一种电力系统仿真实验方法及装置与流程

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种电力系统仿真实验方法及装置。

背景技术：

电力安全生产是国民经济和生产生活的重要基础，并且电力生产过程管理严格，其中火力发电厂和变电站的很多设备属于电压等级高、电流大的高危设备。

目前，在对火力发电厂和变电站中包括的高压设备进行研究、实验以及相关人员培训时，因技术条件和安全要求等原因，很难开展高电压、大电流的高危险的实验，很难集中展示现场火力发电厂生产过程以及电气设备的操作，很难在进行电气设备高压试验，展示出高压击穿、放电、短路等实际中不易见到现象，上述实验属于破坏性实验，会对电气设备造成损害，实验需要很高的成本，而且不可避免的面临很高的危险性。

因此，如何提出一种电力系统虚拟仿真实验平台，能够实现对火电厂和变电站的设备以及操作模拟，以降低实验的成本，成为业界亟待解决的重要课题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种电力系统仿真实验方法及装置。

一方面，本发明提出一种电力系统仿真实验方法，包括：

根据仿真实验的电气设备需求将各个电气设备模型调入到虚拟场景中，并对所述电气设备模型进行装配和接线，构建仿真实验系统；其中，所述电气设备模型是预先建立的；

更新所述仿真实验系统中的各个电气设备模型的模型属性，进行仿真实验。

另一方面，本发明提供一种电力系统仿真实验装置，包括：

构建单元，用于根据仿真实验的电气设备需求将各个电气设备模型调入到虚拟场景中，并对所述电气设备模型进行装配和接线，构建仿真实验系统；其中，所述电气设备模型是预先建立的；

仿真单元，用于更新所述仿真实验系统中的各个电气设备模型的模型属性，进行仿真实验。

再一方面，本发明提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和通信总线，其中：

所述处理器和所述存储器通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如上述各实施例提供的电力系统仿真实验方法。

又一方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如上述各实施例提供的电力系统仿真实验方法。

本发明提供的电力系统仿真实验方法及装置，由于能够根据仿真实验的设备需求将预先建立的各个设备模型调入到虚拟场景中，并对所述设备模型进行装配和接线，构建仿真实验系统，然后更新所述仿真实验系统中的各个设备模型的模型属性，进行仿真实验，降低了实验的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例电力系统仿真实验方法的流程示意图；

图2为本发明另一实施例电力系统仿真实验方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例电力系统仿真实验装置的结构示意图；

图4为本发明另一实施例电力系统仿真实验装置的结构示意图；

图5为本发明又一实施例电力系统仿真实验装置的结构示意图；

图6为本发明再一实施例电力系统仿真实验装置的结构示意图；

图7为本发明实施例电子设备的实体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的电力系统仿真实验方法基于火力发电厂和750kv超高压变电站的生产设备和电气设备。所述火力发电厂包括锅炉系统、制粉系统、汽水系统和电气系统，所述锅炉系统可以包括锅炉本体、过热器、省煤器、炉膛、空气预热器、磨煤机、排粉机、送风机、引风机、除尘器等；所述制粉系统可以包括输煤皮带、原煤斗、给煤机、磨煤机、粗粉分离器、细粉分离器、煤粉仓、给粉机、排粉机、煤粉管道等；所述汽水系统可以包括汽包、下降管、下联箱、水冷壁、上联箱、过热器和省煤器等；所述电气系统包括发电机、励磁装置、工厂用电子系统和升压变电站等。所述电气设备具体包括电力变压器、高压断路器、高压隔离开关、电容器、电抗器、母线及母线构架、避雷器、杆塔及架空线、控制屏、控制柜、微机保护柜、配电柜等；在实际进行高压试验时，用到的实验辅助设备可以包括高压仪表、电桥、测量仪表、直流高压发生器、球间隙、高压耐压试验控制箱、交直流分压器和高压耐压试验控制箱等。

图1为本发明一实施例电力系统仿真实验方法的流程示意图，如图1所示，本发明提供的电力系统仿真实验方法，包括：

s101、根据仿真实验的设备需求将各个设备模型调入到虚拟场景中，并对所述设备模型进行装配和接线，构建仿真实验系统；其中，所述设备模型是预先建立的；

具体地，仿真实验可以包括高压设备电气仿真实验、变电站设备故障仿真实验、变电站正常运行时倒闸操作仿真实验和火力发电厂生产过程仿真实验等，各个所述仿真实验的设备需求有所差别。在进行所述仿真实验时，根据所述仿真实验需要的各个设备的名称，从预设的模型库中调出相应的各个设备模型到虚拟场景中，并调整所述各个设备模型的位置，再根据实验的需要通过虚拟装配的方式对所述各个设备模型进行装配和接线，构建所述仿真实验需要的仿真实验系统。其中，所述虚拟场景用于放置所述各个设备模型，并为所述仿真实验提供运行环境。所述设备模型是预先建立的，储存在所述模型库中。

s102、更新所述仿真实验系统中的各个设备模型的模型属性，进行仿真实验。

具体地，在所述虚拟场景中布置所述各个设备模型后，对所述各个设备模型的模型参数进行更新，每个设备模型都有模型参数，在建立所述设备模型时，会设置所述电气模型的模型参数。在所述虚拟场景中构建所述仿真实验系统时，由于有的所述设备模型的连接关系发生变化，需要对发生变化的所述设备模型的模型参数进行更新。然后，根据实际的实验操作流程，对构建的所述仿真实验系统，进行仿真实验。在所述仿真实验的过程中，通过调用脚本程序对实验操作进行计算，更新需要更新的所述设备模型的模型参数，展示逼真的仿真实验效果。

