抽水蓄能机组仿真培训中操作技能自动评价考核系统研究

周　坤，张　荣（.山东泰山抽水蓄能电站有限公司，山东 泰安 7000；.保定华仿科技股份有限公司，河北 保定 0705）



抽水蓄能机组仿真培训中操作技能自动评价考核系统研究

周坤1，张荣2
（1.山东泰山抽水蓄能电站有限公司，山东 泰安 271000；2.保定华仿科技股份有限公司，河北 保定 071051）

摘要：本文提出了一种仿真机培训自动评价考核系统的设计方法，并通过编程实现了这个自动评价考核系统。通过在抽水蓄能机组仿真机上的测试，证明这个自动评价考核系统能对学员的操作给出实时、客观、准确的评价，具有广泛的应用前景。

关键词：抽水蓄能；仿真；评价；考核；评分系统

1前言

由于计算机技术的大力推广和自动化程度的大幅度提高，复杂的操作日趋简化，运行人员在实际抽水蓄能机组上进行训练的机会越来越少，不仅难度大、周期长、收效微，而且风险大，有时甚至不可能。且随着电力公司的大力改革，减员增效，对操作人员的素质要求也在不断提高，要求运行人员一专多能，甚至全能。同时，电站也在不断的进行技术革新，新老操作人员都存在技术培训问题。因此，作为一种经济、高效的培训方式，仿真机在电站中日益发挥着至关重要的功用。同时，这也对仿真机教练员提出了相当高的知识要求，理论上讲，要求教练员所掌握的专业知识应高于电站所有的运行人员知识的总和。否则在培训过程中对运行人员有时提出的一些疑难问题则无法作出正确的解答，对一些学员的操作水平无法作出客观准确的评价，从而影响培训效果。为了解决难以配备合格教练员的问题，本文提出了一种仿真机培训自动评价考核系统的设计方法，并通过编程实现了这个自动评价考核系统。通过在仿真机上的试验，证明这个自动评价考核系统能对学员的操作给出客观、实时、准确的评价，具有广泛的应用前景。

2考核软件的设计思路

本文介绍的自动评价考核系统是基于抽水蓄能机组图形化仿真支撑系统，该系统主体是一个虚拟的抽水蓄能电站，与实际电站的监控画面相同，可以对学员的操作做出与实际抽水蓄能电站相同的反应。学员成绩评定软件从最底层的子系统和子过程着手，即在每个采样周期对学员的各项具体操作进行考核，然后再以上一级的各子系统为中心，对学员的运行操作进行综合评估，如此进行下去，直至整个系统，随着时间的推移，上述评估过程反复进行直至整个过程结束，最终可对学员操作进行总评估。在仿真机上学员的操作反映给教练员的是3方面的内容，即报警量、过程量、过程曲线。对学员操作的评价也就是对这3种量的衡量。

2.1报警量的考核

报警量的考核是考核学员对报警的反应和处理过程。该考核过程的原理是，在学员进行操作过程中，检查报警量的状态，一旦发生报警，软件开始记录该报警发生的模型时间；当检查到该报警消除时，统计该报警持续的时间，依据该报警量的重要程度进行酌情扣分，并将扣分情况记录到文件中。扣分原则与报警量重要程度和报警持续的时间长短有关。重要参量报警比次重要参量报警扣分要多，用权重系数表示参量的重要程度；报警持续的时间越长扣分越多，按时间段计算扣分，以10 s作为一个时间段。

在报警量的检查过程中，对于开始考核时处于报警状态的报警量不与记录，只有它从报警状态恢复正常后再进入报警状态时才进行记录。这种设计是由电站生产过程确定的，在实际电站的生产过程

同样的报警在不同的条件中扣分也不是相同的，比如发电机跳闸（GT）如果是在机组的启动过程中出现，就要对学员的成绩进行大幅度的地扣分；但是如果是在事故处理过程中有可能不应该扣分，因为规程中规定此时发生机组跳闸可能是正常的而不是由于运行人员误操作引起的。因此，对报警量的扣分可用下式进行：

