时间：2023-10-09 10:54:12
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论文摘要：阐述了变电仿真培训如何针对不同层次培训对象采用相应的培训方案，指出现有的变电仿真培训存在的问题和解决对策。
论文关键词：变电运行；仿真；培训
随着电网的迅猛发展，迫切要求电力职工具有更高的技能水平和业务素质，职工技能水平的高低，直接影响到电网的安全生产和经济效益。而变电运行岗位是供电企业中最重要的生产岗位之一，直接关系到电网安全稳定运行。变电运行人员责任重大，技能水平要求高，培训需求迫切。变电仿真培训是对变电运行人员进行的各类技术培训中最为有效的方法之一。
仿真变电站是利用计算机技术和仿真技术及多媒体技术，根据变电站一、二次设备及接线进行设计，为受培训学员提供一个近似的变电站工作平台。培训学员可以在仿真设备上进行相应的操作，使他们能在较短的时间内，变电运行技术技能得到迅速的提高。因此，目前仿真培训已成为变电运行人员取证、复审、考核、职业技能鉴定、技术技能竞赛等首选的手段和工具。
一、变电仿真培训分类
电力培训中心开展多层次的变电仿真培训，提高全体变电运行人员操作技能水平和事故处理能力。根据现有的仿真系统培训目标的定位，培训对象主要分为以下几个层次。
1.岗位取证培训
岗位取证培训主要分为上岗取证培训和已取到上岗证的员工定期复审轮训两大类。
上岗取证培训的人员，目前主要是新进员工，他们从以理论教学为主的学校到实际的工作岗位，其跨度相当大。他们具有一定的电气理论知识，但实践经验缺乏，仿真培训将为这种跨越提供成功的对接。上岗取证培训，主要学习调度规程、倒闸操作规程，编写相对简单的倒闸操作票并根据操作票进行规范化的倒闸操作训练、设备的巡视及进行相对简单的事故分析判断和处理，为他们快速胜任变电运行工作搭建良好的平台。
对于取证员工的培训主要以讲授、示范和操作训练相结合的培训方式为主。
2.岗位复审培训
已取到上岗证的员工每三年参加一次复审培训，他们具有较丰富的实践经验，复审培训则以新版或新修订的与变电运行相关的规程、规定中新修订条款为内容进行宣贯，开展省调年度继电保护整定方案及运行规定要点及反措宣贯、“四新”技术在系统中的应用的介绍和变电运行典型事故案例分析判断和处理、现场运行经验交流研讨。使受训的运行人员不仅温故而知新，而且达到更上一层楼的效果。
对于复审员工的培训主要以讲座、讨论交流、分析判断处理为主并辅以必要的技术讲解。
3.职业技能鉴定前的培训和鉴定
以职业技能鉴定促进运行人员运行技术技能的提升，仿真站为将要参加技能鉴定的人员提供了事故分析判断和处理的训练及技能鉴定的平台。帮助参加技能鉴定的人员较系统地掌握实际操作技能，熟悉各种事故和故障的现象、特点、分析判断和处理的方法，快速提高他们的技术技能水平和心理素质。仿真站的应用使职业技能鉴定工作走上规范化、科学化的轨道。
4.班组长及以上人员的培训
随着电网的快速发展，新设备、新技术不断地在变电站中进行推广和运用，新规程规定的不断实施，使变电运行人员，特别是变电运行班组长及以上人员面临着不断进行知识更新的需求。开展事故预想并进行危险点分析和预控，推广执行任务令，二次回路操作规定，典型事故处理，大二次、调控一体化信号的分析处理，智能变电站一、二次设备，安全管理培训，撰写专业技术、管理论文或总结（心得），以提高他们的综合能力。
5.技能竞赛前集训和竞赛
为提高变电运行人员学习技术技能的积极性，相关部门会定期地组织各种形式的技术技能竞赛，通过竞赛推动了运行人员技术技能水平的提高，营造出“比、学、赶、帮、超”的良好氛围。而仿真站是选拔参赛选手和赛前集训及竞赛的最好场所。近年来的这类比赛均在仿真站进行，因此以竞赛为目的的仿真训练比以提高运行技术技能水平为目的的仿真培训更具针对性。改变了过去由于变电站操作受客观条件的限制，技能竞赛考试只能“纸上谈兵”的局面。
二、变电仿真培训存在的问题
1.仿真系统的仿真能力还不尽如人意
（1）硬仿真变电站。采用数学—物理模拟的硬仿真变电站受不可更改的模拟盘结构的限制，只能是一个相对典型的变电站界面，与综合自动化变电站培训软仿真系统比较，主要是直观性好，使用操作方便。但可扩充性差，而且不具备远程培训的功能，目前已经被淘汰了。
（2）综合自动化变电站软仿真系统。可扩充性较好，而且具备远程培训的功能，使用操作方便，系统反应速度较快，分组操作互不影响，但组内操作互相影响。异常情况仿真能力不足。
（3）三维变电站软仿真系统。是集控模式变电站仿真系统，与综合自动化变电站软仿真系统比较，主要是按照设备实物进行三维建模，形象逼真，具有较完善的变电站设备巡视功能。多人同时训练、互不影响。异常情况仿真能力有所提升，但设备异常等仿真方面与现场实际情况相比仍然存在较多的差异。三维操作复杂，系统反应速度慢，对于年龄偏大、计算机“玩得”不是很熟练的学员，在仿真系统使用操作上造成较大的困难。
（4）集控站仿真系统（调控一体化仿真系统）。是在集控模式仿真变电站上发展起来的，是仿真一个地区或省网部分地区的若干个变电站组成假想的电网，潮流和计算精度均存在问题。而且仿真集控站难以跟上电网发展的需求，存在一定的滞后性。仿真系统与变电运行人员真正面对的工作环境之间存在较大的差异，集控站运行人员在监盘、事故处理的训练上针对性虽然有所提升，但还是难以做到尽善尽美。
2.工学矛盾突出
由于电网迅猛发展，变电站也愈来愈多，运行人员总人数却不增反减。由于各供电企业实施少人值班、减人增效、减少培训成本等措施，执行定岗定编，一个萝卜一个坑，因此抽调已经定岗的运行人员脱产学习，有一定的困难，工学矛盾相当突出。
3.对资深学员培训缺乏经验
目前的变电仿真培训主要是取证与复审两大类，对这两类培训无论是培训内容还是培训方法都是比较成熟的。但对资深人员的培训，如：变电运行班组长及以上人员的培训或技师、高级技师鉴定前的培训目前还比较缺乏经验，还处于摸着石头过河的阶段。
三、对策
我们应客观地对待变电仿真培训中存在的实际问题，根据培训中心实际情况，扬长避短，突出重点，注重变电运行人员关键技术、关键能力的培养和训练，并且采取以下的措施。
1.进一步发展与提升仿真变电站功能，确保仿真的正确性、易维护性、易扩充性
仿真系统应具备操作简单、易于修改，便于维护的功能。用户可在使用过程中，按照各自变电站的实际情况进行适当的修改，使其更贴近实际运行中的变电站。同时还应提供与现场正在运行的电力系统相连接的接口，即可获取现场的实时数据，使仿真系统的基础数据更真实可信，尽可能地使仿真系统与现场保持一致性。
2.仿真系统的仿真水平有待进一步完善，提高三维操作的便捷性，提升系统的反应速度
操作的便捷和系统反应快速，可以让培训的学员集中更多的时间和精力用于提升专业技能上。另外，变电仿真系统不是建得愈多愈好，建得再多，也不能仿真系统内的所有变电站。关键在于能仿真系统内变电站的主要类型，关键在于完善，建一个站是一个站，每个站都能派上一个站的用场。否则，不仅浪费了精力，而且浪费了财富。
3.软仿真变电站完全采用软件的形式实现，具有完善的远程培训功能
可以突破时空的限制，依托电力系统局域网的技术平台，进行远程培训。目前远程培训主要是针对已取到上岗证的员工定期复审轮训，因为这部分员工的工学矛盾特别突出。
4.在教学内容上，突出针对性、实效性和适度的超前性原则
