[发明专利]一种通用型水电站三维仿真系统

说明书

技术领域

本发明属于三维仿真系统领域，更具体地说，涉及一种通用型水电站三维仿真系统。

背景技术

近年来，随着水电开发快速推进和水电站设备自动化程度不断提高，传统的师带徒“传、帮、带”培训方式已不能满足水电行业对大批高技能水平运行人员的需求，迫切需要采用现代化、科学规范的培训手段开展培训。

随着计算机仿真技术和三维虚拟现实技术日趋成熟和成功推广应用，国内多家流域性水力发电企业、水电院校积极与仿真企业合作，先后开发出水电站运行仿真系统，用于水电站运行人员技能培训和学生日常教学，从开发情况、技术水平、逼真程度以及实际培训效果来看，均以某一个已投产水电站为模型进行仿真开发，存在系统操作界面不友好、设备功能逻辑组态和数学模型精度不高、三维场景设备逼真程度、各设备系统间的联动以及动/暂态变化过程仿真与实际有一定差距等问题，导致培训功能不完善、培训针对性和通用性不强，不能有效满足培训需求。

结合流域性水力发电企业不同水电站设备差异性大、员工培训亟需科学规范和标准统一、人才储备需求巨大紧迫的现状，开发出一种通用型水电站三维仿真系统。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供了一种通用型水电站三维仿真系统，设计合理，既有效满足各水电站运行人员技能培训需求，又能避免各水电站自行开发仿真系统的重复投资，同时该系统具有学员培训管理、理论及实操题库管理和组卷、理论及实操上机考试、手/自动评分、远程培训等功能，既能科学、高效、公平公正地开展员工技能培训、鉴定和竞赛，又能满足各水电站生产现场运行人员远程上机实训的需求。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种通用型水电站三维仿真系统，其特征在于：包括硬件系统和软件系统；所述硬件系统包括局域网连接的主服务器、远程服务器、教员站、工程师站、打印机、交换机以及若干学员站；交换机通过局域网连接远程学员站；所述软件系统包括仿真数学建模系统、仿真监控系统建模系统、三维虚拟现实建模系统和考核评价管理系统；仿真数学模型系统提供整个仿真系统所需的各种仿真数据，在系统中的主服务器运行；仿真监控系统和三维虚拟现实模型系统则分别模拟水电站现场计算机监控系统和现地设备，教员站、工程师站和若干学员站以二维界面和三维动态场景的形式展现水电站生产运行特性，通过网络通讯从仿真数学模型获取所需的仿真数据；考核评价管理系统在教员站计算机运行，主要完成对用户和操作题库的管理、组织考试和成绩评判功能，以满足技能培训、鉴定和竞赛需求。

作为一种优化的技术方案，所述仿真数学建模系统用于支持仿真模型软件和其它仿真应用软件的设计、开发、调试、维护、修改、运行及数据管理；仿真数学建模系统包括参数设置模块、潮流计算模块、故障计算模块、逻辑计算模块、网络通讯模块；

参数设置模块设置系统的初始化工况，包括系统初始运行方式、初始潮流数据、保护定值和设备状态；

潮流计算、故障计算模块是根据电站主要设备的状态参数，以及初始运行方式，基于机电暂态理论模型，对电气一次系统设备，通过潮流计算得到正常运行和事故故障多种运行工况下的系统潮流数据，正确地描述水电站及相连电力系统的动、静态特性；系统故障数据均通过故障计算得到，可以仿真故障发生前后的潮流变化情况；

逻辑计算模块主要是通过内置计算公式和逻辑关系来表示电力系统二次设备的动作情况；此外，水力机械以及辅助系统的设备状态也采用逻辑计算得到；

网络通讯模块将仿真数学模型系统计算出的潮流数据和设备状态信息发送至仿真监控系统和三维虚拟现实系统，并接收来自仿真监控系统和三维虚拟现实系统的操作指令。

作为一种优化的技术方案，所述仿真监控系统和三维虚拟现实模型系统完成水电站各设备系统生产过程模拟的仿真软件，由设备模块、算法以及设计数据组成，并由模型计算引擎完成计算过程；教员站、工程师站和学员站使用的软件为教练员、工程师和学院提供全部的仿真控制、培训和监视功能、显示功能。

作为一种优化的技术方案，所述主服务器和远程服务器均采用的是计算机。

作为一种优化的技术方案，所述教员站、工程师站和学员站军包括显示器和操作设备。