CN111652760A - 一种电网运维虚拟现实仿真系统及仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电网仿真领域，提供了电网运维虚拟现实仿真系统及仿真方法。其中，电网运维虚拟现实仿真系统包括支撑模块，其内设有模型库和数据驱动库，模型库内存储有由图元符号及图元符号关联算法构成的仿真模型，图元符号关联算法以动态链接形式存储；数据驱动库内存储有仿真模型运行的数据驱动配置文件；培训模块，其用于从支撑模块中调取与预设培训需求相匹配的仿真模型，搭建电网运维设备模型，搭建完成后向虚拟现实模块发送仿真模型运行命令；虚拟现实模块，其用于响应仿真模型运行命令并从支撑模块中读取电网运维设备模型的数据驱动配置文件，动态生成虚拟操作环境。
Description
技术领域
本发明属于电网仿真领域，尤其涉及一种电网运维虚拟现实仿真系统及仿真方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前国内外主要通过实物模型的方式搭建电网运维培训系统，系统的针对性和维护成本较高。且发明人发现，仿真系统只能单独进行运行或设备检修培训，检修培训采用真实设备模拟，成本高、维护工作量大，检修效果无法嵌入电网运行环境中进行评估。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种电网运维虚拟现实仿真系统及仿真方法，其一方面降低了实训设施的建设成本，另一方面可根据特高压及智能电网的发展变化，同步更新实训系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一方面提供一种电网运维虚拟现实仿真系统，包括：
支撑模块，其内设有模型库和数据驱动库，模型库内存储有由图元符号及图元符号关联算法构成的仿真模型，图元符号关联算法以动态链接形式存储；数据驱动库内存储有仿真模型运行的数据驱动配置文件；
培训模块，其用于从支撑模块中调取与预设培训需求相匹配的仿真模型，搭建电网运维设备模型，搭建完成后向虚拟现实模块发送仿真模型运行命令；
虚拟现实模块，其用于响应仿真模型运行命令并从支撑模块中读取电网运维设备模型的数据驱动配置文件，动态生成虚拟操作环境。
本发明的第二方面提供一种基于电网运维虚拟现实仿真系统的仿真方法，其包括：
利用培训模块根据预设培训需求从模型库中调取相匹配的仿真模型，搭建电网运维设备模型；当电网运维设备模型搭建完成后，向虚拟现实模块发送仿真模型运行命令；
利用虚拟现实模块接收仿真模型运行命令，从支撑模块中读取电网运维设备模型的数据驱动配置文件，动态生成虚拟操作环境。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的电网运维虚拟现实仿真系统，包括支撑模块、培训模块和虚拟现实模块，利用支撑模块存储仿真模型的模型库和数据驱动库，该支撑模块支撑不同电压等级、不同类型变电站典型设备和二次系统的图形建模和典型地区调度电网的潮流计算。同时，能够支持电网、信通等专业的仿真系统开发，而且算法库以动态链接库的形式存在，当算法改变时，只需要重新生成算法动态链接库，不需要重新生成模型驱动程序，实现了模型驱动与算法库的分离，更容易做到算法库的开放；实现了模型驱动与算法库的分离；
(2)虚拟现实模块接收仿真模型运行命令，从所述支撑模块中读取电网运维设备模型的配置文件，动态生成操作环境，对虚拟设备进行运维及故障处理，这样能够将故障嵌入到仿真环境中，以较小颗粒度实现电网仿真培训的巡视操作、设备运维检修、运行和事故处理的全面支撑，降低了检修培训成本。同时，易于维护，便于集中管理，将成为仿真培训系统发展的主流方向。此外还能使一线员工身临其境感知真实设备特性，提高电力安全生产作业的技能。
(3)本发明扩大了电力通信运维人员培训量，打破硬件设备对电网运维检修作业培训的限制；节约培训成本，减少对硬件真实设备的建设投入；具有巨大的经济效益，便于建设、易于推广交流；融入电力物联网中，创造“时时能学、处处可练”的实训环境。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例的一种电网运维虚拟现实仿真系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图1给出了本发明实施例的一种电网运维虚拟现实仿真系统，其包括：
(1)支撑模块，其内设有模型库和数据驱动库，模型库内存储有由图元符号及图元符号关联算法构成的仿真模型，图元符号关联算法以动态链接形式存储；数据驱动库内存储有仿真模型运行的数据驱动配置文件。
