CN110909444B - 一种高铁牵引供电调度仿真培训*** - Google Patents

一种高铁牵引供电调度仿真培训*** Download PDF

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Abstract

本发明为一种高铁牵引供电调度仿真培训***，包括硬件环境、软件环境和软件体系结构，硬件环境包括运行高铁牵引供电调度仿真培训***软件的监控计算机；监控计算机包括4个显示屏和1个工作站，4个显示屏构成“3+1”的仿真模式，3个显示屏称为SCADA屏，1个显示屏称为公共服务屏，软件环境是高铁牵引供电调度仿真培训***软件，采用win10、win7、windows xp***，高铁牵引供电调度仿真培训***软件的开发平台采用Visual C++6.0；软件体系结构包括以下子***：监控仿真子***、通信仿真子***、供电管理子***、牵引供电***正常运行状态仿真子***、牵引供电***故障运行状态仿真子***、牵引供电二次设备***仿真子***。

Description

一种高铁牵引供电调度仿真培训***
技术领域
本发明属于电气化铁路牵引供电技术领域，具体涉及一种高铁牵引供电调度仿真培训***，特别是应用于高铁牵引供电调度技术人员在常规操作和故障应急处置方面进行技术培训和技术演练。
背景技术
高速铁路由于其高可靠性、高安全性的运营要求，在很多方面与普速铁路存在较大差异，特别是在牵引供电***的运行、控制和管理方面。高速铁路牵引供电***的常规倒闸操作以及发生故障后所采取的应急处置都是由供电调度人员在调度中心通过调度***远程控制进行的，所以供电调度人员的专业技能水平对保证高铁运输的安全至关重要。目前四电合一的高铁集中调度运营模式在我国高铁领域广泛采用，基于自动化技术、计算机控制技术、计算机网络通信技术的高铁调度***对保证运输安全起到了重要作用，特别是牵引供电调度子***中很多程控化的自动操作，为供电调度人员对现场设备的操控带来极大的便利和可靠保证。但是，牵引供电调度***是在线实时运行的生产设备，调度人员绝对不可对其随意进行操作，只有在生产需要时才可进行相应的操作。当供电***发生故障，特别是发生了罕见的某种复杂故障，大量的故障信息通过调度***呈现在调度人员面前，供电调度人员能否正确地理解这些信息，对故障情况作出正确的判断并快速正确地采取相应的处置措施，将故障对运输生产的影响降到最低，这反应了供电调度人员的业务技能水平。要提高调度人员的业务技能水平，除了通过培训使其熟记掌握业务知识外，最行之有效的方法就是有一套与供电调度***相一致的仿真调度***，供电调度人员可通过仿真调度***进行各种操作演练，设想一些可能发生的故障，模拟故障发生，设计出正确的故障应对措施，这对避免实际故障发生时出现的误操作，保证运输安全具有重要意义。
所以，研发一套针对高铁供电调度员的，与实际高铁牵引供电调度***工作环境相一致，且独立于实际调度***的，能将调度员工作中进行的各种操作和发生故障时的应急处置过程反复重现的仿真调度***，作为调度员离岗或在岗时进行专业技术训练的平台是非常必要的。
“高铁牵引供电调度仿真培训***”正是针对我国目前开通运营的高铁线路的牵引供电调度***，基于牵引供电***数学建模技术和计算机仿真技术，研究并开发出高铁牵引供电调度仿真培训***平台，通过该平台可制作出与我国目前已运营的任何一条高铁线路的牵引供电调度***运行相一致的仿真调度***，通过该仿真调度***，为供电调度运行人员试验操作步骤，或模拟设想的故障并研究如何对其进行应对提供一个实验平台，为供电调度运行人员训练各种操作，训练各种故障应急处置过程提供一个实训平台。
目前，具有行车仿真、故障仿真、操作模拟、故障应急处置模拟功能的，集实验、实训于一体的纯模型化、数字化、可视化的高铁牵引供电调度仿真培训***在国内尚属空白。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高铁牵引供电调度仿真培训***，通过该仿真培训***，为供电调度运行人员试验操作步骤，或模拟设想的故障并研究如何对其进行应对提供一个实验平台，为供电调度运行人员训练各种操作，训练各种故障应急处置过程提供一个实训平台。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种高铁牵引供电调度仿真培训***，包括：硬件环境、软件环境和软件体系结构，所述硬件环境包括运行高铁牵引供电调度仿真培训***软件的监控计算机；
运行高铁牵引供电调度仿真培训***软件的监控计算机包括4个显示屏和1个工作站，4个显示屏构成了“3+1”的仿真模式，其中3个显示屏称为SCADA屏，1个显示屏称为公共服务屏，
所述软件环境是高铁牵引供电调度仿真培训***软件，采用win10、win7或windows xp中文操作***，高铁牵引供电调度仿真培训***软件的开发平台采用Visual C++6.0；
所述软件体系结构包括以下子***：监控仿真子***、通信仿真子***、供电管理子***、牵引供电***正常运行状态仿真子***、牵引供电***故障运行状态仿真子***、牵引供电二次设备***仿真子***；
所述监控仿真子***，用于仿真调度端，包括牵引供电一次接线图绘制模块、供电调度SCADA***操作仿真模块、供电调度非SCADA***操作仿真模块；
所述通信仿真子***，用于仿真被控端和通讯信道，包括牵引供电二次设备***对故障的处理仿真模块、通讯过程仿真模块；
所述供电管理子***，包括供电设备管理模块、试题文件编辑模块、试题库模块；
