安徽南瑞繼遠電網(wǎng)技術有限公司 華書晶

變電站仿真系統(tǒng)虛擬環(huán)境的研究及應用

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簡述了變電站仿真系統(tǒng)的模式，綜合介紹了變電站仿真系統(tǒng)的主要技術要求和功能，初步對虛擬環(huán)境在變電站仿真系統(tǒng)的應用進行分析，簡要介紹其功能特征和相關技術概念。虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展為變電站仿真系統(tǒng)的完善和功能開發(fā)奠定堅實的技術基礎，使其更加經(jīng)濟實用、操作靈活、運行穩(wěn)定。

變電站仿真；虛擬

0 引言

電網(wǎng)的安全運行是影響國計民生至關重要的工作。而電網(wǎng)設備的安全運行要由繼電保護和其他相關安全自動裝置的正確動作來保證。運行中的電網(wǎng)不可能也不允許通過直接試驗來監(jiān)測和保證運行設備的安全狀態(tài)，所以比較可行的方式就是針對電網(wǎng)運行情況進行事故實驗研究。因此只能采用仿真的方法來進行模擬事故試驗。除電網(wǎng)設備的安全運行保障電網(wǎng)安全外，電力系統(tǒng)運行人員崗位操作技能也是影響安全的重要因素之一。隨著電網(wǎng)調(diào)度仿真系統(tǒng)的廣泛應用，變電站仿真系統(tǒng)應時而生。變電站仿真系統(tǒng)也由最初的帶硬件盤臺，工作站模式，發(fā)展為采用PC機，甚至純軟件仿真模式，并針對變電站特點，增加了智能培訓和知識學習功能。

1 變電站仿真系統(tǒng)的模式、系統(tǒng)功能

1.1 變電站仿真系統(tǒng)模式

盤臺模式：

開關控制屏、保護屏、自動化屏等硬件按照實際變電站1:1大小進行模擬，組成變電站的主控室和保護室，再配備相應的后臺計算機硬件和仿真軟件，支持和聯(lián)動主控室和保護室的操作和顯示。

純軟件模式：

按照主控室、保護室、室內(nèi)外電氣設備等劃分開發(fā)相應圖形界面軟件，分布在一臺或幾臺計算計上，其他仿真模型、教員管理、工程維護也可分布在一臺或幾臺計算機上；或者整個仿真系統(tǒng)由一個教員機和多個學員機組成，學員機個數(shù)不受仿真模型計算速度的限制。

純軟件模式組成靈活，并可應用其他新計算機技術，提高仿真效果。

變電站作為電網(wǎng)中的一個節(jié)點，不是一個簡單的孤立系統(tǒng)，而是和電網(wǎng)密不可分的有機整體，因此變電仿真系統(tǒng)應是電網(wǎng)仿真和變電站仿真相結合的一體化系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)功能

變電站仿真系統(tǒng)能實現(xiàn)模擬電網(wǎng)運行變電站及設備的全范圍運行工況，能實現(xiàn)模擬變電站的各種正常操作、異常、故障和事故，能正確的反映各類設備的基本物理規(guī)律和現(xiàn)象，并保證仿真結果正確，符合現(xiàn)場實際情況。

變電站仿真系統(tǒng)應功能全面、實用，操作靈活，且運行穩(wěn)定。變電站仿真系統(tǒng)的各種動、靜態(tài)效果逼真，能為變電運行人員的培訓提供一個逼真的運行及操作環(huán)境，使變電運行人員得到身臨其境的操作演練，從而能提高變電運行人員的技能，不斷適應電網(wǎng)對變電運行人員越來越高的要求。

變電站仿真系統(tǒng)能實現(xiàn)站內(nèi)設備的三維仿真，三維交互式漫游系統(tǒng)能模擬設備的動作過程，及事故時可能存在的各種包含聲、光、電的事故現(xiàn)象，能模擬常見的設備運行背景環(huán)境（如天氣狀況），能模擬各類設備異常及相關報警信號。

變電站仿真系統(tǒng)的主要功能是針對變電站運行人員的日常工作需求，為變電站的運行人員提供逼真的培訓環(huán)境。變電站運行人員的日常工作需求主要為以下方面：1）監(jiān)視巡視；2)運行操作；3)兩票辦理；4）事故處理演練等。