培训教师必须深入各供电企业调研培训需求，找出各层次尤其是高层次学员迫切需要学习的知识和技能，并获取最新技术设备信息，分析整理制作成课件后作为培训的内容。例如：随着智能电网的发展，各地区电网调控一体化的实施，地区调度控制中心监控人员（由原来的运行人员抽调来的）急需进行岗位培训。培训中心主动适应电网发展的需求，通过调研后确定培训的内容为：主要设备典型继电保护及自动装置的配置、动作条件及配合；地区调度控制中心信号类型、分类原则、分析处理；电网的理论知识；电网的倒闸操作和电网的事故处理等。从去年开始举办了十多期地区调度控制中心监控人员上岗取证培训班，使监控人员技能水平迅速提升，快速适应新岗位的要求。
关键词：变电仿真、仿真培训系统、管理探析
中图分类号：TM63 文献标识码：A
变电仿真培训系统是适应电力发展的必然要求, 这种培训系统有助于提高变电运行人员的技术水平, 为确保电力企业安全生产起到极为重要的作用。仿真培训系统的开发与管理一定要做好, 既要功能完善、灵活、实用,又要具有一定的先进性, 同时要满足电网培训的需要。
一、以沈阳供电公司为例，阐述变电仿真培训的必要性
沈阳供电公司为经济发达，发展迅速的省会城市，2013年截止到10月份总送电量为221.42亿千瓦时，在全省排名第一，公司所属变电站277座，其中220千伏变电站21座，66千伏变电站256座，变电总容量为1962.26万千伏安，变电系统职工总人数约五百人。
各种技术培训活动应该在对变电运行人员中进行，最为有效的方法就是仿真培训。它是借助物理模拟技术与计算机技术，给受训者提供一个近似的变电站工作平台和作业环境，使受训者能在有限时间里，获得比传统培训方法更好的效果。变电仿真培训系统可以为变电运行人员提供逼真的变电站真实环境，解决了变电站无法动手，无法从以前的事故教训中吸取经验教训的问题。通过对员工技能的培训，达到提高变电运行人员的运行操作素质，增强其安全运行能力的目的，从而适应日趋发展变化的电网建设。
二、变电仿真培训系统培训流程
企业培训的流程见图：
变电仿真培训系统培训流程也不例外，其培训内容在技能培训范围内由变电仿真站根据预培训时间及受培单位要求拟定，并征求委培单位的修改意见，最后根据相应岗位、等级的岗位培训与考核标准确定教学计划。教学模式采用讲、练相结合的办法。首先由教练在多媒体教室进行教学内容讲解和演练，然后由辅导教练在多媒体教室辅导学员进行练习，同时教练、助理教练辅导学员上仿真机操作。考试采用考察及最后笔试形式，考察在平时上仿真机练习过程中完成，笔试成绩为本期教学内容完成后进行笔试考试，总成绩为考察与考试成绩的平均值。根据学员的反馈意见，对培训内容、方式等作进一步修改与完善。
三、现阶段各种仿真系统存在的局限性
1、局限于针对性相对较弱。采用物理模拟的仿真站限制受硬件建造的影响，对于变电站场景或界面来说只能是一个相对典型的形式，采用虚拟变电站环境的仿真站只是其中一部分，有限的能力使变电站无法具有灵活配置基础，真正面对的作业对象之间存在很大差异，使变电站运行人员与仿真环境很难同步，因而在事故处理的训练与倒闸操作运行时，受训人员受到很大限制。
2、事故仿真能力是有限的。实际工作中事故形态在变电站中是复杂多样的。如果事故发生时，除了产生断路器跳闸及相应的声、光信号动作外，恶劣情况爆炸、燃烧、浓烟、设备损毁甚至人员伤亡也有可能出现，对于现有仿真系统通常只能模拟前者，而后者的模拟能力是接近于零。
3、仿真能力不足出现的异常情况。在变电站的日常运行工作中，概率远比事故高得多的常态是异常情况的发生，实际上，复杂的异常清况，高于一般的事故判断和处理的难度。成为变电站运行人员能力、素质、技术水平的真正挑战是其频繁、多发、随机的特点。这些事件的仿真能力明显不足是现有仿真系统的短板。
4、变电站运行方式与仿真培训模式的冲突。需要接受培训的人员脱产一段时间是现有仿真培训模式的需要。限制是由于仿真站的布点影响，易地进行也是常态。措施的推行是由于变电站运行工作具有连续性的特点，以及少人值班、减人增效等因素，使脱产培训的安排日益困难。
5、有待提高现有仿真培训的方式方法。密不可分的仿真培训质量、仿真设备配置、培训方法等，一般根据初次培训与复审两大类进行培训，是目前的仿真培训站培训的形势，不同层次的运行人员培训内容却都大致雷同，缺乏一定的针对性，受训人员的积极性很难被提高。
四、在现有条件的基础上提高仿真培训水平的方法
1、诊断学员错误，采取纠正措施并分析原因。在进行培训倒闸操作时，每一步操作都在仿真培训系统中与标准操作进行对比，判断学员的学习问题，判断是否有操作错误，分析操作顺序如果不对可能是操作错误，提示当前应该操作哪个设备，是不是违反了五防。在进行巡视培训时，学员巡视过的巡视点被仿真培训系统准确记录下来，并判断学员在巡视点状态是否正确。在学员处理事故时，监视学员操作也是仿真培训系统要做的，给学员操作处理给出指导。
2、调整学习内容和进度，根据学员的水平与学习情况选择。例如，培训初期，对仿真环境不熟悉与学员知识水平的限制，操作若严格按操作票校验，那就很难完成培训任务。由易到难分为几个培训级别，是有些系统根据实际情况将倒闸操作培训划分的，引导学员循序渐进地学习。
3、生成解答与自动解决问题。操作票专家系统，根据系统所要求的操作任务与当前状态，操作票被自动生成，作为了标准答案，用于校验学员操作是否正确，在倒闸操作培训中。处理指导专家与故障诊断系统，根据系统当前故障后的现象，生成指导学员如何由故障现象诊断故障元件、确定故障元件后如何处理故障的报告。
4、学员的学习行为被评价。操作培训结束后，根据学员所犯的操作错误与事先确定的操作评分原则，对其操作进行评分。在巡视培训后，根据学员对巡视点的误判、漏判与巡视评分原则等情况，进行巡视评分。
5、各种问题与练习被自动生成。突发事件有时自动生成。在学员培训过程中，仿真系统如果自动生成一些突发事件、异常事件、故障而增加培训的难度。那么自动生成技术问答试卷，任意抽取试题，生成试卷在系统题库中生成，这样减轻教员负担并且提高培训效率。
五、阐述变电仿真培训系统的保证措施
1、确保培训正常进行的管理体系，培训基地为保证培训质量、规范办班程序，建立了一整套完善的培训管理制度，包括变电仿真站管理制度、培训教师职责、学员管理制度等。
2、充分发挥兼职教师作用，在培训期间充分发挥专兼职教师的作用，除仿真培训专职教师讲课外，根据生产实际情况，从变电站聘请2名经验丰富的站长担任兼职教师，使仿真培训更具有实效性和针对性。加强对仿真培训教师的培训，将专兼职教师送出去参加仿真培训教师资格培训，并取得资格证书通过对兼职教师的培训认证，从而提高培训者的综合素质。
六、变电仿真培训系统发展展望
由于变电仿真培训系统毕竟有别于实际变电运行系统，所以只用把变电运行实际系统的保护逻辑关系通过声光图形信号等表示出来就可以完成实训的各种内容，未来发展中，完全可以把变电仿真培训系统开发成像堆砌积木一样的组态形式，这样就可以随机组合成任意运行方式的变电运行系统，使之与实际更加相近，同时各组态模块之间的接驳形式也可考虑设计为标准触片或插拔件，使之安装更加简单，而传输形式可以考虑无线传输。通过硬件的仿真度的提高，也直接影响到软仿真系统的设计与模拟。变电仿真培训系统将来也不仅为培训提供方便，也为变电站的设计提供实验模板。
总之，变电运行仿真培训，是在借助计算机和物理模拟技术的帮助下，为参训人员提供一个模拟变电站工作环境的平台，使之能将平时学到的理论知识结合实际操作，得到更加有效的水平和技能提高的培训手段，是我们在进行学校授课，单位培训，业务考核等工作时最为有效的手段和方法。我们必须对变电仿真培训现状有一个清醒的认识，在硬件条件无法达到最好的前提下，研究出一套切合实际，行之有效的培训计划和方案。
参考文献：
[1].张东英.基于网络系统的变电站仿真培训.[J].电力系统自动化.2011.
