一种综合能源系统的能效诊断仿真培训系统的制作方法

本发明涉及电力系统仿真
技术领域：
，特别是一种综合能源系统的能效诊断仿真培训系统。
背景技术：
：综合能源服务作为一种互补互济、多系统协调优化的能源供应和消费模式，已成为提升我国能源开发使用效率、提高可再生能源消纳比例的重要发展方向和手段，是加快能源产业数字化、智能化转型的重要路径，对于提升能源系统效率和产业链供应链现代化水平具有重要作用。能效诊断属于综合能源服务业务中的一个前期关键业务，其任务是对目标客户的能耗情况进行分析、对客户的能效水平进行评估、对客户节能潜力进行挖掘，最终的量化评估结果，为综合能源服务后续业务的开展提供指导。能效诊断涉及的技术具有“点多面广”的特点，涉及冷、热、电等多种用能系统与设备，因此诊断方法与使用的诊断仪器仪表繁多。加强综合能源服务人员的能效诊断技能培训，使其熟练掌握各类仪器仪表的使用方法、掌握综合能效诊断分析手段、以及熟悉能效诊断业务流程，这对综合能源服务公司提高人员技术技能、推动综合能源服务大范围开展具有重要意义。仿真培训是快速提升人员业务与技术水平的有效手段，但由于目前市场上还没有专门面向能效诊断的仿真培训工具，而传统的授课方式受培训场地、设备资源、培训模式等因素的限制，导致培训效果较差，影响了能效诊断业务的大范围开展。技术实现要素：本发明的目的是提供一种综合能源系统的能效诊断仿真培训系统，支持学员在三维可视化虚拟培训场景中进行动态交互式实操培训，减少培训所需场地及设备投入，提升培训效率。本发明采用的技术方案如下。一方面，本发明提供一种综合能源系统的能效诊断仿真培训系统，包括三维培训场景仿真模块、综合能源仿真模块，数据采集仿真模块和能效指标计算仿真模块；三维培训场景仿真模块，被配置用于通过人机交互接口输出展示三维虚拟培训场景，以及接收培训人员操作信息，根据接收到的信息生成设备操作事件信息和仪器仪表操作事件信息，将所述设备操作事件信息传输至综合能源仿真模块，将所述仪器仪表操作事件信息传输至数据采集仿真模块；其中所述三维虚拟培训场景中设有综合能源系统设备以及仪器仪表三维模型；综合能源仿真模块预设有综合能源系统数学模型，综合能源仿真模块基于接收到的设备操作事件信息，利用综合能源系统数学模型生成仿真结果数据，传输至数据采集仿真模块；数据采集仿真模块预设有仪器仪表数学模型，数据采集仿真模块根据接收到的仪器仪表操作事件信息和综合能源系统仿真结果数据，利用相应的仪器仪表数学模型进行数据采集仿真计算，生成仿真采集结果数据，传输至能效指标计算仿真模块；能效指标计算仿真模块基于所述仿真采集结果数据进行能效指标计算及诊断，得到能效指标计算诊断结果，传输至培训场景仿真模块进行输出展示。可选的，培训人员通过鼠标、触屏和/或键盘向三维培训场景仿真模块输入操作信息；所述培训人员操作信息包括：对供能设备的配置信息或控制信息、仪器仪表安装信息，等模拟实景操作的操作信息。可选的，所述三维虚拟培训场景包括园区建筑整体场景，以及嵌入园区建筑整体场景中的配用电系统子场景、供冷系统子场景、供热系统子场景和供水系统子场景，各子场景中分别设有对应的供能设备三维模型以及仪器仪表三维模型；所述综合能源仿真模块中，预设有对应各子场景的设备数学模型；综合能源仿真模块根据接收到的设备操作事件信息，利用相应的设备数学模型计算得到设备仿真结果数据；所述数据采集仿真模块接收仪器仪表操作事件信息后，根据其中的仪器仪表操作信息及被采集设备信息，匹配所述设备仿真结果数据，根据所匹配的设备仿真结果数据，利用相应的仪器仪表数学模型，计算得到仿真采集结果数据。可选的，数据采集仿真模块根据仪器仪表操作事件信息匹配设备仿真结果数据时，若仪器仪表操作事件信息中的被采集设备信息，与所述设备仿真结果数据对应设备不符，则数据采集仿真模块向三维培训场景仿真模块发送操作错误信息，三维培训场景仿真模块通过人机交互接口输出所述操作错误信息。