專利名稱：一種分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種用于變配電系統(tǒng)的三維仿真培訓(xùn) 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
為保證電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，就必須提高電網(wǎng)運(yùn)行人員(包括電網(wǎng)調(diào)度 員、變電站運(yùn)行人員)、繼電保護(hù)人員、自動(dòng)化人員、預(yù)防性試驗(yàn)人員、設(shè)備檢修人員的技術(shù) 素質(zhì)和技能水平，加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)生產(chǎn)人員的培訓(xùn)和反事故演習(xí)，提高對(duì)電網(wǎng)的駕馭能力，有效 防范災(zāi)難性大停電事故的發(fā)生。
公開(kāi)日為2005年5月25日，公開(kāi)號(hào)為CN 1619568A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)，公開(kāi) 了一種“地區(qū)電網(wǎng)三級(jí)聯(lián)合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)”；
公開(kāi)日為2006年12月20日，公開(kāi)號(hào)為CN 1881202A的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)，公開(kāi)了一種“高壓交直流輸電培訓(xùn)仿真系統(tǒng)及其仿真方 法”。上述技術(shù)方案的思路基本上是采用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，構(gòu)成一個(gè)由工作站/服務(wù)器、監(jiān) 控計(jì)算機(jī)和培訓(xùn)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)，加上相應(yīng)的電氣部件(如斷路器/隔離開(kāi)關(guān)設(shè)備、 接地設(shè)備、輔助電源、冷卻設(shè)備等)的電氣運(yùn)行特性功能仿真模塊、連接控制和保護(hù)邏輯控 制仿真模塊和開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)以及操作動(dòng)作記錄數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)成一套仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，并且應(yīng)用 于電氣運(yùn)行人員的操作訓(xùn)練。從某種意義上來(lái)看，上述技術(shù)方案是一種基于圖上作業(yè)(或稱之為白板畫圖)的 操作/執(zhí)行結(jié)果自動(dòng)評(píng)判系統(tǒng)。在變電站仿真培訓(xùn)時(shí)，要求強(qiáng)調(diào)正確反映變電站與電網(wǎng)的相互作用和影響，特別 是對(duì)于在電網(wǎng)中起重要作用的500kV變電站和220kV樞紐變電站，要求變電站運(yùn)行人員建 立電網(wǎng)的概念和全局觀念，以保證電力生產(chǎn)運(yùn)行的安全，現(xiàn)有的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)顯然無(wú)法滿 足這個(gè)需求。另外，現(xiàn)有變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在人機(jī)界面上基本都是基于圖上作業(yè)的二維圖形 方式，部分虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)主要局限于一次設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)；在體系結(jié)構(gòu)上，大多為集中式系 統(tǒng)，即使有個(gè)別系統(tǒng)采用了分布式體系結(jié)構(gòu)，也是采用網(wǎng)絡(luò)通信同步數(shù)據(jù)庫(kù)的方法來(lái)保持 不同結(jié)點(diǎn)上數(shù)據(jù)的一致性，沒(méi)有很好地解決分布式環(huán)境下的數(shù)據(jù)交互問(wèn)題，數(shù)據(jù)通信量很 大，難以滿足遠(yuǎn)程培訓(xùn)的要求。所以，現(xiàn)有的變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)只能設(shè)置在一個(gè)具體的局部區(qū)域或地點(diǎn)，與整 個(gè)電網(wǎng)的實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分布式布局(各變電站是分別設(shè)置在不同的地區(qū))并不相匹配， 無(wú)法滿足構(gòu)建既能進(jìn)行遠(yuǎn)程培訓(xùn)，又能進(jìn)行就地培訓(xùn)的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)際要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，采用分布式廣域網(wǎng)的硬件拓 撲結(jié)構(gòu)和分布式仿真通信中間件技術(shù)，具有較小的網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)流量，將變電站綜合自動(dòng) 化仿真軟件、變電站仿真軟件和電網(wǎng)仿真軟件有機(jī)地結(jié)合，構(gòu)成適合遠(yuǎn)程培訓(xùn)的、一體化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)；在變電站一次設(shè)備仿真中，采用三維圖形展示一次設(shè)備外觀及設(shè)備之間的空 間布局，構(gòu)建變電站一次設(shè)備三維虛擬場(chǎng)景；在變電站二次設(shè)備及自動(dòng)化設(shè)備仿真中，采用 組件化三維仿真方法，將保護(hù)設(shè)備及自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的三維組件，組裝繼保 室和主控室，構(gòu)成變電站二次設(shè)備虛擬場(chǎng)景；一、二次設(shè)備三維虛擬場(chǎng)景組成變電站三維虛 擬場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電站設(shè)備的三維再現(xiàn)，完善了變電仿真培訓(xùn)功能。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括 集中培訓(xùn)教室和分布于其它地點(diǎn)的至少一個(gè)變電站培訓(xùn)教室，其特征是在集中培訓(xùn)教室 設(shè)置包括遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器、教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和學(xué)員機(jī)組成的第一仿真培訓(xùn)局域 網(wǎng)；在變電站培訓(xùn)教室設(shè)置一套包括教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和學(xué)員機(jī)組成的第二仿真 培訓(xùn)局域網(wǎng)。所述的第一、第二仿真培訓(xùn)局域網(wǎng)之間，經(jīng)過(guò)企業(yè)網(wǎng)/廣域網(wǎng)等公共網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn) 行連接，構(gòu)成一個(gè)既能進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)、又能進(jìn)行就地培訓(xùn)的網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)系統(tǒng)。所述集中培訓(xùn)教室中的教員機(jī)和學(xué)員機(jī)發(fā)出的操作和控制命令，首先發(fā)送到遠(yuǎn)程 培訓(xùn)服務(wù)器進(jìn)行處理，然后由遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器通過(guò)通信中間件把數(shù)據(jù)發(fā)送到變電站培訓(xùn)教 室中的變電站仿真服務(wù)器。所述變電站培訓(xùn)教室中的變電站仿真服務(wù)器接收變電站培訓(xùn)教室中學(xué)員機(jī)的操 作命令和遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的操作命令及潮流數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理后把變電站設(shè)備狀態(tài)信息 發(fā)送到遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)變電站遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)。