变电站数字物理混合仿真培训系统的应用

文/曾闻

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。模拟装置可以模拟断路器和刀闸的正常操作、动作情况及各种异常、故障情况。同时可为继保、测控装置等提供硬接点。

2.3.2 二次回路缺陷模拟装置

二次回路缺陷模拟装置采用嵌入式计算机技术开发，通过在继保、测控装置的开入、控制、信号、电流电压回路等二次回路中串联或并联各种节点、电阻、电容等来模拟各种断线、接地、短路、错线、线圈烧毁、接触不良等缺陷。

2.3.3 信号输入输出接口装置

信号输入输出接口装置包括：实时仿真硬件平台，数字模拟转换卡，开关量输入输出卡，电流、电压功率放大器。

实时仿真硬件平台是以多CPU多内核服务器架构为基础，并具有集成多个数字模拟转换卡及开关量输入输出卡的能力，运行实时仿真运行环境，将电网仿真的数字信号转换为0～10V模拟弱电信号，并能实时采集断路器、刀闸的动作信号。

分别对500kV变电站和220kV变电站需配置的模拟装置、放大器数量及模拟屏数量进行汇总统计，500kV变电站共需配置10面模拟屏，220kV变电站共需配置14面模拟屏。

2.3.4 变电运行仿真室屏面布置方案

改造后的变电运行仿真室平面布置如图2所示，整个变电运行仿真室主要分为2个区域，500kV变电站设备区和220kV变电站设备区，分别各占60面屏位。根据前述真实二次设备以及仿真训练模拟系统配置方案，500kV和220kV变电站设备区屏位布置如图2阴影部分，500kV和220kV变电站设备区各预留5个和7个备用屏位。

3 小结

本文根据培训需求，提供了龙源基地改造项目数字物理混合仿真培训改造方案，文中提出的系统，能实现电力系统一次及二次设备故障、缺陷、误操作的模拟，可对变电站继电保护、运行、自动化等专业人员进行全范围、全过程、全场景的仿真培训。

图1：数字物理混合仿真系统原理图

图2：变电运行仿真室平面布置图