所述牵引供电***正常运行状态仿真子***，用于建立牵引供电***的等值电路模型以及电力机车的电流源模型，并进行供电***潮流计算，得到牵引供电***正常负荷运行状态下的电压、电流分布，为供电***中各电压互感器(PT)和电流互感器(CT)测量点提供仿真的实时电气参数，从而为牵引供电调度仿真***建立起正常供电运行状态；
所述牵引供电***故障运行状态仿真子***，用于搭建牵引供电***的电磁暂态仿真模型，设置短路故障点，对整个牵引供电***故障状态下的电压、电流的暂态过程进行仿真计算，特别是在牵引供电***中安装电压互感器(PT)和电流互感器(CT)的测量点处，仿真输出故障发生后一段时间内连续的、数字化的故障电压和电流的数值输出和波形输出，并以文件的形式保存，从而为牵引供电二次设备***的仿真提供故障波形和数据；
所述牵引供电二次设备***仿真子***，用于构建电铁虚拟继电保护装置和自动装置，实现对牵引供电***二次设备***的仿真。
在上述方案的基础上，所述牵引供电一次接线图绘制模块，构成了一套完整的针对电气接线图的绘图平台，用于绘制高铁供电调度SCADA***中所需的各种一次接线图，并将图中的图元，电压、电流的显示窗口，母线、馈线及接触网导线的带电颜色等关联到仿真培训***数据库中的对应变量，从而使接线图中的各遥信点、遥测点、有无电指示依据数据库中变量的状态变化实时更新；图元包括断路器、隔离开关。
在上述方案的基础上，所述供电调度SCADA***操作仿真模块，用于通过SCADA屏，对供电调度SCADA***上的操作进行模拟；模拟的操作包括：登录供电调度SCADA***，调取牵引供电***的所、亭主接线图、接触网图、供电臂图进行浏览以确认***的运行状态，开关分合闸的单控操作，通过执行程控操作卡片，进行多开关顺序分合闸的程控操作，查看告警信息或故障报告等。
在上述方案的基础上，所述供电调度非SCADA***操作仿真模块，用于通过公共服务屏，对供电调度非SCADA***上的操作进行模拟；模拟的操作包括：供电调度与行调、工区、变电所值守人员间的电话通话，调度给各部门发短信，调取视频查看故障现场情况，填写倒闸命令表或作业命令表，当值调度员在进行某项操作时与监护调度员之间的标准对话等。
在上述方案的基础上，所述电铁虚拟继电保护装置和自动装置用于通过算法程序实现实际微机保护装置和自动装置的各种功能，包括：对故障电流、电压进行采样、滤波，保护算法，定值比较，逻辑判断，动作告警和跳闸出口等，并实现保护定值操作、SOE事件报文生成并存储、故障录波等；
二次设备包括：主变差动保护装置、主变后备保护装置、馈线保护装置、电铁故障测距装置、AT保护测控装置、备用电源自投装置等。
在上述方案的基础上，所述牵引供电二次设备***对故障的处理仿真模块，用于将牵引供电***故障运行状态仿真子***生成的各种故障数据文件，加载到牵引供电二次设备***仿真子***编制的电铁虚拟继电保护装置和自动装置中进行保护计算分析，经计算分析出需要保护的出口虚拟装置，然后比较各自的出口动作时间，最终确定唯一的出口跳闸虚拟保护装置，并生成该虚拟保护装置的保护动作信息、故障报告，同时发送至通讯过程仿真模块。
在上述方案的基础上，所述通讯过程仿真模块，用于构建虚拟远动通讯信道，实现供电调度SCADA***对牵引供电***遥信、遥测、遥控功能的仿真；所述远动通讯信道用于模拟以太网，将牵引供电二次设备***仿真子***的仿真数据通过IEC60870-5-104通讯规约传送至监控仿真子***，从而使SCADA仿真***的一次接线图显示牵引供电***的各种电气参数和运行状态，调度人员在监控仿真子***上模拟各种操作，将操作命令通过IEC60870-5-104通讯规约传送至牵引供电二次设备***仿真子***中，实现各种控制；仿真数据包括保护动作信息、故障报告。
在上述方案的基础上，所述供电设备管理模块，用于建立被控端所、亭中每个二次设备与其所控制的一次设备间存在的遥测、遥信和遥控关系，并将这些关系关联到仿真培训***的数据库中。
在上述方案的基础上，所述试题文件编辑模块用于生成各种故障应急处置试题文件。
在上述方案的基础上，所述试题文件编辑模块包括的基本操作类型有：“天气状况”、“场景设置”、“时标管理”、“故标管理”、“单控操作”、“程控卡片”、“电压设置”、“电流设置”、“传动设置”、“行车设置”、“所亭设置”、“座机操作”、“通话操作”、“通话选择”、“电调对话”、“场景确认”、“短信操作”、“视频操作”、“故障经过”、“倒闸命令”、“作业命令”、“画面操作”、“窗口操作”、“登录操作”、“遥信操作”、“延时操作”、“提示操作”等。
在上述方案的基础上，所述试题库模块，用于将试题文件编辑模块编辑的具体试题文件，按照故障类型存入试题库，以备调度人员训练时调出运行；所述试题库模块包括的试题类型有：接触网挂异物自动消失处置、接触网挂异物需停电处置、接触网挂异物可不停电处置、分相隔离开关非正常合闸应急处置、高铁接触网T线故障跳闸重合闸成功应急处置、高铁接触网T线故障跳闸重合闸失败应急处置、高铁接触网F线故障应急处置、高铁供电线故障应急处置、高铁接触网负荷特性跳闸处置应急处置、牵引变电所主变压器低电压过电流保护动作应急处置、牵引变电所主变压器保护动作跳闸应急处置、牵引变电所主变压器二次侧单母线低电压过电流保护动作应急处置、牵引变电所全所停电越区供电应急处置、接触网异相短路均重合闸成功应急处置、接触网异相短路重合闸失败应急处置、高速铁路电力机车掉分相处应急处置、动车组弓网故障应急处置、接触网覆冰故障应急处置。
附图说明
本发明有如下附图：
图1复线全并联AT供电方式供电臂示意图。
图2二次设备***对故障处理的仿真流程图。
图3高铁牵引供电调度仿真***结构示意图。
图4数据通信仿真实现方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
