水電站培訓仿真系統在五強溪水電廠的實現

徐曉莉

摘要：目前，水電站地理位置分散，人員相對精簡，如果經常性的抽調大批運行人員到培訓中心集中進行培訓，有可能影響到正常的生產秩序。為了滿足水電站運行值班人員的培訓需求，提高培訓效率，可以對其進行遠程培訓。隨著Internet技術的發展，以及網絡帶寬的不斷增大，使得遠程模式的水電站仿真培訓成為可能。在不影響生產的情況下，SD8000-SIM水電站培訓仿真系統可以讓新老員工有更多的實際操作機會，提高培訓效率，降低培訓成本。

關鍵詞：培訓仿真系統;SD8000-SIM;遠程模式

引言

五強溪水電廠以及所屬五凌電力公司員工多，培訓任務重，往往受已運行電廠安全因素的制約，學員實際動手操作的機會很少，培訓受到影響。在這種矛盾下，迫切需要一種現代化的培訓手段[1]。仿真系統作為一種現代化的培訓工具，其功能豐富，性能良好，能夠實時而逼真地再現系統的動態過程。學員進行仿真培訓，與傳統的培訓方式相比，培訓的層次深，效果好，效率高。仿真系統還可以在一定程度上作為原型電站的運行參照系統，進行事故預想試驗與安全分析，經濟運行方式的調試與方案制定，從而對電站的實際運行起指導作用[2]。

1.設計思想

五強溪水電廠培訓仿真系統主要按照如下思想設計：

模型水電站的機組手自動開停機過程，故障處理過程等。實時顯示調節過程中主設備、輔助設備等數據變化，運行操作人員可以在界面上巡視并模擬操作，操作過程引起的數據變化全部由水機電模型模擬出來[3]。參照水電站運行規程，將其編輯成仿真題庫。運行操作人員可以通過選擇運行仿真題庫中的題目來進行測試，并通過自動評分系統來進行自動評分。

具體水電站運行仿真系統結構圖，如圖1所示。

2.系統總體結構

2.1 硬件結構

五強溪水電仿真系統包括一臺仿真主機、二臺就地操作站，二十臺學員操作站及一臺歷史服務器。學員站雙顯配置，另還配備投影系統、電源系統、網絡交換機、音響設備、頭戴式耳機等各種仿真設備。硬件系統結構圖，大體如圖2所示。

2.2軟件結構

仿真系統的軟件系統，保證在硬件系統的支持下，實現仿真機的全部功能，滿足整體性能要求，對系統的開發、擴充、修改、調試提供最大限度的支持。仿真的實現基于仿真支撐平臺，在仿真支撐平臺可進行靈活自由的組態和配置，實現各種需求。

五強溪仿真支撐平臺見圖3所示，包括下面4個部分。

1）圖形支撐平臺

圖形支撐平臺分為二維和三維兩個部分。

（1）二維圖形的支撐平臺

根據五強溪水電廠提供的主接線、廠用電系統、輔機油氣水系統圖紙，在SD8000二維平臺上進行畫面繪制與組態。

（2）三維圖形的支撐平臺

三維平臺主要使用3Ds Max進行開發設計，3Ds Max是基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件，它集建模、材質、燈光、渲染、動畫、輸出于一體[4]。平臺對五強溪電廠所有場景及現地設備進行仿真，并提供了三維漫游操作、設備控制、工具使用、以及利用粒子系統模擬著火、冒煙、爆炸等技術。實現運行人員的所有現地設備操作，并完成數據交互，從而為運行人員提供了逼真的現場感受。本仿真培訓系統以水電站三維虛擬仿真模型為基礎，設計了豐富的交互功能，能讓用戶在虛擬場景中進行漫游瀏覽、設備認知、設備操作和運行仿真培訓，實現了水電站培訓的相關功能[5]。如圖4。

2）建模平臺

（1）設備模型建模平臺

用戶可根據五強溪的實際情況，建立相應的設備列表。本系統將五強溪水電廠牽涉到的所有設備類型納入建模平臺中，用戶選擇相應的設備類型并進行參數配置就可以了。如圖5。

（2）設備關系模型建立平臺

五強溪水電站的設備仿真模型之間通過參數建立聯系，本系統通過功能模塊聯系和參數聯系兩種方式將這些設備聯系在一起。

3）數據配置平臺

五強溪仿真系統牽涉到的數據特別多，不同電廠的二維平臺的數據是不同的，不同設備也不同，3D平臺牽涉到的數據更多，不僅包括基本數據，還要包括不同設備的位置信息，顏色信息。這些都需要數據配置平臺實現不同數據的配置。

4）教練員系統平臺

教練系統平臺主要進行五強溪初始工況設置、故障設置、場景設置、考試題目設置、學員水平測試、學員水平鑒定。本仿真系統提供基于WEB的教練員系統平臺。

3.SD8000-SIM仿真系統特點

1）可擴展性

（1）支持面向對象的模塊化建模，技術先進，自動化程度高。系統可以支持不同類型的設備建模，每次建模只要通過修改相關配置文件就能輕松完成，這樣很容易擴展到不同類型的機組和不同電廠。

（2）使用者不用直接修改程序，通過配置界面即可實現模塊的選擇組合、增添及模塊間的連接和參數改變等工作。

2）仿真模型專業性

仿真培訓系統的主要難點在于對象的不同，包括機組類型、變壓器類型的不同，機組運行的流程不同，變電站的接線方式不一樣，為此，特地開發出了：

（1）流程組態技術：根據不同電站機組運行的流程不一樣來進行靈活的組態;

（2）對象組態技術：對于機組不同的類型來進行不同的機組屬性組態;

（3）圖庫一體化技術：對于開關站不同的接線方式，在二維中就可以形成相應接線圖。

3）強大的教練員臺功能

仿真系統為教練員準備了題庫系統：其中包括（1）巡視仿真試題庫;（2）操作仿真試題庫;（3）故障處理仿真試題庫;本仿真系統還為教練員開發了智能評分系統：在學員上機培訓后，選題操作，由自動評分系統自動給出成績。這樣為教練員省去了大量繁重的對比工作。

4）三維建模技術

采用OSG三維建模技術，為圖形元素和狀態的編程提供了標準化的接口，將3D場景定義為空間中一系列連續的對象，以進行三維世界的管理。

4.結語

五強溪水電廠培訓仿真系統于2013年4月進入系統現場安裝調試，2013年5月投入試運行，2013年8月31日竣工驗收。目前系統運行穩定，可靠。SD8000-SIM系統功能實用，使用方便，可擴充性強，有較強的二次開發能力，具有很高的推廣價值。并且之后也該仿真系統相繼用于浙能灘坑電站，云南景洪電廠等，效果良好。

參考文獻

[1] 張廣濤，鄧友漢，程遠楚 基于生產過程建模的水電廠仿真培訓系統[J].水電站機電技術，2013，（3）：73-75

[2] DL/T 1024-2006 水電仿真機技術規范[S].2006.

[3] 馬杰，李斌 水電廠仿真培訓系統研究 中國水力發電工程學會信息化專委會2009年學術交流會論文集

[4] 李果，黃帥 中文版3ds Max標準教程[M]，上海，上海科學普及出版社2004-7-1

[5] 何新穎，樂毅 基于虛擬現實技術的水輪發電機組運行仿真[J].中國農村水利水電，2016，（1）：137-144

[6] 袁小燕，何牧 二灘水電開發有限責任公司培訓仿真系統設計及功能介紹[J].水電廠自動化，2012，（1）：9-12

（作者單位：南京河海南自水電自動化有限公司）