所述的三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用分布式仿真通信中間件作為分布式應(yīng)用的基礎(chǔ)，遠(yuǎn) 程培訓(xùn)服務(wù)器、教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和學(xué)員機(jī)上都部署有通信中間件，通信數(shù)據(jù)首先 發(fā)送給通信中間件，通信中間件根據(jù)數(shù)據(jù)的定購(gòu)關(guān)系找到訂購(gòu)者，然后把數(shù)據(jù)發(fā)送到訂購(gòu) 者所在的計(jì)算機(jī)，訂購(gòu)者通過(guò)通信中間件接口獲得數(shù)據(jù)。所述的通信中間件提供通用的通信和管理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的發(fā)布/訂購(gòu)機(jī) 制，有效地減少了網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量，將分布在不同地點(diǎn)的仿真應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成分 布式遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。其中，所述的遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器，包括電網(wǎng)仿真軟件和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；電網(wǎng)仿真軟件實(shí) 現(xiàn)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算和繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的仿真，它通過(guò)通信中間件接口接收培訓(xùn)操作 命令，由潮流計(jì)算模塊、繼電保護(hù)仿真模塊把培訓(xùn)操作命令信息轉(zhuǎn)變成輸電系統(tǒng)的擾動(dòng)信 息然后進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)送給變電站仿真服務(wù)器、教員機(jī)和學(xué) 員機(jī)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)由教員機(jī)和學(xué)員機(jī)發(fā)出培訓(xùn)操作命令信息以及由電網(wǎng)仿真軟件 和變電站仿真軟件產(chǎn)生的潮流數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、保護(hù)動(dòng)作信息等仿真數(shù)據(jù)。所述的教員機(jī)包括教員系統(tǒng)軟件；教員系統(tǒng)軟件用來(lái)控制仿真系統(tǒng)運(yùn)行、設(shè)置故 障和操作、監(jiān)視和維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、組織和管理仿真數(shù)據(jù)、編制和下發(fā)教案。所述的變電站仿真服務(wù)器包括變電站仿真軟件；變電站仿真軟件接收電網(wǎng)仿真 軟件的潮流計(jì)算結(jié)果，以及來(lái)自教員機(jī)、學(xué)員機(jī)的操作控制命令，模擬變電站內(nèi)控制系統(tǒng)設(shè) 備、量測(cè)系統(tǒng)設(shè)備、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、交直流系統(tǒng)設(shè)備的動(dòng)作和行為，把設(shè)備的狀態(tài)量、 仿真數(shù)據(jù)發(fā)送到教員機(jī)和學(xué)員機(jī)進(jìn)行顯示，同時(shí)上傳給電網(wǎng)仿真軟件進(jìn)行處理和寫入實(shí)時(shí) 庫(kù)。所述的學(xué)員機(jī)，包括監(jiān)控仿真軟件、變電站一次設(shè)備仿真軟件、變電站二次設(shè)備仿真軟件；監(jiān)控仿真軟件模擬變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，包括遙控、遙調(diào)、遙信、遙測(cè)、曲 線、報(bào)表的顯示及處理；變電站一次設(shè)備仿真軟件和變電站二次設(shè)備仿真軟件分別用三維 圖形模擬變電站一二次設(shè)備的外觀、空間布局、狀態(tài)及動(dòng)作行為，構(gòu)建三維變電站虛擬場(chǎng)
景ο進(jìn)一步的，所述的分布式仿真通信中間件，包括一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)，其封裝了一組與應(yīng)用 無(wú)關(guān)的通用的通信及管理服務(wù)函數(shù)，部署在遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器、教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和 學(xué)員機(jī)上，為仿真應(yīng)用軟件之間的交互提供通用服務(wù)；所述的分布式仿真通信中間件至少 包括同步、仿真應(yīng)用管理、聲明管理、時(shí)間管理、數(shù)據(jù)分發(fā)管理等服務(wù)。所述的仿真應(yīng)用軟件至少包括電網(wǎng)仿真軟件、變電站仿真軟件、監(jiān)控仿真軟件、變 電站一次設(shè)備仿真軟件、變電站二次設(shè)備仿真軟件和變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)仿真培訓(xùn)軟 件；所述的仿真應(yīng)用軟件按照下列步驟通過(guò)通信中間件實(shí)現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)交互步驟1 仿真應(yīng)用調(diào)用仿真應(yīng)用管理服務(wù)，以仿真應(yīng)用的名稱為參數(shù)向通信中間 件注冊(cè)仿真應(yīng)用，獲得仿真應(yīng)用句柄；步驟2 仿真應(yīng)用調(diào)用時(shí)間管理服務(wù)，把所采取的時(shí)間管理策略通知通信中間件 并得到仿真系統(tǒng)的當(dāng)前仿真時(shí)間；步驟3 仿真應(yīng)用調(diào)用聲明管理服務(wù)，以仿真應(yīng)用句柄、類(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))名稱、屬性 名稱、接收/發(fā)送約束條件為參數(shù)，通知通信中間件仿真應(yīng)用能夠輸出的類及約束條件，即 進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布；同樣，仿真應(yīng)用調(diào)用聲明管理服務(wù)向通信中間件聲明能夠接收的類及約束 條件，即進(jìn)行數(shù)據(jù)訂購(gòu)；仿真應(yīng)用進(jìn)行發(fā)布和訂購(gòu)后，獲得類(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))及屬性的句柄；步驟4:仿真應(yīng)用調(diào)用時(shí)間管理服務(wù)向通信中間件請(qǐng)求推進(jìn)仿真時(shí)間，然后等待 通信中間件批準(zhǔn)；步驟5 仿真應(yīng)用調(diào)用數(shù)據(jù)分發(fā)管理服務(wù)接收通信數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理；步驟6 仿真應(yīng)用按照發(fā)送數(shù)據(jù)的類及約束條件構(gòu)造數(shù)據(jù)包，調(diào)用數(shù)據(jù)分發(fā)管理 服務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)，通信中間件根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的類句柄查找訂購(gòu)者(仿真應(yīng)用)，再用數(shù)據(jù)包中 的約束條件與訂購(gòu)者的約束條件進(jìn)行比較，把數(shù)據(jù)發(fā)送給滿足約束條件的訂購(gòu)者；步驟7 如果仿真培訓(xùn)過(guò)程沒(méi)有結(jié)束，則繼續(xù)步驟4 步驟6的循環(huán)處理；如果仿 真培訓(xùn)過(guò)程結(jié)束，則仿真應(yīng)用調(diào)用通信中間件的服務(wù)釋放類句柄、屬性句柄、取消時(shí)間管理 策略、取消仿真應(yīng)用句柄，然后退出運(yùn)行。具體的，所述的變電站一次設(shè)備仿真軟件，采用三維圖形展示變電站一次設(shè)備外 觀及設(shè)備之間的空間布局，構(gòu)建了變電站一次設(shè)備三維虛擬場(chǎng)景；變電站一次設(shè)備仿真軟 件與變電站仿真軟件連接，接收設(shè)備狀態(tài)和動(dòng)作信息，用三維圖形顯示變電站一次設(shè)備正 常、異常、事故狀態(tài)及其動(dòng)作過(guò)程。