安徽南瑞继远电网技术有限公司 华书晶

变电站仿真系统虚拟环境的研究及应用

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简述了变电站仿真系统的模式，综合介绍了变电站仿真系统的主要技术要求和功能，初步对虚拟环境在变电站仿真系统的应用进行分析，简要介绍其功能特征和相关技术概念。虚拟现实技术的发展为变电站仿真系统的完善和功能开发奠定坚实的技术基础，使其更加经济实用、操作灵活、运行稳定。

变电站仿真；虚拟

0 引言

电网的安全运行是影响国计民生至关重要的工作。而电网设备的安全运行要由继电保护和其他相关安全自动装置的正确动作来保证。运行中的电网不可能也不允许通过直接试验来监测和保证运行设备的安全状态，所以比较可行的方式就是针对电网运行情况进行事故实验研究。因此只能采用仿真的方法来进行模拟事故试验。除电网设备的安全运行保障电网安全外，电力系统运行人员岗位操作技能也是影响安全的重要因素之一。随着电网调度仿真系统的广泛应用，变电站仿真系统应时而生。变电站仿真系统也由最初的带硬件盘台，工作站模式，发展为采用PC机，甚至纯软件仿真模式，并针对变电站特点，增加了智能培训和知识学习功能。

1 变电站仿真系统的模式、系统功能

1.1 变电站仿真系统模式

盘台模式：

开关控制屏、保护屏、自动化屏等硬件按照实际变电站1:1大小进行模拟，组成变电站的主控室和保护室，再配备相应的后台计算机硬件和仿真软件，支持和联动主控室和保护室的操作和显示。

纯软件模式：

按照主控室、保护室、室内外电气设备等划分开发相应图形界面软件，分布在一台或几台计算计上，其他仿真模型、教员管理、工程维护也可分布在一台或几台计算机上；或者整个仿真系统由一个教员机和多个学员机组成，学员机个数不受仿真模型计算速度的限制。

纯软件模式组成灵活，并可应用其他新计算机技术，提高仿真效果。

变电站作为电网中的一个节点，不是一个简单的孤立系统，而是和电网密不可分的有机整体，因此变电仿真系统应是电网仿真和变电站仿真相结合的一体化系统。

1.2 系统功能

变电站仿真系统能实现模拟电网运行变电站及设备的全范围运行工况，能实现模拟变电站的各种正常操作、异常、故障和事故，能正确的反映各类设备的基本物理规律和现象，并保证仿真结果正确，符合现场实际情况。

变电站仿真系统应功能全面、实用，操作灵活，且运行稳定。变电站仿真系统的各种动、静态效果逼真，能为变电运行人员的培训提供一个逼真的运行及操作环境，使变电运行人员得到身临其境的操作演练，从而能提高变电运行人员的技能，不断适应电网对变电运行人员越来越高的要求。

变电站仿真系统能实现站内设备的三维仿真，三维交互式漫游系统能模拟设备的动作过程，及事故时可能存在的各种包含声、光、电的事故现象，能模拟常见的设备运行背景环境（如天气状况），能模拟各类设备异常及相关报警信号。

变电站仿真系统的主要功能是针对变电站运行人员的日常工作需求，为变电站的运行人员提供逼真的培训环境。变电站运行人员的日常工作需求主要为以下方面：1）监视巡视；2)运行操作；3)两票办理；4）事故处理演练等。

变电站仿真系统具备智能评价的功能，能对受训人员在仿真培训中的各项操作进行评价。

仿真系统能对变电运行人员在监视巡视、运行操作、两票办理、事故处理演练等系统模块中进行的仿真操作演练全过程进行回放和记录；能对受训人员操作演练的过程进行分析和评价；能对操作的关键步骤进行量化分值，对受训人员的操作成绩进行打分；并能建立受训人员的培训档案记录。

2 虚拟现实技术在变电站仿真系统中的应用

变电站仿真系统功能之一站内设备的三维仿真，三维交互式漫游系统，利用虚拟环境来作开发是发展必须。虚拟环境就是对现场环境的最真实仿真，以计算机技术为核心，配合精密传感等技术生成虚拟的三维环境。在三维环境中用户和虚拟环境中的客体之间可以进行自然交互，可以感受和体验如真实现场实际操作一般。虚拟环境形式和来源不限，可以是纯粹的数字空间，也可以是对海量数据库的计算分析的可视化，最简单也可以是对实际或历史的真实反映。

(1)电力系统虚拟环境

虚拟环境主要由硬件及软件两部分组成，在相应的硬件体系结构上和适合的软件开发平台及环境上进行具体应用开发。主要由视觉环境系统、听觉环境系统、触觉环境系统等感官系统组成，以建造逼真的虚拟感受环境。

根据电力系统特点，利用虚拟环境技术能逼真反应仿真电网的系统接线及各站接线、开关及刀闸等设备状态，能显示电网潮流、频率、电压及负荷值，能模拟电网及各电压等级变电站的一、二次设备的全范围运行工况和各种正常操作、异常、故障和事故。实现在真实时空中构造出虚拟的电力仿真时空，并将电力系统模型置于该时空中模拟运行，实现逼真可靠实时的电力系统虚拟环境。

(2)软件开发

虚拟现实技术包含数据转换技术、模型标定技术、信息同步技术、识别和合成技术等的融合，开发重中之重应该在各种技术的集成开发上。根据电力系统对象实际需求和特点选用适合的虚拟现实的开发工具，如VR开发平台，分布式虚拟技术。重点开发电力系统实时的三维计算机图形模型，图形软件开发可以选用较成熟的API，OpenGL，或基于 OpenGL开发的Open Inventor，Word Tool Kit，OpenGVS，dVISE等。

3 结束语

随着变电站仿真系统技术的不断发展，变电站仿真系统中采用虚拟环境技术来实现各种逼真的动、静态效果，能为变电运行人员的培训提供一个逼真的运行及操作环境，使变电运行人员得到身临其境的操作演练，变电运行人员在短时间内，真实有效的掌握变电运行技能，而且大大降低电网仿真系统建设成本，减少运行费用，免维护、功能扩展方便。变电站仿真系统采用虚拟现实技术，经济效益和社会效益是极其显著，有效提高变电运行人员的技能，不断适应电网对变电运行人员越来越高的要求。

[1]申蔚,夏立友．虚拟现实技术[M]．北京:希望电子出版社,2002．

[2]张东英,周庆捷,杨以涵．基于网络系统的变电站仿真培训[J]．电力系统自动化,1998,22(3)．