CN113191116A - 计算机可读介质及其使用方法、基于图纸实物化二次回路电子仿真系统及其应用 - Google Patents

Abstract

一种存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质及其使用方法，二次回路仿真程序包括：二次回路设备运行逻辑模型用于根据二次回路仿真模型和一次回路输出的物理量数据获取供输出模块输出的二次回路仿真模型的仿真运行工况和二次回路数据；更新模块用于根据调整二次回路仿真模型的数据输入前的二次回路仿真模型和输入模块输入的调整二次回路仿真模型的数据更新二次回路仿真模型。一种二次回路仿真系统及其在二次回路维护作业中的应用，包括控制处理装置和显示设备，控制处理装置用于运行二次回路仿真程序。可以在脱离生产环境的条件下提供安全的、低成本的二次回路维护作业环境。

Description

计算机可读介质及其使用方法、基于图纸实物化二次回路电 子仿真系统及其应用

技术领域

本发明涉及二次回路仿真应用领域，具体涉及一种存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质、一种存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质的使用方法、一种二次回路仿真系统，以及一种二次回路仿真系统在教育领域的应用。

背景技术

二次回路设备维护作业复杂，目前一般采用生产环境下师带徒实操练习的方式进行培训。但生产环境下维护作业失误会带来严重后果，因此，需要提供一种脱离生产环境的二次回路维护作业环境。

当前，电力系统仿真是通过建立变电站内各类设备及地物的三维外观模型，对变电站的结构、布局进行仿真，新学员可借助这些模型，迅速完成设备认知实习、熟悉巡视路线，以及一些简单操作(如开合刀闸、挂地线、标识牌等)。检索后，未发现可以脱离生产环境维护二次回路设备的产品。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种二次回路维护作业训练方法，其用于在脱离作业环境下辅助维护人员练习二次回路维护技能。

本发明的第二目的是提供一种存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，以模拟二次回路运行工况。

本发明的第三目的是提供一种二次回路仿真系统，以提高二次回路运行工况的体验感。

本发明的第四目的是提供一种二次回路仿真系统在教育领域的应用。

本发明的技术方案是：

一种二次回路维护作业训练方法，包括：

输出二次回路维护前仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，及二次回路维护前仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据；

输入维护数据；

根据维护数据更新二次回路维护前仿真模型为二次回路维护后仿真模型，测算二次回路维护后仿真模型仿真运行时的仿真运行工况和二次回路维护后仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据，输出二次回路维护后仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，及二次回路维护后仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。

其中，维护数据即指令维护作业内容的数据。

一般的，二次回路仿真模型仿真运行时，在同一时刻对应于一种仿真运行工况、二次回路输出数据，因此，输出二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况及输出二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据中，仿真运行工况、二次回路输出数据指二次回路仿真模型仿真运行于某一时刻时的仿真运行工况和该时刻下产生的二次回路输出数据。

一种存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，所述二次回路仿真程序包括：

二次回路仿真模型，所述二次回路仿真模型用于呈现二次回路仿真运行工况，所述二次回路仿真模型由二次回路设备模型构造而成，所述二次回路设备模型具有至少一种设备运行形态；

二次回路设备运行逻辑模型，用于根据二次回路仿真模型和一次回路输出的物理量数据获取二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况和二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路数据；

输出模块，用于输出二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据；

输入模块，用于输入调整二次回路仿真模型的数据；

更新模块，用于根据所述调整二次回路仿真模型的数据输入前的二次回路仿真模型和所述调整二次回路仿真模型的数据更新二次回路仿真模型。

其中，更新模块更新二次回路仿真模型，指更新二次回路仿真模型的构成和二次回路仿真模型内设备的设备运行形态。

优选的，调整二次回路仿真模型的数据包括一次回路输出的物理量数据、调整二次回路仿真模型构造的数据和调整二次回路设备模型的设备运行形态的数据中的至少一种；所述更新模块用于更新二次回路仿真模型的二次回路设备模型构成，以及更新二次回路设备模型的设备运行形态。其中，在某一时刻下，二次回路内所有的二次回路设备的设备运行形态构成一种二次回路运行工况。所述更新模块根据调整二次回路仿真模型的数据更新二次回路仿真模型的方法是：更新二次回路仿真模型内的二次回路设备模型，更新二次回路仿真模型中的每一二次回路设备模型对应的设备运行形态；二次回路更新后仿真模型内所有的二次回路设备模型的设备运行形态均更新后，二次回路更新后仿真模型的仿真运行工况更新完毕。

