水电站数字-物理混合仿真系统的设计与实现

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数字物理混合仿真智能变电站实训系统研究发表时间：2020-12-30T06:00:56.232Z 来源：《中国电业》（发电）》2020年第22期作者：姜玉靓张德兰於冬雪王婷婷柯楠[导读] 通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监控等基本功能。

国网上海市电力公司党校（培训中心）摘要：随着信息化技术的不断发展，各行业领域中计算机技术、数字化技术等先进技术得到广泛应用，智能变电站数字物理仿真教培系统是将智能变电站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监控等基本功能。

关键词：数字物理；混合仿真；智能变电站；实训系统引言我们通常情况下所阐述的所谓的混合仿真系统是指造价较高的一次设备由计算机软件仿真模拟实现，造价较低的二次设备（监控、继保设备等）采用真实的设备，既保证仿真效果达到较高的现场真实度，获得较好的培训效果，又能使成本不至于过高。

1系统原理简述智能电网调度技术支持系统数字物理混合仿真实训系统以变电站及其周边电网电磁暂态仿真、大型电网机电暂态联合仿真系统为基础，可通过预留接口灵活扩展智能变电站数字物理混合仿真、厂站远动终端模拟仿真、厂站ＰＭＵ模拟仿真等系统，建立一个以大规模实时仿真数字电力系统为核心的统一数字物理混合仿真平台，可实现与智能电网调度技术支持系统及其应用软件、常规变电站二次设备及其自动化系统、智能变电站二次设备及其自动化系统的无缝衔接。

2数字物理混合仿真智能变电站实训系统 2.1系统结构数字仿真系统产生的数字信号通过高速总线发送给接口及模拟部分。

从而实现与真实变电站一致的培训环境。

数字仿真系统基本功能简介如下：（1）实时电网及全电网仿真服务器。

实时电网服务器负责运行教学变电站相关的电磁暂态仿真程序，由双CPU构成，一个CPU 用于仿真计算，另一个运行通信及协调软件，为信号输入输出接口提供准确、可靠的数字信号源。

白山水力发电厂培训仿真系统的研究与实现杨叶平1，王德宽1，吴迪2，罗斌2(1北京中水科水电科技开发有限公司北京市100038;2白山水力发电厂吉林省桦甸市100038)提要：在不影响发电生产的前提下，水电站培训仿真系统可以使新老员工能有更多的实际操作机会，提高培训效率，降低培训成本。

白山水力发电厂培训仿真系统基于仿真软件平台OTS2000，实现了水电站常见的正常操作和事故模拟仿真。

自主研发的Simulog语言是OTS2000的核心技术，它的成功研发和应用解决了阻碍培训仿真系统发展和应用的关键技术瓶颈，具有一定的先进性。

关键词：OTS2000,Simulog,白山水力发电厂,培训仿真系统0引言白山发电厂位于吉林省东南部，松花江上游，是一厂两坝三站的特大型水力发电厂，总装机容量为1700MW，在东北电网中担任调峰、调频和事故备用。

白山发电厂生活基地建在吉林省桦甸市，白山电站位于红石电站上游距桦甸市73公里，红石电站距桦甸市35公里。

研究开发水电站培训仿真系统，可以在不影响发电生产的前提下，使新老员工能有更多的实际操作机会，提高培训效率，降低培训成本。

对于一个正常运行的电站来说，设备发生严重故障的概率比较小，但一旦发生，后果不堪设想。

一方面，电站运行维护人员应该尽量避免此类事故的发生，另一方面，运行维护人员需要在日常工作中培养判断、处理突发故障的能力。

运行维护人员在实际工作中很少能有机会处理突发事故的机会，而通过培训仿真系统来进行这方面的培训，是一个经济而高效的方式。

北京中水科水电科技开发有限公司（中国水利水电科学研究院自动化所）承担了白山水力发电厂培训仿真系统（后简称白山仿真系统）的建设。

在白山电厂和中水科技技术人员通力合作下，克服困难，以成熟的水电站监控系统H9000V 4.0为基础，完成了水电站培训仿真系统平台OTS2000的研制开发。

目前白山仿真系统经过了电厂运行、维护人员的严格测试，已经正式投入了试运行。

Power Electronics •电力电子Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 215【关键词】变电站 数字物理混合仿真 培训1 引言本文为惠州供电局龙源基地改造项目提供方案，拟对惠州供电局龙源培训基地综合楼五楼办公区域（建筑面积430平方米）进行改造，将原有设备厂房改造后为变电专业人员开展数字物理混合仿真培训。