高铁牵引供电调度仿真培训***是一套基于计算机多显示屏的可对高铁牵引供电***实现遥信、遥测、遥控功能的SCADA仿真***，还有对电话，牵引供电***视频监视，倒闸命令表和作业命令表的填写等操作的仿真。供电调度员就是在这样的环境中进行着各种监视、了解情况、下达命令、远程倒闸操作以及故障应急处置等工作。“高铁牵引供电调度仿真培训***”基于计算机充分地模拟实际调度***的设备环境，并且能够较真实的模拟这些设备的各项操作。
高铁牵引供电调度仿真培训***完全独立于铁路生产实际的高铁供电调度***，不会对实际的调度***有任何影响。高铁牵引供电调度仿真培训***有自己独立的数据源，能提供仿真的高铁供电***正常供电状态下的电气参数和各种故障状态下的暂态电气参数，能模拟故障发生后继电保护装置和自动装置引发的各种开关变位等，为调度人员模拟出全面的牵引供电运行状态信息。
高铁牵引供电调度仿真培训***不仅使调度员在各种SCADA***上得到训练，更主要的是在故障应急处置方面得到全面、***、针对性的训练。所以，仿真培训***所涵盖的最基本的故障应急处置演练类型应包括中国铁路总公司颁布的“供电故障应急处置基本流程及供电故障应急处置基本流程补充内容”中所涉及的所有故障应急处置类型。
一.高铁牵引供电调度仿真培训***的关键技术
高铁牵引供电调度仿真培训***的开发首先就要建立牵引供电***的运行状态。牵引供电***的运行状态分为正常运行状态和故障运行状态。要对高铁牵引供电的二次设备***(继电保护装置和自动装置)的运行和功能进行仿真。从而较真实地建立起高铁供电调度仿真培训***的运作背景支撑环境，这是高铁牵引供电仿真培训***的运行基础。
(1)高铁牵引供电***正常运行状态的仿真
牵引供电***的正常运行状态一是体现没有列车通过时供电***的空载运行状态，二是体现有列车通过时供电***向电力机车供电的负荷运行状态。为实现高铁牵引供电***负荷运行状态的仿真，需将所仿真的高铁线路分成若干个供电区域，即以牵引变电所为核心加上其两侧供电臂为一供电区域，列车驶入供电区域，区域的所、亭主接线图上电压互感器(PT)和电流互感器(CT)测量点的电气参数就由驶入列车的负荷状态决定。
空载运行状态的仿真比较简单，取各供电区域牵引变电所220kV高压电源***侧的正常三相供电电压为220kV，考虑三相电压的接入相序，通过所内牵引变压器的变比，可计算出所内两段27.5kV母线的带电相别(A相，B相)和每段T线PT和F线PT的对地电压值。通过判断所内对两侧供电臂供电的馈线断路器和隔离开关的闭合状态，根据所内27.5kV母线的带电相别和电压值经过带电推导，推导出供电臂中部AT所和供电臂末端分区所内馈线(T线和F线)的带电相别和PT的电压值。整个供电区域的所有CT的电流值为零。
负荷运行状态的仿真，我国高铁线路普遍采用的是复线全并联的AT供电方式，如图1所示。当某供电区域的一侧供电臂有一列动车运行时，为了能实时仿真出牵引供电***的负荷运行状态，将列车视为负荷电流源，且列车的负荷电流为I。如图1，供电区域的牵引变电所SS中一个单相牵引变压器为供电臂上、下行供电，供电臂中部AT所的自耦变压器以及供电臂末端分区所SP的自耦变压器通过上、下行T线和F线间的横联线为供电臂上、下行供电，供电臂的第一AT段长度为D1，第二AT段长度为D2，列车此刻的运行位置为上行线第二AT段距离AT所自耦变压器x处。
牵引网上下行线路间的互感暂时忽略不计，假设各AT漏抗为0，并认为上、下行牵引网参数相当。由于上、下行所有AT所都进行了横向并联，列写动车在第二AT段短回路中上、下行的T1与T2,R1与R2，F1与F2分别通过并联线形成的三个闭合回路电压方程(略)，求解方程得：
Figure BDA0002234106570000091
由上式可见，在列车负荷电流I已知的条件下，供电臂上、下行各导线的电流分布表达式均为机车位置x的函数，基于上述表达式，可方便快速地计算出在不同x处以及不同x处列车负荷电流I条件下列车牵引网中的电流分布，根据以上计算的牵引网电流分布，依据牵引变电所SS、AT所、分区所SP的主接线拓扑结构，进而可列写出牵引变电所、AT所、分区中所有电流测量点的CT显示值计算式，如表1所示。
表1列车运行于供电臂第二AT段上行时所、亭CT显示值计算式
Figure BDA0002234106570000101
根据表1可计算出列车行驶在某一供电区域中，该供电区域的牵引变电所中上、下行馈线CT电流值(如：IT231SS、IF231SS、IT251SS、IF251SS),变电所牵引变压器低压侧的单相CT电流值(如：ITSS、IFSS)、高压侧的三相CT电流值(如：IA、IB、IC)，AT所上、下行馈线CT电流值(如：IT231AT、IF231AT、IT251AT、IF251AT)，分区所上、下行馈线CT电流值(如：IT232SP、IF232SP、IT252SP、IF252SP)，AT所运行的自耦变压器出线CT电流值(如：ITAT、IFAT)，分区所运行的自耦变压器出线CT电流值(如：ITSP、IFSP)，牵引变压器、自耦变压器中性线接地回流CT电流值(如：I0SS、I0AT、I0SP)。
接下来，基于变电所高压三相进线220kV额定电压(如：UA、UB、UC)，通过计算变电所变压器的电流(如：ITSS、IFSS)经过变压器阻抗产生的压降，进而计算出负荷状态下，变压器低压侧母线PT的电压值(如：UTSS、UFSS)。模拟列车行进，改变x重复以上计算，即可实现高铁牵引供电***负荷运行状态的仿真。
