變電站仿真系統虛擬環境的研究及應用

安徽南瑞繼遠電網技術有限公司 華書晶

變電站仿真系統虛擬環境的研究及應用

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

變電站仿真；虛擬

0 引言

電網的安全運行是影響國計民生至關重要的工作。而電網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。運行中的電網不可能也不允許通過直接試驗來監測和保證運行設備的安全狀態，所以比較可行的方式就是針對電網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。除電網設備的安全運行保障電網安全外，電力系統運行人員崗位操作技能也是影響安全的重要因素之一。隨著電網調度仿真系統的廣泛應用，變電站仿真系統應時而生。變電站仿真系統也由最初的帶硬件盤臺，工作站模式，發展為采用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 變電站仿真系統的模式、系統功能

1.1 變電站仿真系統模式

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、室內外電氣設備等劃分開發相應圖形界面軟件，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；或者整個仿真系統由一個教員機和多個學員機組成，學員機個數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。

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

1.2 系統功能

變電站仿真系統能實現模擬電網運行變電站及設備的全范圍運行工況，能實現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律和現象，并保證仿真結果正確，符合現場實際情況。

變電站仿真系統應功能全面、實用，操作靈活，且運行穩定。變電站仿真系統的各種動、靜態效果逼真，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，不斷適應電網對變電運行人員越來越高的要求。

變電站仿真系統能實現站內設備的三維仿真，三維交互式漫游系統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、電的事故現象，能模擬常見的設備運行背景環境（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境。變電站運行人員的日常工作需求主要為以下方面：1）監視巡視；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。

仿真系統能對變電運行人員在監視巡視、運行操作、兩票辦理、事故處理演練等系統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 虛擬現實技術在變電站仿真系統中的應用

變電站仿真系統功能之一站內設備的三維仿真，三維交互式漫游系統，利用虛擬環境來作開發是發展必須。虛擬環境就是對現場環境的最真實仿真，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境。在三維環境中用戶和虛擬環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場實際操作一般。虛擬環境形式和來源不限，可以是純粹的數字空間，也可以是對海量數據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)電力系統虛擬環境

虛擬環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平臺及環境上進行具體應用開發。主要由視覺環境系統、聽覺環境系統、觸覺環境系統等感官系統組成，以建造逼真的虛擬感受環境。

根據電力系統特點，利用虛擬環境技術能逼真反應仿真電網的系統接線及各站接線、開關及刀閘等設備狀態，能顯示電網潮流、頻率、電壓及負荷值，能模擬電網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。實現在真實時空中構造出虛擬的電力仿真時空，并將電力系統模型置于該時空中模擬運行，實現逼真可靠實時的電力系統虛擬環境。

(2)軟件開發

虛擬現實技術包含數據轉換技術、模型標定技術、信息同步技術、識別和合成技術等的融合，開發重中之重應該在各種技術的集成開發上。根據電力系統對象實際需求和特點選用適合的虛擬現實的開發工具，如VR開發平臺，分布式虛擬技術。重點開發電力系統實時的三維計算機圖形模型，圖形軟件開發可以選用較成熟的API，OpenGL，或基于 OpenGL開發的Open Inventor，Word Tool Kit，OpenGVS，dVISE等。

3 結束語

隨著變電站仿真系統技術的不斷發展，變電站仿真系統中采用虛擬環境技術來實現各種逼真的動、靜態效果，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，真實有效的掌握變電運行技能，而且大大降低電網仿真系統建設成本，減少運行費用，免維護、功能擴展方便。變電站仿真系統采用虛擬現實技術，經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，不斷適應電網對變電運行人員越來越高的要求。

[1]申蔚,夏立友．虛擬現實技術[M]．北京:希望電子出版社,2002．

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