所述的變電站二次設(shè)備仿真軟件，采用三維圖形生成變電站二次設(shè)備虛擬裝置組 件，利用裝置組件組裝二次設(shè)備虛擬屏盤，按照仿真變電站主控室、繼保室的實(shí)際設(shè)備及布 置選取虛擬裝置和虛擬屏盤搭建變電站虛擬主控室和繼保室，實(shí)現(xiàn)變電站二次設(shè)備場(chǎng)景的 再現(xiàn)；變電站二次設(shè)備仿真軟件與變電站仿真軟件連接，接收設(shè)備狀態(tài)和動(dòng)作信息，用三維 圖形顯示變電站控制及保護(hù)設(shè)備正常、異常、事故狀態(tài)的現(xiàn)象。所述的變電站一次設(shè)備仿真軟件和變電站二次設(shè)備仿真軟件分別實(shí)現(xiàn)變電站一 次設(shè)備的三維再現(xiàn)和主控制室、繼電保護(hù)小室的三維再現(xiàn)，共同構(gòu)成完整的變電站三維虛擬場(chǎng)景；學(xué)員可以通過(guò)鍵盤在虛擬場(chǎng)景中巡視和漫游，用鼠標(biāo)對(duì)虛擬設(shè)備進(jìn)行檢查和操作； 學(xué)員在三維虛擬場(chǎng)景中按照現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢卡的模式和內(nèi)容進(jìn)行一、二次設(shè)備的巡視檢查，按照 規(guī)范化的處理流程進(jìn)行缺陷處理及匯報(bào)；學(xué)員所做全部檢查、操作及處理都自動(dòng)記錄，便于 教員評(píng)價(jià)。更進(jìn)一步的，所述的變電站一次設(shè)備仿真軟件、變電站二次設(shè)備仿真軟件、監(jiān)控仿 真軟件可以運(yùn)行于同一臺(tái)學(xué)員計(jì)算機(jī)上。所述的電網(wǎng)仿真軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、教員系統(tǒng)軟件可以運(yùn)行于同一臺(tái)教員計(jì)算機(jī)上，在 就地培訓(xùn)時(shí)采用這種運(yùn)行模式。所述的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用于基于企業(yè)網(wǎng)/廣域網(wǎng)的變電站操作技術(shù)的遠(yuǎn)程培訓(xùn)、 就地培訓(xùn)或遠(yuǎn)程聯(lián)合反事故演習(xí)。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.將分布式廣域網(wǎng)的硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分布式仿真通信中間件技術(shù)應(yīng)用于仿真培 訓(xùn)系統(tǒng)，減少了網(wǎng)絡(luò)通訊數(shù)據(jù)流量，與整個(gè)電網(wǎng)的實(shí)際拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和分布式布局相匹配，滿足 了同時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)程培訓(xùn)和就地培訓(xùn)的實(shí)際培訓(xùn)需要；2.采用全三維方式再現(xiàn)整個(gè)變電站虛擬場(chǎng)景，更加逼真和符合實(shí)際操作環(huán)境，有 助于迅速提高受訓(xùn)者的實(shí)際操作水平和操作能力；3.同時(shí)對(duì)電網(wǎng)、變電站和變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行仿真操作培訓(xùn)，可以正確反 映變電站、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和電網(wǎng)的相互作用、相互影響，提高了整個(gè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的真實(shí) 性和正確性。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是實(shí)施例的網(wǎng)絡(luò)部署圖；圖4是實(shí)施例的軟件結(jié)構(gòu)圖；圖5是電網(wǎng)仿真軟件結(jié)構(gòu)圖；圖6是變電站仿真軟件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1中，本分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)包括集中培訓(xùn)教室和分布于 其他地點(diǎn)的至少一個(gè)變電站培訓(xùn)教室，在集中培訓(xùn)教室設(shè)置有包括遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器、教員 機(jī)、數(shù)臺(tái)就地學(xué)員機(jī)組成的第一仿真培訓(xùn)局域網(wǎng)，其在變電站設(shè)置一套包括教員機(jī)、數(shù)臺(tái)遠(yuǎn) 方學(xué)員機(jī)組成的第二仿真培訓(xùn)局域網(wǎng)；第一、第二仿真培訓(xùn)局域網(wǎng)之間，經(jīng)交換機(jī)、防火墻、 路由器以及企業(yè)網(wǎng)/廣域網(wǎng)連接和進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。本系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上采用以太網(wǎng)組網(wǎng)，通信采用TCP/IP協(xié)議，硬件采用商用微 機(jī)，安裝Windows XP操作系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)軟件采用VC和Fortran，系統(tǒng)應(yīng)用分布采用教員遠(yuǎn)程配 置的方式，使得系統(tǒng)擴(kuò)充升級(jí)方便，便于學(xué)習(xí)使用。其中，教員臺(tái)由三臺(tái)微機(jī)組成，其中兩臺(tái)作為一組部署在集中培訓(xùn)教室中，用于集中培訓(xùn)時(shí)互相配合制作教案并存檔數(shù)據(jù)，以及與其他計(jì)算機(jī)同步；另一臺(tái)教員部署在變電 站培訓(xùn)教室中，變電站內(nèi)就地培訓(xùn)時(shí)使用，集中培訓(xùn)教員臺(tái)制作教案后，可以將教案下發(fā)到 遠(yuǎn)方教員(變電站培訓(xùn)室教員)，遠(yuǎn)方教員直接發(fā)送相應(yīng)的教案進(jìn)行培訓(xùn)。同時(shí)，教員臺(tái)計(jì) 算機(jī)還可以對(duì)學(xué)員進(jìn)行監(jiān)視、控制和收卷評(píng)價(jià)等。學(xué)員臺(tái)分為就地學(xué)員臺(tái)和遠(yuǎn)方學(xué)員臺(tái)，用于變電站仿真、巡視培訓(xùn)培訓(xùn)、變電站正 常操作及事故處理培訓(xùn)、操作票圖形開(kāi)票培訓(xùn)等；每個(gè)學(xué)員臺(tái)包括2臺(tái)學(xué)員機(jī)，一臺(tái)運(yùn)行變 電站仿真軟件、監(jiān)控仿真軟件、變電站二次設(shè)備仿真軟件，一臺(tái)運(yùn)行變電站一次設(shè)備仿真軟 件，而且變電站仿真服務(wù)器與學(xué)員機(jī)共有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，在圖1中不再單獨(dú)標(biāo)出變電站仿真 服務(wù)器。圖2中，本三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用分布式仿真通信中間件作為分布式應(yīng)用的基 礎(chǔ)，在每個(gè)仿真應(yīng)用的主機(jī)都設(shè)置有通信接口，為仿真應(yīng)用之間的交互提供通用服務(wù)，各個(gè) 仿真應(yīng)用軟件直接利用通信中間件進(jìn)行通信，通過(guò)通信中間件將各仿真應(yīng)用軟件粘合起 來(lái)，形成一個(gè)整體，構(gòu)成分布式仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。本三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用分布式仿真通信中間件作為分布式應(yīng)用的基礎(chǔ)，遠(yuǎn)程培 訓(xùn)服務(wù)器、教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和學(xué)員機(jī)上都部署有通信中間件，通信數(shù)據(jù)首先發(fā)送 給通信中間件，通信中間件根據(jù)數(shù)據(jù)的定購(gòu)關(guān)系找到訂購(gòu)者，然后把數(shù)據(jù)發(fā)送到訂購(gòu)者所 在的計(jì)算機(jī)，訂購(gòu)者通過(guò)通信中間件接口獲得數(shù)據(jù)；所述的通信中間件提供通用的通信和管理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的發(fā)布/訂購(gòu)機(jī) 制，有效地減少了網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量，將分布在不同地點(diǎn)的仿真應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成分 布式遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。