水电站培训仿真系统在五强溪水电厂的实现

徐晓莉

摘要：目前，水电站地理位置分散，人员相对精简，如果经常性的抽调大批运行人员到培训中心集中进行培训，有可能影响到正常的生产秩序。为了满足水电站运行值班人员的培训需求，提高培训效率，可以对其进行远程培训。随着Internet技术的发展，以及网络带宽的不断增大，使得远程模式的水电站仿真培训成为可能。在不影响生产的情况下，SD8000-SIM水电站培训仿真系统可以让新老员工有更多的实际操作机会，提高培训效率，降低培训成本。

关键词：培训仿真系统;SD8000-SIM;远程模式

引言

五强溪水电厂以及所属五凌电力公司员工多，培训任务重，往往受已运行电厂安全因素的制约，学员实际动手操作的机会很少，培训受到影响。在这种矛盾下，迫切需要一种现代化的培训手段[1]。仿真系统作为一种现代化的培训工具，其功能丰富，性能良好，能够实时而逼真地再现系统的动态过程。学员进行仿真培训，与传统的培训方式相比，培训的层次深，效果好，效率高。仿真系统还可以在一定程度上作为原型电站的运行参照系统，进行事故预想试验与安全分析，经济运行方式的调试与方案制定，从而对电站的实际运行起指导作用[2]。

1.设计思想

五强溪水电厂培训仿真系统主要按照如下思想设计：

模型水电站的机组手自动开停机过程，故障处理过程等。实时显示调节过程中主设备、辅助设备等数据变化，运行操作人员可以在界面上巡视并模拟操作，操作过程引起的数据变化全部由水机电模型模拟出来[3]。参照水电站运行规程，将其编辑成仿真题库。运行操作人员可以通过选择运行仿真题库中的题目来进行测试，并通过自动评分系统来进行自动评分。

具体水电站运行仿真系统结构图，如图1所示。

2.系统总体结构

2.1 硬件结构

五强溪水电仿真系统包括一台仿真主机、二台就地操作站，二十台学员操作站及一台历史服务器。学员站双显配置，另还配备投影系统、电源系统、网络交换机、音响设备、头戴式耳机等各种仿真设备。硬件系统结构图，大体如图2所示。

2.2软件结构

仿真系统的软件系统，保证在硬件系统的支持下，实现仿真机的全部功能，满足整体性能要求，对系统的开发、扩充、修改、调试提供最大限度的支持。仿真的实现基于仿真支撑平台，在仿真支撑平台可进行灵活自由的组态和配置，实现各种需求。

五强溪仿真支撑平台见图3所示，包括下面4个部分。

1）图形支撑平台

图形支撑平台分为二维和三维两个部分。

（1）二维图形的支撑平台

根据五强溪水电厂提供的主接线、厂用电系统、辅机油气水系统图纸，在SD8000二维平台上进行画面绘制与组态。

（2）三维图形的支撑平台

三维平台主要使用3Ds Max进行开发设计，3Ds Max是基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，它集建模、材质、灯光、渲染、动画、输出于一体[4]。平台对五强溪电厂所有场景及现地设备进行仿真，并提供了三维漫游操作、设备控制、工具使用、以及利用粒子系统模拟着火、冒烟、爆炸等技术。实现运行人员的所有现地设备操作，并完成数据交互，从而为运行人员提供了逼真的现场感受。本仿真培训系统以水电站三维虚拟仿真模型为基础，设计了丰富的交互功能，能让用户在虚拟场景中进行漫游浏览、设备认知、设备操作和运行仿真培训，实现了水电站培训的相关功能[5]。如图4。

2）建模平台

（1）设备模型建模平台

用户可根据五强溪的实际情况，建立相应的设备列表。本系统将五强溪水电厂牵涉到的所有设备类型纳入建模平台中，用户选择相应的設备类型并进行参数配置就可以了。如图5。

（2）设备关系模型建立平台

五强溪水电站的设备仿真模型之间通过参数建立联系，本系统通过功能模块联系和参数联系两种方式将这些设备联系在一起。

3）数据配置平台

五强溪仿真系统牵涉到的数据特别多，不同电厂的二维平台的数据是不同的，不同设备也不同，3D平台牵涉到的数据更多，不仅包括基本数据，还要包括不同设备的位置信息，颜色信息。这些都需要数据配置平台实现不同数据的配置。

4）教练员系统平台

教练系统平台主要进行五强溪初始工况设置、故障设置、场景设置、考试题目设置、学员水平测试、学员水平鉴定。本仿真系统提供基于WEB的教练员系统平台。

3.SD8000-SIM仿真系统特点

1）可扩展性

（1）支持面向对象的模块化建模，技术先进，自动化程度高。系统可以支持不同类型的设备建模，每次建模只要通过修改相关配置文件就能轻松完成，这样很容易扩展到不同类型的机组和不同电厂。

（2）使用者不用直接修改程序，通过配置界面即可实现模块的选择组合、增添及模块间的连接和参数改变等工作。

2）仿真模型专业性

仿真培训系统的主要难点在于对象的不同，包括机组类型、变压器类型的不同，机组运行的流程不同，变电站的接线方式不一样，为此，特地开发出了：

（1）流程组态技术：根据不同电站机组运行的流程不一样来进行灵活的组态;

（2）对象组态技术：对于机组不同的类型来进行不同的机组属性组态;

（3）图库一体化技术：对于开关站不同的接线方式，在二维中就可以形成相应接线图。

3）强大的教练员台功能

仿真系统为教练员准备了题库系统：其中包括（1）巡视仿真试题库;（2）操作仿真试题库;（3）故障处理仿真试题库;本仿真系统还为教练员开发了智能评分系统：在学员上机培训后，选题操作，由自动评分系统自动给出成绩。这样为教练员省去了大量繁重的对比工作。

4）三维建模技术

采用OSG三维建模技术，为图形元素和状态的编程提供了标准化的接口，将3D场景定义为空间中一系列连续的对象，以进行三维世界的管理。

4.结语

五强溪水电厂培训仿真系统于2013年4月进入系统现场安装调试，2013年5月投入试运行，2013年8月31日竣工验收。目前系统运行稳定，可靠。SD8000-SIM系统功能实用，使用方便，可扩充性强，有较强的二次开发能力，具有很高的推广价值。并且之后也该仿真系统相继用于浙能滩坑电站，云南景洪电厂等，效果良好。

参考文献

[1] 张广涛，邓友汉，程远楚 基于生产过程建模的水电厂仿真培训系统[J].水电站机电技术，2013，（3）：73-75

[2] DL/T 1024-2006 水电仿真机技术规范[S].2006.

[3] 马杰，李斌 水电厂仿真培训系统研究 中国水力发电工程学会信息化专委会2009年学术交流会论文集

[4] 李果，黄帅 中文版3ds Max标准教程[M]，上海，上海科学普及出版社2004-7-1

[5] 何新颖，乐毅 基于虚拟现实技术的水轮发电机组运行仿真[J].中国农村水利水电，2016，（1）：137-144

[6] 袁小燕，何牧 二滩水电开发有限责任公司培训仿真系统设计及功能介绍[J].水电厂自动化，2012，（1）：9-12

（作者单位：南京河海南自水电自动化有限公司）