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【摘 要】本文根据风电技能培训实际需要，提出了风力发电运行培训仿真系统开发的重点和主要功能。最后对风力发电运行培训仿真系统对风电技能培训发展的前景进行了展望。
【关键词】风力发电；仿真；培训系统
引言
目前国内对风电场生产培训研究还处于探索阶段，针对风力发电场运行仿真培训系统的研究还没有成熟的经验。尚没有针对风电场的风机运行维护、检修及故障处理等整个风电场运行培训的仿真系统，相关系统的应用培训管理也是空白。
1 风力发电系统的仿真技术应用情况
目前我国，利用仿真技术开展风电系统研究的起步较晚，近几年情况在发生变化，更多的研究人员已经将仿真技术引入风电系统的研究工作中，相信近期内将会有更多的高水平仿真研究成果发表，并能有力促进风电产业的技术逐步走向成熟。
2 风力发电运行培训仿真系统
2.1 系统网络结构
本系统软件运行在Windows7、Windows2000或WindowsXP操作系统上，商用数据库采用通用的关系型数据库，如MySQL或ACCESS等，系统通信协议采用TCP/IP协议。整个系统基于局部网络，教练员站负责整个仿真系统的考核培训管理、用户管理、集中控制管理，仿真服务器负责仿真数据的组态和运算及其平台功能。学员站可根据需要配置。
2.2 风力发电运行培训仿真系统功能
该仿真系统可进行风力发电机组启停、正常运行、故障处理和维护检修等全方位培训。在该仿真系统上可以监视风力发电场各种运行工况下的运行参数和指标，通过3D维护检修软件进行风电场一次设备的维护和检修方面的培训。
2.3 仿真范围及程度
2.3.1 电网仿真
一次电网建模软件可以实现电力系统一次图形建模，具有图形组态功能，设备之间连接关系在数据库中的表示完全由图形所表现出来的连接关系决定，数据库中的设备参数可以通过图形系统进行修改。根据目前国内不同电压等级接入系统，且各变电站主要设备、型号及生产厂家也不尽相同的情况，选取较为典型的220kV电压等级的变电站进行仿真，且220kV变电站采用双母线接线方式。
2.3.2 风力发电机仿真
在风力发电场中核心对象为风电机组，风电机组中根据功能不同，可以分为以下模型：风模型、风力机模型、传动链模型、发电机模型、变流器模块、控制模块；除主要模块之外，还有各种辅助模块。
2.3.3 风场监控系统仿真
目前，国内风力发电机组型号、品牌种类繁多，本系统主要针对国内当前最为主流典型机型进行设计，对双馈和直驱两种类型进行仿真，风电场监控系统做两种不同风格的界面。
仿真范围：显示风电场监控系统主画面、风机状态、趋势图、柱形图、报警记录、操作事件等。包括风速、风向、转速、功率、转速、轴温、压力等的显示，风机空转待机、停机、并网、越限暂停等运行工况，以及各项操作步骤。
2.3.4 3D仿真
基于风电场三维可视化模型使风电场管理更直观，可以浏览到风电场各个角落，通过不同角度、维度欣赏高精度、细致化的三维风场地形和风力发电机工作场景。
根据风电场运行规程，以点击设备图标的方式切换，利用3D维护检修操作站界面，从多角度多侧面显示设备的正常或异常的状态；由教练员在工程师站上设置设备故障，故障现象在多媒体中直观、明确，供用户培训；在3D维护检修操作站上实现对设备的维护和检修操作。
2.3.5 升压变电站仿真
仿真现场220kV升压变电站，仿真范围包括变电站一次设备、变电站二次设备、变电站自动化系统、变电站交直流系统等。综合自动化监控系统及五防操作票系统所有功能和人机界面的仿真，并可根据需要实现与真实监控系统的连接。
（1）主变压器
根据其电磁关系建立等值模型，能够正确反映电压、电流关系；正确反映调压装置对变比的改变过程，变比变化对系统电压、潮流的影响；正确反映主变低压侧低抗、电容器的运行状态对系统的影响。
（2）配电装置
能正确反映母线及各间隔的的正常运行状态、异常情况和故障情况；正确反映不同电气联系方式下的各种电压、潮流关系，特别是对于非正常运行方式下的潮流变动引起超限额、过负荷等情况能正确反映；正确反映断路器、隔离开关、接地刀闸之间的闭锁关系，闭锁可投入或退出，当闭锁退出时，可引发误操作事故。
（3）站用电系统
能够正确反映所用变压器的电压、电流关系；正确反映所用电系统开关、刀闸操作及其对所供负载的直接影响；反映所用电失电的主要现象、影响；反映所用电系统备自投过程。
（4）直流系统