變電站仿真系統(tǒng)具備智能評價的功能，能對受訓人員在仿真培訓中的各項操作進行評價。

仿真系統(tǒng)能對變電運行人員在監(jiān)視巡視、運行操作、兩票辦理、事故處理演練等系統(tǒng)模塊中進行的仿真操作演練全過程進行回放和記錄；能對受訓人員操作演練的過程進行分析和評價；能對操作的關鍵步驟進行量化分值，對受訓人員的操作成績進行打分；并能建立受訓人員的培訓檔案記錄。

2 虛擬現(xiàn)實技術在變電站仿真系統(tǒng)中的應用

變電站仿真系統(tǒng)功能之一站內(nèi)設備的三維仿真，三維交互式漫游系統(tǒng)，利用虛擬環(huán)境來作開發(fā)是發(fā)展必須。虛擬環(huán)境就是對現(xiàn)場環(huán)境的最真實仿真，以計算機技術為核心，配合精密傳感等技術生成虛擬的三維環(huán)境。在三維環(huán)境中用戶和虛擬環(huán)境中的客體之間可以進行自然交互，可以感受和體驗如真實現(xiàn)場實際操作一般。虛擬環(huán)境形式和來源不限，可以是純粹的數(shù)字空間，也可以是對海量數(shù)據(jù)庫的計算分析的可視化，最簡單也可以是對實際或歷史的真實反映。

(1)電力系統(tǒng)虛擬環(huán)境

虛擬環(huán)境主要由硬件及軟件兩部分組成，在相應的硬件體系結構上和適合的軟件開發(fā)平臺及環(huán)境上進行具體應用開發(fā)。主要由視覺環(huán)境系統(tǒng)、聽覺環(huán)境系統(tǒng)、觸覺環(huán)境系統(tǒng)等感官系統(tǒng)組成，以建造逼真的虛擬感受環(huán)境。

根據(jù)電力系統(tǒng)特點，利用虛擬環(huán)境技術能逼真反應仿真電網(wǎng)的系統(tǒng)接線及各站接線、開關及刀閘等設備狀態(tài)，能顯示電網(wǎng)潮流、頻率、電壓及負荷值，能模擬電網(wǎng)及各電壓等級變電站的一、二次設備的全范圍運行工況和各種正常操作、異常、故障和事故。實現(xiàn)在真實時空中構造出虛擬的電力仿真時空，并將電力系統(tǒng)模型置于該時空中模擬運行，實現(xiàn)逼真可靠實時的電力系統(tǒng)虛擬環(huán)境。

(2)軟件開發(fā)

虛擬現(xiàn)實技術包含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術、模型標定技術、信息同步技術、識別和合成技術等的融合，開發(fā)重中之重應該在各種技術的集成開發(fā)上。根據(jù)電力系統(tǒng)對象實際需求和特點選用適合的虛擬現(xiàn)實的開發(fā)工具，如VR開發(fā)平臺，分布式虛擬技術。重點開發(fā)電力系統(tǒng)實時的三維計算機圖形模型，圖形軟件開發(fā)可以選用較成熟的API，OpenGL，或基于 OpenGL開發(fā)的Open Inventor，Word Tool Kit，OpenGVS，dVISE等。

3 結束語

隨著變電站仿真系統(tǒng)技術的不斷發(fā)展，變電站仿真系統(tǒng)中采用虛擬環(huán)境技術來實現(xiàn)各種逼真的動、靜態(tài)效果，能為變電運行人員的培訓提供一個逼真的運行及操作環(huán)境，使變電運行人員得到身臨其境的操作演練，變電運行人員在短時間內(nèi)，真實有效的掌握變電運行技能，而且大大降低電網(wǎng)仿真系統(tǒng)建設成本，減少運行費用，免維護、功能擴展方便。變電站仿真系統(tǒng)采用虛擬現(xiàn)實技術，經(jīng)濟效益和社會效益是極其顯著，有效提高變電運行人員的技能，不斷適應電網(wǎng)對變電運行人員越來越高的要求。

[1]申蔚,夏立友．虛擬現(xiàn)實技術[M]．北京:希望電子出版社,2002．

[2]張東英,周慶捷,楊以涵．基于網(wǎng)絡系統(tǒng)的變電站仿真培訓[J]．電力系統(tǒng)自動化,1998,22(3)．