进一步优选的，所述输出模块还用于输出二次回路更新后仿真模型仿真运行时，切换设备运行形态的二次回路设备模型由更新前运行形态切换至更新后运行形态的仿真变化过程。其中，由二维动画显示二次回路设备模型切换期间的仿真变化过程时，二维动画的制作好的动画，由三维模型显示二次回路设备模型切换期间的仿真变化过程时，三维模型可以是带参数的三维模型。

优选的，所述二次回路设备运行逻辑模型包括物理量计算模块和设备运行形态匹配模块，所述物理量计算模块用于根据二次回路仿真模型及一次回路输出的物理量数据计算确定二次回路设备模型的设备运行形态所需的物理量，所述设备运行形态匹配模块用于匹配设备、所述物理量和设备对应的第一设备运行形态。

优选的，所述物理量计算模块采用稀疏矩阵和稀疏矢量技术。这样可以大幅度提高动态仿真的实时性。

优选的，所述二次回路仿真模型的制作方法是：采用激光扫描数据采集设备获取二次回路设备信息，制作二次回路仿真模型。这样，二次回路仿真模型成型速度快，制作效率高，与实际的二次回路设备布局近似度高。

前述的二次回路仿真程序的使用方法，包括以下步骤：运行二次回路仿真程序，输入调整二次回路仿真模型的数据，更新模块更新二次回路仿真模型为更新后二次回路仿真模型，二次回路设备运行逻辑模型获取更新后二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况和更新后二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据，输出模块输出更新后的二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。

一种二次回路仿真系统，包括控制处理装置、输入设备和显示设备，所述控制处理装置连接有前述的存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，用于运行二次回路仿真程序，所述显示设备包括真实现实设备和扩展现实设备中的至少一种。显示器就属于真实现实设备，显示器显示二次回路仿真模型的成本低；AR设备、MR设备、VR设备属于扩展现实设备，其显示二次回路仿真模型的体验感更真实，其用于培训时，培训经历更容易移植入实操环境内。

前述的二次回路仿真系统在二次回路维护作业中的应用，包括以下步骤：

运行二次回路仿真程序，输入调整初始态二次回路仿真模型的第一数据，第一数据用于使更新后的二次回路仿真模型运行时能够呈现一种故障类型，更新模块更新初始态二次回路仿真模型为故障态二次回路仿真模型，输出模块输出故障态二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及故障态二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据；

输入模块接收到调整二次回路仿真模型的维护数据后，更新模块更新故障态二次回路仿真模型为维护后二次回路仿真模型，输出模块输出维护后二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及维护后二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。

本发明的有益效果是：

1.通过仿真模拟二次回路维护作业环境，可以在脱离生产环境的条件下提供安全的、低成本的二次回路维护作业环境。应用二次回路维护作业训练方法训练受训人员，可以提高教学情景的体验感，提高二次回路维护作业受训人员的故障应对能力和技能熟练度。

2.运行二次回路仿真程序，可以模拟二次回路运行工况，在脱离生产环境的条件下提供安全的、低成本的二次回路维护作业环境。

3.二次回路仿真系统可以仿真模拟二次回路运行工况，在脱离生产环境的条件下提供安全的、低成本的二次回路维护作业环境。

具体实施方式

下面以实施例的形式说明本发明，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本发明。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。

本发明的二次回路维护作业训练方法，包括：

输出二次回路维护前仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，及二次回路维护前仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。该步骤通过模拟二次回路运行工况，使参训人员了解该运行工况下的二次回路设备运行形态。一般的，通过模拟二次回路设备故障发生时的二次回路运行工况，参训人员可以熟悉该运行工况下的二次回路设备运行形态，参训人员通过分析二次回路维护前仿真模型、运行工况和二次回路输出数据，判断二次回路维护前仿真模型的故障设备及故障原因。