根据直流系统图建立数学模型，能正确反映直流系统的正常运行和事故工况（直流系统绝缘下降、接地等），反映蓄电池组的充电及浮充电的动态过程，反映绝缘监察、直流接地选检装置、蓄电池检测装置的工作情况，反映直流电压及过高、过低等情况。
（5）继电保护及自动装置
根据每种保护装置的输入量、输出量及工作原理建立其数学模型，正确反映保护的启动、动作、复归、时间等特性；考虑保护定值和压板对保护的影响；考虑直流电源对保护的影响；正确反映保护装置信号指示、液晶显示等外观状态，操作界面与实际设备一致；正确反映保护的动作结果、信号灯、信号继电器动作情况及故障报告的内容。
（6）变电站故障仿真
可根据需要任意设置各种简单故障、复合故障和设备异常工况，仿真结果应与现场实际相一致。可任意设置线路、变压器及其冷却系统、母线、断路器和隔离开关及其操作机构、互感器、二次回路、保护装置、直流系统、所用电系统等的故障和异常，仿真结果应与现场实际相一致。
（7）风电场故障清单
故障清单可根据现场需要进行调整。须包括：风电场故障；叶片冻冰；液压油泄露；润滑油系统故障；冷却系统故障；传动系统故障；风速仪故障；风向仪故障；发电机超速；低风速；风速超限；电缆缠绕；变频器闭塞；轮毂被卡住；变桨驱动故障；轮毂位置远离顺桨位置；叶片处于停止状态，并且限位开关不起作用；叶片处于SAFETY_OK状态，并且限位开关不起作用；偏航装置故障；高压变压器温度超限；变频器侧滤波器的熔丝；机舱位置超出；偏航变频器熔丝故障；制动阀故障；400V 电源中断；变频器不同步；接地故障等等。
3 结论
建设风力发电场运维培训仿真系统，将大大提高风电场生产人员的技能水平，使公司风电板块的培训、考核及技术竞赛工作方向性、针对性更强。使风电生产员工技能培训、考核工作常态化。从而全面、持续地提高公司生产人员的运维技能水平，减少因人员技能水平不足而引发误操作，导致生产设备重大损坏和重大人身伤害事故的发生，降低非计划停运的损失，提高风电场整体可利用率，使风电项目的经济效益最大化。
参考文献：
[1]马永光，白天池，陈映琼，支叶青.电力行业仿真培训管理工作实务[J]，中国电力出版社，2012-10
[2]王波，楼京京.电力电子技术仿真项目化教程[J]，北京理工大学出版社，2012-9
[3]汤涌，印永华.电力系统多尺度仿真与试验技术[J]，中国电力出版社，2013-7
【关键词】风力发电；仿真；培训系统
引言
目前国内对风电场生产培训研究还处于探索阶段，针对风力发电场运行仿真培训系统的研究还没有成熟的经验。尚没有针对风电场的风机运行维护、检修及故障处理等整个风电场运行培训的仿真系统，相关系统的应用培训管理也是空白。
1 风力发电系统的仿真技术应用情况
目前我国，利用仿真技术开展风电系统研究的起步较晚，近几年情况在发生变化，更多的研究人员已经将仿真技术引入风电系统的研究工作中，相信近期内将会有更多的高水平仿真研究成果发表，并能有力促进风电产业的技术逐步走向成熟。
2 风力发电运行培训仿真系统
2.1 系统网络结构
本系统软件运行在Windows7、Windows2000或WindowsXP操作系统上，商用数据库采用通用的关系型数据库，如MySQL或ACCESS等，系统通信协议采用TCP/IP协议。整个系统基于局部网络，教练员站负责整个仿真系统的考核培训管理、用户管理、集中控制管理，仿真服务器负责仿真数据的组态和运算及其平台功能。学员站可根据需要配置。
2.2 风力发电运行培训仿真系统功能
该仿真系统可进行风力发电机组启停、正常运行、故障处理和维护检修等全方位培训。在该仿真系统上可以监视风力发电场各种运行工况下的运行参数和指标，通过3D维护检修软件进行风电场一次设备的维护和检修方面的培训。
2.3 仿真范围及程度
2.3.1 电网仿真
一次电网建模软件可以实现电力系统一次图形建模，具有图形组态功能，设备之间连接关系在数据库中的表示完全由图形所表现出来的连接关系决定，数据库中的设备参数可以通过图形系统进行修改。根据目前国内不同电压等级接入系统，且各变电站主要设备、型号及生产厂家也不尽相同的情况，选取较为典型的220kV电压等级的变电站进行仿真，且220kV变电站采用双母线接线方式。
2.3.2 风力发电机仿真
在风力发电场中核心对象为风电机组，风电机组中根据功能不同，可以分为以下模型：风模型、风力机模型、传动链模型、发电机模型、变流器模块、控制模块；除主要模块之外，还有各种辅助模块。