混合仿真系统是指造价较高的一次设备由计算机软件仿真模拟实现，造价较低的二次设备（监控、继保设备等）采用真实的设备，既保证仿真效果达到较高的现场真实度，获得较好的培训效果，又能使成本不至于过高。

如图1所示，混合仿真包括真实的二次设备、真实的二次回路、操作机构模拟装置、二次回路故障模拟装置。

交互式全过程交流电网实时电磁暂态仿真实现电网一次设备的数字仿真，为变电站仿真提供精确的电压、电流的数字信号，通过信号输入输出接口装置与真实的物理设备无缝连接，形成了闭环的数字物理混合仿真的实训环境。

教员系统为实训基地教员提供培训前运行方式和教案准备、培训中的操作和进度控制、培训后分析和评估等功能。

2 项目方案2.1 电气一次主接线方案根据惠州供电局的培训需求，一次系统采用应用较广泛的典型的500kV 变电站和220kV 变电站主接线，500kV 对端站为简化站。

500kV 变电站与220kV 变电站通过220kV 线路相连。

2.2 真实的二次设备的配置根据一次系统规模，按照南方电网典设和相关规范配置500kV 变电站和220kV 变电站相关继电保护、自动化屛柜，分别共计44面和32面二次屛柜，另外500kV 变电站与变电站数字物理混合仿真培训系统的应用文/曾闻220kV 变电站公用的GPS 对时屏、直流屏、二次交流屏等共计8面二次屛柜。

2.3 仿真培训模拟系统配置本文方案拟采用北京科东公司研制的TS2000培训仿真系统，仿真培训模拟系统主要包含以下几部分的配置：2.3.1 断路器及操作机构模拟装置断路器及操作机构模拟装置采用嵌入式计算机技术开发，具有真实设备的所有回路、接点、端子。

213电力电子Power Electronic电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering1 引言自2002年3月起，国家财政部针对原部属院校实验教学设施严重不足的状况，启动了中央与地方共建高校特色实验室项目。

国内许多高校利用共建基金项目，快速有效的提升了本校相关实验室的整体水平[1]。

我校申报的中央与地方共建高校实验室项目，电气工程实验中心获国家财政部批准，分别于2008年和2011年列入财政部中央与地方共建高校专项资金拨款项目计划，中央财政投入400万元和250万，我校另自筹资金47.5万元。

在前期调研的基础上，经过反复论证，设备配置按照“教学上适用（重基础）、技术上先进（省内领先）、经济上合理”的原则[2][3]，确定了电气工程实验中心建设方案。

经过4年建设，电气工程实验中心于2013年完成全部项目验收，目前已全部投入实践教学使用，并取得了良好的教学效果。

220kV 变电站数字物理仿真实验室（新建）是电气工程实验中心三个实验室其中之一。

2 220kV变电站数字物理仿真实验室目前，我国城市电网的发展趋势为220kV 以上电压等级，为了适应我省电力发展及我校应用型本科实践教学的需要，我校的变电站仿真实验室采用了220kV 电压等级，选用北京科东公司的TTS2000仿真平台，包括30台学员机和2台教员机，以及与实际综自变电站完全一致的二次保护和监控真实设备。

变电站数字物理混合仿真系统是将实时电网仿真、输入输出信号接口装置、真实变电站二次设备、真实直流系统、真实监控系统、真实二次回路、真实调度自动化厂站端设备、变电站一次设备交互式三维场景、开关与刀闸及操作机构智能模拟装置、二次故障模拟装置、教员系统有机结合的数字物理混合仿真系统，该系统可以对学生从理论知识到专业技能进行全范围、全过程、全场景的仿真培训。