输入维护数据。一般的，维护作业内容包括添加设备、移除设备、更换设备、调整设备运行形态等，因此，维护数据可以包括指令调整二次回路设备运行形态的数据，还可以包括指令添加、移除或更换二次回路设备的数据。

根据维护数据更新二次回路维护前仿真模型为二次回路维护后仿真模型。更新二次回路维护前仿真模型为二次回路维护后仿真模型包括更新二次回路维护后仿真模型的设备构成，也即对二次回路维护前仿真模型的构成设备进行添加设备、移除设备、更换设备等作业后的在用设备，还包括更新二次回路维护后构成设备的设备运行形态。

测算二次回路维护后仿真模型仿真运行时的仿真运行工况和二次回路维护后仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。

输出二次回路维护后仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，及二次回路维护后仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。输出二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况的方式可以是打印输出、显示输出，输出的内容可以是仿真图形，也可以是输出符号，通过输出的符号指代二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况。输出二次回路维护后仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，可以便于参训人员了解维护作业后的二次回路运行工况。输出维护后二次回路输出数据，方便参训人员了解该维护方式的有效性。

本发明的存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，二次回路仿真程序包括：

二次回路仿真模型，二次回路仿真模型用于呈现二次回路仿真运行工况。二次回路仿真模型由二次回路设备模型构造而成，二次回路设备模型具有至少一种设备运行形态。一般的，即使二次回路模型内由同种二次回路设备按同样的构造构成，其一般也具有至少两种运行工况。原因是：由于开关具有通断两种形态，其可以改变二次回路电路通路形态，从而改变同一二次回路模型的电路拓扑结构，使二次回路具有至少两种运行工况。所以，本发明的二次回路仿真模型，指二次回路仿真模型的构造及其设备运行形态。

二次回路设备运行逻辑模型，用于根据二次回路仿真模型和一次回路输出的物理量数据获取二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况和二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。二次回路设备运行逻辑模型可以由试验资料获得，也可以由二次回路使用时获取的资料获得，还可以由电路拓扑结构分析结合二次回路设备的技术参数、一次回路输出的物理量数据计算得来。

输出模块，用于输出二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。

输入模块，用于输入调整二次回路仿真模型的数据。其中，输入调整二次回路仿真模型的数据的方式可以通过外部输入设备输入二次回路维护前数据并传输至输入模块，也可以将内置入二次回路仿真程序中的调整二次回路仿真模型的数据传输至输入模块。调整二次回路仿真模型的数据包括一次回路输出的物理量数据、调整二次回路仿真模型构造的数据和调整二次回路设备模型的设备运行形态的数据中的至少一种。指令添加、移除、更换二次回路设备的数据就属于调整二次回路仿真模型构造的数据。指令开关断开、闭合的数据就属于调整二次回路设备模型的设备运行形态的数据。

更新模块，用于根据调整二次回路仿真模型的数据输入前的二次回路仿真模型和调整二次回路仿真模型的数据更新二次回路仿真模型。其中，更新模块更新二次回路仿真模型，指更新二次回路仿真模型的构成和二次回路仿真模型内设备的设备运行形态。更新模块更新二次回路仿真模型的方式可以是由二次回路更新前仿真模型的仿真运行工况直接更新为二次回路更新后仿真模型的仿真运行工况，它适用于二维静图的更新；也可以先更新二次回路仿真模型的设备构成，然后更新二次回路设备模型的设备运行形态，它适用于二维动画式的更新，以及三维模型式的更新。

运行二次回路仿真程序时，输入模块将外部输入设备输入的调整二次回路仿真模型的数据或将内置入二次回路仿真程序中的调整二次回路仿真模型的数据输入调整二次回路仿真模型的数据，更新模块根据调整二次回路仿真模型的数据输入前的二次回路仿真模型和调整二次回路仿真模型的数据更新二次回路仿真模型为更新后二次回路仿真模型，二次回路设备运行逻辑模型根据更新后二次回路仿真模型和一次回路输出的物理量数据获取更新后二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况和更新后二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据，输出模块输出更新后二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及更新后二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。

