基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统

1.本发明涉及变电站仿真实训系统领域，尤其涉及基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统。


背景技术：

2.电力是现代社会的重要组成部分，支撑着文化和工业的发展。缺电对经济和社会影响很大。电力公用事业公司负责向用户发电、输电和分配电力。为了确保电力的持续供应，电力公用事业公司必须有有效的运行和维护程序。变电站是电网运行中不可或缺的一环，变电站需要进行充分和及时的检查维护。变电站的维护涉及高风险任务，带电线路维护的事故可能是致命的。
3.对于培训电力实训基地中运行维护变电站的员工来说，需要通过仿真培训提高员工培训效果，因为仿真培训更加接近变电站实际运行及各种故障异常情况，同时可以让新员工更加迅速的上手，也可以让有经验的操作人员通过仿真加强熟练程度。
4.但是现有的训练，一般都是进行实物模拟训练，但是全套的变电站模拟装置，设备较多成本高，且体积大占地面积大，同时培训过程中也可能出现事故。
5.因此，有必要提供基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统解决上述技术问题。


技术实现要素：

6.本发明提供基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，解决了背景技术中的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统包括：登录模块、仿真实训模块、仿真考核模块、处理模块、判断模块、储存模块以及输出模块；
8.所述仿真实训模块的输入端连接于所述登录模块的输出端，所述仿真考核模块的输入端连接于所述仿真实训模块的输出端，所述处理模块的输入端连接于所述仿真考核模块的输出端，所述判断模块的输入端连接于所述处理模块的的输出端，所述储存模块的输入端连接于所述判断模块的输出端，所述输出模块的输入端连接于所述判断模块的输出端，所述登陆模块的输出端连接有编辑模块，所述编辑模块的输出端连接有算法数据库，所述算法数据库与所述仿真考核模块双向连接。
9.优选的，所述仿真系统用于对一次设备进行实时暂态仿真计算并输出仿真信号，还包括：与仿真系统连接并接收仿真信号的二次设备。
10.优选的，所述二次设备包括继电保护装置、故障录波器、gps时钟装置、冗余测控装置中的一种或多种。
11.优选的，所述仿真实训模块包括三维建模单元、模型渲染单元、电元件模型单元、
参数设定单元、电元件连接单元以及功能指令单元。
12.优选的，所述电元件模型单元包括用于模拟一次设备的电力系统元件模型。
13.优选的，所述电力系统元件模型包括发电机、电动机、母线、线路、变压器、断路器以及电抗器中的一种或多种。
14.优选的，所述判断模块用于对处理模块的处理结果进行判断，若是处理结果输出为正常即通过输出模块进行输出，若是处理结构输出为不正常，即针对每次故障异常工况通过储存模块进行保存记录。
15.优选的，所述仿真考核模块包括设备安装考核单元、线路连接考核单元、设备运行考核单元、设备拆卸考核单元。
16.优选的，所述储存模块包括自动储存单元以及自定义储存单元。
17.优选的，所述仿真实训模块可以随意修改变电站的电气主接线、增加回路、设备更新、增加保护类型和进行保护配置等工作。
18.与相关技术相比较，本发明提供的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统具有如下有益效果：
19.本发明提供基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，本项目的数学模型是以电磁暂态计算为基础，是完全建立在物理机理之上的全动态数学模型，从而可以完整、严格、精确地对现场各种行为进行实时仿真，系统采用先进的模型构建原理，具有稳定性好、可靠性高、代码运行效率高等特点，同时该系统还利用最新的三维技术、计算机图形技术，开发图形绘制、图形建模以及图形化调试运行等图形化功能，该系统提供大量真实的故障教案，支持学员多组并列学习，为此大大提高培训的效率和教员的时间。
附图说明
20.图1为本发明提供的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统的较佳实施例的结构示意图；
21.图2为图1所示的仿真实训模块的结构框图；
22.图3为图1所示的仿真考核模块的结构框图；
23.图4为图1所示的储存模块的结构框图。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