该系统最大特色在于，能够提供一次设备三维图像教学及真实的二次设备物理硬件仿真，克服了纯数字仿真平面化、无物理硬件的缺点，能使学生对变电站的实际运行环境，有一个真实现场的感性认识；同时能为本地区的电力行业提供一个良好的技术培训平台。

67C11/2016◆内蒙古电力（集团）有限责任公司培训中心　曹玥洁220kV智能变电站数字物理仿真实训系统设计方案研讨近年来，随着改革开放不断深化，我国职业技术教育在教学模式和实训手段上进行了创新发展，更加注重人才质量培养的多面性，树立创新的人才观、质量观。

在这样的背景下，电力各类职业院校和培训中心更加重视将仿真技术应用到教学和科研中来，注重智能变电站培训基地的创新建设。

一、技术方案（一）智能变电站的组成智能变电站由过程层、间隔层、站控层三部分构成，其结构框图如图1所示。

1.过程层。

遥测量采用模拟的光电压互感器、电流互感器、一次信号采用电压源及电流源，所有设备内部结构做成可视化模块。

合并单元采用真实的设备，同电压互感器、电流互感器利用光纤通道组成完整的信息采用网络。

遥信量、遥控量采用模拟断路器加智能汇控柜或智能操作箱的模式，实现智能断路器的基本功能。

2.间隔层。

间隔层采用真实的数字化保护及测控装置，按IEC61850协议同过程层及站控层组成智能变电站的监控系统。

3.站控层。

依据220kV 变电站的标准配置监控后台机及远动机。

监控系统软件采用国家电网公司所属220kV 变电站通用公司的产品。

（二）设计原则智能变电站遵照DL860标准，与传统变电站综合自动化系统在结构上具有本质区别。

需要针对智能变电站站控层、间隔层和过程层的三层结构，制定出智能变电站仿真实训环摘　要：智能变电站数字物理仿真教培系统是将智能变电站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监控等基本功能。

利用智能电网计算的电磁暂态仿真软件，通信模块采用GB/T860国家标准的IO 接口，物理的智能变电站二次设备，监控装置，直流系统，二次回路，光电断路器及刀闸操作机构模拟装置和教练员操控系统有机结合，构成了完善的综合教培平台。

为电力类高职院校师生教学、科研和企业员工岗前培训，从理论知识到专业技能进行全范围、全过程、全场景的教学实训。

多应用场景的变电站数物混合仿真培训系统方案设计摘要：由于受到培训场景的限制，传统的变电站培训手段应用范围窄、适应性差。

本文针对当前变电站的几种仿真培训方法的不足，提出了基于数字物理混合仿真的多应用场景的变电站数字物理混合仿真方案，并探讨了多应用场景切换的具体实现方法。

在传统变电站基础上，以电磁暂态为仿真平台，保留原有一、二次设备，实现了多应用场景的变电站数字物理混合仿真功能。

关键词：实训变电站；数物混合仿真；多应用场景；电磁暂态；二次回路切换Multi Application Scenario Based Hybrid Simulation Training System For Substations Conceptual DesignLI Feifei1,2，HUANG Sheng1,2，GU Dade3(1.Nari Technology Development Limited Company,nan jing，210000，China;2.Nari Nanjing Control System Limited Company,nan jing，210000，China;3.Guangzhou Power Supply Limited Company,guang zhou,510000,China）Abstract: Due to the limitation of the training scene, the traditional method of substation training is narrow and poor in adaptability. Aiming at the shortage of several training methods in substation, a digital physical hybrid simulation scheme of multi application scenarios based on digital physical hybrid simulation is proposed, and the implementation method of multi application scenario switching is discussed. Based on the traditional substation, the electromagnetic transient simulation platform isused to retain the original one or two devices, and a set of multi application scenariosof substation digital physical hybrid simulation is implemented.Key words: Practical training substation; hybrid simulation; Multi application scene; Electromagnetic transient; secondary circuit switch前言随着智能电网的建设，越来越多老旧变电站退出运行，为了充分利用这些老旧变电站，有必要对退出运行的变电站进行改造，使其具备对变电站运维人员、检修人员、继电保护人员等从业人员进行全面的实操培训和仿真培训功能[1]。