表1为当一列动车运行在供电臂第二AT段x位置处，各所、亭CT安装处的电流显示值计算式。同理，通过上述列写闭合回路电压方程求解的方法，也可解得一列动车运行在供电臂第一AT段牵引网电流分布计算公式，两列动车分别运行在供电臂第一AT段和第二AT段的牵引网电流分布计算公式，三列动车和四列动车分别运行在上、下行各自AT段的牵引网电流分布计算公式，进而可求算出供电臂上分别行驶一列动车至四列动车时，变电所、AT所、分区所馈线、母线CT和PT显示值计算式，这里不在赘述。
(2)高铁牵引供电***故障运行状态的仿真
在高铁牵引供电***发生的故障中，除了接触网挂异物故障外，牵引供电***的所、亭内，接触网上发生的各种短路故障，特别是接触网上发生短路引发跳闸的故障占较大比重。所以，高铁供电调度仿真培训***要模拟各种短路引发跳闸的故障应急处置过程，首先就要对***某处发生短路故障后，整个牵引供电***的故障电压分布、故障电流分布进行仿真计算。特别是在所、亭安装PT和CT的测量点处，仿真输出故障发生后一段时间内连续的、数字化的故障电压和电流的数值输出和波形输出，从而为牵引供电二次设备***继电保护的仿真提供故障波形和数据。
基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，借助其图形化的用户仿真界面，搭建牵引供电***的电磁暂态仿真模型，通过设置短路故障点，可对整个***的电压、电流的暂态过程进行仿真计算。
供电区域所有PT和CT仿真输出的离散数值结果以文本文件的形式保存，供虚拟继电保护装置(程序)模拟采样调用。
(3)高铁牵引供电二次设备***的仿真
在高铁牵引供电***故障中，像发生接触网挂异物、电力机车掉分相处等这类的故障，一般是通过电话通知供电调度员，而后由供电调度去处置。而像供电***发生的各种短路引发跳闸的故障，都是通过调度SCADA***显示屏推出跳闸的所、亭主接线图并弹出实时故障报告的方式提示供电调度员发生了故障，而后调度员通过主接线图查看开关跳闸情况，通过故障报告查看故障数据对故障进行分析判断，保证后续处置过程的正确性。而针对短路故障引发的跳闸和产生的故障报告数据都是来自于牵引供电***各所、亭中的二次设备***，即继电保护装置和自动装置。
为了能正确的模拟故障发生后，在调度端产生的跳闸信息和故障数据信息，高铁供电调度仿真***通过构建电铁虚拟保护装置和自动装置，实现对牵引供电***二次设备***的仿真。虚拟保护和自动装置通过算法程序实现微机保护装置和自动装置的各种功能，包括对故障电流、电压进行采样(通过读取故障仿真生成的故障波形数据文件来模拟采样)、滤波，保护算法(FFT)，定值比较，逻辑判断，动作告警和跳闸出口等，并可实现保护定值操作、SOE事件报文生成并存储、故障录波等。
所仿真的保护包括牵引供电***各所亭的：牵引变压器主保护(包括差动速断保护、比率差动保护、瓦斯保护)，牵引变压器后备保护(包括高压侧三相过电流保护、低压侧单相过电流保护、过负荷保护、失压保护、PT断线检测等)，馈线保护(包括距离保护、电流速断保护、过电流保护、电流增量保护、重合闸、重合闸后加速保护、PT断线检测等)，所用变保护(包括失压保护)，电铁故障测距(包括AT测距法、电抗测距法)，AT保护测控(包括AT差流保护、ATT线过流保护、ATF线过流保护、AT碰壳过流保护、检无压跳闸、检有压合闸等)，备用电源自投(包括进线失压备自投、主变故障备自投)。
二.高铁牵引供电调度仿真培训***的开发
高速铁路的牵引供电调度仿真培训***，也被称作远动SCADA(SupervisoryControl and Data Acquisition)***，即数据采集和监视控制***。该***利用计算机软件技术、通讯与网络技术、检测与自动控制技术等对高铁运行过程中牵引供电***进行数据收集、设备控制、信息处理与故障判断等，从而确保牵引供电***的经济安全运行，为高铁运行提供可靠的电力保障。
高铁牵引供电调度***一般由调度端、被控端和通讯信道三个部分组成，如图3所示。调度端设置在高铁运行调度控制中心，负责对远动对象的实时监控、数据统计与管理功能等。其软件环境是一套基于计算机多屏显示的可对高铁牵引供电***实现遥测、遥信、遥控功能的SCADA***，其硬件环境是除了运行SCADA***的监控计算机外，还有电话座机、视频监视、***、倒闸命令表、作业命令表等辅助设施。被控端设置在高铁沿线的牵引变电所、AT所、分区所等所、亭内，受调度端监控，一般由所、亭内的综合自动化***负责数据的采集与发送、命令的接收与执行等功能。通讯信道是传输信息的介质，是实现***远动功能的基础。
为了更好地体现***逻辑分工，方便后续开发，将高铁牵引供电调度***抽象为三个功能上相互关联、设计过程相互独立的模块：监控仿真、通信仿真、供电管理。各个模块分别编制，模块内部细节单独设计，各模块之间不受影响。由于仿真***独立于实际***，仿真***采集的数据由搭建的牵引供电***模型生成。
“高铁牵引供电调度仿真培训***”开发平台采用Visual C++6.0。
(1)高铁牵引供电调度监控***的仿真
高铁供电调度仿真***的基本功能就是能模拟出供电调度员在调度中心操作台上进行的各种调度操作，这些操作可分为两类，一类是基于调度SCADA***的操作，如：登录，调取牵引供电***的所、亭主接线图、接触网图、供电臂图进行浏览以确认***的运行状态，进行开关分合闸的单控操作或通过执行程控操作卡片，进行多开关顺序分合闸的程控操作，查看告警信息或故障报告等操作；另一类是非SCADA***操作，如：供电调度与行调、工区、变电所人员间的电话通话，调度给各部门发短信，调取视频查看故障现场情况，填写倒闸命令表或作业命令表，当值调度员在进行某项操作时与监护调度员之间的标准对话等操作。可见，供电调度在实际的倒闸以及故障应急处置工作中，将调度SCADA***的操作和非SCADA***的操作融合在一起就构成了高铁供电调度的监控***操作。