[2].王兆安.变电仿真系统培训的意义.[J].中国电力.2012
作者简介：
关键词：变电站 培训仿真系统 应用
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0161-01
变电站仿真培训系统能够全面，逼真，还原变电站实际一二次设备，如主控室、控制屏、保护屏及设备连接状况，可在计算机监控界面、三维设备场景进行相应操作，采用鼠标点击的操作方式，简单、直观、易学。准确的仿真扰动发生时刻和其后时间内继电保护及自动装置的动作情况，实时计算各种复杂故障和组合故障，事故设置更加灵活、更加随机，能设置成千种事故题目，具有很强的现场感和可操作性。
1、仿真系统的特点
(1)仿真范围全面，电压等级从330kV-10kV（包括380V所用部分），逼真，一二次设备均按实际设备比例设计，主接线典型，具有很强的现场感和可操作性。
(2)仿真系统采用带有数学模型的全范围仿真，能逼真地反映电网、变电站的运行工况及各种物理量的变化。
(3)基于Web技术的远程培训，学员可以在网络内的任何一台终端登录服务器利用仿真程序进行仿真培训，完成仿真操作培训、讨论和答疑等功能。
(4)实时故障计算可以计算各种复杂故障和组合故障，事故设置更加灵活、更加随机，能设置成千种事故题目。
(5)采用多媒体技术，仿真界面效果逼真。基于3D技术的多媒体变电站一次设备现场环境仿真，完成现场设备的操作和巡视。
2、仿真软件系统
2.1 系统模型
(1)通过一次建模和二次建模形成的虚拟变电站仿真系统中所有设备的建模，主要进行初始潮流运算、故障计算分析、一次设备状态、二次设备状态、设备操作的处理；
(2)负责与综合仿真系统其他功能模块的通讯和数据交换的功能；
(3)实现调试、复归、快照/导回、故障设置、培训计划及教案生成、状态监视、事件管理/记录、事件记录信息打印、五防措施投切等功能。
2.2 监控系统
模拟仿真变电站原厂家的监控后台系统，其界面和操作方法与实际系统一致，可培训运行人员对监控系统的使用和了解。能够实现：数据采集与处理、多种报警方式（简报信息窗报警与语音报警、故障推画面告警）、自动控制与调节、图形显示（接线图、潮流图及信息量图）、报表功能、记录功能、综合电压与无功调节功能，及完整再现四遥操作功能。
2.3 二次保护控制装置
继电保护、自动装置、中央信号、故障录波、测量仪表、直流系统、备用电源自投、远动装置、微机五防、安控装置等。包括上述各回路中的压板、试验端子、熔丝、按钮、信号灯。各种保护及控制屏的界面与实际设备一致，尽可能逼真地反映变电站控制系统、保护系统及自动装置等的各种运行工况、各种功能和操作切换。
2.4 一次设备三维场景
仿真系统的一次设备及就地操作采用三维虚拟现实视景仿真，逼真地再现变电站现场场地、变压器、母线、断路器、隔离开关、接地刀闸、操作机构、冷却系统、电压互感器、电流互感器、电抗器、电容器、高压熔断器、站用变压器以及整流机组、直流开关、直流隔离开关等一次设备及设备的操作过程、动作过程和正常运行是的设备状态。
3、仿真系统功能
3.1 日常操作、监盘培训
3.1.1 监盘和抄表
实现变电运行人员的监盘工作：包括一、二次系统的运行监视，站用电交流系统的运行监视，站用电直流系统的运行监视。
3.1.2 操作培训
涵盖变电站典型操作票中的所有操作，包括主接线图、虚拟现实系统中全部一次设备，及站用交、直流系统的倒闸操作；二次部分继电保护压板的投退；自动装置的投切、液晶面板的操作、打印、保护定值修改等；并包括验电、挂地线操作；各种操作的遥测、遥信量均实时响应。
3.1.3 巡视检查培训
按照运行规程所规定的项目和巡视周期,利用虚拟现实系统进行一、二次设备的巡视，包括巡视所用的所有专用工具。采用虚拟现实技术、以三维方式展现变电站所有设备，包括变电站正常、异常、非正常运行工况下的现象和声音等现场所有场景，逼真的仿真设备的正常与异常状态，达到身临其境的效果。
3.2 事故处理培训
设置事故分线路、变压器、母线、断路器、直流系统等五个方面。在设置的事故中其类型（如相间短路、接地短路、三相短路、两相接地短路、单相断线）、性质（永久或瞬间）、地点（线路从首端末端、反方向，下段线路的首端等）可以任意排列组合，同时还可以与断路器、继电保护及自动装置误动、拒动排列组合。利用设置事故可进行各种事故演练、重演，提高学员对事故处理的能力，运行人员通过正确的操作可缓和事故的影响或恢复系统正常运行，若处理不当，则将造成故障扩大。
3.3 三维交互式虚拟现实场景仿真
在仿真变电站的一次设备仿真和一次设备巡视系统中，利用3D虚拟现实技术实现变电站一次设备、二次设备的三维重现，可以对场景中的一次设备进行就地操作，并可对场景中的设备进行巡视、检查、记录等，形象逼真的模拟现场的挂牌、挂地线和验电等不同的工作方式。
在三维场景中的所有操作和巡视，仿真系统都有记录，教员可以根据这些操作记录并结合考核系统，对学员进行自动或者手动评分，科学公正的评价学员的培训效果。
4、结语
关键词：变电站；仿真；应用
作者简介：周秧（1981-），女，浙江诸暨人，浙江省电力公司培训中心，讲师；蒋吉荪（1962-），男，浙江建德人，浙江省电力公司培训中心，工程师，高级技师。（浙江 建德 311600）
中图分类号：G726 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）15-0025-02
变电站仿真培训系统是目前针对变电站运行人员培训的主要工具之一。由于电力系统自身的特殊性，电力生产与消费具有同时性、瞬时性等特点，日常工作中运行人员很难在真实运行的设备上进行训练，不能将运行的系统当作试验品，更不允许人为设置一些事故用于培训。因此，目前普遍采用变电站仿真培训系统，建立一个与实际变电站运行状况相似的仿真变电站。运行人员可以在这个仿真变电站里进行运行工况监视、设备巡视、倒闸操作、缺陷及事故处理等能力的训练。
一、变电站仿真培训系统
变电站仿真培训系统经过多年的开发、升级提高，目前变电站环境是三维逼真的，人机交互是和谐友好的，高效地模拟变电站的各种运行和操作。
浙江省电力公司培训中心变电站仿真培训系统包含35kV、110kV、220kV和500kV四个电压等级，是联合电网型仿真系统，同一电压等级以及不同电压等级的变电站之间均有联系，与目前的电网现状相一致，使培训与生产实际紧密结合。同一电压等级的变电站，不同变电站的主接线方式、正常的运行方式多样化，有双母线带旁路、双母线、双母单分段、单母分段、内桥接线等形式。继电保护及自动装置的配置形式也是不同类型、不同厂家、不同原理的结合，充分满足了培训需求多样性的要求，可以适应来自不同变电站运行人员的培训，能够满足各等级、各岗位运行人员的培训。
二、仿真培训系统的应用