由此，培训人员可知晓存在操作错误，如针对某一供能设备安装了错误的仪器仪表。可选的，综合能源仿真模块包括事件队列单元、事件处理单元和多能流仿真计算单元；事件队列单元接收三维仿真场景模块发出的设备操作事件信息，根据信息时间戳按照队列依次将设备操作事件信息传输至事件处理单元；事件处理单元响应于设备操作事件信息为设备配置事件信息，则对相应的设备数学模型进行参数修改，响应于设备操作事件信息为流程控制事件信息，则选择相应的设备数学模型进行仿真流程控制；多能流仿真计算单元利用设备数学模型进行冷、热、电、水多能流的模拟计算，将仿真结果数据发送至数据采集仿真模块。可选的，综合能源仿真模块还包括定时器延时单元，定时器延时单元控制事件处理单元执行相邻事件处理之间的延时。该延时可根据实际需要预先配置。可选的，所述设备配置事件信息包括但不限于以下：设备启动事件信息，设备停机事件信息、设备调节事件信息、设备投入事件信息、设备转热备事件信息；所述流程控制事件信息包括但不限于以下：仿真计算执行周期设置信息、仿真启动信息、仿真停止信息。可选的，所述综合能源系统数学模型包括气候环境模型、供热设备模型、冷/热/电/水负荷模型、配用电设备仿真模型、供热设备模型、供冷设备模型和供水设备模型；所述仿真结果数据以设备-数值对的形式传输至数据采集仿真模块，包括供用电运行数据、供热系统运行数据、供冷系统运行数据和供水系统运行数据。可方便后续数据采集仿真模块的匹配。可选的，所述数据采集仿真模块包括数据刷新单元、事件处理单元和采集仿真单元，并设有仪器仪表数据表和设备数据表；所述仪器仪表数据表对应各仪器仪表数学模型分别设置有至少一个，所述设备数据表对应三维虚拟培训场景中的各设备分别设置；数据刷新单元接收所述仿真结果数据，根据其中的设备信息记录至对应的设备数据表中；事件处理单元接收所述仪器仪表操作事件信息，获取其中的仪器仪表信息及被采集设备信息，根据仪器仪表信息确定仪器仪表数学模型，以及相关联的仪器仪表数据表和被采集设备的设备数据表；采集仿真单元利用已确定的仪器仪表数据模型，以仪器仪表数据表关联的设备数据表中的仿真结果数据作为输入数据，得到仿真采集结果数据，分别输出至三维培训场景仿真模块以及能效指标计算仿真模块。可选的，能效指标仿真计算模块包括数据刷新单元、能效指标计算单元和能效诊断单元，并设有可配置的能效指标计算模型和能效诊断模型以及仪器仪表数据表；能效指标仿真计算模块以及数据采集仿真模块中对应相同仪器仪表的仪器仪表数据表相互关联；对能效指标计算模型的配置包括配置能效指标计算模型关联的仪器仪表数据表；数据刷新单元接收所述仿真采集结果数据，记录至对应的仪器仪表数据表；能效指标计算单元利用所述能效指标计算模型，基于所关联的仪器仪表数据表中的仿真采集数据进行能效指标计算，得到能效指标计算结果，输出至三维培训场景仿真模块以及能效诊断单元；能效诊断单元根据能效指标计算结果，利用所述能效诊断模型计算得到能效诊断结果，传输至三维培训场景仿真模块。有益效果本发明的能效诊断仿真培训系统通过三维虚拟培训场及其与综合能源仿真模块，数据采集仿真模块和能效指标计算仿真模块的结合，能够支持学员在三维可视化虚拟培训场景中进行动态交互式的实操培训。三维虚拟培训场景提供逼真的供用能系统与供用能设备模型，并在后台其它多模块数据的驱动下，动态展示供用能系统与设备的状态，实时给学员反馈各种培训操作效果，为学员提供身临其境的仿真培训体验，同时减少培训所需场地及设备投入，提升培训效率。附图说明图1所示为本发明能效诊断仿真培训系统架构示意图；图2所示为综合能源仿真模块功能实现原理示意图；图3所示为数据采集仿真模块功能实现原理示意图；图4所示为能效指标计算仿真模块功能实现原理示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例进一步描述。