水电站数字仿真系统是运用计算机技术模拟水电站运行的仿真系统。它按被仿真的水电站和外部电力系统的数学模型，通过计算机仿真，实时、准确地反映对象系统的实际物理过程和各种行为，模拟电站的正常运行操作、设备巡检、事故与异常处理等，对学员进行正常运行情况、紧急情况以及事故情况下恢复的操作培训，从而达到理想的效果。

1系统功能

1.1正常运行操作功能

电厂的正常运转模拟功能与观音岩水电站的实际情况相吻合。该仿真系统可针对不同训练需要设定各种初始工作状态，并可根据培训和练习需要对初始工作状态进行调整或取消。

初始工况设定，主要包括：发变组停机态、快速闸门全关、机组空载、并网带50%负荷、满负荷运行、500kV开关站两串4/3和一串不完全3/2接线合环运行状态及其他运行状态等。

正常模拟操作主要包括：水轮发电机组的正常启停操作，并网、解列操作，负荷调整，厂用电系统、直流电系统的操作，主变冷却器的的投切，消防系统的投退，技术供水的投退和切换、AGVC投退，辅助设备启停等。任何状况下的操作，都可以实时显示在简报窗口中，在未进行重置之前将一直保留。

1.2故障､事故仿真功能

该仿真系统可以实时、精确地反映真实的故障或事故现象。故障或事故可以由操作员非正常操作自然引发，也可以在仿真系统中动态设置。操作员可以看到仿真监控系统对事故或故障实时、准确的反映。当故障启动时，动态特性和静态特性与模拟目标的动态和静态特性是一致的，并且与电厂的操作规则和现场分析的结果相一致。如果模拟对象发生了故障，事故需要排除，那么在模拟系统中，学员就可以进行模拟操作，排除对应的故障，并能使设备恢复正常工作；若人为操作不当，造成的事故、失效结果也符合模拟目标的实际情况。故障和事故模拟覆盖了水电站各个系统中比较易发生的环节，主要仿真范围包括从大坝蓄水开始的电能生产过程到500kV开关站的电能传输。具体对象包括：水轮机、发电机、主变压器、封闭母线、发动机出口断路器、500kV GIS系统、直流系统、厂用电系统、调速器系统、励磁系统、机组辅助设备系统、主变冷却系统及油、水、风等公用设备系统。

1.3教练员管理站的功能

1.3.1仿真培训进程控制功能

(1)按照设定的培训方案及内容，把电站相应设备的初始状况设定为“√”，设定一个初始工作状态，然后进行训练。(2)可以在任意时间将整个培训过程冻结，中止模拟训练系统的操作。(3)在训练期间，任何时间点的工作状态都可以自动或者人工地迅速保存，时间可以任意选择，以便随时查阅。(4)训练期间，可以退回到先前的状态，以再次启动训练。(5)员工可回到某个时间点，并自动回放该时间点后的训练或事故处置全过程，而不能由人为干预。

1.3.2故障及复合故障设置功能

教练可以在水电站的画面和简报窗口中，将各类电网故障和二次系统故障都设定好，按时间上的逻辑先后顺序，将故障组合起来，定时激活，还可以根据需要，对故障项进行增删和修改。仿真系统自身的程序，也可以实现故障的连锁反应，实现多级故障的叠加。教练也可以随机设定不同的非正常状况。

1.3.3操作记录､评价考核功能

仿真系统可以自动记录学员在训练中的全部检查、操作过程和结果，供教练查找事故原因，对事故进行分析，客观地评价训练成绩。该系统的监测后台电脑功能和数据采集处理功能都和实际的监测系统一样，具备现地水电站监测系统的操作、监测和显示等功能。模拟试验中，二次装置及监测装置的连线状况与现场实际相符。