变电站仿真培训系统对增强变电站运行人员的运行技术素质，提高电力系统安全运行水平发挥着重要的作用，具有其他培训方式所不可能替代的独特优势，可以让“教—学—练”的培训模式发挥到极致，其经济效益和社会效益是巨大的。
1.运行工况监视培训
运行工况监视是对变电站内的日常信息进行监视，以达到掌握变电站一、二次设备运行状态及电网潮流分布情况，保证正常运行的目的。目前采用的是计算机监控系统，以微机监控系统为主、人工为辅的方式。
变电站的运行监视工作是日常运行管理工作的主要组成部分。学员可以在仿真系统上学习监视的内容，能够掌握正常运行状态下的系统情况，不正常的情况有哪些，出现问题时如何应对、处理。
2.设备巡视培训
设备巡视检查是变电站运行人员的一项重要技能，及时发现异常和缺陷，对预防事故的发生，确保设备安全运行起着重要的作用。变电站中的设备很多，运行人员在设备正常运行时需巡视，设备出现异常时需巡视，电网或设备发生事故时也要巡视，这就要求运行人员掌握变电站中的每个设备在不同情况下的巡视内容。
设备巡视工作每名变电站运行人员在工作中都在做，但是很多都是走形式，做表面的工作，很少有人可以将设备巡视工作做到位、做好。就以主变压器为例，在正常巡视、熄灯巡视和特殊巡视时的内容不完全相同，侧重的内容不一致，作为一名合格的变电站值班员是需要掌握的。
仿真培训系统逼真的三维画面，使参培人员可以简单、自如地在仿真变电站里随意走动，对设备进行多角度、全方位地检查，把学习的理论知识真正运用起来。教员可以对设备设置异常，培养学员在巡视检查时候发现设备缺陷的能力，如瓷瓶有裂纹、设备发红过热、设备渗漏油等。
3.倒闸操作培训
倒闸操作是变电站运行人员的一项重要工作，它关系着变电站以及电系统的安全运行，也关系着操作人员自身的安全。熟练并正确地进行倒闸操作，是每一个运行人员必须达到的基本技能。变电站仿真培训系统提供了对运行人员培养规范化操作习惯、操作术语、防止误操作等的训练。培训人员可以按照倒闸操作的步骤和要求，从接受调度操作预令开始，拟票、审票，准备工器具，危险点分析预控，接到调度的正令后依照操作步骤进行准确有序地操作，直到倒闸操作完毕，汇报调度，签销操作票。这样既符合现场的操作程序和习惯，也使运行人员感到更加真实，从而达到更好的培训效果。
通过倒闸操作培训，可以使运行人员学会如何规范地接受调度下达的指令，如何规范地使用术语与调度交流，能够正确、迅速地填写操作票，且能够理解每一步操作步骤的意义，而不是照本宣科、死记硬背，这样就可以将学习到的技能举一反三地应用到实际的工作实践中，做到学以致用。
变电站仿真培训系统可以进行各种设备的倒闸操作，包括线路、母线、变压器、旁路开关代出线（主变）开关的操作等，不仅包含了一次设备的操作，也有二次设备的操作。在进行倒闸操作培训过程中，可以很好地将相关的规程、制度融入进去，不但能够熟练掌握倒闸操作的过程，还可以提高安全意识和其他相关技术水平。在倒闸操作过程中，如果出现误操作，仿真培训系统与实际变电站一样，会发出相应的各种音响、信号，同时可以在相应的设备上看到因误操作所引起的事故现象及保护动作情况。通过模拟误操作的培训，可以加深运行人员对误操作所引起的严重后果的感性认识，同时也可以提高运行人员处理误操作所引起事故的能力，做到临危不乱。
4.缺陷处理培训
变电站电气设备的缺陷是指设备的异常运行状态或异常运行情况，如不及时处理将可能逐渐严重，甚至发展成为事故，或造成事故的扩大。变电站一次、二次设备在不间断地长时间工作中，或多或少都会产生缺陷，故发现缺陷并会处理缺陷是运行人员必备的一项技能。缺陷可分为紧急缺陷、重要缺陷和一般缺陷三类，变电站仿真培训系统可以根据需要设置各种类型的缺陷。通过培训，学员可以学会发现缺陷后，如何给缺陷定性，如何处理缺陷，并且能够掌握最优的处理方案。一个缺陷出现后，可以有多种处理的方案，其中一个是最安全、最可靠的方案。通过培训可以提高运行人员的缺陷处理能力，将可能发生的事故防患于未然。
5.事故处理培训
事故处理能力是反映运行人员综合能力的一个重要手段。发生一个事故，能够对事故进行分析、判断，并能够给出完整的、合理的、可行的处理方案。把一个事故处理完整，需要人员有很多的专业知识作为基础。
随着技术的快速发展，电气设备性能日益完善，发生故障的概率也是日趋降低。运行人员在现场遇到事故的机会越来越少，对事故处理能力的培养的机会也是越来越少。一旦发生事故，运行人员就会感觉无从下手，不知道如何分析事故原因，如何判断事故性质，如何查找故障点，如何汇报调度，如何处理事故。因此，事故处理的培训是运行人员培训的重中之重。
关键词：智能变电站培训；培训需求；培训内容；培训评估
作者简介：张洪波（1982-），女，河南郑州人，国网河南省电力公司技能培训中心，工程师。（河南 郑州 450051）
中图分类号：G726 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）09-0181-02
2009年5月，国家电网公司提出建设坚强智能电网的发展目标，智能变电站作为坚强智能电网的重要基础节点，是智能电网的重要内容。智能变电站较传统变电站发生了重大的变革：一次设备智能化；二次设备网络化；运行管理自动化；一键顺控等高级应用功能，实现智能化运行。这些新设备、技术和应用对人员的综合素质提出了更高的要求，如何培养掌握智能变电站技术的高素质人员成为日益紧迫亟待解决。
智能站知识主要来源于理论学习、参观学习、现场设备安装调试跟踪学习，在实际生产过程中知识来源有限，应对异常和紧急情况的经验缺乏，迫切需要后续培训。智能变电站仿真培训系统作为一种现代化、高效且针对性强的培训平台，真实再现了现场环境，使学员能够熟悉智能变电站的网络结构和先进设备，掌握正常操作、异常处理和事故分析处理过程，培养员工的实践技能。因此，利用仿真培训系统成为当前智能变电站人员和后续人才培养的一种有效手段。
作为一名电力企业培训师，应结合电力系统的技术发展、岗位需求和现有的仿真培训系统研究策划开发针对不同培训对象的智能变电站培训项目，制定实施培训计划，做好咨询和培训。[1]下面结合自己的实际工作谈谈如何进行智能变电站仿真培训工作。
一、了解培训对象，确定培训需求
1.了解培训对象，进行需求调研
以智能变电站运行人员为例，虽然工作岗位仍然是变电运行，但由于新技术、新设备、新知识的应用，其工作模式发生了变化，培训需求自然也会变化。即使来自同一岗位，有着相似的工作职责和内容，但由于他们年龄、学历、经验等自身因素的差距决定了培训面对的学员培训需求的不同，使得培训需求既有共性也有个性。因此，作为培训师首先要了解培训对象，进行深入调研。