具體的，分布式仿真通信中間件，包括一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)，其封裝了一組與應(yīng)用無(wú)關(guān)的通 用的通信及管理服務(wù)函數(shù)，部署在遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器、教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和學(xué)員機(jī) 上，為仿真應(yīng)用軟件之間的交互提供通用服務(wù)；所述的分布式仿真通信中間件至少包括同 步、仿真應(yīng)用管理、聲明管理、時(shí)間管理、數(shù)據(jù)分發(fā)管理等服務(wù)。所述的仿真應(yīng)用軟件至少包括電網(wǎng)仿真軟件、監(jiān)控仿真軟件、變電站一次設(shè)備仿 真軟件、變電站二次設(shè)備仿真軟件和變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)仿真培訓(xùn)軟件；所述的仿真應(yīng) 用軟件按照下列步驟通過(guò)通信中間件實(shí)現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)交互步驟1 仿真應(yīng)用調(diào)用仿真應(yīng)用管理服務(wù)，以仿真應(yīng)用的名稱為參數(shù)向通信中間 件注冊(cè)仿真應(yīng)用，獲得仿真應(yīng)用句柄；步驟2 仿真應(yīng)用調(diào)用時(shí)間管理服務(wù)，把所采取的時(shí)間管理策略通知通信中間件 并得到仿真系統(tǒng)的當(dāng)前仿真時(shí)間；步驟3 仿真應(yīng)用調(diào)用聲明管理服務(wù)，以仿真應(yīng)用句柄、類(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))名稱、屬性 名稱、接收/發(fā)送約束條件為參數(shù)，通知通信中間件仿真應(yīng)用能夠輸出的類及約束條件，即 進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布；同樣，仿真應(yīng)用調(diào)用聲明管理服務(wù)向通信中間件聲明能夠接收的類及約束 條件，即進(jìn)行數(shù)據(jù)訂購(gòu)；仿真應(yīng)用進(jìn)行發(fā)布和訂購(gòu)后，獲得類(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))及屬性的句柄；步驟4:仿真應(yīng)用調(diào)用時(shí)間管理服務(wù)向通信中間件請(qǐng)求推進(jìn)仿真時(shí)間，然后等待 通信中間件批準(zhǔn)；步驟5 仿真應(yīng)用調(diào)用數(shù)據(jù)分發(fā)管理服務(wù)接收通信數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理；步驟6 仿真應(yīng)用按照發(fā)送數(shù)據(jù)的類及約束條件構(gòu)造數(shù)據(jù)包，調(diào)用數(shù)據(jù)分發(fā)管理服務(wù)發(fā)送數(shù)據(jù)，通信中間件根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的類句柄查找訂購(gòu)者(仿真應(yīng)用)，再用數(shù)據(jù)包中 的約束條件與訂購(gòu)者的約束條件進(jìn)行比較，把數(shù)據(jù)發(fā)送給滿足約束條件的訂購(gòu)者；步驟7 如果仿真培訓(xùn)過(guò)程沒(méi)有結(jié)束，則繼續(xù)步驟4 步驟6的循環(huán)處理；如果仿 真培訓(xùn)過(guò)程結(jié)束，則仿真應(yīng)用調(diào)用通信中間件的服務(wù)釋放類句柄、屬性句柄、取消時(shí)間管理 策略、取消仿真應(yīng)用句柄，然后退出運(yùn)行。進(jìn)一步的，遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器包括電網(wǎng)仿真軟件和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；電網(wǎng)仿真軟件實(shí)現(xiàn) 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算和繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的仿真，它通過(guò)通信中間件接口接收培訓(xùn)操作命 令，由潮流計(jì)算模塊、繼電保護(hù)仿真模塊把培訓(xùn)操作命令信息轉(zhuǎn)變成輸電系統(tǒng)的擾動(dòng)信息 然后進(jìn)行模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)送給變電站仿真服務(wù)器、教員機(jī)和學(xué)員 機(jī)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)由教員機(jī)和學(xué)員機(jī)發(fā)出培訓(xùn)操作命令信息以及由電網(wǎng)仿真軟件和 變電站仿真軟件產(chǎn)生的潮流數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、保護(hù)動(dòng)作信息等仿真數(shù)據(jù)。教員機(jī)包括教員系統(tǒng)軟件；教員系統(tǒng)軟件用來(lái)控制仿真系統(tǒng)運(yùn)行、設(shè)置故障和操 作、監(jiān)視和維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、組織和管理仿真數(shù)據(jù)、編制和下發(fā)教案。變電站仿真服務(wù)器包括變電站仿真軟件；變電站仿真軟件接收電網(wǎng)仿真軟件的計(jì) 算結(jié)果，以及來(lái)自教員機(jī)、學(xué)員機(jī)的操作控制命令，模擬變電站內(nèi)控制系統(tǒng)設(shè)備、量測(cè)系統(tǒng) 設(shè)備、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、交直流系統(tǒng)設(shè)備的動(dòng)作和行為，把設(shè)備的狀態(tài)量、仿真數(shù)據(jù)發(fā) 送到教員機(jī)和學(xué)員機(jī)進(jìn)行顯示，同時(shí)上傳給電網(wǎng)仿真軟件進(jìn)行處理和寫入實(shí)時(shí)庫(kù)。學(xué)員機(jī)包括監(jiān)控仿真軟件、變電站一次設(shè)備仿真軟件、變電站二次設(shè)備仿真軟件。 監(jiān)控仿真軟件模擬變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，包括遙控、遙調(diào)、遙信、遙測(cè)、曲線、報(bào)表 的顯示及處理。變電站一次設(shè)備仿真軟件和變電站二次設(shè)備仿真軟件分別用三維圖形模擬 變電站一二次設(shè)備的外觀、空間布局、狀態(tài)及動(dòng)作行為，構(gòu)建變電站虛擬場(chǎng)景。前述的分布式仿真通信中間件包括一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)，封裝了一組與應(yīng)用無(wú)關(guān)的通用的 通信及管理服務(wù)函數(shù)，部署在遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器、教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和學(xué)員機(jī)上，為 仿真應(yīng)用軟件之間的交互提供通用服務(wù)；分布式仿真通信中間件至少包括同步、仿真應(yīng)用 管理、聲明管理、時(shí)間管理、數(shù)據(jù)分發(fā)管理等服務(wù)。變電站一次設(shè)備仿真軟件采用三維圖形展示變電站一次設(shè)備外觀及設(shè)備之間的 空間布局，構(gòu)建了變電站一次設(shè)備三維虛擬場(chǎng)景；變電站一次設(shè)備仿真軟件與變電站仿真 軟件連接，接收設(shè)備狀態(tài)和動(dòng)作信息，用三維圖形顯示變電站一次設(shè)備正常、異常、事故狀 態(tài)及其動(dòng)作過(guò)程。變電站二次設(shè)備仿真軟件采用三維圖形生成變電站二次設(shè)備虛擬裝置組件，利用 裝置組件組裝二次設(shè)備虛擬屏盤，按照仿真變電站主控室、繼保室的實(shí)際設(shè)備及布置選取 虛擬裝置和虛擬屏盤搭建變電站虛擬主控室和繼保室，實(shí)現(xiàn)變電站二次設(shè)備場(chǎng)景的再現(xiàn)； 變電站二次設(shè)備仿真軟件與變電站仿真軟件連接，接收設(shè)備狀態(tài)和動(dòng)作信息，用三維圖形 顯示變電站控制及保護(hù)設(shè)備正常、異常、事故狀態(tài)的現(xiàn)象。