为实现对高铁供电调度监控***操作的仿真，高铁牵引供电调度仿真***构建了高铁供电调度的“3+1”仿真***模式，即：用3个显示屏(称作SCADA屏)模拟供电调度的SCADA***，可使供电调度人员通过SCADA屏模拟如上所说的各种SCADA***操作；用1个显示屏(称作公共服务屏)模拟各种非SCADA***的操作，通过公共服务屏上模拟的程控电话、***、视频***、电子倒闸命令表和作业命令表等，可使供电调度人员通过公共服务屏模拟如上所说的各种非SCADA***操作。
高铁牵引供电调度监控***的仿真包含以下三个模块：牵引供电一次接线图绘制模块、供电调度SCADA***操作的仿真模块以及供电调度非SCADA***操作的仿真模块。
√牵引供电一次接线图绘制模块
高铁供电调度SCADA***的基本构成界面是某某高铁的牵引供电***地理图，牵引变电所、AT所、分区所的主接线图，牵引供电***的接触网图和供电臂图等。为此，在高铁供电调度仿真***中开发了牵引供电***一次接线图绘制模块，编制了诸如线条、矩形、圆形、多边形、组合、曲线、报表、按钮、棒图、饼图等多种绘图工具，从而构成了一套完整的针对电气接线图的绘图平台。基于该模块绘图平台，可绘制出高铁供电调度SCADA***中所需的各种一次接线图，并可将图中诸如断路器、隔离开关等图元，电压、电流的显示窗口，母线、馈线及接触网导线的带电颜色等关联到仿真***数据库中的对应变量，从而使接线图中的各遥信点、遥测点、有无电指示(颜色)依据数据库中变量的状态变化实时更新。
√供电调度SCADA***操作的仿真模块
要制作某某高铁供电调度SCADA***的仿真***，不仅仿真***界面要与实际调度***相一致，而且还要使仿真***具有对实际调度***的各项功能、各项操作的仿真。对于整个高铁牵引供电调度仿真***，按照实际调度SCADA***主界面，仿真***主界面的最上方为菜单栏，在菜单栏中设置画面切换方式，快速切换到想要查看的所亭主画面。
菜单栏中的画面选项可选择***的各种类型画面。除此之外，还设计了画面左右切换按钮，可以实现相邻所亭的主接线图切换。
可在三个SCADA屏上随意调出牵引供电***各种一次图画面并可在三屏间推图。而且，当某一次图发生开关变位的事件时，该图会在主屏上自动弹出，并将主屏原图推向邻屏。
调度员可在SCADA仿真***上，针对一次图上带远动功能的开关、压板进行分合、投退的单控操作。编制了各所、亭的程控操作卡片，调度员可在SCADA仿真***上执行程控卡片，可对所、亭间多开关的顺序倒闸进行程控自动操作，而且，随着开关的分合，采用带电推导算法，一次图中会有对应开关状态的带电指示。
√供电调度非SCADA***操作的仿真模块
对供电调度非SCADA***的操作仿真是将电话操作、***、视频***、填写倒闸命令表和作业命令表、双席并发监督模式等全部在1个公共服务屏上进行模拟。为此，在公共服务屏画面的下方操作栏中添加了“短信”按钮、“视频”按钮、“电话”按钮、“表格”按钮，公共服务屏画面右侧的窗口中列写的是故障应急处置过程中的操作步骤提示。
当仿真***模拟了某个供电故障场景，调度员模拟故障处置需要给行调、工区、变电所或生产调度等部门打电话时，点击“电话”按钮，则在公共服务屏上弹出调度程控电话画面，点击电话号盘上要呼叫的部门按钮，振铃后即可进入通话模式，通话内容根据供电***发生的故障情况，采用标准用语，通过对关键字(如故障性质、时间、动作开关编号、行别、公里标等)的选择或填空的方式进行填写式对话，而后发出或接收，双方交互对话完成后点击按钮挂机，结束通话。当在某个供电故障场景下，某个部门呼入电话(如行调给供电调度下命令等)，这时公共服务屏上会自动弹出程控电话并伴有振铃和来电部门按钮闪烁，调度员接听并进入通话模式。
当仿真***模拟了某个供电故障场景，调度员模拟故障处置需要填写倒闸命令时，点击“表格”按钮，选择倒闸命令表，则在公共服务屏上弹出倒闸命令表，倒闸命令表的填写内容根据供电***发生的故障情况进行填写，表格中每一项的填写采取下拉菜单选择的方式填入正确选项。填写作业命令类似。
当仿真***模拟了某个供电故障场景，调度员模拟故障处置需要查看故障现场视频时，点击“视频”按钮，则在公共服务屏上弹出视频监控窗口，根据仿真***提供的故障公里标，选择相应的视频画面即可看到模拟的现场故障视频。
当仿真***模拟了某个供电故障场景，调度员模拟故障处置需要给相关人员发短信时，点击“短信”按钮，则在公共服务屏上弹出***界面，输入要发送的内容即可模拟发送短信。
当仿真***模拟了某个供电故障场景，调度员模拟故障处置需要执行远动分合某个开关的操作时，由于监控***的控制模式是双席并发监督模式，所以当值调度员进行远动操作时要有监护调度员进行监督，且两者间要有标准用语对话。这个过程公共服务屏也可以模拟。
基于以上对高铁供电调度SCADA***和非SCADA***操作的仿真，高铁供电调度仿真***基本实现了调度员在其实际调度工作中，即正常情况下的供电***倒闸操作和故障情况下的应急处置所进行的各种操作的模拟，这为后面在仿真***上进行各种故障应急处置流程的编辑和运行奠定了基础。
(2)高铁牵引供电调度通信***的仿真
√二次设备***对故障的处理仿真
将上述牵引供电***故障运行状态仿真计算针对某一故障生成的故障数据文件，加载到上述牵引供电二次设备***的仿真中开发的各所、亭的各种虚拟继电保护程序中进行保护计算分析。其中经计算分析需要保护出口虚拟装置再经各自的出口动作时间比较，最终确定唯一出口跳闸的虚拟保护装置并生成该虚拟保护装置保护动作信息、故障报告，发至通讯过程仿真模块，其仿真过程如图2所示。
√通讯过程仿真
