新型發(fā)電技術(shù)，也有相應(yīng)的仿真機問世，例如循環(huán)流化床電站仿真機，超臨界機組電站仿真機，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán))電站仿真機、垃圾焚燒電站仿真機，等等。

現(xiàn)代的電站仿真技術(shù)，比早期的電站仿真有了非常大的發(fā)展，具有不可比擬的優(yōu)勢。但隨著技術(shù)的進步和實踐，性能不斷趨于完善，涉及的領(lǐng)域和服務(wù)功能將更為廣泛。

(1)電站仿真最小仿真步長達(dá)到10個毫秒，是否實現(xiàn)精度更高的仿真周期，將是一個研究的方向。

(2)由于仿真功能的強大，仿真機已經(jīng)納入電力培訓(xùn)領(lǐng)域上崗前的必備內(nèi)容。隨著技術(shù)的發(fā)展和實踐，電站仿真系統(tǒng)在電力生產(chǎn)的安全管理、事故分析、經(jīng)濟運行、調(diào)節(jié)優(yōu)化等方面的模擬實驗上，將得到更為廣泛的應(yīng)用。

(3)建模理論和方法，仍然是推動仿真技術(shù)進步發(fā)展的重點研究方向。它是系統(tǒng)仿真可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。

1) 電廠建設(shè)過程及發(fā)電工藝過程仿真

在電廠建設(shè)前常需要對不同的建設(shè)方案進行評估和選擇，建設(shè)過程的虛擬仿真可以直觀地展示從平整土地到土建、設(shè)備安裝與調(diào)試的整個過程，對于分析建設(shè)過程的物流效率、環(huán)保效應(yīng)、建設(shè)成本等都有很大幫助。此外虛擬仿真技術(shù)還可以對電廠發(fā)電的工藝過程進行可視化仿真，展示煤循環(huán)、水循環(huán)、廢水處理、變電與輸電等過程。因此電廠建設(shè)過程仿真不僅可用于電廠建設(shè)者評估不同的建設(shè)方案，還可以為電廠方案提供者在電站項目投標(biāo)中展示自己的方案提供新的手段。

2) 電力設(shè)備的虛擬操作培訓(xùn)與考核

高壓電氣設(shè)備的操作培訓(xùn)是基于實物進行的，由于高壓導(dǎo)致一定的危險性存在，且無法記錄操作者的每一步操作是否都符合規(guī)范，交互式虛擬操作技術(shù)與電路仿真技術(shù)相結(jié)合可以建立虛擬的電氣設(shè)備和各種儀表，操作者可以交互地選擇不同的儀表來，通過動態(tài)連線來進行各類試驗，前臺的虛擬仿真將操作者的連接反饋給后臺的電路計算仿真，計算結(jié)果數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)角芭_，前臺根據(jù)計算結(jié)果顯示操作者的操作應(yīng)該引起的結(jié)果，包括指針儀表、數(shù)字式儀表等儀表顯示數(shù)據(jù)、由于電流電壓過大導(dǎo)致的過熱、電火花等現(xiàn)象，從而實現(xiàn)高壓試驗的實時交互式操作仿真。同時操作者的每一步操作動作均可以以數(shù)據(jù)和視頻的方式保存下來，供隨后的考核和評估，也可以用于其他學(xué)員學(xué)習(xí)。