参考图1所示，本发明的综合能源系统的能效诊断仿真培训系统，包括培训场景仿真模块、综合能源仿真模块，数据采集仿真模块和能效指标计算仿真模块；培训场景仿真模块，被配置用于通过人机交互接口输出展示三维虚拟培训场景，以及接收培训人员操作信息，根据接收到的信息生成设备操作事件信息和仪器仪表操作事件信息，将所述设备操作事件信息传输至综合能源仿真模块，将所述仪器仪表操作事件信息传输至数据采集仿真模块；其中所述三维虚拟培训场景中设有综合能源系统设备以及仪器仪表三维模型；综合能源仿真模块预设有综合能源系统数学模型，综合能源仿真模块基于接收到的设备操作事件信息，利用综合能源系统数学模型生成仿真结果数据，传输至数据采集仿真模块；数据采集仿真模块预设有仪器仪表数学模型，数据采集仿真模块根据接收到的仪器仪表操作事件信息和综合能源系统仿真结果数据，利用相应的仪器仪表数学模型进行数据采集仿真计算，生成仿真采集结果数据，传输至能效指标计算仿真模块；能效指标计算仿真模块基于所述仿真采集结果数据进行能效指标计算及诊断，得到能效指标计算诊断结果，传输至培训场景仿真模块进行输出展示。本发明的总体技术构思为：采用三维可视化建模的方式来构建三维虚拟培训场景，三维虚拟培训场景可包括园区建筑整体场景、配用电系统、供冷系统、供热系统、供水系统等子场景，达到为学员提供一个功能全面、效果逼真培训人机界面的效果；三维虚拟培训场景中的供用能系统与设备的实时状态由综合能源仿真系统的数据来驱动；三维虚拟培训场景具有人机交互功能，学员可通过鼠标等方式在场景中进行相关的仪表安装、设备控制等操作，三维虚拟培训场景也提供采集数据计算与能效诊断等模拟功能，学员的不同操作会作为事件发送给综合能源仿真系统，综合能源仿真系统进行仿真计算后，将结果反馈给三维虚拟培训场景以更新场景中设备及系统的状态，而后学员可利用采集数据计算与能效诊断等模拟功能进行相关的业务技能培训，从而实现本发明为学员提供身临现场的实操培训体验的目标。以下具体介绍本发明的一种实施例。实施例1本实施例综合能源系统的能效诊断仿真培训系统，各个模块的功能如下：1)三维培训场景仿真模块通过提供园区建筑三维虚拟模型、各种供能系统及设备三维虚拟模型，为学员构建一个虚拟的实操培训环境，学员通过三维培训场景仿真模块的场景界面进行实操训练，三维培训场景仿真模块将学员的供能设备操作事件发送给综合能源仿真模块、将对仪器仪表的操作事件发送给数据采集仿真模块；2)综合能源仿真模块具有配置好的供用能系统仿真模型和仿真场景，与三维培训场景仿真模块中的各种供用能系统及设备三维虚拟模型相对应，综合能源仿真模块对供用能设备操作事件进行处理，实时计算出综合能源系统与设备的运行状态、以及多能转换效率与能源消耗状态，并作为仿真结果数据发送给数据采集仿真模块；3)数据采集仿真模块基于仿真结果数据进行数据采集过程模拟，在完成采集数据误差特性仿真后，将模拟的采集数据发送给三维虚拟培训场景进行显示，同时发送给能效指标计算仿真模块进行能效指标与能效诊断的模拟计算；4)能效指标计算仿真模块可根据培训内容的需要，灵活配置有各种能效指标模型和能效诊断模型，能效指标模型基于数据采集仿真模块发来的采集数据进行各种能效指标计算；能效诊断模型基于能效指标数据进行能效诊断评估，并将计算的能效指标数据和诊断结果数据发送给三维虚拟培训场景用于分析展示。以下分别介绍各模块的具体功能实现。一、三维培训场景仿真模块1.1三维虚拟培训场景的实现为实现能效诊断技能培训，本实施例参照典型的商业园区(也可采用工业园区)综合供用能场景，构建多种供用能类型的三维虚拟培训场景，包括：园区用能整体场景、配用电系统场景、供热系统场景、供冷系统场景、供水系统场景，每个场景可弹出数据窗口显示由数据采集仿真模块、能效指标计算仿真模块发来的供用能系统运行数据、能效指标计算数据、能效诊断结果等信息。不同场景包含的三维模型类型如下表1所示。