式中：Y表示应扣除的总分；i表示事故种类；ni表示第i类事故发生的次数；Xi表示第i类事故；Ci（t）表示与子系统相关的逻辑条件；t表示时间。

2.2过程量的考核

过程量的检查是考核学员的操作过程的。该考核原理是按照电站运行手册设计的操作步骤，逐步检查学员的操作，对于在规定的时间和过程中未完成操作和没有完全完成操作的学员进行适当扣分，并存储在记录文件中。当所规定的步骤进行完毕，过程量的考核过程结束。

过程量的考核以时间为基本的考核限制，并以操作过程结束的标志为辅助条件，每个操作过程都设置相应的考核时间和结束标志，当操作过程都按照规定的操作要求完成操作而且考核时间没有结束时，说明学员的全部操作正确，操作过程结束判断，结束标志置on。当操作过程在规定的时间内没有操作完成，在时间结束后就检查没有完成操作的过程，进行扣分。

在实际电站的生产过程中，运行人员的操作过程不会完全相同，有时可能相差很多，但他们都能使电厂运行正常。在这种情况下，不可能判断谁的操作不对，对于软件设计不可能包括所有的操作正常的操作过程，只能根据一种过程对学员的操作进行判断，那就是《运行规程》要求的操作步骤。考核软件设计的依据是《运行规程》，认为《运行规程》中规定的操作步骤是标准的，电站运行是最经济的，对学员的所有操作均与《运行规程》中的要求进行比较，根据比较结果进行扣分记录。

2.3曲线的考核

过程曲线的考核主要用以检查参数控制品质，评定软件周期性地从工程师构置的曲线上进行抽点，再根据抽点信息和设置信息计算得标准值；将标准值与模型数值进行比较，并取得其偏差；将偏差和工程师设置的偏差冗限比较计算扣分，并记录该扣分。就这样检查比较，直到检查完曲线表示的时间段，才完成该曲线的检查过程。

曲线的构置是由工程师完成的，工程师将电厂的运行曲线描画成单色的位图文件，再定义位图的一些属性，由成绩评定软件读入内存，进行检查，具体扣分按下式进行：

式中：Value表示某时刻的过程量标准数值；Height表示曲线窗口的整个高度；Lh表示高限；L1表示低限；y表示曲线上的某一纵坐标值；

考核软件使用Value与模型中的数值进行比较，再根据偏差计算扣分。就这样进行累加，从而形成了对时间的积分，积分结果就是曲线考核的扣分。当考核结束时，考核软件在成绩单中记录曲线检查的扣分，形成了曲线考核项的检查结果。

图1曲线考核原理图

3考核软件的程序实现

软件的开发工具为Broland C++builder，数据库服务器采用SQLServer，操作系统采用的是windows Server2008。

（1）报警量的数据结构为：

typedefstruct｛

char desc［32］；

char tag［TAG_NAME_LEN+1］；

int offset；

short int time_h；

short int time_m；

short int time_s；

intalarm_flag； //0-noalarm；1=alarm；2-discount end

float priv_coef；

｝EXAM_ALARM；

其中：desc为报警量描述；tag为报警量变量名；offset为报警量变量名在数据库中的地址；time_h、time_m、time_s为记录报警发生时的时间变量；alarm_flag为报警量的标志，当无报警时为0，报警发生时为1，该报警量分数扣光后为2；priv_coef表示报警量的权重系数，根据权重系数决定一个报警量的分数。报警量的构置界面如图2所示。