高铁供电调度远动***是建立高铁供电调度SCADA***与牵引供电***中各所、亭的二次设备综合自动化***间的遥信、遥测、遥控功能的重要数据通讯信道。高铁供电调度仿真***应用计算机通信技术和计算机动态存储技术，通过构建虚拟远动通讯信道，实现供电调度SCADA***对牵引供电***遥信、遥测、遥控功能的仿真。仿真的远动***(软件)模拟以太网，将牵引供电***中各变电所、AT所、分区所的二次设备***生成的保护动作信息、故障报告，通过IEC60870-5-104通讯规约传送至牵引供电调度监控仿真子***，从而实现SCADA仿真***一次接线图显示牵引供电***的各种电气参数和运行状态，调度人员在仿真的SCADA***上模拟各种操作，将操作命令通过IEC60870-5-104通讯规约传送至仿真的牵引供电***各变电所、AT所、分区所的二次设备***，实现各种控制。数据通讯过程仿真的实现方法如图4所示。
(3)供电管理软件
我国目前运行着多条高铁线路，每条高铁线路的牵引供电***都包含着大量的一次设备和二次设备，这些设备的运行结果决定了整个牵引供电***的运行状态。所以，高铁供电调度仿真***要模拟牵引供电***的运行状态，就要将整个***的所有一次和二次设备管理起来，明确所有设备之间的相互关系。为此，开发了供电管理软件，其主要包含两个功能，即：供电设备管理和故障应急处置演练试题文件编辑。
√供电设备管理
以某条高铁线路为例，将该高铁线路分成八个供电区域：长丰山供电区域、旧宫堂供电区域、邓各庄供电区域、富阳北供电区域等。每个供电区域包含有各自的牵引变电所和其两侧供电臂上的AT所和分区所，这些牵引变电所、AT所和分区所又包含各自的二次设备(如主变差动保护、主变后备保护、本体保护、馈线保护、故测装置、备自投、所变保护、综合测控等)和一次设备(如断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等)，而这些二次设备又与一次设备间存在这遥测、遥信和遥控关系。为此，“高铁牵引供电调度仿真培训***”针对该高铁线路开发了供电管理软件，通过该可执行文件建立该高铁线路所有一次和二次设备间的遥测、遥信和遥控关系，并将这些关系关联到仿真***的数据库。
供电管理界面的左上方是供电区域选择，例如选择了旧宫堂供电区域，则在界面左下方列出了旧宫堂供电区域的旧宫堂牵引变电所、大山子AT所、河口寨分区所、石门山AT所和廖公庄分区所中的所有二次设备。选择一个二次设备(例如选择了旧宫堂—牵引所—1T后备保护)，则在界面右侧列出了该保护装置与其所对应的断路器、隔离开关、压板等一次设备间的遥信、遥控关系，以及与压互和流互间的遥测关系。这种关系的建立为各所、亭综自***通过虚拟的远动***向供电调度SCADA端传输牵引供电***的运行参数(电压、电流)和状态(开关分、合，压板投退)提供了条件。
√试题文件编辑
“高铁牵引供电调度仿真培训***”的核心功能就是使高铁供电调度人员通过仿真的高铁调度***，进行各种高铁牵引供电***故障的应急处置过程演练、考核。为此，在供电管理软件中开发了故障应急处置试题文件编辑模块，用以生成各种故障应急处置试题。供电调度人员在仿真***上以执行试题文件的方式进行各种故障处置过程的演练，演练过程中故障处置技术关键点(如故障性质、时间、动作开关编号、行别、公里标等)将在各种SCADA操作和非SCADA操作中以选择、填空等形式进行考核。
点击供电管理界面上方按钮栏中的“试题编辑”按钮，即可打开试题文件窗口，窗口中列出了已编辑的试题。点击“新建”按钮即可编辑新的试题，点击“编辑”按钮即可对选择的已有试题进行编辑修改。
在试题文件编辑模块中，为编辑出故障应急处置中所涉及的各种操作步骤(SCADA***操作和非SCADA***操作)，特开发了诸如：“天气状况”、“场景设置”、“时标管理”、“故标管理”、“单控操作”、“程控卡片”、“电压设置”、“电流设置”、“传动设置”、“行车设置”、“所亭设置”、“座机操作”、“通话操作”、“通话选择”、“电调对话”、“场景确认”、“短信操作”、“视频操作”、“故障经过”、“倒闸命令”、“作业命令”、“画面操作”、“窗口操作”、“登录操作”、“遥信操作”、“延时操作”、“提示操作”等近30种基本操作类型。试题文件的编辑过程中，点击“增加步骤”按钮，即可弹出操作类型窗口，窗口列出了所有基本操作类型。选择一个类型并进行适当的设置，则该操作步骤就加入试题文件中。
依据由高铁供电调度提供的某某故障应急处置流程脚本，将以上基本操作类型进行编排组合，最终生成某某故障应急处置演练试题文件。
四.高铁牵引供电调度故障应急处置训练试题库
高铁供电调度的供电故障应急处置训练题目的编制，采用“脚本+编剧”的制作模式，即：由高铁供电调度人员依据中国铁路总公司颁布的“供电故障应急处置基本流程及供电故障应急处置基本流程补充内容”，结合其自身工作实际，提供“某某故障应急处置”标准化的脚本文档；依据标准化的脚本文档，基于开发的“高铁供电调度运行状态及故障处理模拟仿真***”之供电管理子***的试题文件编辑模块，应用编辑环境中制作的近30种基本操作类型，可编排出“某某故障应急处置”仿真训练试题文件。在“3+1”的仿真***上运行此训练试题文件，调度员就会有近似在实际调度***上进行故障处置操作的体验，而且操作的过程及操作的正确与否***有记录和评判。
目前，已制作高铁牵引供电故障应急处置训练试题库包含的试题类型有：
■接触网挂异物处置(异物自动消失)；
■接触网挂异物处置(需停电处置)；
■接触网挂异物处置(可不停电处置)；
■分相隔离开关非正常合闸应急处置；
■高铁接触网T线故障跳闸重合闸成功应急处置；
■高铁接触网T线故障跳闸重合闸失败应急处置；