在某一时刻下，二次回路内所有的二次回路设备的设备运行形态构成一种二次回路运行工况。其中，更新模块根据调整二次回路仿真模型的数据更新二次回路仿真模型的方法是：更新二次回路仿真模型内的二次回路设备模型，更新二次回路仿真模型中的每一二次回路设备模型对应的设备运行形态；二次回路更新后仿真模型内所有的二次回路设备模型的设备运行形态均更新后，二次回路更新后仿真模型的仿真运行工况更新完毕。

应当明白，根据调整二次回路仿真模型的数据输入前的二次回路仿真模型和调整二次回路仿真模型的数据更新二次回路仿真模型可以由更新模块实现，并由二次回路设备运行逻辑模型获取；也可以由二次回路设备运行逻辑模型实现，并由更新模块获取；还可以同时由更新模块和二次回路设备运行逻辑模型实现，这时并行效率高，但设备损耗大。

其中，更新模块主要更新二次回路仿真模型的设备构成和设备运行形态，二次回路设备运行逻辑模型根据更新后二次回路仿真模型和一次回路输出的物理量数据获取二次回路仿真模型的仿真运行工况后，更新模块可以再次更新二次回路仿真模型的设备运行形态；然后循环执行“二次回路设备运行逻辑模型根据更新后二次回路仿真模型和一次回路输出的物理量数据获取二次回路仿真模型的仿真运行工况，更新模块再次更新二次回路仿真模型的设备运行形态”，这样，更新后二次回路仿真模型的仿真运行工况就可以形成连续的变化状态。

一般的，二次回路设备运行逻辑模型包括物理量计算模块和设备运行形态匹配模块，物理量计算模块用于根据二次回路仿真模型及一次回路输出的物理量数据计算确定二次回路设备模型的设备运行形态所需的物理量、二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据，所述设备运行形态匹配模块用于匹配设备、一次回路运行涉及输出的物理量和设备对应的第一设备运行形态。这样，某一时刻下，设备的运行形态就是第一设备运行形态。

为了便于了解二次回路仿真模型的仿真运行工况的变化过程，输出模块还可以用于输出二次回路更新后仿真模型仿真运行时，切换设备运行形态的二次回路设备模型由更新前运行形态切换至更新后运行形态的仿真变化过程。其中，由二维动画显示二次回路设备模型切换期间的仿真变化过程时，二维动画是制作好的动画；由三维模型显示二次回路设备模型切换期间的仿真变化过程时，三维模型可以是带参数的三维模型。

为了提高动态仿真的实时性，物理量计算模块采用稀疏矩阵和稀疏矢量技术。这样可以大幅度提高动态仿真的实时性。

为了提高二次回路仿真模型与现实中二次回路的近似度，可以采用这样的二次回路仿真模型制作方法：采用激光扫描数据采集设备获取二次回路设备信息，制作二次回路仿真模型。这样，二次回路仿真模型成型速度快，制作效率高，与实际的二次回路设备布局近似度高。

本发明的二次回路仿真系统，包括控制处理装置、输入设备和显示设备，控制处理装置连接有前述的存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，控制处理装置用于运行二次回路仿真程序，输入设备可以是触摸输入设备、键鼠输入设备、体感输入设备。显示设备包括真实显示设备和/或扩展现实设备。显示器、投影机等属于真实显示设备。XR设备(扩展现实设备)是AR设备(增强现实设备)、MR设备(混合现实设备)和VR设备(虚拟现实设备)的统称。显示器显示二次回路仿真模型的成本低，AR设备、MR设备、VR设备显示二次回路仿真模型的体验感更真实，其用于培训时，培训经历更容易移植入实操环境内。

本发明的二次回路仿真系统在二次回路维护作业中的应用，包括以下步骤：

运行二次回路仿真程序，输入调整初始态二次回路仿真模型的第一数据，第一数据用于使更新后的二次回路仿真模型运行时能够呈现一种故障类型，更新模块更新初始态二次回路仿真模型为故障态二次回路仿真模型，输出模块输出故障态二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及故障态二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。