變電站一次設(shè)備仿真軟件和變電站二次設(shè)備仿真軟件分別實(shí)現(xiàn)變電站一次設(shè)備 的三維再現(xiàn)和主控制室、繼電保護(hù)小室的三維再現(xiàn)，共同構(gòu)成完整的變電站三維虛擬場(chǎng)景； 學(xué)員可以通過(guò)鍵盤在虛擬場(chǎng)景中巡視和漫游，用鼠標(biāo)對(duì)虛擬設(shè)備進(jìn)行檢查和操作；學(xué)員在 三維虛擬場(chǎng)景中按照現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢卡的模式和內(nèi)容進(jìn)行一、二次設(shè)備的巡視檢查，按照規(guī)范化 的處理流程進(jìn)行缺陷處理及匯報(bào)；學(xué)員所做全部檢查、操作及處理都自動(dòng)記錄，便于教員評(píng)價(jià)。二次設(shè)備虛擬場(chǎng)景與變電站仿真軟件運(yùn)行于同一臺(tái)學(xué)員機(jī)上，一次設(shè)備虛擬場(chǎng)景 運(yùn)行于另一臺(tái)學(xué)員機(jī)上；變電站仿真、一次場(chǎng)景、二次場(chǎng)景通過(guò)通信中間件連接起來(lái)；其電 網(wǎng)仿真給變電站仿真提供電網(wǎng)仿真計(jì)算所得的計(jì)算結(jié)果，開(kāi)關(guān)及保護(hù)裝置的遙測(cè)信息通過(guò) 變電站仿真軟件來(lái)計(jì)算和發(fā)布，以減少局域網(wǎng)間的數(shù)據(jù)流量。綜上可見(jiàn)，分布式仿真通信中間件ACE (Adaptive Communication Environment) 是本仿真培訓(xùn)系統(tǒng)分布式應(yīng)用的基礎(chǔ)，它為仿真應(yīng)用軟件提供了透明、高效運(yùn)行管理通信 環(huán)境，并為分布式應(yīng)用軟件提供通信框架和通信接口。在仿真系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，各個(gè)仿真應(yīng)用軟件直接利用通信中間件進(jìn)行通信， 而不需要關(guān)心與哪個(gè)應(yīng)用通信，整個(gè)仿真系統(tǒng)內(nèi)的相互交互任務(wù)由ACE服務(wù)配置組件 (ACEService Configurator)來(lái)完成，這些應(yīng)用的服務(wù)可在安裝時(shí)或運(yùn)行時(shí)被動(dòng)態(tài)裝配。實(shí)施實(shí)例采用圖1的硬件結(jié)構(gòu)和圖2的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)，在位于XX市超高壓輸變電公司局辦 所在地的集中培訓(xùn)室與下屬某變電站之間，構(gòu)建了一套分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培 訓(xùn)系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)部署如圖3所示，其軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。在該500kV變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)部署方案中，充分考慮了原有網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)的硬件配置情況和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，在不影響生產(chǎn)系統(tǒng)和病毒防護(hù)的情況下，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程培訓(xùn) 系統(tǒng)的適用性和靈活性。圖3中，通過(guò)軟件權(quán)限管理功能，集中培訓(xùn)室教員可以控制和管理集中培訓(xùn)室學(xué) 員以及遠(yuǎn)方變電站培訓(xùn)室內(nèi)的學(xué)員，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程培訓(xùn)與就地培訓(xùn)的同時(shí)進(jìn)行，同時(shí)，變電站培 訓(xùn)室教員也可以在變電站培訓(xùn)室內(nèi)進(jìn)行就地培訓(xùn)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分散培訓(xùn)與集中培訓(xùn)相結(jié)合 的培訓(xùn)模式。圖4中，本仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是一套高交互性分布式仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)在總體 上可分為三個(gè)部分分布式仿真通信中間件、仿真應(yīng)用軟件、教員系統(tǒng)軟件。仿真應(yīng)用軟件由電網(wǎng)仿真軟件、變電站仿真軟件、變電站一次設(shè)備仿真軟件、變電 站二次設(shè)備仿真軟件、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)仿真、圖形開(kāi)票系統(tǒng)培訓(xùn)軟件等組成。A、分布式仿真通信中間件(ACE)ACE為各個(gè)仿真應(yīng)用之間的交互提供了通用服務(wù)，包括同步、仿真應(yīng)用管理、聲明 管理、所用權(quán)管理、時(shí)間管理、數(shù)據(jù)分發(fā)管理和應(yīng)用程序接口。ACE使得進(jìn)程間通信和網(wǎng)絡(luò)通 信變得更加簡(jiǎn)單和有效。B、仿真應(yīng)用軟件(1)電網(wǎng)仿真軟件電網(wǎng)仿真軟件采用暫態(tài)、中期、長(zhǎng)過(guò)程一體化計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于詳細(xì)仿真 變電站，采用電磁暫態(tài)建模，使用電磁暫態(tài)計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，并輸出計(jì)算瞬時(shí)值，給詳細(xì) 仿真變電站錄波器模塊使用，機(jī)電暫態(tài)模型同時(shí)提供外網(wǎng)動(dòng)態(tài)等值數(shù)據(jù)給電磁暫態(tài)計(jì)算模 塊。另外機(jī)電暫態(tài)計(jì)算還提供整個(gè)仿真系統(tǒng)的時(shí)間推進(jìn)。在電網(wǎng)仿真模型中，不但考慮了 電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)模型，還詳細(xì)考慮了變電站模型對(duì)電網(wǎng)模型的影響。電網(wǎng)仿真軟件還為變電站 仿真和變電站集中監(jiān)控系統(tǒng)仿真提供服務(wù)。該電網(wǎng)仿真軟件結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
(2)變電站仿真軟件變電站仿真軟件對(duì)變電站一二次設(shè)備全范圍進(jìn)行了建模仿真，具體包括變電站的 一次系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、量測(cè)系統(tǒng)、交流系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置和綜合自動(dòng)化系 統(tǒng)的詳細(xì)模型，而且考慮變電站仿真詳細(xì)模型對(duì)電網(wǎng)仿真抽象模型的影響。變電站仿真軟件接收電網(wǎng)仿真軟件的計(jì)算結(jié)果，以及來(lái)自教員機(jī)、學(xué)員機(jī)的操作 控制命令，模擬變電站內(nèi)控制系統(tǒng)設(shè)備、量測(cè)系統(tǒng)設(shè)備、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、交直流系統(tǒng) 設(shè)備的動(dòng)作和行為，把設(shè)備的狀態(tài)量、仿真數(shù)據(jù)發(fā)送到教員機(jī)和學(xué)員機(jī)進(jìn)行顯示，同時(shí)上傳 給電網(wǎng)仿真軟件進(jìn)行處理和寫入實(shí)時(shí)庫(kù)。變電站仿真軟件的主要功能有正常操作、設(shè)備巡視、事故和異常的模擬、“五防” 屏系統(tǒng)仿真、培訓(xùn)指導(dǎo)和輔助培訓(xùn)等功能。該變電站仿真軟件結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。(3)變電站一、二次設(shè)備仿真軟件變電站一次設(shè)備仿真軟件采用基于OpenGL的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了變電站一次 設(shè)備的三維重現(xiàn)，形象地反映了設(shè)備的正常、異常、事故狀態(tài)及其動(dòng)作過(guò)程，不但可以對(duì)虛 擬場(chǎng)景中的設(shè)備巡視、檢查、漫游，而且可以進(jìn)行虛擬操作，提高了系統(tǒng)的真實(shí)感、現(xiàn)場(chǎng)感。