■高铁接触网F线故障应急处置；
■高铁供电线故障应急处置；
■高铁接触网负荷特性跳闸处置应急处置；
■牵引变电所主变压器低电压过电流保护动作应急处置；
■牵引变电所主变压器保护动作跳闸应急处置；
■牵引变电所主变压器二次侧单母线低电压过电流保护动作应急处置；
■牵引变电所全所停电越区供电应急处置；
■接触网异相短路均重合闸成功应急处置；
■接触网异相短路重合闸失败应急处置；
■高速铁路电力机车掉分相处应急处置；
■动车组弓网故障应急处置；
■接触网覆冰故障应急处置；
以上每一种类型的试题会有多种故障发生环境的变化，如：故障发生在不同的供电区域，不同的供电臂公里标位置，不同的所、亭，不同的分相处等。目前，针对某条高铁线路制作的“高铁供电调度运行状态及故障处理模拟仿真***”的试题库中所编制的故障应急处置试题数量已达数百题。
本发明的有益效果：
“高铁牵引供电调度仿真培训***”目前已安装运行在某铁路局高铁调度中心的调度培训教室中，高铁供电调度人员通过该***进行各种操作和故障应急处置等方面的技术培训、演练和考核。应用中表现出的效果如下：
(1)这套***上所编写的各种操作、故障应急处置过程的步骤是完全标准化的，调度人员通过这套***进行训练，对规范调度人员的操作流程，使调度人员操作过程标准化，杜绝操作过程中的随意性起到了重要作用。
(2)这套***上所编写的故障应急处置训练题目涵盖了中国铁路总公司颁布的“供电故障应急处置基本流程及供电故障应急处置基本流程补充内容”文件所涉及的全部内容，文件中所涉及的每一种供电故障的处置，在这套***中都有多种这种供电故障发生背景参数的变化，从而使训练题目更加丰富，一种供电故障的处置可以有十几个对应的训练题目。这对避免训练的乏味性，快速提高调度人员的业务技术水平起到了重要作用。
(3)这套***可模拟一些在实际供电中不太容易发生的罕见故障，所以调度人员能反复地对一些罕见故障的应急处置进行演练，总结经验。这样，调度人员在其工作中，一旦实际供电调度***中发生某种罕见故障，调度人员也不会因为没有遇见过这种故障而不知所措，甚至发生误操作。这对提高调度人员的应变能力起到了重要作用。
本发明的创新点：
(1)具有高铁牵引供电***的负荷过程和故障过程的仿真计算功能，通过仿真计算结果，使高铁供电调度仿真***的正常运行电气工况和故障发生后生成的故障报告数据，能真实地反映实际高铁供电调度***的运行状况，从而使供电调度人员在训练环境中也能体验到实际牵引供电***的运行状态。
(2)创建了高铁供电调度“3+1”仿真***模式，即：用3个显示屏(称作SCADA屏)模拟供电调度SCADA***，可使供电调度人员通过SCADA屏模拟各种监控***操作；用1个显示屏(称作公共服务屏)模拟电调电话通话、发送短信、查看视频、签发倒闸命令和作业命令、电调之间对话等，可使供电调度人员通过公共服务屏模拟各种非监控***操作。
(3)创建了高铁供电调度“脚本+编剧”的供电故障应急处置流程的仿真制作模式，即：由供电调度人员依据铁总发布的“供电故障应急处置基本流程及基本流程补充内容”，结合其自身工作实际，提供“某某故障应急处置”标准化的脚本文档；依据标准化的脚本文档，基于开发的仿真***软件平台编辑环境，应用编辑环境中制作的诸如“倒闸命令”、“时标管理”、“程控卡片”、“远动操作”、“通话操作”等近30种基本操作类型，可编排出“某某故障应急处置”仿真演练流程。
(4)基于“高铁牵引供电调度仿真培训***”的***软件平台，可制作出我国现已运行的或将要运行的任何一条高铁线路的供电调度仿真***，使高铁供电调度人员的训练环境和训练内容与其实际的工作情况完全一致，从而使高铁供电调度人员培训工作更具有专业性和针对性。
“高铁牵引供电调度仿真培训***”运行的环境要求如下：
(1)主机：工作站一台(如戴尔DELL T3620工作站)
CPU：酷睿I7-7700四核3.6Hz；
内存：8GDDR4；
硬盘：1T；
光驱：DVDRW；
显示口：DP或HDMI显示口4个(支持1920*1080)；
键盘、鼠标、微塔式机箱；
(2)显示器：4台(如戴尔DELL P2719H)
尺寸：27寸；
分辨率：1920*1080；
接口：DP、HDMI、VGA；
其它：旋转升降滤蓝光IPS屏
(3)操作***：win10、win7、windows xp
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种高铁牵引供电调度仿真培训***，其特征在于，包括：硬件环境、软件环境和软件体系结构，所述硬件环境包括运行高铁牵引供电调度仿真培训***软件的监控计算机；
运行高铁牵引供电调度仿真培训***软件的监控计算机包括4个显示屏和1个工作站，4个显示屏构成了“3+1”的仿真模式，其中3个显示屏称为SCADA屏，1个显示屏称为公共服务屏，
所述软件环境是高铁牵引供电调度仿真培训***软件，采用win10、win7或windows xp中文操作***，高铁牵引供电调度仿真培训***软件的开发平台采用Visual C++6.0；
所述软件体系结构包括以下子***：监控仿真子***、通信仿真子***、供电管理子***、牵引供电***正常运行状态仿真子***、牵引供电***故障运行状态仿真子***、牵引供电二次设备***仿真子***；
所述监控仿真子***，用于仿真调度端，包括牵引供电一次接线图绘制模块、供电调度SCADA***操作仿真模块、供电调度非SCADA***操作仿真模块；
所述通信仿真子***，用于仿真被控端和通讯信道，包括牵引供电二次设备***对故障的处理仿真模块、通讯过程仿真模块；
所述供电管理子***，包括供电设备管理模块、试题文件编辑模块、试题库模块；