了解培训对象可以分为两个方面：个人需求、组织需求。个体需求就是学员站在自身发展或工作岗位能力的要求角度来确定自己需要学习哪些内容，在哪些方面需要提升等。个体需求调查多采用座谈或问卷调查等方式，同时要了解学员的特点，以便针对不同学员采用不同的培训模式，提高学习的积极性，提升培训效果。组织需求就是要了解企业某一方面的发展现状与目标存在的差距。就智能变电站运行岗位而言，目前调控一体化模式相比以往的运行方式在监控系统、一次设备以及操作方式等方面都有很大的不同和进步。这种差距就是一种企业培训需求。作为培训师，必须要能够迅速地掌握这种差距和变化才能预测出企业对培训的具体需求内容，才能为制定合理的培训计划提供前提依据。
2.分析调研结果，确定培训需求
培训需求分析需要从多维度来进行，[2]包括企业、工作、个人三方面。首先，进行企业分析。要立足企业培训的实际，确定企业培训需求，保证培训计划满足企业发展目标与战略的要求。其次，进行工作分析。工作分析是指员工为满足工作岗位要求所必须掌握的技能和能力。最后，进行个人分析。个人分析是将员工现有的水平与岗位技能需求进行比较，当员工的水平不能达到岗位技能水平时需要对其进行培训。在进行培训需求分析时，还需从企业发展规划、技术更新和特点上综合考虑，一方面注重新技术、新设备、新理论的培训，另一方面也要注重培训人员的主要能动性与现实目标的有效结合。
二、根据培训需求确定培训内容
随着电力技术的进步和企业的发展，电力系统的培训越来越需要贴近现场实际，企业培训更加重视技能培训，尤其注重岗位实践知识和技能培训。作为企业培训师必须要承担辅导、培训的责任，通过对培训对象的授课、训练、指导，使培训对象通过学习和实践获得工作所需的知识与技能，提高工作能力，达到自我发展的目标。因此，这就要求企业培训师必须深入实际工作，掌握具体岗位工作内容，制定符合实际的培训内容。[3]
以智能变电站培训为例，可以按照智能变电站的知识把多项任务进行分解，确定模块化的培训内容。这样以仿真培训系统为平台的智能变电站培训的内容大致可包括以下方面：
1.熟悉智能变电站仿真培训系统
智能变电站仿真培训系统是一种高效且针对性强的培训平台，能真实再现现场运行环境，并具有可随意操作性，使用方法简单。作为一种培训工具，需要熟悉该系统以便更好地学习。包括：熟悉仿真培训系统的使用、操作方法及注意事项；熟悉仿真培训系统的组成及各部分作用；熟悉主接线及一次设备，了解保护配置。
2.学习安全生产知识
对于电力供电企业，电网的安全运行是第一位的，因此，安全生产知识的培训是智能变电站仿真培训中必不可少的内容，包括：《安规》、“两票”管理规定等相关安全知识的培训。
3.学习智能变电站新技术、新设备、新理论、新应用
智能变电站与常规变电站相比发生了重大的变革，智能变电站涉及的新技术、新设备、新理论、新应用是运行人员急需学习的内容。包括：一次设备智能化：智能终端、合并单元、电子式互感器等；智能变电站“三层两网”网络结构的配置、网络数据的传输和监测；智能化保护装置。
4.学习智能变电站技能操作
智能变电站仿真培训系统以纯软件形式再现智能站的新技术、新应用，详细模拟智能一、二次设备，可以实现正常操作、设备巡视、事故分析及处理三方面的培训功能。
（1）正常操作。通过正常操作培训一方面可以学习操作票的开取、修改、执行等常规的操作模式；另一方面可以学习智能变电站特有的一键顺控操作功能。
（2）设备巡视。培训学员查找设备缺陷、发现设备异常的能力，提高学员处理、隔离异常设备、恢复电网正常运行状态的能力。
（3）事故分析和处理。培训学员进行处理、切除或隔离故障点，恢复送电，将事故的影响降到最低，提高培训学员判断和处理事故的能力。
5.对学员提出的研讨问题组织研讨
智能变电站仿真培训所面对的培训对象都是来自各供电公司的现场技术工作人员，他们的工作与现场实际结合紧密，通过对其提出的实际问题进行研讨学习，大家集思广益，能够开阔思路，解决存在的疑惑，同时对培训教师来说也是收集培训案例的一个机会。
三、根据现场实际编写培训教材
教材是培训的重要组成部分，任何培训都离不开培训教材，培训教材要与现场实际和工作岗位需求紧密结合，与培训内容息息相关，突出技能，其形式可以采用章节式、模块式、表格加注解式等。无论采用何种形式，最重要的是内容要紧紧贴合实际，最大限度地适应培训要求，满足培训所需，理论结合实际，针对性强。另外，教材可以借助计算机制作多媒体课件。多媒体课件与传统的文字教材相比，提供的信息量更大，表现形式也更加生动，可以丰富培训课程内容，并使培训课程的表现形式多样化，同时还能提高学员学习的积极性和能动性。这也是较好的一种教材形式。总之，教材要注意讲究实效、实用。
四、制定培训计划，实施培训工作
1.合理安排时间，确定培训计划
培训时间的合理安排是制定培训计划的重要部分，培训时间一定要综合考虑企业各岗位人员的工作安排，不能因为培训时间过长而影响企业生产，也不能因为培训时间不充分而影响培训效果。所以要综合各方面因素安排合理的时间，一旦时间确定才能制定合理的培训计划。
培训方式主要是培训所采取的组织形式，如在职或脱产培训等方式；培训方法是指培训教学工作采用的具体技巧与手段，如案例法或讲授法，企业培训所面对的学员参差不齐，要根据他们的特点采用恰当的培训方法，如互动式、讲解式、体验式等等。在培训过程中还需要注重教学工具的使用，例如多媒体教材等。因此，好的培训方式方法对培训会起到事半功倍的效果。在智能变电站仿真培训中多采用理论知识讲解，然后边实践、边学习，将理论知识与实践操作紧密结合，达到提高技能的目的。
2.结合培训目标，确定考核方式
每个培训项目实施后均要对受训人员进行考评，这也是对培训效果的一个检验。考核方式一般分为笔试、面试、操作三种方式。笔试又分为闭卷和开卷等。在智能变电站仿真培训中，通常采用笔试和操作两种方式进行。对需要掌握的理论知识采用笔试的方式，对必须掌握的操作技能采用操作的方式，通过两种方式的结合对学员的培训效果进行考评。
3.掌握培训技巧，实施培训工作
智能变电站仿真培训工作的实施可以包括组织培训、导入课程、讲授知识、操作训练、课程结束等内容。[4]在课程的教授环节应广泛采用多种多样的培训形式，结合培训具有岗位针对性的特点，可以针对培训项目采用体验式教学、互动式教学等等，在教学过程中还需注重教学工具的使用。此外，在培训中还需要遵循激发与鼓励原则，要注重针对性和实际效果，通过培训提高学员的能力和素质，使之满足岗位要求。
五、了解培训效果，进行培训评估
任何一项培训的效果如何，学员最有发言权，所以要广泛征求和了解学员的反馈情况。[5]在培训结束后，要组织参培学员对培训项目的内容设计、内容安排、师资配备、教师授课水平、教学态度、培训班组织管理的综合水平等方面进行评估，评估形式通常以综合评估表、问卷等形式为主。培训评估的意义是可以采纳学员合理的建议，不断改进培训内容，使培训活动持续改善，使培训更具有生命力；通过整理总结学员反馈信息，全面了解培训存在的问题和不足，为下一轮培训提供经验，具有较高的参考价值。
六、结束语