變電站二次設(shè)備采用虛擬儀器技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行仿真，將變電站的各種二 次設(shè)備按照各自的物理特性分別生成各自的三維虛擬設(shè)備，將生成的虛擬設(shè)備按照仿真變 電站實(shí)際主控制室拼裝起來(lái)，最后形成整個(gè)仿真變電站的全三維虛擬主控制室，運(yùn)行人員 可以根據(jù)需要在三維場(chǎng)景中隨意進(jìn)行漫游，巡視，操作。變電站一、二次設(shè)備三維仿真軟件再現(xiàn)了整個(gè)變電站虛擬場(chǎng)景，學(xué)員可以在仿真 系統(tǒng)上進(jìn)行巡視和虛擬操作，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢卡的模式和內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)一、二次設(shè)備的巡 視檢查，對(duì)于不同的缺陷，進(jìn)行缺陷匯報(bào)、處理的培訓(xùn)，學(xué)員所做的全部操作都自動(dòng)記錄，便 于教員評(píng)價(jià)。軟件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)采用基于仿真對(duì)象原理的組件建模技術(shù)，將變電站的一二次設(shè)備 制作成一個(gè)個(gè)可以復(fù)用的三維組件，形成虛擬設(shè)備組件庫(kù)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行組 裝變電站。(4)變電站綜合自動(dòng)化仿真系統(tǒng)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是變電運(yùn)行人員進(jìn)行日常監(jiān)視和操作處理的工作平臺(tái)，變 電站綜合自動(dòng)化仿真系統(tǒng)為變電學(xué)員提供了一個(gè)能夠覆蓋全部工作范疇的虛擬監(jiān)控環(huán)境。變電站綜合自動(dòng)化仿真系統(tǒng)通過(guò)分布式仿真通信中間件ACE接口實(shí)現(xiàn)模塊間的 互聯(lián)，同時(shí)接收電網(wǎng)仿真模塊的計(jì)算結(jié)果和詳細(xì)仿真變電站的信息作為數(shù)據(jù)源，驅(qū)動(dòng)綜合 自動(dòng)化仿真系統(tǒng)的運(yùn)行。(5)操作票開(kāi)票系統(tǒng)培訓(xùn)軟件操作票開(kāi)票培訓(xùn)系統(tǒng)采用全圖形操作開(kāi)票方式，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊需要操作的設(shè)備自 動(dòng)生產(chǎn)操作票項(xiàng)語(yǔ)句，并且按照實(shí)際生產(chǎn)的票樣生成操作票；開(kāi)票系統(tǒng)內(nèi)部包含了“五防” 檢查模塊，能根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)自動(dòng)判斷是否滿足“五防”規(guī)則。開(kāi)票培訓(xùn)時(shí)，教員可以取消 “五防”檢查功能，增加開(kāi)票的難度，加深培訓(xùn)效果。C、教員系統(tǒng)軟件教員系統(tǒng)軟件包括學(xué)員機(jī)控制模塊和培訓(xùn)進(jìn)程控制模塊。
12
變電站培訓(xùn)室學(xué)員 機(jī)(二次設(shè)備仿真)
變電站培訓(xùn)室學(xué)員 機(jī)(一次設(shè)備仿真)
集中培訓(xùn)室學(xué)員機(jī) (二次設(shè)備仿真)
集中培訓(xùn)室學(xué)員機(jī) (一次設(shè)備仿真)
118.2
435.5 431.3
15.1 0.257 435.8
431.6 14.1 0.207
13.9
427.8
426.7 0.133 0.073
429.9
428.8 0.123 0.063
39.9 432.5 431.8 0.381 0.077 432.1 431.3 0.371 0.067 發(fā)生母線故障后，持續(xù)兩分鐘的網(wǎng)絡(luò)流量如下表學(xué)員機(jī)控制模塊提供教員控制學(xué)員計(jì)算機(jī)的手段，其主要功能包括系統(tǒng)配置管 理、系統(tǒng)軟件版本管理、角色管理、培訓(xùn)結(jié)果管理、分布式工況發(fā)布、系統(tǒng)對(duì)時(shí)、系統(tǒng)鎖定、系 統(tǒng)啟停機(jī)等。培訓(xùn)進(jìn)程控制模塊提供控制仿真系統(tǒng)運(yùn)行、監(jiān)視學(xué)員操作和評(píng)估學(xué)員操作過(guò)程的 手段。主要包括教員控制臺(tái)、培訓(xùn)進(jìn)程控制、培訓(xùn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)跟蹤、培訓(xùn)評(píng)估等。實(shí)際應(yīng)用效果系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成后對(duì)遠(yuǎn)程培訓(xùn)功能進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試環(huán)境為集中培訓(xùn)室與變電站培 訓(xùn)室進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)。網(wǎng)絡(luò)連接方案為將集中培訓(xùn)教室內(nèi)的第一培訓(xùn)局域網(wǎng)通過(guò) 路由器連接到電力公司公共信息網(wǎng)，變電站培訓(xùn)室內(nèi)的第二培訓(xùn)局域網(wǎng)通過(guò)電力貓(2M) 與電力公司公共信息網(wǎng)相連。在集中培訓(xùn)室啟動(dòng)電網(wǎng)仿真軟件和一個(gè)變電站仿真軟件及其 一、二次設(shè)備仿真軟件，在變電站培訓(xùn)室運(yùn)行一個(gè)變電站仿真軟件及其一、二次設(shè)備仿真軟 件，變電站仿真軟件、電網(wǎng)仿真軟件通過(guò)通信中間件相連，進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)。采用NetMeter3. 0軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)啟動(dòng)后持續(xù)兩分鐘時(shí)的網(wǎng)絡(luò)流量 如下所示
平均值 (KB/S)
37.9
計(jì)算機(jī) 遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器
方向上傳
最大值 (KB/S)
121.1
最小值 (KB/S)
13.8
下傳上傳下傳上傳下#上#下#上#下貞14 14.2 91.5
203.8 0.133 0.073 251.7
305.9 0.073
平均值 (KB/S)
43.9 47.1 383.5 381.8 6.9 0.236
404.7
408.8 6.1
計(jì)算機(jī)
遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器
變電站培訓(xùn)室學(xué)員 機(jī)(二次設(shè)備仿真)
變電站培訓(xùn)室學(xué)員 機(jī)(一次設(shè)備仿真)
集中培訓(xùn)室學(xué)員機(jī) (二次設(shè)備仿真)
集中培訓(xùn)室學(xué)員機(jī) (一次設(shè)備仿真)‘ 0.991 0.073 0.201
傳從以上數(shù)據(jù)可以看出，遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)流量一般不會(huì)超過(guò) 500KB/S(根據(jù)變電站的規(guī)模稍有變化)，在發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)流量峰值只是較正常值稍微 偏大一點(diǎn)，而網(wǎng)絡(luò)平均流量較正常值還有一定的下降，這是由于正常時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上主要是傳輸 的電網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)計(jì)算潮流狀態(tài)的變化，而故障時(shí)，由于故障過(guò)程中，變電站仿真只需要知道 故障瞬間的值，在故障過(guò)程中學(xué)員不需要看到故障時(shí)電網(wǎng)潮流的快速變化過(guò)程，可以不傳 輸故障中的潮流變化，因此網(wǎng)絡(luò)平均流量反而減少，這種方式可以省出更多的時(shí)間來(lái)處理 保護(hù)裝置的動(dòng)作狀態(tài)信息變化。本技術(shù)方案全面仿真了申請(qǐng)人所屬電網(wǎng)公司的500kV電網(wǎng)輸變電運(yùn)行的主要環(huán) 節(jié)，實(shí)現(xiàn)了 500kV變電站的分布式三維仿真培訓(xùn)，可以正確反映變電站、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)和 電網(wǎng)的相互作用、相互影響，提高了整個(gè)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的真實(shí)性和正確性。本仿真系統(tǒng)可以通過(guò)教員控制臺(tái)控制多個(gè)學(xué)員臺(tái)同時(shí)進(jìn)行相同或不同內(nèi)容的培 訓(xùn)，可以滿足規(guī)模培訓(xùn)與技能鑒定的要求。本仿真系統(tǒng)是一個(gè)新型開(kāi)放的可分布于各地的系統(tǒng)，在變電站人機(jī)交互上采用虛 擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了三維變電站仿真，操作方便，形象生動(dòng)，學(xué)員可以在三維場(chǎng)景中巡視檢 查和虛擬操作。本發(fā)明可廣泛用于變配電系統(tǒng)的培訓(xùn)領(lǐng)域。