25.请结合参阅图1、图2、图3、图4，其中，图1为本发明提供的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统的较佳实施例的结构示意图；图2为图1所示的仿真实训模块的结构框图；图3为图1所示的仿真考核模块的结构框图；图4为图1所示的储存模块的结构框图。基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统包括：登录模块、仿真实训模块、仿真考核模块、处理模块、判断模块、储存模块以及输出模块；
26.所述仿真实训模块的输入端连接于所述登录模块的输出端，所述仿真考核模块的输入端连接于所述仿真实训模块的输出端，所述处理模块的输入端连接于所述仿真考核模块的输出端，所述判断模块的输入端连接于所述处理模块的的输出端，所述储存模块的输入端连接于所述判断模块的输出端，所述输出模块的输入端连接于所述判断模块的输出
端，所述登陆模块的输出端连接有编辑模块，所述编辑模块的输出端连接有算法数据库，所述算法数据库与所述仿真考核模块双向连接。
27.一次设备及就地操作采用可视化的建模，逼真地再现变电站现场场地、变压器、母线、断路器、隔离开关、接地刀闸等一次设备及设备模型、动作过程和设备运行状态。
28.基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统中包括丰富的电力系统元件模型，能够根据系统实际接线结构、元件参数对一次系统的运行情况进行准确的计算，输出与系统实际相同的电压、电流波形。用户可以通过图形界面对电网结构和元件参数进行修改，并可灵活地改变系统一次接线方式，从而对系统运行情况进行完整的仿真模拟。
29.有灵活、通用、快捷的维护平台，可视化(基于现场设备图元)的图形建模工具使得建模人员在工程师台上编辑图符后能够自动生成仿真模型，易于对仿真系统进行功能扩展。可以随意修改变电站的电气主接线、增加回路、设备更新、增加保护类型和进行保护配置等工作。
30.仿真系统采用带有数学模型的全范围仿真，能逼真地反映变电站的运行工况及各种物理量的变化。系统可以自行定制和修改一二次设备的图形界面，支持用户对培训界面的二次更改。采用虚拟盘台的方式在crt上显示变电站的控制屏、保护屏等盘台，以图形的方式真实地模拟智能变电站的环境，操作和监视均可以在图形上完成。
31.所述仿真系统用于对一次设备进行实时暂态仿真计算并输出仿真信号，还包括：与仿真系统连接并接收仿真信号的二次设备。
32.所述二次设备包括继电保护装置、故障录波器、gps时钟装置、冗余测控装置中的一种或多种。
33.该系统必须基于培训中心真实物理设备的工况制定。首先必须一次数字模型及二次真实模型都符合当前工况。针对每次故障异常工况，都需要进行保存记录。教员可以自定义存储内容。系统进行一次试验，可以输出一次工况、故障点、保护配置情况及故障动作波形和相应的报文；基于真实二次设备的220kv智能变电站远程培训系统对输出的内容进行整理归纳形成符合用户定义的规范化的显示模板，对学员今后学习和答题训练有很好的示范和感知作用。
34.所述仿真实训模块包括三维建模单元、模型渲染单元、电元件模型单元、参数设定单元、电元件连接单元以及功能指令单元。
35.所述电元件模型单元包括用于模拟一次设备的电力系统元件模型。
36.所述电力系统元件模型包括发电机、电动机、母线、线路、变压器、断路器以及电抗器中的一种或多种。
37.所述判断模块用于对处理模块的处理结果进行判断，若是处理结果输出为正常即通过输出模块进行输出，若是处理结构输出为不正常，即针对每次故障异常工况通过储存模块进行保存记录。
38.所述仿真考核模块包括设备安装考核单元、线路连接考核单元、设备运行考核单元、设备拆卸考核单元。
39.通过仿真考核模块能够全面对学员的训练方案进行测试考核，从而能够直观表现学员的成绩。
40.仿真考核模块与算法数据库相连接，可以与算法数据库进行对比，从而能够判断学员的成绩，并且编辑模块可以由教员对算法数据库进行编辑修改。
41.所述储存模块包括自动储存单元以及自定义储存单元。
42.储存模块用于对输出结果进行储存，并且可有教员进行自定义储存，从而能够对学员进行训练结果的印象加强，提高学员的操作能力。
43.所述仿真实训模块可以随意修改变电站的电气主接线、增加回路、设备更新、增加保护类型和进行保护配置等工作。
44.与相关技术相比较，本发明提供的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统具有如下有益效果：