在具体实施中，支撑模块的功能主要有两点，一是作为支撑系统，二是作为激励系统。作为支撑系统，它提供给仿真机模型构建人员，建立仿真模型库；作为激励系统，它运算仿真模型，提供数据驱动。电网仿真培训支撑模块包括模块化图形化建模工具、人机界面软件工具、教员系统、数据库等。该工具支撑不同电压等级、不同类型变电站典型设备和二次系统的图形建模和典型地区调度电网的潮流计算。同时，能够支持电网、信通等专业的仿真系统开发。
算法管理软件维护管理一个算法库，该算法库以动态链接库的形式存在。算法的定义。采用动态链接库有以下几个好处：(1)当算法改变时，只需要重新生成算法动态链接库，不需要重新生成模型驱动程序，实现了模型驱动与算法库的分离，更容易做到算法库的开放。(2)实现了模型驱动与算法库的分离，模型驱动使得算法的修改更快、更易，同时使得建模程序的规模缩小。在仿真算法中，对象的输入和输出，按照一定的准则分类成组，它们共同定义对象的某一类特征，称之为成组类型定义。例如，为了描述电厂仿真机中的水蒸气、烟气等，我们可以把压力、流量、温度和焓值四个参数合成一个成组类型定义，在图形建模中对象之间只需建立一个连接，即可在连接对象中对应四个变量分别建立连接。
其中，模型驱动存在于支撑模块，模型驱动开发是软件开发的一种样式，其中主要的软件工件是模型，根据最佳实践，可以从这些模型生成代码和其他工件。模型是从特定角度对系统进行的描述，它省略了相关的细节，因此可以更清楚地看到感兴趣的特性。例如，结构工程师会创建适合于确定建筑物承载特性的模型。
算法针对仿真对象，在有限步骤内模拟该对象的动态过程所使用的一组定义明确的规则。通俗点说，就是用计算机程序模拟某一仿真对象的动态过程。在这个过程中，无论是形成解题思路还是编写程序，都是在实施某种算法。前者是推理实现的算法，后者是操作实现的算法。图符是可视操作系统的重要元素，图符是一种标志它代表某一设备对象。在图形建模中用户只需双击设备图符，就可编辑设备参数。采用图形连接的方式把对象的输出变量引入另一对象的输入变量。对象输入输出较多时，为了准确定位输入输出的次序，把对象的输入输出次序与图标的特定位置进行固定，这些固定的区域称设备引脚。
映射关系是指一个设备只能有一个算法和一个图标与之对应，而一个算法可以对应多个设备和多个图标。例如，从设备的角度来讲，电动马达只能有一个算法和一个图标与之对应；从算法的角度来讲，同一个算法可以是多个设备的行为，从而可以建立多个图标。这就是说同一个算法可以以多个设备的形式表现出来。
在具体实施中，使用图元管理工具对算法进行管理，图元管理工具的主要功能是定义算法属性和管理图元，供图形建模系统使用。图元管理工具在图符与算法之间建立映射关系，为图元结构制定图符文件、相应的算法，给出图元的类别、与之算法系数、确定输入和输出引脚的个数、设置每个引脚的位置、制定每个引脚与算法的输入输出之间的对应关系等。图元管理工具在图元定义的基础上，用图形化的方式完成仿真模型的建立、编辑、调试和维护等工作。
模型软件通常由设备模块、算法以及设计数据组成并由模型计算引擎完成计算过程。在系统的搭建过程中只需按现场的工艺流程将相应图形模块连线，进行数据预处理后，即可完成设备和过程的模拟。
(2)培训模块，其用于根据预设培训需求从所述支撑模块中调取相匹配的仿真模型，搭建电网运维设备模型；当电网运维设备模型搭建完成后，向虚拟现实模块发送仿真模型运行命令。
通过预置故障和排除故障考核指标，对培训学员操作结果进行考核。
例如：具体考核指标依托国网公司技能评价指导中心高级考评员分析仿真预置故障编制故障排除考核表。考核为实操考核，通过对仿真系统故障排除的规范化步骤及故障排除质量分项赋分。例如：《SDH同步时钟丢失故障处置》考核项目，根据提供预置虚拟故障的SDH网络，分析查找某从时钟网元(网元，就是现实中的SDH设备在仿真系统里面的对象)同步时钟信号丢失的原因，并恢复设备时钟源。考核要求：
(a)利用虚拟网管登录故障网元，查询相关告警信息。
(b)根据查询到的相关告警信息，结合网络拓扑结构，确定故障原因；根据拓扑结构增加故障网元的时钟定时信号源，恢复同步时钟；修复故障的定时信号。
(c)检查网络的时钟视图，确保各网元都能同步主时钟源信号。
(d)备份网元网管数据。
(3)虚拟现实模块，其用于响应仿真模型运行命令并从支撑模块中读取电网运维设备模型的数据驱动配置文件，动态生成虚拟操作环境。
比如，动态生成VR操作环境，通过VR操作对虚拟设备进行运维及故障处理。