随着坚强智能电网的建设，智能变电站作为坚强智能电网的重要支撑节点进入全面建设时期，智能变电站新设备、新技术、新应用将成为电力员工必备的知识。开展好智能变电站仿真培训既可以满足学习智能变电站知识的需求，也可以满足专业人员深入、系统学习的需求，使运行维护人员在较短的时间内掌握智能变电站的关键技术和操作技能，提高电网安全运行水平。
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关键词：变电仿真；培训系统；开发方向
中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0166-01
随着我国电力系统的迅速发展，使得运行操作越来越复杂，而对电网安全运行的要求也越来越高，为了确保电网安全稳定地运行，要求变电运行人员具有较高的技术水平和事故处理能力。由于电力系统的特殊性，电力系统的事故、异常是不能在现场运行设备上A演的，所以变电运行人员在实际运行的系统中进行培训，以此来提高操作技能和事故处理能力是绝对不可能的。变电仿真培训系统是全过程、高性能、全范围的培训仿真装置，能够使接受培训的运行人员正确熟练地掌握变电所主变、母线、线路、保护装置的投停、倒换及调整等正常操作，提高他们准确分析、判断、处理各种事故的能力。
1 变电仿真培训系统的分类及特点
变电仿真培训系统可分为硬仿真系统和软仿真系统。硬仿真系统是指采用硬件装置模拟变电站的各种运行设备，包括一次设备、二次设备、交直流系统及控制盘、表计等。开关跳闸、保护动作及异常等信号逻辑关联是用二次线来实现的，设备操作的把手、按钮、压板、空气开关都是真实设备，系统建设较复杂，适应性差，改动困难。软仿真系统是指用计算机软件来模拟变电站的全部一、二次设备及监控自动化系统，硬件由主站服务器、教练员工作站、学员工作站及一些网络通信设备组成。软仿真系统的设备控制及逻辑关联都是由软件实现，修改容易，适应性好，易于拷贝、移植，并且占用空间小、工程造价低、运行费用低、维护工作量小，缺点是直观性较差、现场感不够强。从主接线形式来看，本仿真变电站的主接线综合了全省各个电压等级变电站的主接线方式[1]。一次设备采用三维立体动画进行仿真，设备外观、瓷套、引线、油位、表计、指示、标识等都清晰可见，具有较高的逼真度。主变、母线、线路所配备继电保护及自动装置、中央信号、光字牌系统、仪表测量系统、所用电及直流系统等均按目前国内标准，大型典型变电站设计。继电器面板配置的正常运行信号、事故连锁信号齐全，并能实时反应。
2 变电仿真培训系统的应用
2.1 倒闸操作培训
倒闸操作是学员日常工作内容之一，学员能否正确进行倒闸操作将直接影响着电网的安全运行，操作中稍有差错便可能导致设备损坏、人身伤亡或局部甚至大面积停电，所以本变电仿真培训系统采取技术措施防止电气误操作事故，做到“五防”：即防止带负载分、合隔离开关；防止带电挂（合）地线；防止带接地线合断路器；防止误入带电间隔；防止误分、合断路器。通过对线路、母线、主变等电气设备的倒闸操作，可以使学员学会如何规范地填写操作票，熟练地掌握倒闸操作的正确步骤，熟悉倒闸操作过程中各种仪表的变化，信号灯的指示等。在倒闸操作过程中，如果出现误操作，与实际变电站一样，会发出相应的灯光及音响，同时可以在相应的屏上看到因误操作所引起的事故现象及保护动作情况，这就加深了学员对误操作所引起的严重后果的感性认识。
2.2 事故处理培训
处理电气事故时应遵循的基本原则是：迅速限制事故的发展，消除事故的根源，并解除对人身及设备安全的威胁。用一切可能的办法保持设备继续运行，对重要用户应保证不停电，对已停电的用户应尽快恢复供电。调整系统运行方式使供电恢复正常。在仿真变电站进行事故处理培训，就是在教练员计算机上设置各种运行方式下的各类故障，并在仿真变电站中的控制屏、中央信号屏、继电保护屏及多媒体计算机上迅速反应。学员根据事故现象、各种信号等进行综合分析、判断，以确定事故的类型、范围，快速、果断地处理事故，并在规定的时间内写出事故报告。通过事故处理培训，有助于提高学员分析及处理事故的能力，从而保证电网安全稳定运行[2]。
3 开发方向探讨
3.1 设备巡视
目前投入使用的变电仿真培训系统在设备巡视上的常规方法只有两种：一种是采用讲解的方式，由教员告诉学员要巡视的内容，但不能了解学员真实掌握情况，互动性差；另一种是采用交互的方式，其中所设置的异常是固定的，它只能针对性地设置一些异常，不能适应培训的全面要求。因此有必要开发实用性和互动性强的设备巡视功能，可以包括设备巡视的自动演示讲解系统、自动出题系统、巡视记录系统等。
3.2 主接线形式、设备类型及保护配置
单一仿真变电站的主接线形式、设备类型与保护配置不可能与所有培训单位的要求相同。基于此种情况，变电运行仿真培训系统的开发特别要注重“插件化”。因此，可以把主接线、一次设备和保护做成“插件”库，根据培训对象的需要和其所在变电站的设备状况，选一些“插件”来装配，能起到更好的培训作用，解决系统适应性的问题。
4 结语
变电培训仿真系统能提高培训效率、缩短培训周期、降低培训成本、见效快、效果好，作为一种新型的培训方式，其经济效益和社会效益是显而易见的，具有广泛的应用前景。
参考文献
关键词：变电站；数字物理混合；仿真培训系统；电网运行
中图分类号：TM933文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）07-0015-04
变电站作为电力系统的一个重要部分，其运行状况好坏直接影响到整个电网运行的安全，变电站事故中有相当一部分是由人为操作不当造成的。这其中既有由于电网调度员误发调度令、对异常处理措施不当造成的事故，也有由于变电运行人员走错间隔导致的误操作事故、安全措施不到位误入带电间隔的人身伤亡事故、带电误合接地刀闸、带接地刀闸误合开关、带负荷拉合刀闸、设备缺陷和异常未能及时发现造成的事故。对事故判断不准和向调度汇报不清楚而延误故障处理时间、事故发生后处理不当使事故范围扩大化、对二次设备误操作而引发的事故等情况较多，造成了人身伤亡、设备损坏，甚至发生电网解列、电网崩溃等大面积停电事故。
因此，为保证电网安全、可靠、经济地运行，就必须提高电网调度员、变电站运行人员的技术素质和技能水平，加强变电站运行人员和电网调度员的培训。近年来，随着电力行业培训仿真技术的发展，各类培训仿真系统在电力行业应用越来越广，在提高生产运行人员的生产技能方面发挥了重要的作用。
一、变电站培训系统仿真的发展现状
近十几年来，我国变电站培训仿真系统获得了很大的发展。仿真范围逐步扩大、仿真的逼真度逐步提高。现存的变电站培训仿真系统，根据变电站一次部分控制操作以及保护屏柜实现方式，主要可分为三类：有硬件屏盘模式、软仿真模式、混合仿真模式。
（一）带盘台模式