所述牵引供电***正常运行状态仿真子***，用于建立牵引供电***的等值电路模型以及电力机车的电流源模型，并进行供电***潮流计算，得到牵引供电***正常负荷运行状态下的电压、电流分布，为供电***中各电压互感器和电流互感器测量点提供仿真的实时电气参数，从而为牵引供电调度仿真***建立起正常供电运行状态；
所述牵引供电***故障运行状态仿真子***，用于搭建牵引供电***的电磁暂态仿真模型，设置短路故障点，对整个牵引供电***故障状态下的电压、电流的暂态过程进行仿真计算，在牵引供电***中安装电压互感器和电流互感器的测量点处，仿真输出故障发生后一段时间内连续的、数字化的故障电压和电流的数值输出和波形输出，并以文件的形式保存，从而为牵引供电二次设备***的仿真提供故障波形和数据；
所述牵引供电二次设备***仿真子***，用于构建电铁虚拟继电保护装置和自动装置，实现对牵引供电***二次设备***的仿真；
所述供电调度非SCADA***操作仿真模块，用于通过公共服务屏，对供电调度非SCADA***上的操作进行模拟；模拟的操作包括：供电调度与行调、工区、变电所值守人员间的电话通话，调度给各部门发短信，调取视频查看故障现场情况，填写倒闸命令表或作业命令表，当值调度员在进行某项操作时与监护调度员之间的标准对话；
所述试题文件编辑模块用于生成各种故障应急处置试题文件；所述试题文件编辑模块包括的基本操作类型有：“天气状况”、“场景设置”、“时标管理”、“故标管理”、“单控操作”、“程控卡片”、“电压设置”、“电流设置”、“传动设置”、“行车设置”、“所亭设置”、“座机操作”、“通话操作”、“通话选择”、“电调对话”、“场景确认”、“短信操作”、“视频操作”、“故障经过”、“倒闸命令”、“作业命令”、“画面操作”、“窗口操作”、“登录操作”、“遥信操作”、“延时操作”、“提示操作”；
所述试题库模块，用于将试题文件编辑模块编辑的具体试题文件，按照故障类型存入试题库，以备调度人员训练时调出运行；所述试题库模块包括的试题类型有：接触网挂异物自动消失处置、接触网挂异物需停电处置、接触网挂异物不停电处置、分相隔离开关非正常合闸应急处置、高铁接触网T线故障跳闸重合闸成功应急处置、高铁接触网T线故障跳闸重合闸失败应急处置、高铁接触网F线故障应急处置、高铁供电线故障应急处置、高铁接触网负荷特性跳闸处置应急处置、牵引变电所主变压器低电压过电流保护动作应急处置、牵引变电所主变压器保护动作跳闸应急处置、牵引变电所主变压器二次侧单母线低电压过电流保护动作应急处置、牵引变电所全所停电越区供电应急处置、接触网异相短路均重合闸成功应急处置、接触网异相短路重合闸失败应急处置、高速铁路电力机车掉分相处应急处置、动车组弓网故障应急处置、接触网覆冰故障应急处置；
所述牵引供电一次接线图绘制模块，构成了一套完整的针对电气接线图的绘图平台，用于绘制高铁供电调度SCADA***中所需的各种一次接线图，并将图中的图元，电压、电流的显示窗口，母线、馈线及接触网导线的带电颜色关联到仿真培训***数据库中的对应变量，从而使接线图中的各遥信点、遥测点、有无电指示依据数据库中变量的状态变化实时更新；图元包括断路器、隔离开关；
所述供电调度SCADA***操作仿真模块，用于通过SCADA屏，对供电调度SCADA***上的操作进行模拟；模拟的操作包括：登录供电调度SCADA***，调取牵引供电***的所、亭主接线图、接触网图、供电臂图进行浏览以确认***的运行状态，开关分合闸的单控操作，通过执行程控操作卡片，进行多开关顺序分合闸的程控操作，查看告警信息或故障报告；
所述电铁虚拟继电保护装置和自动装置用于通过算法程序实现实际微机保护装置和自动装置的各种功能，包括：对故障电流、电压进行采样、滤波，保护算法，定值比较，逻辑判断，动作告警和跳闸出口，并实现保护定值操作、SOE事件报文生成并存储、故障录波；
二次设备包括：主变差动保护装置、主变后备保护装置、馈线保护装置、电铁故障测距装置、AT保护测控装置、备用电源自投装置；
所述牵引供电二次设备***对故障的处理仿真模块，用于将牵引供电***故障运行状态仿真子***生成的各种故障数据文件，加载到牵引供电二次设备***仿真子***编制的电铁虚拟继电保护装置和自动装置中进行保护计算分析，经计算分析出需要保护的出口虚拟装置，然后比较各自的出口动作时间，最终确定唯一的出口跳闸虚拟保护装置，并生成该虚拟保护装置的保护动作信息、故障报告，同时发送至通讯过程仿真模块。
2.如权利要求1所述的高铁牵引供电调度仿真培训***，其特征在于，所述通讯过程仿真模块，用于构建虚拟远动通讯信道，实现供电调度SCADA***对牵引供电***遥信、遥测、遥控功能的仿真；所述远动通讯信道用于模拟以太网，将牵引供电二次设备***仿真子***的仿真数据通过IEC60870-5-104通讯规约传送至监控仿真子***，从而使SCADA仿真***的一次接线图显示牵引供电***的各种电气参数和运行状态，调度人员在监控仿真子***上模拟各种操作，将操作命令通过IEC60870-5-104通讯规约传送至牵引供电二次设备***仿真子***中，实现各种控制；仿真数据包括保护动作信息、故障报告。
3.如权利要求1所述的高铁牵引供电调度仿真培训***，其特征在于，所述供电设备管理模块，用于建立被控端所、亭中每个二次设备与其所控制的一次设备间存在的遥测、遥信和遥控关系，并将这些关系关联到仿真培训***的数据库中。
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高速铁路教学培训虚拟仿真平台研究与实现;冯博 等;《石家庄铁路职业技术学院学报》;20190630;第50-54页 *

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