在具体实施中，虚拟现实模块作为人机交互的界面。将电力系统、设备图形建模，人机界面和VR技术融为一体，将故障嵌入到仿真环境中，以较小颗粒度实现电网仿真培训的巡视操作、设备运维检修、运行和事故处理的全面支撑，降低了检修培训成本。同时，易于维护，便于集中管理，将成为仿真培训模块发展的主流方向。此外还能使一线员工身临其境感知真实设备特性，提高电力安全生产作业的技能。
在具体实施例中，支撑模块与虚拟现实模块之间共享内存。这样提高了数据之间通信的效率。
(4)通信模块，其用于实现支撑模块与虚拟现实模块之间的相互通信。
在具体实施中，支撑模块与虚拟现实模块之间的通信满足如下要求：快速响应、高效传输、快速呈现。电网运维仿真培训支撑模块必然会产生大量的控制信息和运行数据，将这些控制信息和运行数据高效快速的进行编码、传递、解码、呈现不仅仅是衡量电网仿真系统的一个重要指标，此外，由于虚拟现实模块本身的技术特点而对所使用的数据有较高的要求，因此将直接影响用户的感官体验。
本实施例的一种基于电网运维虚拟现实仿真系统的仿真方法，包括：
利用培训模块根据预设培训需求从模型库中调取相匹配的仿真模型，搭建电网运维设备模型；当电网运维设备模型搭建完成后，向虚拟现实模块发送仿真模型运行命令；
利用虚拟现实模块接收仿真模型运行命令，从支撑模块中读取电网运维设备模型的数据驱动配置文件，动态生成虚拟操作环境。
比如：动态生成VR操作环境，通过VR操作对虚拟设备进行运维及故障处理。
本实施例扩大了电力通信运维人员培训量，打破硬件设备对电网运维检修作业培训的限制；节约培训成本，减少对硬件真实设备的建设投入；具有巨大的经济效益，便于建设、易于推广交流；融入电力物联网中，创造“时时能学、处处可练”的实训环境。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电网运维虚拟现实仿真系统，其特征在于，包括：
支撑模块，其内设有模型库和数据驱动库，模型库内存储有由图元符号及图元符号关联算法构成的仿真模型，图元符号关联算法以动态链接形式存储；数据驱动库内存储有仿真模型运行的数据驱动配置文件；
培训模块，其用于从支撑模块中调取与预设培训需求相匹配的仿真模型，搭建电网运维设备模型，搭建完成后向虚拟现实模块发送仿真模型运行命令；
虚拟现实模块，其用于响应仿真模型运行命令并从支撑模块中读取电网运维设备模型的数据驱动配置文件，动态生成虚拟操作环境。
2.如权利要求1所述的电网运维虚拟现实仿真系统，其特征在于，所述电网运维虚拟现实仿真系统还包括通信模块，所述通信模块用于实现支撑模块与虚拟现实模块之间的相互通信。
3.如权利要求2所述的电网运维虚拟现实仿真系统，其特征在于，所述通信模块中同时运行四个线程：数据接收和解包线程、数据打包和发送线程、命令下发线程以及状态诊断线程。
4.如权利要求3所述的电网运维虚拟现实仿真系统，其特征在于，数据接收和解包线程用于实现控制信息和运行数据的接收和解码；数据打包和发送线程用于实现控制信息和数据的传递。
5.如权利要求3所述的电网运维虚拟现实仿真系统，其特征在于，命令下发线程用于实现控制信息和数据的传递；状态诊断线程用于实现其它三个线程的调度检测，分析呈现传输故障。
6.如权利要求1所述的电网运维虚拟现实仿真系统，其特征在于，所述支撑模块与虚拟现实模块之间共享内存。
7.如权利要求1所述的电网运维虚拟现实仿真系统，其特征在于，在所述支撑模块中，采用图元管理工具定义算法属性和管理图元，供图形建模系统使用。
8.如权利要求7所述的电网运维虚拟现实仿真系统，其特征在于，采用图元管理工具在图元符号与图元符号关联算法之间建立映射关系，为图元结构制定图符文件、相应的算法，给出图元的类别、与之算法系数、确定输入和输出引脚的个数、设置每个引脚的位置和制定每个引脚与算法的输入输出之间的对应关系。
9.如权利要求1所述的电网运维虚拟现实仿真系统，其特征在于，在所述培训模块中还预置故障和排除故障考核指标，实现对培训学员的操作结果进行考核。
10.一种基于如权利要求1-9中任一项所述的电网运维虚拟现实仿真系统的仿真方法，其特征在于，包括：
利用培训模块根据预设培训需求从模型库中调取相匹配的仿真模型，搭建电网运维设备模型；当电网运维设备模型搭建完成后，向虚拟现实模块发送仿真模型运行命令；
利用虚拟现实模块接收仿真模型运行命令，从支撑模块中读取电网运维设备模型的数据驱动配置文件，动态生成虚拟操作环境。
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