虛擬仿真培訓(xùn)模塊

1、電力設(shè)備操作仿真培訓(xùn)。

2、電力設(shè)備安裝培訓(xùn)。

3、變電站巡視檢查培訓(xùn)。

4、變電站施工培訓(xùn)。

虛擬瀏覽展示模塊

1、變電站虛擬瀏覽。

2、變電站實時展示。

3、變電站網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

4、變電站在線交互。

虛擬電力監(jiān)控模塊

1、任意實時切換場景。

2、實時監(jiān)控場景信息。

3、實時操作場景設(shè)備。

4、設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)實時反饋。

電力工程規(guī)劃設(shè)計模塊

1、預(yù)構(gòu)仿真規(guī)劃模型。

2、直觀表現(xiàn)設(shè)計外觀。

3、實時方案切換對比。

4、方便設(shè)計規(guī)劃評估。

電力事故演練調(diào)查模塊

1、完善事故應(yīng)對方案。

2、提高事故預(yù)警能力。

3、分析調(diào)查事故原因。

4、提高電網(wǎng)安全運行能力。 2100433B

《普通高等教育"十二五"規(guī)劃教材:電力系統(tǒng)仿真技術(shù)與實驗》為普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材。全書共8章分為：電力系統(tǒng)仿真原理和電力系統(tǒng)數(shù)字仿真實驗兩部分。第1-4章為電力系統(tǒng)仿真原理部分，主要內(nèi)容有：電力系統(tǒng)仿真基本概念、物理仿真技術(shù)、物理仿真實驗、電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)和各元件數(shù)學(xué)模型；第5-8章為電力系統(tǒng)數(shù)字仿真實驗，主要內(nèi)容有：電磁暫態(tài)仿真實驗、機電暫態(tài)仿真實驗、中長期全過程仿真、機-網(wǎng)接口、電力系統(tǒng)數(shù)字仿真器RTDS、電力系統(tǒng)運行實驗等?！镀胀ǜ叩冉逃?十二五"規(guī)劃教材:電力系統(tǒng)仿真技術(shù)與實驗》可選作高等院校電氣工程相關(guān)專業(yè)的實驗教學(xué)用書，也可供電力系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)的技術(shù)人員參考。

電力系統(tǒng)運行與控制仿真。 2100433B

目錄

1 電力系統(tǒng)仿真的分類和發(fā)展趨勢

1.1 電力系統(tǒng)仿真的分類

1.2 電力系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢

2 國內(nèi)外電力系統(tǒng)非實時仿真技術(shù)分析

2.1 國內(nèi)外電力系統(tǒng)離線非實時仿真工具介紹與分析

2.2 電力系統(tǒng)在線分析及調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)

3 國內(nèi)外電力系統(tǒng)實時仿真技術(shù)及其應(yīng)用

3.1 電力系統(tǒng)物理實時仿真及其應(yīng)用

3.2 電力系統(tǒng)數(shù)字物理混合實時仿真及其應(yīng)用

3.3 電力系統(tǒng)數(shù)字實時仿真及其應(yīng)用

3.4 電力系統(tǒng)實時仿真的比較、分析、應(yīng)用和發(fā)展展望

4 直流輸電系統(tǒng)仿真模型

4.1 直流輸電系統(tǒng)仿真模型

4.2 常用電力系統(tǒng)仿真軟件中的直流仿真模型

4.3 直流輸電系統(tǒng)仿真模型選擇原則

5 交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真

5.1 交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)現(xiàn)象

5.2 交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真步長選擇

5.3 交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真算法

5.4 交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型

5.5 交直流電力系統(tǒng)動態(tài)等值

5.6 交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真初始化問題

5.7 電磁暫態(tài)仿真程序在交直流電力系統(tǒng)仿真應(yīng)用中的局限性

6 交直流電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真

6.1 交直流電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真算法

6.2 交直流電力系統(tǒng)機電暫態(tài)仿真模型

6.3 機電暫態(tài)仿真程序在交直流電力系統(tǒng)仿真應(yīng)用中的局限性

7 交直流電力系統(tǒng)中長期動態(tài)仿真

7.1 交直流電力系統(tǒng)中長期動態(tài)穩(wěn)定的含義

7.2 交直流電力系統(tǒng)中長期動態(tài)穩(wěn)定的問題

7.3 交直流電力系統(tǒng)中長期動態(tài)穩(wěn)定仿真

7.4 交直流電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定動態(tài)仿真

8 交直流電力系統(tǒng)小擾動動態(tài)仿真分析

8.1 交直流電力系統(tǒng)小擾動動態(tài)穩(wěn)定的含義

8.2 交直流電力系統(tǒng)小擾動動態(tài)穩(wěn)定仿真分析

9 交直流電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真

9.1 RTDS硬件板卡介紹

9.2 交直流電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真所需的RTDS硬件配置

9.3 RTDS軟件介紹

9.4 RTDS改進點火脈沖算法

9.5 大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)實時仿真

10 提高交真流電力系統(tǒng)仿真水平的措施

10.1 建立結(jié)構(gòu)合理的交直流仿真系統(tǒng)

10.2 建立交直流電力系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫

10.3 提高仿真模型和參數(shù)的精確性

10.4 在機電暫態(tài)仿真程序中加入較詳細(xì)的直流系統(tǒng)模型

10.5 擴大電磁暫態(tài)仿真程序的仿真規(guī)模

10.6 機電暫態(tài)和電磁暫態(tài)混合仿真

10.7 建立電網(wǎng)在線實時分析及預(yù)決策系統(tǒng)

10.8 多種仿真程序相互補充和驗證

10.9 根據(jù)交直流電力系統(tǒng)實際情況確定仿真工具的應(yīng)用條件

11 RTDS實時數(shù)字仿真技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

11.1 直流控制保護系統(tǒng)功能和動態(tài)性能實驗

11.2 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)試驗

11.3 輸電線路行波故障定位儀試驗

11.4 串補工程控制保護裝置試驗

11.5 交流線路保護裝置試驗

12 南方電網(wǎng)RTDS實時數(shù)字仿真系統(tǒng)

參考文獻(xiàn)2100433B