方向上傳下傳上傳下傳上傳下傳上傳下傳上傳
權(quán)利要求
一種分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括集中培訓(xùn)教室和分布于其它地點(diǎn)的至少一個(gè)變電站培訓(xùn)教室，其特征在于在集中培訓(xùn)教室設(shè)置包括遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器、教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和學(xué)員機(jī)組成的第一仿真培訓(xùn)局域網(wǎng)；在變電站培訓(xùn)教室設(shè)置一套包括教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和學(xué)員機(jī)組成的第二仿真培訓(xùn)局域網(wǎng)；所述的第一、第二仿真培訓(xùn)局域網(wǎng)之間，經(jīng)過(guò)企業(yè)網(wǎng)/廣域網(wǎng)等公共網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行連接，構(gòu)成一個(gè)既能進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)、又能進(jìn)行就地培訓(xùn)的網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)系統(tǒng)；所述集中培訓(xùn)教室中的教員機(jī)和學(xué)員機(jī)發(fā)出的操作和控制命令，首先發(fā)送到遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器進(jìn)行處理，然后由遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器通過(guò)通信中間件把數(shù)據(jù)發(fā)送到變電站培訓(xùn)教室中的變電站仿真服務(wù)器；所述變電站培訓(xùn)教室中的變電站仿真服務(wù)器接收變電站培訓(xùn)教室中學(xué)員機(jī)的操作命令和遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的操作命令及潮流數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理后把變電站設(shè)備狀態(tài)信息發(fā)送到遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)變電站遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)；所述的三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)采用分布式仿真通信中間件作為分布式應(yīng)用的基礎(chǔ)，遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器、教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和學(xué)員機(jī)上都部署有通信中間件，通信數(shù)據(jù)首先發(fā)送給通信中間件，通信中間件根據(jù)數(shù)據(jù)的定購(gòu)關(guān)系找到訂購(gòu)者，然后把數(shù)據(jù)發(fā)送到訂購(gòu)者所在的計(jì)算機(jī)，訂購(gòu)者通過(guò)通信中間件接口獲得數(shù)據(jù)；所述的通信中間件提供通用的通信和管理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的發(fā)布/訂購(gòu)機(jī)制，有效地減少了網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量，將分布在不同地點(diǎn)的仿真應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成分布式遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述 的遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器，包括電網(wǎng)仿真軟件和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；所述的電網(wǎng)仿真軟件實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng) 潮流計(jì)算和繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的仿真，它通過(guò)通信中間件接口接收培訓(xùn)操作命令，由潮 流計(jì)算模塊、繼電保護(hù)仿真模塊把培訓(xùn)操作命令信息轉(zhuǎn)變成輸電系統(tǒng)的擾動(dòng)信息然后進(jìn)行 模擬計(jì)算，計(jì)算結(jié)果寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)并發(fā)送給變電站仿真服務(wù)器、教員機(jī)和學(xué)員機(jī)；所述的 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)由教員機(jī)和學(xué)員機(jī)發(fā)出培訓(xùn)操作命令信息以及由電網(wǎng)仿真軟件和變 電站仿真軟件產(chǎn)生的潮流數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、保護(hù)動(dòng)作信息等仿真數(shù)據(jù)；所述的教員機(jī)包括教員系統(tǒng)軟件；教員系統(tǒng)軟件用來(lái)控制仿真系統(tǒng)運(yùn)行、設(shè)置故障和 操作、監(jiān)視和維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、組織和管理仿真數(shù)據(jù)、編制和下發(fā)教案；所述的變電站仿真服務(wù)器包括變電站仿真軟件；變電站仿真軟件接收電網(wǎng)仿真軟件的 潮流計(jì)算結(jié)果，以及來(lái)自教員機(jī)、學(xué)員機(jī)的操作控制命令，模擬變電站內(nèi)控制系統(tǒng)設(shè)備、量 測(cè)系統(tǒng)設(shè)備、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、交直流系統(tǒng)設(shè)備的動(dòng)作和行為，把設(shè)備的狀態(tài)量、仿真 數(shù)據(jù)發(fā)送到教員機(jī)和學(xué)員機(jī)進(jìn)行顯示，同時(shí)上傳給電網(wǎng)仿真軟件進(jìn)行處理和寫入實(shí)時(shí)庫(kù)；所述的學(xué)員機(jī)，包括監(jiān)控仿真軟件、變電站一次設(shè)備仿真軟件、變電站二次設(shè)備仿真軟 件；監(jiān)控仿真軟件模擬變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，包括遙控、遙調(diào)、遙信、遙測(cè)、曲線、報(bào) 表的顯示及處理；變電站一次設(shè)備仿真軟件和變電站二次設(shè)備仿真軟件分別用三維圖形模 擬變電站一二次設(shè)備的外觀、空間布局、狀態(tài)及動(dòng)作行為，構(gòu)建三維變電站虛擬場(chǎng)景。
3.按照權(quán)利要求1所述的分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述 的分布式仿真通信中間件，包括一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)，其封裝了一組與應(yīng)用無(wú)關(guān)的通用的通信及管理服務(wù)函數(shù)，部署在遠(yuǎn)程培訓(xùn)服務(wù)器、教員機(jī)、變電站仿真服務(wù)器和學(xué)員機(jī)上，為仿真應(yīng)用 軟件之間的交互提供通用服務(wù)；所述的分布式仿真通信中間件至少包括同步、仿真應(yīng)用管 理、聲明管理、時(shí)間管理、數(shù)據(jù)分發(fā)管理等服務(wù)。