2.3.3 风场监控系统仿真
目前，国内风力发电机组型号、品牌种类繁多，本系统主要针对国内当前最为主流典型机型进行设计，对双馈和直驱两种类型进行仿真，风电场监控系统做两种不同风格的界面。
仿真范围：显示风电场监控系统主画面、风机状态、趋势图、柱形图、报警记录、操作事件等。包括风速、风向、转速、功率、转速、轴温、压力等的显示，风机空转待机、停机、并网、越限暂停等运行工况，以及各项操作步骤。
2.3.4 3D仿真
基于风电场三维可视化模型使风电场管理更直观，可以浏览到风电场各个角落，通过不同角度、维度欣赏高精度、细致化的三维风场地形和风力发电机工作场景。
根据风电场运行规程，以点击设备图标的方式切换，利用3D维护检修操作站界面，从多角度多侧面显示设备的正常或异常的状态；由教练员在工程师站上设置设备故障，故障现象在多媒体中直观、明确，供用户培训；在3D维护检修操作站上实现对设备的维护和检修操作。
2.3.5 升压变电站仿真
仿真现场220kV升压变电站，仿真范围包括变电站一次设备、变电站二次设备、变电站自动化系统、变电站交直流系统等。综合自动化监控系统及五防操作票系统所有功能和人机界面的仿真，并可根据需要实现与真实监控系统的连接。
（1）主变压器
根据其电磁关系建立等值模型，能够正确反映电压、电流关系；正确反映调压装置对变比的改变过程，变比变化对系统电压、潮流的影响；正确反映主变低压侧低抗、电容器的运行状态对系统的影响。
（2）配电装置
能正确反映母线及各间隔的的正常运行状态、异常情况和故障情况；正确反映不同电气联系方式下的各种电压、潮流关系，特别是对于非正常运行方式下的潮流变动引起超限额、过负荷等情况能正确反映；正确反映断路器、隔离开关、接地刀闸之间的闭锁关系，闭锁可投入或退出，当闭锁退出时，可引发误操作事故。
（3）站用电系统
能够正确反映所用变压器的电压、电流关系；正确反映所用电系统开关、刀闸操作及其对所供负载的直接影响；反映所用电失电的主要现象、影响；反映所用电系统备自投过程。
（4）直流系统
根据直流系统图建立数学模型，能正确反映直流系统的正常运行和事故工况（直流系统绝缘下降、接地等），反映蓄电池组的充电及浮充电的动态过程，反映绝缘监察、直流接地选检装置、蓄电池检测装置的工作情况，反映直流电压及过高、过低等情况。
（5）继电保护及自动装置
根据每种保护装置的输入量、输出量及工作原理建立其数学模型，正确反映保护的启动、动作、复归、时间等特性；考虑保护定值和压板对保护的影响；考虑直流电源对保护的影响；正确反映保护装置信号指示、液晶显示等外观状态，操作界面与实际设备一致；正确反映保护的动作结果、信号灯、信号继电器动作情况及故障报告的内容。
（6）变电站故障仿真
可根据需要任意设置各种简单故障、复合故障和设备异常工况，仿真结果应与现场实际相一致。可任意设置线路、变压器及其冷却系统、母线、断路器和隔离开关及其操作机构、互感器、二次回路、保护装置、直流系统、所用电系统等的故障和异常，仿真结果应与现场实际相一致。
（7）风电场故障清单
故障清单可根据现场需要进行调整。须包括：风电场故障；叶片冻冰；液压油泄露；润滑油系统故障；冷却系统故障；传动系统故障；风速仪故障；风向仪故障；发电机超速；低风速；风速超限；电缆缠绕；变频器闭塞；轮毂被卡住；变桨驱动故障；轮毂位置远离顺桨位置；叶片处于停止状态，并且限位开关不起作用；叶片处于SAFETY_OK状态，并且限位开关不起作用；偏航装置故障；高压变压器温度超限；变频器侧滤波器的熔丝；机舱位置超出；偏航变频器熔丝故障；制动阀故障；400V 电源中断；变频器不同步；接地故障等等。
3 结论
建设风力发电场运维培训仿真系统，将大大提高风电场生产人员的技能水平，使公司风电板块的培训、考核及技术竞赛工作方向性、针对性更强。使风电生产员工技能培训、考核工作常态化。从而全面、持续地提高公司生产人员的运维技能水平，减少因人员技能水平不足而引发误操作，导致生产设备重大损坏和重大人身伤害事故的发生，降低非计划停运的损失，提高风电场整体可利用率，使风电项目的经济效益最大化。
参考文献：
[1]马永光，白天池，陈映琼，支叶青.电力行业仿真培训管理工作实务[J]，中国电力出版社，2012-10
[2]王波，楼京京.电力电子技术仿真项目化教程[J]，北京理工大学出版社，2012-9
[3]汤涌，印永华.电力系统多尺度仿真与试验技术[J]，中国电力出版社，2013-7