带盘台模式是指用外观与实际变电站1：1的开关控制屏和保护屏硬件组成变电站仿真培训系统的主控室和保护室，主要由后台计算机支持这些硬件的操作和显示。该系统的硬件配置主要有模拟控制盘、模拟继电器保护盘、变电站配电装置、变电站主接线操作模拟盘、计算机控制仿真系统。其中计算机控制仿真系统是变电站培训仿真系统的核心，它担负模拟变电站的仿真，复现变电站主控室现象的任务。接收模拟盘的信息，控制模拟盘的动作和信号。这种带有硬件盘台的变电站仿真培训系统是最早应用的培训系统模式。带硬件盘台的仿真培训系统需要配备大量的硬件装置、设备，扩展性差，升级改造困难，同时硬件盘台并没有包括变电站中保护、测控柜等实际装置，与现场相比逼真度存在差距，培训效果不够理想。
（二）纯软件仿真培训模式
纯软件仿真培训模式是指变电站内的开关控制屏、保护屏、模拟屏、室外和室内的主设备及主接线等所有设备全都用软件仿真，除计算机外没有任何硬件，该系统采用多媒体仿真模式，仿真变电站的有关电气设备，包括一次设备、控制系统、中央信号系统以及继电保护和自动装置的面板均可在计算机屏幕上动态显示。软件模式的仿真培训系统很快便以其便捷、经济等优点受到电力部门的青睐，目前应用较广。在这种模式中传统控制室中的保护屏、控制屏、中央信号屏等物理设备均被计算机监控平台所代替，所有监控功能都通过人机交互界面实现与培训人员的互动。省去了大量硬件设备，大大提高了可靠性，并且有利于系统更新升级。但是软仿真模式的培训仿真系统由于所有的操作和显示都是在微机屏幕上进行，与实际现场环境差距大，真实感较差，培训效果也不太理想。
（三）混合仿真培训模式
混合仿真培训模式将数字化的电网仿真与变电站中全部真实的二次设备（包括监控系统、保护柜、测控柜、音响、灯光等）有机结合成为的混合仿真培训系统。目前，该类系统主要采用将数字化电网仿真与部分真实设备相结合的仿真模式，将数字化电网仿真结果通过数字模拟量转换卡转换为-3.53~3.53V的弱电交流量，再输出到经过改造的保护装置的内部采样插件上，并通过开关量输入卡采集模拟断路器的位置，从而实现断路器的动作的仿真，这种仿真方式只采用部分真实设备，并且需要对实际的保护柜进行改造才能以适应该仿真系统，并且可扩展性较差，新增加的保护设备无法直接接入（必须经过改造）培训仿真系统，该类系统的仿真效果与现场的一致性仍存在差距。
二、变电站数字物理混合仿真培训系统概述
变电站数字物理混合仿真培训系统是将数字化的电网一次设备仿真与实际变电站二次设备相结合的数字物理混合仿真技术。即监控系统、保护及测控装置、五防系统、灯光、音响等采用现场真实物理设备，而该变电站一次设备、邻近电网及其一次设备、二次设备等采用数字仿真。其中数字仿真部分采用变电站实时仿真与全动态电网混合仿真技术，即详细仿真的变电站采用实时仿真技术，变电站所在电网采用暂态、中期、长过程一体化仿真计算技术，实现电网的全动态仿真，从而既能详细而真实再现变电站一次设备的行为，也能逼真地再现大电网的各类动态过程对变电站的影响。数字仿真电网再通过高速的通信系统，高速的开关量采集、输出系统，高速、高精度的数字模拟量转换系统和仿真功率放大器与真实的变电站二次设备有机结合，实现了变电站软仿真子系统、数字电网仿真的一次、真实的二次设备仿真放置于同一个仿真系统中，有机连接、灵活配置，营造了十分逼真的变电站运行环境。从而实现对现场各类运行人员的培训需求：如变电站运行人员、继电保护人员、检修人员及相关的管理人员等，同时能完成人员培训、技能鉴定、岗位考核等各项工作。
三、变电站数字物理混合仿真培训系统架构
图1给出了变电站数字物理混合仿真系统的总体架构。其中电网及变电站的数字仿真部分通过接口系统实现变电站电磁暂态仿真与电网全动态仿真的有机结合，其他变电站软仿真也是基于同一个的电网仿真，从而可以实现变电站软仿真、混合仿真的一体化。数字电网仿真结果的瞬时值通过高速通信系统传送到高速、高精度同步数字模拟转换器形成0～10V的模拟交流量，该模拟量通过电流或电压功率放大器得到放大的电流或电压电气量驱动变电站的实际二次设备。数字仿真系统通过高速开关量采集系统实时检测到变电站开关和刀闸的状态，从而将数字仿真和实际二次设备有机结合起来，实现了数字仿真与变电站实际二次设备的无缝闭环连接。仿真培训系统通过开关量输出系统驱动非电气量保护动作模拟硬接点、变压器有载调压模拟硬接点、风冷控制模拟硬接点等，实现变压器的非电气量保护动作的模拟。
四、变电站数字物理混合仿真培训系统功能
变电站数字物理混合仿真培训系统是将电网仿真、变电站实时仿真、变电站综合自动化系统仿真和教员与学员系统有机结合为一体化的系统，不但实现了地区电网生产运行过程的全仿真，也可以正确反映变电站、变电站综合自动化系统和电网的相互作用、相互影响，可以对运行人员进行全方位的仿真培训。系统的主要应用功能如下：
（一）培训运行人员和相关管理人员
培训基本的运行技能。对新员工进行上岗培训，对老员工的基本运行能力进行培训及考核，使其熟悉变电站一二次设备、变电站综合自动化系统、集控站监控系统、电网结构、运行方式、电网潮流，掌握基本运行操作及运行规程，熟练使用实时监控系统（变电站综合自动化系统和电网调度自动化系统）及其他应用软件。
事故分析及处理。可进行开关、刀闸、变压器、母线、线路、发电机组、电容器等各种设备及其相关的故障处理培训，训练变电站运行人员发现事故、异常，依据仿真的电网环境判断故障和处理故障，并在训练结束后对事故进行分析，重放事故发生和处理的全过程。通过仿真训练可以使运行人员了解各种事故发生的现象、原因及变化过程，总结积累处理经验，增强他们事故处理时的自信心。
变电站一次设备正常和特殊巡视训练。通过变电站一次设备三维交互式漫游巡视系统，实现变电站一次设备的三维重现和虚拟操作，受训人员感到富有直观性、形象性，有助于其熟悉了解现场情况，更好地将理论知识与实践经验相结合。
对于管理人员进行电网及变电站运行的概念性培训。管理人员通过仿真培训可以了解电网及变电站的现状、运行方式、操作规程及电网和变电站运行的特性。
（二）联合反事故演习
本系统可用于研究电网、变电站特点，对薄弱环节做好事故预想工作，完善各种事故应对方案，从而提高事故情况下的应对能力，克服以往反事故演习纸上谈兵的局限性。仿真电网设置的常见事故及复杂事故发生后，将引起继电保护的连锁动作和电网潮流的变化，并显示越限设备的报警提示，对此研究后可以总结事故处理经验，制订出合理的事故处理预案。做到事前有分析，事后有反馈，切实提高电网安全运行能力。
五、硬件系统
变电站数字物理混合仿真培训系统的硬件系统由以下几部分组成：教员台，学员台，仿真主机，变电站实际二次设备，电流、电压功率放大器，高速、高精度同步输出数字模拟转换器，高速通信及开关量输入输出系统，混合仿真集成支撑平台。
（一）教员台
可以用仿真主机，运行教员子系统为教员管理和控制培训过程提供支撑平台。
（二）学员台
使用与现场完全一致的监控系统工程画面，保留所有现场监控系统功能，并与仿真模型建立通信连接。使学员在监控系统仿真界面上获得在现场监控系统上相同的操作。
（三）仿真主机
