一种基于硬件在环的智能变电站虚拟现实仿真培训系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于硬件在环的智能变电站虚拟现实仿真培训系统，包括变电站一次仿真系统、信号转换接口和智能变电站二次设备；变电站一次仿真系统包括通过以太网相互连接的变电站三维仿真系统、教员机、学员机；智能变电站二次设备包括通过MMS网连接的保护测控装置、后台监控系统；教员机或学员机上设置电网常见的故障，变电站三维仿真系统根据故障情况计算出故障时电网应有的电流、电压、频率信号，保护测控装置对电网故障处进行保护动作并形成信号，后台监控系统进行后台检测，信号转换接口对三维仿真系统产生的信息进行格式转换发送至保护测控装置，及对保护测控装置产生的信息进行格式转换发送至变电站三维仿真系统。

A virtual reality simulation training system based on hardware in loop for intelligent substation

The invention provides a kind of intelligent substation based on hardware in the loop virtual reality simulation training system, including a substation simulation system, signal conversion interface and intelligent substation equipment two; a system simulation of substation simulation system, including 3D substation teacher machine, students are connected by Ethernet; two smart substation equipment including background the monitoring system of protection and control device, connected through the MMS network; the teacher or the student machine fault machine set the common grid, 3D simulation system of substation based on fault conditions to calculate the fault of electrical network should be current, voltage and frequency signal, protection and control device for protection of power grid fault and the formation of signal, background monitoring system the background detection, signal conversion interface of 3D simulation system of the information sent to the format conversion Protection and measurement and control device, and transform the format of the information produced by the protection and measurement device to the three-dimensional simulation system of the transformer substation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于硬件在环的智能变电站虚拟现实仿真培训系统
本专利技术涉及一种智能变电站技术，特别是一种基于硬件在环的智能变电站虚拟现实仿真培训系统。
技术介绍
随着智能电网技术的快速发展，智能高压电气、光纤以太网络和IEC61850标准通信等技术在智能变电站中逐步得到了推广应用。现场运行维护人员对于智能电网的新技术、新设备缺乏了解，大多数运维人员没有掌握智能变电站的运行和检修技术，急需对变电站运维人员进行全面的智能变电站培训。现有面向传统变电站的培训系统远远不能满足智能变电站发展的要求，有必要研法智能变电站仿真培训系统。通常智能变电站是由一次设备和二次设备组成的，图1所示为现有智能变电站的组成结构图。一次设备包括系统电源、变压器、母线、输电线路、电子式互感器、断路器和刀闸等，二次设备包括合并单元、智能终端、保护装置、测控装置和后台监控系统等，其中保护、测控装置之间通过MMS(制造报文规范)网与后台监控系统相连。电子式互感器将电网一次电流、电压电信号变为二次电流、电压光信号后通过光缆接入二次设备中的合并单元的输入端，合并单元通过SV(采样值)网与保护、测控装置连接；保护、测控装置通过GOOSE(面向通用对象的变电站事件)网与智能终端相连；智能终端通过电缆与断路器和刀闸相连。目前，对于智能变电站的培训，有一种全数字仿真系统可用，但是该系统虽然可以模拟变电站的正常运行和操作过程，但由于是全数字仿真，没有真实的设备，不能达到培训维护和检修技能的目的。另一种全物理仿真系统，需要使用物理设备模拟实际电网一次系统，接线方式不灵活、故障不能任意设置、一次设备建设投资大且维护较困难。而智能变电站混合仿真培训系统功能更加复杂，由于变电站一次仿真软件与智能二次保护设备通讯接口不同，基于软硬结合的变电站仿真培训系统也没有取得很好的发展。研究和开发智能变电站软硬混合仿真培训系统，具有重大的理论意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种智能变电站一次仿真模型与二次保护设备有机结合的混合仿真培训系统，该系统将变电站数字仿真系统与真实的智能变电站二次设备置于同一个仿真系统中，各设备之间有机连接、灵活配置、营造了逼真的运行环境，适应智能变电站的建设和发展的需求，为运行维护人员进行全范围、全过程、全场景的仿真培训。