45.本项目的数学模型是以电磁暂态计算为基础，是完全建立在物理机理之上的全动态数学模型，从而可以完整、严格、精确地对现场各种行为进行实时仿真，系统采用先进的模型构建原理，具有稳定性好、可靠性高、代码运行效率高等特点，同时该系统还利用最新的三维技术、计算机图形技术，开发图形绘制、图形建模以及图形化调试运行等图形化功能，该系统提供大量真实的故障教案，支持学员多组并列学习，为此大大提高培训的效率和教员的时间。
46.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，其特征在于，包括：登录模块、仿真实训模块、仿真考核模块、处理模块、判断模块、储存模块以及输出模块；所述仿真实训模块的输入端连接于所述登录模块的输出端，所述仿真考核模块的输入端连接于所述仿真实训模块的输出端，所述处理模块的输入端连接于所述仿真考核模块的输出端，所述判断模块的输入端连接于所述处理模块的的输出端，所述储存模块的输入端连接于所述判断模块的输出端，所述输出模块的输入端连接于所述判断模块的输出端，所述登陆模块的输出端连接有编辑模块，所述编辑模块的输出端连接有算法数据库，所述算法数据库与所述仿真考核模块双向连接。2.根据权利要求1所述的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，其特征在于，所述仿真系统用于对一次设备进行实时暂态仿真计算并输出仿真信号，还包括：与仿真系统连接并接收仿真信号的二次设备。3.根据权利要求2所述的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，其特征在于，所述二次设备包括继电保护装置、故障录波器、gps时钟装置、冗余测控装置中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，其特征在于，所述仿真实训模块包括三维建模单元、模型渲染单元、电元件模型单元、参数设定单元、电元件连接单元以及功能指令单元。5.根据权利要求4所述的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，其特征在于，所述电元件模型单元包括用于模拟一次设备的电力系统元件模型。6.根据权利要求5所述的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，其特征在于，所述电力系统元件模型包括发电机、电动机、母线、线路、变压器、断路器以及电抗器中的一种或多种。7.根据权利要求1所述的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，其特征在于，所述判断模块用于对处理模块的处理结果进行判断，若是处理结果输出为正常即通过输出模块进行输出，若是处理结构输出为不正常，即针对每次故障异常工况通过储存模块进行保存记录。8.根据权利要求1所述的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，其特征在于，所述仿真考核模块包括设备安装考核单元、线路连接考核单元、设备运行考核单元、设备拆卸考核单元。9.根据权利要求1所述的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，其特征在于，所述储存模块包括自动储存单元以及自定义储存单元。10.根据权利要求1所述的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，其特征在于，所述仿真实训模块可以随意修改变电站的电气主接线、增加回路、设备更新、增加保护类型和进行保护配置等工作。

技术总结
本发明提供基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统。所述基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统包括：登录模块、仿真实训模块、仿真考核模块、处理模块、判断模块、储存模块以及输出模块；所述仿真实训模块的输入端连接于所述登录模块的输出端。本发明提供的基于真实二次设备动态映射的多科目复用型数字孪生实训系统，本项目的数学模型是以电磁暂态计算为基础，是完全建立在物理机理之上的全动态数学模型，从而可以完整、严格、精确地对现场各种行为进行实时仿真，系统采用先进的模型构建原理，具有稳定性好、可靠性高、代码运行效率高等特点。代码运行效率高等特点。代码运行效率高等特点。


技术研发人员：房贻广 房雪雷 马娟 徐结红 应春 吴义纯 谢铖 李永熙 门富媛 宋晓皖 房雁平 张宁 刘素芳 何芳 孙婧 俸忠文
受保护的技术使用者：安徽电气工程职业技术学院 国家电网有限公司 北京殷图仿真技术有限公司
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/15