运行全动态电网仿真子系统，是仿真系统的核心和中枢。仿真系统模型包括：邻近电网的全动态电网计算模型、包括一次、二次设备模型、故障模型和异常模型。
（四）变电站实际二次设备
保护、测控、音响、灯光等装置采用与现场完全相同的硬件设备，可以为受训者提供真实的操作、监视手段，使得仿真机不仅可以培训变电站运行人员的常规操作和监视，同时还能使他们熟悉和了解变电站重要二次保护装置和屏面设备。
（五）电压、电流功率放大器
功率放大器接收DA输出的弱电模拟信号，进行功率放大使电流信号放大至0～20A、使电压信号放大至0～100V，以驱动实际二次设备。放大器在与仿真信号连接是采用高阻差分方式，无公共连接点，这样可保证仿真系统的安全工作，又可长线连接抗干扰，提高系统的小信号精度。仿真培训专用的功率放大器多路的电流或电压输出，从而能保证更好的同步输出精度，同时降低电流功率放大器的最大输出电流。
（六）高速、高精度同步输出数字模拟转换器
将变电站实时仿真计算出的电压和电流的数字量转化为模拟量，是决定仿真精度的重要环节，其关键技术是实现各路数字模拟转化（DA）的同步输出，同时为了保证输出波形的质量，每工频周波的输出点数大于60点，DA向功率放大器输入模拟弱电信号。为了保证混合仿真系统的可扩展性，更好地适应变电站规模的变化，采用分布式同步实时仿真技术，即根据变电站电气量需要严格同步的程度对各电气量进行分组，每组电气量在同一块DA转换器进行输出保持严格的同步，多组DA转换器通过高速PCI总线分布式工作，因此降低了以前依赖专用的DA转换器的程度，这样既可以保证仿真培训的效果，又可以保证系统的高可扩展性和系统造价。
（七）高速通信及开关量输入输出系统
通过开关量输入系统采集开关、刀闸动作情况、有载调压接点，实现开关、刀闸状态及变压器抽头位置的高速采集，将实际设备的状态实时发送给变电站实时仿真计算。通过开关量输出和继电器模拟非电量保护动作、变压器风冷控制硬接点等。
（八）混合仿真集成支撑平台
混合仿真集成支撑平台采用PCI总线技术将高速、高精度同步输出数字模拟转换器、高速通信系统和开关量输入输出系统紧密集成。变电站实时仿真子系统和实时操作系统均运行在混合仿真集成支撑平台，实时操作系统通过硬件系统驱动软件驱动数字模拟转换器、高速通信系统和开关量输入输出系统（即用于对DA转换器、开关量输出和开关量输入板卡的控制）是实现数字一次设备与二次物理设备有机联系的接口系统，将变电站实时仿真计算结果实时刷新DA卡、将接口系统的自身状态定时刷新DA转换器的某个通道、通过开关量输入系统采集开关、刀闸
的状态、通过开关量输出系统向实际设备发送指令。
六、软件系统
混合仿真培训系统的软件系统主要由以下几部分组成：交互式、分布式仿真软件支撑平台，全动态电网仿真子系统，教员与学员子系统，变电站实时仿真子系统，实时操作系统，硬件系统驱动子系统。
全动态电网仿真子系统、变电站软仿真子系统、变电站实时仿真子系统、教员与学员系统软件通过交互式、分布式仿真软件支撑平台的运行管理系统有机结合在一起组成整个数字仿真培训系统，变电站实时仿真子系统通过实时操作系统的内核级调用与硬件系统驱动软件集成，与物理设备完成无缝连接。
交互式、分布式仿真软件支撑平台是混合仿真培训系统基础，包括数据库管理系统、仿真运行管理系统、人机界面系统、变电站一二次设备人机界面系统和仿真建模系统。数据库管理系统采用商用数据库与实时数据库相结合的方式，实时数据库是常驻内存数据库，用来支持数据的快速访问、处理。实时数据库与商用数据库有机结合的方式保证了数据库的实时性和高效性，商用数据库作为实时数据库的持久存储，较好地解决了分布式系统中数据库系统的开放性、实时性和一致性问题，从而充分发挥了实时数据库和商用数据库各自的优势。仿真运行管理系统，作为分布式仿真的运行支撑系统，实现了各个仿真应用之间的交互操作，是联系各仿真子系统（软仿真、电网仿真、混合仿真）各部分的纽带，是分布式仿真系统的核心，为各个仿真应用软件提供了位置透明、高效的虚拟运行环境，向子系统提供交互对象管理服务、时间管理服务、数据分发管理服务和应用程序接口。人机界面系统是全图形人机接口，为教员和学员提供交互式操作媒介。变电站一二次设备人机界面系统采用了虚拟仪器技术、组件技术、3D建模技术和虚拟现实技术，可以构建各种电压等级的虚拟变电站，包括变电站主控制室、控制屏、保护屏、中央信号屏、交直流屏等二次设备和现场一次设备，分为变电站一二次设备人机界面编辑系统、在线系统及变电站一次设备三维交互式虚拟场景系统。仿真建模系统通过图形、模型和数据库一体化建模技术，在画面编辑时能够提供特定电气元件的计算模型，在生成画面同时，能够自动地生成或人为输入电气元件计算模型的参数，并插入到数据库相关表格中，为电网仿真、变电站实时仿真等子系统提供拓扑数据和运行数据。
全动态电网仿真子系统采用暂态、中期、长过程一体化计算再现真实的电力系统的动态响应过程，采用了固定结构的稀疏矩阵、微分方程隐式梯形差分方程与网络代数方程的联立求解、强鲁棒性牛顿―拉夫逊法非线性方程求解、自动变步长等技术保证电网仿真计算的快速性和稳定性。
教员与学员子系统为教员管理和控制培训过程提供支撑平台，功能由四部分组成，即：系统管理功能、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。系统管理功能包括时间管理、用户管理、运行方式管理等；培训前运行方式和教案准备包括选择运行方式数据、整定初始方式、预设故障和事件；培训中的操作和进度控制是指教员对培训进程的控制、对电力系统模型的操作、设置故障和事件、管理和监视学员的操作；培训后分析和评估包括使用事件记录、曲线、报表等工具分析学员操作的效果，利用事故追忆再现学员的处理过程和系统的变化过程，利用评价工具对学员的操作进行评价。
变电站实时仿真子系统在变电站中一次设备的三相暂态模型及外网动态等值模型基础上，采用电磁暂态计算理论实现变电站的详细仿真计算。通过接口算法实现变电站实时仿真与全动态仿真的在线交互，保证变电站的动态响应的准确性。变电站实时仿真子系统运行在实时操作系统基础上，实时操作系统可配置成单任务模型，保证实时仿真子系统的最高优先级的运行级别，实时操作系统运行于混合仿真集成支撑平台，并通过硬件系统驱动软件驱动硬件系统。
七、结论
本文研究开发的变电站数字物理混合仿真培训系统是在软仿真模式的变电站仿真技术基础上，结合电力系统的实时仿真技术，将数字化的电网仿真与变电站中全部真实的二次设备有机结合成为的物理与数字混合仿真培训系统，使受训的变电站运行人员、继电保护人员、检修人员及相关的管理人员在完全真实的变电站环境内接受训练，同时能够完成人员培训、技能鉴定、岗位考核等各项工作，能有效地提高现场运行人员素质水平。该系统已在石家庄电力培训学校220kV教学变电站培训仿真系统中，取得了很好的培训效果。
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