变电站仿真培训系统设计

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院

本科毕业论文（设计）指导教师指导意见表

学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化

毕业设计（论文）题目：变电站仿真培训系统设计

中国地质大学（武汉）远程与继续教育学院

本科毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表

学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化

毕业设计（论文）题目：变电站仿真培训系统设计

论文原创性声明

本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文《变电站仿真培训系统设计》，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。

本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。

论文作者（签字）：

日期：2014年9月15日

摘要

随着电力工业的迅速发展，以及计算机技术和网络技术的应用，变电站综合自动化系统朝多功能，数字化和规范化方向发展，由于其功能强大，结构复杂，难以学习和快速掌握。研发一种基于实时仿真技术的数字物理混合仿真的变电站综合自动化培训系统，模拟真正变电站各种运行工况，对大中专院校电气工程专业的学生和变电站运行人员进行实验培训。本文首先综述了变电站自动化的发展历程，分析了其主要内容和基本功能，研究了变电站综合自动化系统仿真的两种传统模式，在此基础上，提出数字物理混合仿真的方案，分析了数字物理混合仿真的结构和原理。该方案将数字仿真的一、二次系统设备的变电站综合自动化系统设备放置于同一个仿真系统中，有机连接，灵活配置，营造了逼真的运行环境；变电站仿真培训系统由一、二次仿真信号源系统(包括一、二次信号生成系统及电力网信号模拟软件系统)和真实的变电站综合自动化系统(包括微机保护、测控系统及Centra2000 监控软件系统)两大部分组成；TQWX-II 微机型继电保护试验测试仪设备产生一、二次信号，可以输出一定幅值范围内任意大小和相位角的电流电压二次信号；研究Centra2000监控软件在数字物理仿真中的应用，功能和通讯协议。取消了复杂庞大的一次实验设备，由组态软件灵活方便直观地组建任意结构的变电站一次系统设备，输入实际的设备参数，并配置了潮流计算和短路计算软件，可以任意设置故障点和故障类型；最后，进行了线路保护实验、主变压器差动及高低压侧后备保护测控装置测试实验和电容器保护测控装置测试实验。数字物理仿真培训系统变电站环境模拟逼真，人机界面友好，组态灵活，培训人员动手操作性强，功能强大，成本较低，具有重要的应用价值和现实意义。

【关键词】变电站综合自动化；培训系统；仿真；监控系统

目录

摘要...................................................................................................V 第1章绪论. (1)

1.1 变电站综合自动化及其发展 (1)

1.2 变电站自动化仿真培训装置研究现状 (2)

1.3 本文研究课题的背景、概述和意义 (2)

1.4 本文所作的工作 (3)

第 2 章培训系统构成原理与功能 (5)

2.1 仿真培训系统基本结构 (5)

2.2 数字物理仿真系统组成 (7)

2.3 仿真培训系统的功能 (13)

第三章培训系统硬件组成 (16)

3.1 基本硬件要求 (16)

3.2 TQWX-II 微机型继电保护试验测试仪 (16)

第四章培训系统软件部分的研究与设计 (23)

4.1 Centra2000 监控软件概 (23)

4.2 一、二次系统仿真 (23)

4.3 Centra2000 监控系统功能分析 (24)

第五章结论 (26)

参考文献 (28)

致谢 (29)

第一章绪论

1.1变电站综合自动化及其发展

变电站综合自动化技术是一项随着计算机技术和网络技术的发展而发展起来的专业性综合技术，是电网运行管理中的一次变革。变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通讯技术和信息处理技术等将变电站的二次设备，经过功能组合和优化设计，实现对变电站主要设备和输配电线路的运行情况执行自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统变电站中的电气部分通常被分为一次设备和二次设备。属于一次设备的有配电装置和电力变压器。配电装置是汇集、分配电能的电气装置的组合设施，它包括母线、断路器、隔离开关、电压互感器(TV)、电流互感器(TA)和避雷器等；电力变压器是变电站中变换电压的设备，它连接着不同电压的配电装置。有些变电站还有为无功平衡、系统稳定和限制过电压等而装设的同步调相机、并联电容器、并联电抗器、静止补偿装置和串联补偿装置等。二次设备包括控制、测量、保护、自动装置及远动装置等。自 20 世纪 70 年代诞生微处理器后，变电站系统中，一些国家开始淘汰布线逻辑的远动装置，采用微机型的远动装置，明显提高了变电站综合自动化水平，变电站综合自动化的时代开始了。1975 年底日本研制出世界上第一套综合数字式保护和控制系统 SCDS-I。德国西门子公司于 1985 年推出了第一套变电站综合自动化系统 LSA678，此后陆续在德国以及欧洲投运了 300 多套该种型号的变电站自动化系统。目前变电站综合自动化已经较普遍的应用于美国、德国、法国等国家。我国变电站综合自动化技术的研究工作开始于 20 世纪 80 年代。1987 年，清华大学电机工程系研制的 35kV 变电站微机保护、监控自动化系统，在山东威海望岛变电站成功投入运行。20 世纪 90 年代，变电站综合自动化成为热点，功能和性能也得到不断的完善，国内有不少高校、研究单位和制造厂商投入到变电站综合自动化系统的研究和制造工作中，具有代表性的公司和单位有南瑞公司、四方公司和许昌继电器自动化公司等。

变电站综合自动化技术的优越性主要有以下几方面：

(1) 提高变电站的安全、可靠运行水平。

(2) 提高电能质量，提供电压合格率。

(3) 提高电力系统的运行、管理水平。

(4) 缩小变电站占地面积，降低成本，减少总投资。