表1三维虚拟场景模型类型1.2培训场景编排与培训内容培训场景编排为两层，顶层为园区用能整体场景，在该场景中漫游，可选择进入不同供用能系统场景，每个培训场景对应不同的培训内容，具体如下表2所示。表2培训内容二、综合能源仿真模块2.1综合能源仿真原理综合能源仿真模块实现三维虚拟培训场景中的供能系统及设备的数学模型，并通过多能流仿真计算模块，实现“冷-热-电-水”综合能源系统运行状态模拟，模拟耦合多能流交互影响运行特性，模拟各个设备的能源转换效率，为培训仿真交互模块中的数据采集仿真模块提供仿真结果数据驱动。2.2综合能源仿真模块的实现综合能源仿真模块软件架构如图2所示，包含四个组件：事件队列、事件处理、多能流仿真计算和定时器延时，具体功能如下：事件队列接收从三维培训场景仿真模块发来的操作事件，并按事件的时间戳进行排队等候处理，事件类型详见表3；事件处理模块依次处理事件队列中的各种设备操作事件，依据事件类型进行处理，如果是设备操作事件则修改设备仿真模型的参数并传递给多能流仿真计算组件，如果是控制事件则进行仿真流程控制；多能流仿真计算组件基于设备仿真模型完成冷、热、电、水多能流的模拟计算，并将仿真结果数据发送给数据采集仿真模块；定时器延时组件用于控制多能流仿真计算模块的周期执行时间间隔，如每轮延迟5秒计算一次，在周期计算流程中，如果事件队列没有事件处理，则直接进行后续的多能流仿真计算。表3操作事件类型表序号事件类型备注1设备启动事件设备配置事件2设备停机事件设备配置事件3设备调节事件设备配置事件4设备投入设备配置事件5设备转热备设备配置事件6…………7仿真计算执行周期设置流程控制事件8仿真启动流程控制事件9仿真停止流程控制事件10…………2.3设备仿真模型范围仿真模型类型如下表所示：表4仿真模型类型表序号仿真模型类别备注1气候环境模型2冷、热、电、水负荷模型3配用电设备仿真模型4供热设备模型5供冷设备模型6供水设备模型2.4仿真计算结果数据仿真结果数据如表5所示，仿真结果数据都是以设备-数值对的模式提供，即表示设备的运行数据，如(管道：流量)，表示管道内液体的流量。表5仿真结果数据序号数据类别仿真结果数据1供用电运行数据设备：电压设备：电流2供热系统运行数据设备：流量设备：温度3供冷系统运行数据设备：流量设备：温度4供水系统运行数据设备：流量三、数据采集仿真模块3.1数据采集仿真原理数据采集仿真模块完成各类仪器仪表采集过程的模拟，其原理是在数据采集模块中保存有预先配置好的仪器仪表仿真模型表，每种仪器仪表仿真模型具有确定的输入数据类型，如智能电表的输入数据是电压、电流，热能仪表的输入数据是流量、温度等。为仪器仪表仿真计算模型配置合适的输入数据类型，通过模型计算后便可输出模拟的采集数据。3.2数据采集仿真模块的实现数据采集仿真模块接收三维虚拟培训场景发来的仪表安装操作事件，根据操作事件的两个对象(仪器仪表对象、供能设备对象)，动态适配仪器仪表仿真模型与仿真结果数据，之后计算输出每个仪器仪表仿真模型的采集数据，实现仪器仪表对数据采集过程的模拟。如果操作事件的两个对象无法适配，则返回错误提示信息。仪器仪表仿真模型与仿真结果数据的适配原理如图3所示，数据采集仿真模块实现原理如下：1)仪器仪表仿真模型表和设备数据表通过配置文件实现配置，系统启动时动态加载到模块中；2)事件处理模块接收到操作事件后，进行判断处理，例如如果判断是仪器设备数据关联事件，如图3中所示，便实现仿真结果数据与仪表仿真模型输入数据的关联；3)数据刷新模块收到仿真结果数据后，将对应设备的仿真结果数据刷新到设备数据表；4)每个仪表仿真模型周期执行仿真计算，实现各个仪表输出数据的模拟，不同仪表仿真模型将关联的设备数据作为输入，计算出采集数据后发送给三维虚拟培训场景与能效指标计算仿真模块。四、能效指标计算仿真模块4.1能效指标计算仿真原理能效指标计算仿真模块用于实现各类能效指标的计算模拟功能和能效诊断的逻辑判断模拟功能，如图4所示。