2性能指标

2.1数字仿真的总体程度指标

仿真模型实现对观音岩水电站各种运行工况的仿真，包括各种设备的启停操作、正常运行、工况转换和故障运行工况等，运行人员在仿真系统上的操作结果（正确操作或错误操作）与实际相似，能够完全再现实际运行控制逻辑关系；数学模型按物理机理建立，以原型的结构、特性及参数为依据，严格遵守能量、质量和动量守恒定律；完整模拟中控室上位机监控系统的所有功能，包括画面显示、自动监控流程、简报等；现地设备和盘柜的功能采用二维动态画面和照片按现场实际进行全仿真。

2.2数字仿真的静态性能指标

画面和窗口中显示的参数值是经过数学建模计算得到的，针对模型的计算结果，在模拟目标或同类模拟目标的设计参数、操作及试验资料的基础上，进行典型工作状态检验合格。模拟真实设备的仪器误差不超过模拟目标对应的仪器、变送器和相关仪器的系统误差；在稳态条件下，主要参数与模拟目标对应的参数误差在±2%以内；在稳态条件下，非临界参量与模拟目标对应的参数误差在±5%以内。

2.3数字仿真的动态性能指标

仿真系统的动态性能指标符合以下要求：在正常和非正常运行期间，建模计算结果的参数变化趋势与以上所说的模拟机动状态性能测试标准相一致，并且不违背观音岩水电站制定的操作规程；仿真系统的报警输出和自动装置动作输出的模拟结果与模拟目标相符；在同一工作条件下，各主要参量的动力学性能指标与模拟对象相应参数的动态性能误差在±10%以内。

2.4数字仿真的实时性指标

仿真系统的实时性能指标满足：在正常工况及非正常工况下，其参数变化趋势与上述仿真工况性能试验准则相符，且不违反水电站的运行规范；本系统的报警及自动化设备的操作输出仿真结果与仿真指标一致；在任何工况下，动态特性指标与仿真目标动态特性的偏差均小于±10%。

3仿真系统的软件配置

3.1CyberSim一体化通用仿真平台支撑软件

该系统所使用的计算机图形仿真库（CyberSim）集成通用仿真软件，是由软件开发公司针对观音岩水电站的具体情况而量身定做的。本系统包括两个方面，即模型端建模系统和工业组态自动化软件。电力一次系统的模型建立在观音岩水电站一次电气线路图的基础上，通过模型系统 PGiss来实现。平台通过专用的通信接口与计算机监控系统相连。

3.2CyberControl平台软件

本系统所使用的计算机控制（工业自动化）软件平台，是一种基于分布式数据库和分布式应用的自动化软件产品，它具备了对大数据的处理能力和完善的控制功能。电控仪是软件开发公司基于多年的工程实践与系统运作经验，自主开发的一种安全、稳定、操作简单的产品，它的维护费用低，可以适用于几十个单独的、以百万计点为单位的大型集成监测系统。

3.3教练平台､工程师站功能软件

该教练平台的功能软件主要负责模拟系统的运行控制和监控模拟过程等，其中包括：状态选择/储存、冻结/解冻、回退、记录、回放、缓存、机外参数的设定、模式的提速和降速、学员的表现、组合的故障设置、操作监控等等。通过鼠标的点击，教师可以实现对各类模拟系统的监控与控制。

工程师工作站的功能软件，除了提供教练站的功能外，还负责对模拟模型的开发、修改、调试和维护。它的运行状态是多窗口的，技术工程建模环境灵活，图形界面友好，模型易于使用和维护。本软件能够适时地建立实时数据库和控制系统的模型，并允许工程师对其进行设置和扩充。

4结束语

本项目通过构建水电站仿真系统，让用户能够直观地获取各种需要的电力资源，并将其与相应的数学模型结合，在画面和简报的基础上，实现对学员的日常培训和应急处置过程的动态模拟展示，一方面提高了学员的技术能力水平，另一方面也为决策人员提供可视化支撑｡

参考文献

[1]朱建国.水轮发电机组的模块化建模与仿真[J].计算机仿真2011,28(12):318-322.

[2]陈铁.吴喜春.李咸善.面向设备的水电站辅机系统建模方法研究.水电能源科学.2015(5):165~169