220kV智能变电站混合仿真系统开发

摘要

随着智能电网概念的提出，以及智能变电站的快速普及，大量新技术被运用到电力网络中，目前新建的变电站相比于传统变电站已经存在很大的不同。因此有必要开发出一套适用于智能变电站的仿真系统用于培训和仿真研究。
　　本文提出了一种针对智能变电站的混合仿真技术。该混合仿真技术将造价高昂、发生事故危害性大，但技术更新相对缓慢的变电站一次系统由计算机软件虚拟实现;与运行操作人员息息相关，且技术更新迅速的变电站二次侧设备采用真实的物理设备。采用该技术开发的智能变电站混合仿真系统可以最大限度地平衡电力企业对系统经济性和可升级性的要求，帮助电力企业快速培养出一批技术过硬的智能变电站运行检修人员。
　　本文根据220kV变电站的常规组成与工作原理，以及变电站应用仿真的需要，完成了一座220kV变电站一次系统的原型设计。在此基础上，本文开发了该变电站仿真系统的支撑模块，实现了变电站拓扑分析、潮流计算、继电保护设备仿真、主变过负荷报警和带负荷操作隔离开关事故判断等功能，并提供了一个简易的变电站监控中心用于人机交互。为了增强该仿真系统的沉浸体验效果，本文使用了OSG三维图形引擎构建了一个完整的变电站三维仿真场景，并实现了变电站仿真支撑模块中数据模型与变电站三维仿真场景中三维模型的联动。本文通过使用IEC61850协议转发装置，解决了变电站仿真支撑模块与真实智能变电站二次侧设备之间的通信问题;通过使用libIEC61850类库，完成了变电站仿真支撑模块通讯接口开发，实现了混合仿真系统软硬件之间的集成。
　　本文所开发的220kV智能变电站混合仿真系统为智能变电站仿真提供了一种新的思路，具有重要的工程应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．1．1 变电站混合仿真技术

1．1．2 智能变电站

1．2 国内外研究现状

1．3 课题来源和研究目标

1．4 论文的组织结构

2 智能变电站混合仿真系统总体设计

2．1 变电站仿真运行实验室现状分析

2．2 变电站仿真运行实验室改造需求分析

2．3 智能变电站混合仿真系统框架设计

2．4 智能变电站混合仿真系统开发的关键技术

2．4．1 变电站一次系统设计

2．4．2 变电站仿真支撑模块设计

2．4．3 变电站三维场景模块设计

2．4．4 智能变电站混合仿真系统通讯模块设计

2．5 本章小结

3 变电站一次系统设计

3．1 变电站建站原始数据

3．2 变压器选择

3．2．1 负荷统计分析

3．2．2 主变压器选择

3．2．3 站用变压器选择

3．3 无功补偿装置选择

3．4 电气主接线设计

3．5 电气布置及配电装置

3．6 变电站设备统一编号

3．7 本章小结

4 变电站仿真支撑模块设计

4．1 电力系统各主要元件等值电路和参数计算

4．1．1 输电线路

4．1．2 主变压器

4．1．3 站用变压器

4．1．4 并联电容器

4．2 变电站拓扑分析

4．2．1 数据结构

4．2．2 变电站拓扑搜索算法

4．3 潮流计算

4．3．1 形成节点导纳矩阵

4．3．2 牛顿拉夫逊潮流算法

4．4 继电保护设备仿真

4．5 主变过负荷报警

4．6 带负荷开关隔离开关事故判断

4．7 变电站仿真总体流程

4．8 监控中心界面设计

4．9 本章小结

5 变电站三维场景模块设计

5．1 变电站一次设备几何建模

5．2 变电站三维场景驱动

5．2．1 OSG三维图形引擎

5．2．2 变电站三维模型文件导入

5．2．3 变电站三维场景实时渲染

5．3 交电站开关动画控制

5．4 变电站三维场景漫游与碰撞检测

5．5 变电站三维场景优化

5．6 本章小结

6 智能变电站混合仿真系统通讯模块设计

6．1 IEC 61850协议

6．1．1 GOOSE服务

6．1．2 SV服务

6．2 智能变电站混合仿真系统通讯模块实施方案设计

6．3 MMS协议

6．3．1 MMS协议的通讯流程

6．3．2 MMS协议与IEC 61850协议的映射关系

6．4 智能变电站通信协议转发装置

6．5 变电站纯软件仿真模块通讯接口设计

6．5．1 libIEC61850类库

6．5．2 MMS报告服务

6．5．3 MMS控制服务

6．6 智能变电站混合仿真系统通讯模块测试

6．7 本章小结

7 总结与展望

7．1 本文工作总结

7．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

附录A潮流计算结果