图2报警量的构置界面

（2）过程量的数据结构如下：

typedefstruct｛

char desc［32］；

char tag［TAG_NAME_LEN+1］；

int offset；

short int type；//type=PVA_TYPE or PVD_TYPE

short int d_val；//for digital target value

bool key；

short int time_h；

short int time_m；

short int time_s；

short int lim_flag；

//0-in limits；1-up than hi_lim；

//2-lowthan lo_lim；3-out lims

float lo_lim；//for PVA_TYPE

float hi_lim；//for PVA_TYPE

float priv_coef；

｝EXAM_PROCESS；

其中：desc表示过程量的描述信息；tag表示过程量变量名；offset为过程量变量名在数据库中的地址；type表示变量的数据类型；time_h、time_m、time_s为记录过程量操作的模型时间；key表示过程量标志，0表示过程量没完成、1表示过程量结束。lo_lim_ctrl、hi_lim_ctrl为高限和低限值。priv_coef表示报警量的权重系数，根据权重系数决定一个报警量的分数。过程量的构置界面如图3所示。

图3过程量的构置界面

（3）过程曲线的数据结构如下：

typedefstruct｛

char desc［32］；

chartag［TAG_NAME_LEN+1］；//mustbePVA_TYPE

char file［44］；//trend file name

int offset；

char control_tag［TAG_NAME_LEN+1］；//must be PVD_TYPE

int control_offset；

short int time_h；

short int time_m；

short int time_s；

float lo_lim；

float hi_lim；

float tol_b；

float tol_e；

｝EXAM_TREND；

其中：desc为过程曲线描述；tag为过程曲线变量名，过程曲线变量必须为模拟量；offset为过程曲线变量名在数据库中的地址；file为理想曲线图的文件名；control_tag为过程曲线控制变量的变量名，控制变量必须为数字量；control_offset为控制变量名在数据库中的地址；time_h、time_m、time_s为曲线考核的考核时间；lo_lim、hi_lim为曲线变量的低限和高限值；tol_b、tol_e为曲线考核的开始容差和终止容差。曲线的构置界面如图4所示。

图4曲线的构置界面

考核评分报表如图5所示。

图5考核评分报表

4结束语

目前，新建抽水蓄能电站正向着大容量、高参数的方向发展，其运行安全性和经济性在一定程度上依赖于运行控制水平的高低，因此对运行人员的熟练操作及处理事故的能力有了更高的要求，为了使运行人员得到有效的运行操作培训，也为了能培养出一专多能的高水平运行人员，全范围抽水蓄能机组仿真机的作用越来越明显。

而自动评价考核系统是仿真机培训中非常重要的辅助功能，抽水蓄能机组仿真平台下的自动评价考核系统具有海量试题库，能根据不同工种的运行人员不同层次的考核评价要求设置个性化的考核项目，能全面、科学、自动的反映被考核人员的实际操作技能水平及熟练程度。克服现有技术存在缺陷，建立起科学、完善、便捷的抽水蓄能发电机组操作水平自动评价考核系统，符合国家节能、环保、经济调度的基本要求，优化发电成本，为抽水蓄能机组不同工种的运行人员的操作水平技能鉴定进行全面、科学的个性化评价考核提供了方便有效且灵活的评价考核工具。

参考文献：

［1］张东英，杨以涵.解释型变电站故障诊断专家系统［J］.华北电力大学学报，1998（1）.

［2］朱丹蓓.仿真机学员评价功能的开发与运用［J］.上海铁道大学学报，2000，21（6）：153-157.

［3］常喜茂，马永光，胡建宏，等.火电厂仿真培训装置的考核功能［J］.华北电力大学学报，1999，26（3）：55-60.

［4］刘竹青.抽水蓄能机组全范围仿真机的研究［D］.北京：中国农业大学，2000.

［5］范永胜，程芳真，吕崇德，等.电站仿真机的培训评分系统研究［J］.系统仿真学报，2000，12（3）：282-286.

中图分类号：TP391.6

文献标识码：A

文章编号：1672-5387（2016）06-0026-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.010

收稿日期：2015-10-10

作者简介：周坤（1980-），男，高级工程师，从事抽水蓄能电站技术管理工作。中，尤其是在启动过程中，开始报警是正常的，但在启动到一定的状态后，是不允许发生报警的。在成绩评定的检查过程中，就检查不允许报警时所发生的报警。这种检查方法基本是符合实际生产过程的。