受训人员观察故障态二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况和故障态二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据，确定维护策略，输入调整二次回路仿真模型的维护数据。

输入模块接收到调整二次回路仿真模型的维护数据后，更新模块更新故障态二次回路仿真模型为维护后二次回路仿真模型，输出模块输出维护后二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及维护后二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。

通过观察维护后二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及维护后二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据，可以评估受训人员维护方式的成效。

上面结合实施例对本发明作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽地说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本发明得发明构思。在不脱离本发明的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例，均应属于为本发明隐含公开的内容。

Claims (9)

1.一种存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，其特征在于，所述二次回路仿真程序包括：

二次回路仿真模型，所述二次回路仿真模型用于呈现二次回路仿真运行工况，所述二次回路仿真模型由二次回路设备模型构造而成，所述二次回路设备模型具有至少一种设备运行形态；

二次回路设备运行逻辑模型，用于根据二次回路仿真模型和一次回路输出的物理量数据获取二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况和二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据；

输出模块，用于输出二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据；

输入模块，用于输入调整二次回路仿真模型的数据；

更新模块，用于根据所述调整二次回路仿真模型的数据输入前的二次回路仿真模型和所述调整二次回路仿真模型的数据更新二次回路仿真模型。

2.如权利要求1所述的存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，其特征在于，调整二次回路仿真模型的数据包括一次回路输出的物理量数据、调整二次回路仿真模型构造的数据和调整二次回路设备模型的设备运行形态的数据中的至少一种；所述更新模块用于更新二次回路仿真模型的二次回路设备模型构成，以及更新二次回路设备模型的设备运行形态。

3.如权利要求2所述的存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，其特征在于，所述输出模块还用于输出二次回路更新后仿真模型仿真运行时，切换设备运行形态的二次回路设备模型由更新前运行形态切换至更新后运行形态的仿真变化过程。

4.如权利要求1所述的存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，其特征在于，所述二次回路设备运行逻辑模型包括物理量计算模块和设备运行形态匹配模块，所述物理量计算模块用于根据二次回路仿真模型及一次回路输出的物理量数据计算确定二次回路设备模型的设备运行形态所需的物理量，所述设备运行形态匹配模块用于匹配设备、所述物理量和设备对应的第一设备运行形态。

5.如权利要求4所述的存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，其特征在于，所述物理量计算模块采用稀疏矩阵和稀疏矢量技术。

6.如权利要求1所述的存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，其特征在于，所述二次回路仿真模型的制作方法是：采用激光扫描数据采集设备获取二次回路设备信息，制作二次回路仿真模型。

7.如权利要求1-6中任一项所述的存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质的使用方法，包括以下步骤：运行二次回路仿真程序，输入调整二次回路仿真模型的数据，更新模块更新二次回路仿真模型为更新后二次回路仿真模型，二次回路设备运行逻辑模型获取更新后二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况和更新后二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据，输出模块输出更新后的二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及更新后的二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。

8.一种基于图纸实物化二次回路电子仿真系统，包括控制处理装置、输入设备和显示设备，其特征在于，所述控制处理装置连接有如权利要求1-6中任一种所述的存储有二次回路仿真程序的计算机可读介质，用于运行二次回路仿真程序，所述显示设备包括真实现实设备和扩展现实设备中的至少一种。

9.如权利要求8所述的基于图纸实物化二次回路电子仿真系统在二次回路维护作业中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

运行二次回路仿真程序，输入调整初始态二次回路仿真模型的第一数据，第一数据用于使更新后的二次回路仿真模型运行时能够呈现一种故障类型，更新模块更新初始态二次回路仿真模型为故障态二次回路仿真模型，输出模块输出故障态二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及故障态二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据；

输入模块接收到调整二次回路仿真模型的维护数据后，更新模块更新故障态二次回路仿真模型为维护后二次回路仿真模型，输出模块输出维护后二次回路仿真模型仿真运行时的仿真运行工况，以及维护后二次回路仿真模型仿真运行时的二次回路输出数据。