4.按照權(quán)利要求1所述的分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述 的仿真應(yīng)用軟件至少包括電網(wǎng)仿真軟件、變電站仿真軟件、監(jiān)控仿真軟件、變電站一次設(shè)備 仿真軟件、變電站二次設(shè)備仿真軟件和變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)仿真培訓(xùn)軟件；所述的仿真 應(yīng)用軟件按照下列步驟通過(guò)通信中間件實(shí)現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)交互步驟1 仿真應(yīng)用調(diào)用仿真應(yīng)用管理服務(wù)，以仿真應(yīng)用的名稱為參數(shù)向通信中間件注 冊(cè)仿真應(yīng)用，獲得仿真應(yīng)用句柄；步驟2 仿真應(yīng)用調(diào)用時(shí)間管理服務(wù)，把所采取的時(shí)間管理策略通知通信中間件并得 到仿真系統(tǒng)的當(dāng)前仿真時(shí)間；步驟3 仿真應(yīng)用調(diào)用聲明管理服務(wù)，以仿真應(yīng)用句柄、類(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))名稱、屬性名 稱、接收/發(fā)送約束條件為參數(shù)，通知通信中間件仿真應(yīng)用能夠輸出的類及約束條件，即進(jìn) 行數(shù)據(jù)發(fā)布；同樣，仿真應(yīng)用調(diào)用聲明管理服務(wù)向通信中間件聲明能夠接收的類及約束條 件，即進(jìn)行數(shù)據(jù)訂購(gòu)；仿真應(yīng)用進(jìn)行發(fā)布和訂購(gòu)后，獲得類(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))及屬性的句柄；步驟4:仿真應(yīng)用調(diào)用時(shí)間管理服務(wù)向通信中間件請(qǐng)求推進(jìn)仿真時(shí)間，然后等待通信 中間件批準(zhǔn)；步驟5 仿真應(yīng)用調(diào)用數(shù)據(jù)分發(fā)管理服務(wù)接收通信數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理；步驟6:仿真應(yīng)用按照發(fā)送數(shù)據(jù)的類及約束條件構(gòu)造數(shù)據(jù)包，調(diào)用數(shù)據(jù)分發(fā)管理服務(wù) 發(fā)送數(shù)據(jù)，通信中間件根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的類句柄查找訂購(gòu)者(仿真應(yīng)用)，再用數(shù)據(jù)包中的約 束條件與訂購(gòu)者的約束條件進(jìn)行比較，把數(shù)據(jù)發(fā)送給滿足約束條件的訂購(gòu)者；步驟7 如果仿真培訓(xùn)過(guò)程沒(méi)有結(jié)束，則繼續(xù)步驟4 步驟6的循環(huán)處理；如果仿真 培訓(xùn)過(guò)程結(jié)束，則仿真應(yīng)用調(diào)用通信中間件的服務(wù)釋放類句柄、屬性句柄、取消時(shí)間管理策 略、取消仿真應(yīng)用句柄，然后退出運(yùn)行。
5.按照權(quán)利要求2或4所述的分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于 所述的變電站一次設(shè)備仿真軟件，采用三維圖形展示變電站一次設(shè)備外觀及設(shè)備之間的空 間布局，構(gòu)建了變電站一次設(shè)備三維虛擬場(chǎng)景；變電站一次設(shè)備仿真軟件與變電站仿真軟 件連接，接收設(shè)備狀態(tài)和動(dòng)作信息，用三維圖形顯示變電站一次設(shè)備正常、異常、事故狀態(tài) 及其動(dòng)作過(guò)程。
6.按照權(quán)利要求2或4所述的分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于 所述的變電站二次設(shè)備仿真軟件，采用三維圖形生成變電站二次設(shè)備虛擬裝置組件，利用 裝置組件組裝二次設(shè)備虛擬屏盤，按照仿真變電站主控室、繼保室的實(shí)際設(shè)備及布置選取 虛擬裝置和虛擬屏盤搭建變電站虛擬主控室和繼保室，實(shí)現(xiàn)變電站二次設(shè)備場(chǎng)景的再現(xiàn)； 變電站二次設(shè)備仿真軟件與變電站仿真軟件連接，接收設(shè)備狀態(tài)和動(dòng)作信息，用三維圖形 顯示變電站控制及保護(hù)設(shè)備正常、異常、事故狀態(tài)的現(xiàn)象。
7.按照權(quán)利要求2、4、5或6所述的分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征 在于所述的變電站一次設(shè)備仿真軟件和變電站二次設(shè)備仿真軟件分別實(shí)現(xiàn)變電站一次設(shè) 備的三維再現(xiàn)和主控制室、繼電保護(hù)小室的三維再現(xiàn)，共同構(gòu)成完整的變電站三維虛擬場(chǎng) 景；學(xué)員通過(guò)鍵盤在虛擬場(chǎng)景中巡視和漫游，用鼠標(biāo)對(duì)虛擬設(shè)備進(jìn)行檢查和操作；學(xué)員在三維虛擬場(chǎng)景中按照現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢卡的模式和內(nèi)容進(jìn)行一、二次設(shè)備的巡視檢查，按照規(guī)范化 的處理流程進(jìn)行缺陷處理及匯報(bào)；學(xué)員所做全部檢查、操作及處理都自動(dòng)記錄，便于教員評(píng) 價(jià)。
8.按照權(quán)利要求2、4、5或6所述的分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征 在于所述的變電站一次設(shè)備仿真軟件、變電站二次設(shè)備仿真軟件、監(jiān)控仿真軟件可以運(yùn)行 于同一臺(tái)學(xué)員計(jì)算機(jī)上。
9.按照權(quán)利要求1所述的分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述 的電網(wǎng)仿真軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)、教員系統(tǒng)軟件可以運(yùn)行于同一臺(tái)教員計(jì)算機(jī)上，在就地培訓(xùn)時(shí)采 用這種運(yùn)行模式。
10.照權(quán)利要求1所述的分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述 的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)用于基于企業(yè)網(wǎng)/廣域網(wǎng)的變電站操作技術(shù)的遠(yuǎn)程培訓(xùn)、就地培訓(xùn)或遠(yuǎn) 程聯(lián)合反事故演習(xí)。全文摘要
一種分布式區(qū)域電網(wǎng)變電站三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，屬數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域。包括集中培訓(xùn)教室和位于其他地點(diǎn)的變電站，在集中培訓(xùn)教室設(shè)置第一仿真培訓(xùn)局域網(wǎng)，其在變電站設(shè)置第二仿真培訓(xùn)局域網(wǎng)；第一、第二仿真培訓(xùn)局域網(wǎng)之間經(jīng)過(guò)企業(yè)網(wǎng)/廣域網(wǎng)等公共網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行連接，構(gòu)成一個(gè)既能進(jìn)行遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)、又能進(jìn)行就地培訓(xùn)的網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)系統(tǒng)；其采用分布式仿真通信中間件作為分布式應(yīng)用的基礎(chǔ)，在每個(gè)仿真應(yīng)用的主機(jī)都部署有通信中間件，通信中間件提供通用的通信和管理服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的發(fā)布/訂購(gòu)機(jī)制，有效地減少了網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)流量，將分布在不同地點(diǎn)的仿真應(yīng)用有機(jī)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成分布式遠(yuǎn)程聯(lián)合仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。可廣泛用于變配電系統(tǒng)的技能培訓(xùn)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G09B9/00GK101894488SQ20101023585
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者余波, 馮可, 莊建, 張輝, 徐正清, 李志義, 李煉, 林尉, 梁厚軍, 沈勇, 車平, 陳寧, 陳敏 申請(qǐng)人:上海市電力公司超高壓輸變電公司;北京科東電力控制系統(tǒng)有限責(zé)任公司