一种基于硬件在环的智能变电站虚拟现实仿真培训系统，包括变电站一次仿真系统、信号转换接口和智能变电站二次设备；所述变电站一次仿真系统包括通过以太网相互连接的变电站三维仿真系统、教员机、学员机；所述智能变电站二次设备包括通过MMS网连接的保护测控装置、后台监控系统；所述教员机或学员机上设置电网常见的故障，所述变电站三维仿真系统根据故障情况计算出故障时电网应有的电流、电压、频率信号，所述保护测控装置对电网故障处进行保护动作并形成信号，所述后台监控系统进行后台检测，所述信号转换接口对三维仿真系统产生的信息进行格式转换发送至保护测控装置，及对保护测控装置产生的信息进行格式转换发送至变电站三维仿真系统。采用上述系统，所述信号转换接口包括依次连接的一次侧接收模块、信号解析重组模块和二次侧发送模块，以及依次连接的二次侧接收模块、信号解析重组模块和一次侧发送模块；其中一次侧接收模块与变电站三维仿真系统通讯，二次侧发送模块与保护装置、测控装置通讯，二次侧接收模块与保护、测控装置通讯，一次侧发送模块与变电站三维仿真系统通讯，信号解析重组模块将接收的信息转换格式后发出。本专利技术所述的一种基于硬件在环的智能变电站虚拟现实仿真培训系统，变电站一次系统采用数字化仿真，利用3D虚拟技术实现变电站一次设备的三维重现，如刀闸、断路器、变压器、瓷片、表记等，能逼真地模拟各天气状况，形象地反映设备的正常、异常、事故状态及其动作过程，可以实现在场景中任意漫游，对一次设备进行就地操作，实现各种操作功能和故障现象。仿真系统中的线路潮流数据通过信号转换接口传送给实际的智能二次保护测控装置，保护测控装置根据当前系统数据发送跳闸出口信号，通过信号转换接口传给变电站三维仿真系统，仿真系统内的断路器根据具体情况动作。实现了仿真软件与保护硬件的有机结合。并且针对智能变电站培训建立了综合培训系统，可以实现变电站运维人员的全范围、全过程、全场景的仿真培训。本专利技术开发的信号转换接口作为一次仿真系统和智能二次设备连接和通讯的桥梁，模拟了合并单元和智能终端的功能。在满足培训维护和检修技能的同时大大减少了培训系统的成本，使其更加适用于电力部门的培训课程。下面结合说明书附图对本专利技术作进一步描述。附图说明图1是现有智能变电站的结构示意图。图2是本专利技术的系统结构示意图。图3是本专利技术的信号转换接口结构示意图。图4是本专利技术的信号转换接口具体装置图。具体实施方式由图2所示可知，一种基于硬件在环的智能变电站虚拟现实仿真培训系统，包括：变电站一次仿真系统、信号转换接口和智能变电站二次设备。所述变电站一次仿真系统包括变电站三维仿真系统、教员机、学员机和连接它们的以太网总线；所述智能变电站二次设备包括保护、测控装置、后台监控以及连接设备的SV、GOOSE和MMS网；所述信号转换接口如图3所示，包括一次侧接收/发送模块、信号解析重组模块和二次侧接收/发送模块。所述教员机通过以太网总线与变电站三维仿真系统、学员机连接，变电站三维仿真系统通过信号转换接口与智能二次设备连接。如图3所示，所述信号转换接口包括依次连接的一次侧接收模块、信号解析重组模块和二次侧发送模块，以及依次连接的二次侧接收模块、信号解析重组模块和一次侧发送模块。所述智能变电站二次设备后台监控系统与保护、测控装置之间通过MMS网连接；所述保护、测控装置分别通过GOOSE网和SV网与信号转换接口连接。所述教员机通过以太网总线监控变电站三维仿真系统以及下达培训项目给学员机，实现一次系统的仿真监控培训功能。所述变电站三维仿真系统输出的电压、电流等数字信号输入到信号转换接口，经信号转换接口输出光信号通过SV网输入保护、测控装置；所述保护、测控装置输出光信号经GOOSE网输入信号转换接口，经信号转换接口输出电信号给变电站三维仿真系统。所述信号转换接口一次侧接收模块与变电站三维仿真系统通讯，接收变电站三维仿真系统输出的电流、电压、频率等数字信息，并将接收的信息发送至信号解析重组模块，信号解析重组模块将信息提取打包成SV报文，通过二次侧发送模块经光纤发送给保护、测控装置。所述信号转换接口二次侧接收模块与保护、测控装置通讯，经光纤接收保护、测控装置输出的GOOSE报文，并将报文发送给信号解析重组模块，信号解析重组模块提取跳闸出口动作信息，并以电信号的形式发送给一次侧发送模块，一次侧发送模块将这些信号发送给变电站三维仿真系统。本专利技术的具体工作过程为：教员在教员机或学员机上设置电网常见的故障，通过以太网总线将指令发送给变电站三维仿真系统，变电站三维仿真系统根据故障情况计算出故障时电网应有的电流、电压、频率信号，并将这些信号传给信号转换接口，信号转换接口实时处理后将这些信号通过SV网发送给智能保护测控装置，智能保护测控装置感受到故障，并进行相应的保护动作，再通过GOOSE网将动作信号发送到信号转换接口，信号转换接口实时处理后将信号发送给变电站三维仿真系统，变电站三维仿真系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硬件在环的智能变电站虚拟现实仿真培训系统，其特征在于，包括变电站一次仿真系统、信号转换接口和智能变电站二次设备；所述变电站一次仿真系统包括通过以太网相互连接的变电站三维仿真系统、教员机、学员机；所述智能变电站二次设备包括通过MMS网连接的保护测控装置、后台监控系统；所述教员机或学员机上设置电网常见的故障，所述变电站三维仿真系统根据故障情况计算出故障时电网应有的电流、电压、频率信号，所述保护测控装置对电网故障处进行保护动作并形成信号，所述后台监控系统进行后台检测，所述信号转换接口对三维仿真系统产生的信息进行格式转换发送至保护测控装置，及对保护测控装置产生的信息进行格式转换发送至变电站三维仿真系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于硬件在环的智能变电站虚拟现实仿真培训系统，其特征在于，包括变电站一次仿真系统、信号转换接口和智能变电站二次设备；所述变电站一次仿真系统包括通过以太网相互连接的变电站三维仿真系统、教员机、学员机；所述智能变电站二次设备包括通过MMS网连接的保护测控装置、后台监控系统；所述教员机或学员机上设置电网常见的故障，所述变电站三维仿真系统根据故障情况计算出故障时电网应有的电流、电压、频率信号，所述保护测控装置对电网故障处进行保护动作并形成信号，所述后台监控系统进行后台检测，所述信号转换接口对三维仿真系统产生的信息进行格式转换发送至保护测控装置，及对保护测控装置产生的信息进行格式转换发送至变电站三维仿真系统。2.根据权利要求1所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜京，杨阳，张梦月，邓远，周荣，李蔚清，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32