每个能效指标仿真模型将配置的仪表输出数据作为输入数据，完成能效指标的计算，并将能效指标发送给能效诊断模型和三维虚拟培训场景。能效诊断模型基于能效指标数据，完成能效诊断计算过程的模拟，并将结果发送给三维虚拟培训场景。能效指标模型和能效诊断模型由教员根据培训内容通过配置文件进行灵活配置，配置文件采用脚本语言实现模型的计算和逻辑判断函数，如python、tcl、lua等(不限于此三种脚步语言)，并在运行时动态加载到仿真培训系统中进行计算，以完成能效指标模型和能效诊断模型的模拟任务。4.2能效指标计算仿真模块功能实现能效指标计算仿真模块功能实现原理如图4所示，具体如下：1)能效指标模型、能效诊断模型、仪表数据表通过配置文件预先配置，系统启动时动态加载到模块中；2)数据刷新模块接收采集数据，并刷新到仪表数据表；3)各个能效指标模型在系统启动时，由配置文件动态加载到模块中，并根据配置的输入数据周期计算能效指标，并输出能效指标数据；4)能效诊断模型同样在系统启动时，由配置文件动态加载到模块中，并根据能效指标数据进行能效诊断逻辑计算，最终将诊断结果数据发送三维虚拟培训场景用于展示与培训。五、综合能源系统的能效诊断培训方法本发明的能效诊断培训系统启动后，可进行如下几个方面的培训。5.1仪表安装与能耗数据采集方法培训能耗数据采集方法培训是培训学员了解常用采集仪器仪表，并能够正确选择和使用仪器仪表进行能耗数据采集，包括热工数据和电数据，具体步骤如下：1)学员在三维虚拟培训场景中使用鼠标在仪表列表中点击选择合适的仪表，拖拽到供用能设备采集点，完成仪表的安装；如果仪表选择错误，如用智能电表采集供热管道温度和流量，则系统提示错误；2)仪表在正确安装情况下，三维虚拟培训场景中的供用能系统及设备开始动态显示采集数据。5.2能效指标计算方法培训1)在能效指标仿真模块的数据驱动下，学员通过三维虚拟培训场景可以系统认知各种能效指标及其计算方法；2)在采集数据与能效指标的数据驱动下，学员通过三维虚拟培训场景可以系统认知综合能源系统的多能耦合运行原理和各种供用能设备的运行状态特征。5.3综合能源能效诊断培训1)学员通过鼠标操作实现三维虚拟培训场景中一次设备的开关和调节操作、故障设置操作，从而改变综合能源系统的当前运行状态，学员可观察和了解综合能源系统不同运行模式的特征；2)学员通过不同的能效诊断模型，对综合能源系统的不同运行模式进行能效诊断，认知不同综合能源运行模式对系统能效水平的本质影响；3)通过能效诊断结果的对比，学员全面认识综合能源系统节能运行模式和节能运行控制策略。与现有技术相比，本发明具有以下优点和进步：1)基于三维建模技术参照实际的园区供用能场景，具有动态交互与数据刷新功能，用户使用体验好。基于三维建模技术参照实际的园区供用能场景，开发实现三维虚拟培训场景，具有良好的视觉体验，并且由综合能源仿真软件的数据来驱动，可提供一个动态数据交互、设备逼真的能效诊断培训环境；2)设计开发了综合能源仿真模块，可根据三维虚拟培训场景的设备模型进行建模，实现了综合能源系统的仿真计算能力，实现了对三维虚拟培训场景的书驱动。3)设计开发了数据采集仿真模块，具备三维虚拟培训场景操作事件的响应功能，如进行仪表与设备数据的动态关联，具备仿真结果数据的刷新功能，具备仪器仪表仿真功能。4)设计开发了能效指标计算仿真模块，具备采集数据的刷新功能，具备各种能效指标计算模拟功能，具备能效诊断判断逻辑模拟功能。5)设计开发了能效诊断培训方法。包括：仪表安装与能耗数据采集方法培训、能效指标计算方法培训和综合能源能效诊断培训。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请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、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。当前第1页12