例如，进行超高压变电站的高压电气设备仿真实验，根据实际超高压变电站运行及操作场景，从所述模型库调用进行超高压变电站的高压电气设备仿真实验需要的各个设备模型到所述虚拟场景中，根据主接线形式连接所述各个设备模型，在所述超高压变电站的高压电气设备仿真实验的虚拟场景中进行巡视，通过所述各个设备模型的模型属性，判断所述超高压变电站的正常模式和故障模式，根据所述虚拟场景中所述各个设备模型的模型属性中的状态属性，例如温度、破损、断裂、合闸、跳闸，判断所述超高压变电站是否处于正常模式；加载超高压设备的设备模型的模型属性中的故障属性，实现对超高压设备的相间短路、相对地短路放电、闪络放电的仿真实验。

本发明提供的电力系统仿真实验方法，由于能够根据仿真实验的设备需求将预先建立的各个设备模型调入到虚拟场景中，并对所述设备模型进行装配和接线，构建仿真实验系统，然后更新所述仿真实验系统中的各个设备模型的模型属性，进行仿真实验，降低了实验的成本。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述设备模型的建立步骤包括：

采用虚拟现实技术建立所述设备模型并设置所述设备模型的模型属性。

具体地，利用虚拟现实技术基于所述火力发电厂和所述750kv超高压变电站的生产设备、电气设备以及所述实验辅助设备的建立对应的设备模型，所述设备模型为三维模型，完全比照对应的实际设备建立。在建立所述设备模型的后，设置所述设备模型的模型属性，所述模型属性包括产品属性、状态属性、连接关系属性以及故障属性。所述产品属性包括设备电压等级、设备型号、额定电流、额定功率、生产技术参数等，所述状态属性包括开关的闭合状态、电机的启停状态、实时电压、实时电流和实时功率等，所述连接关系属性包括所述设备模型与所述设备模型之间的连接关系、所述设备模型与电缆模型的连接关系等，所述故障属性包括故障电压、故障电流等。所述设备模型建立完成并设置所述模型属性后，在所述虚拟场景中能够实现对相应的实际设备的三维仿真，并能够漫游所述设备模型，并对所述设备模型进行相关的操作。可理解的是，所述设备模型可以根据实际仿真实验的需要进行建立，本发明实施例不做限定。

例如，采用商用三维建模软件3dsmaxsdk中的二次开发环境，首先，建立三维设备组件的插件，例如可以根据现场拍摄的实际设备的各个角度的照片或者所述实际设备的工程图，启动商业建模软件对设备进行建模，在建模的过程中，需要将设备主体模型和部件模型分别聚合成为独立的几何体；然后，将所述插件无缝集成到3dsmax中的集成运行环境中进行建模，例如，利用集成于商用建模软件中的设备组件生产器进行建模；最后，将在所述3dsmax中建立的三维设备组件模型转换并导出为电力系统的设备模型，例如，将三维设备组件导出为多个磁盘文件形式的三维模型文件和组件的配置文件。

在上述各实施例的基础上，进一步地，本发明提供的电力系统仿真实验方法还包括：

在所述虚拟场景中展示所述设备模型以及显示所述设备模型的模型属性。

具体地，在将所述设备模型调入到所述虚拟场景中后，响应鼠标的操作可以移动、旋转所述电气模型，通过视图模式的选择，例如透射图、剖视图等，展示所述设备模型的内部和外部结构，还可以通过所述设备模型上的设置的各种按钮实现参数的设置和查询，可以显示出所述设备模型的模型属性。

例如，在unity3d开发环境中，通过c#和javascript语言编程实现控制场景巡视、所述电气设备模型的旋转和透视效果，模拟短路放电，显示设备相应状态，编程实现用户对电气设备的操作面板按钮点击、连接、调用模块等操作事件，通过继承unity3d中的monobehaviour类，用c#语言编程实现实时控制所述设备模型的移动、视角的上升、下降、旋转等漫游效果，展示所述电气设备模型的设备内部构造和生产技术参数。

图2为本发明另一实施例电力系统仿真实验方法的流程示意图，如图2所示，在上述各实施例的基础上，进一步地，本发明提供的电力系统仿真实验方法还包括：

s201、调用预先建立的仿真实验系统；

具体地，调用预先建立的仿真实验系统到所述虚拟场景中，所述仿真实验系统是根据所述仿真实验建立的，其具体建立过程与步骤s101类似，此处不再赘述。所述预先建立的仿真实验系统完成建立后，可以进行仿真实验，并将所述仿真实验的具体过程保存。例如根据火力发电厂的实际生产过程建立火力发电厂的仿真实验系统，并保存对所述火力发电厂正常的生产过程的仿真实验。

s202、利用所述预先建立的仿真实验系统，进行所述仿真实验的演示。

具体地，所述预先建立的仿真实验系统调入到所述虚拟场景中后，启动储存的仿真实验的过程，可以实现对所述仿真实验的演示。通过所述预先建立的仿真实验系统对所述仿真实验进行演示，提高了所述仿真实验的效率。

图3为本发明一实施例电力系统仿真实验装置的结构示意图，如图3所示，本发明提供的电力系统仿真实验装置包括构建单元301和仿真单元302，其中：

构建单元301用于根据仿真实验的设备需求将各个设备模型调入到虚拟场景中，并对所述设备模型进行装配和接线，构建仿真实验系统；其中，所述设备模型是预先建立的；仿真单元302用于更新所述仿真实验系统中的各个设备模型的模型属性，进行仿真实验。

具体地，仿真实验可以包括高压设备电气仿真实验、变电站设备故障仿真实验、变电站正常运行时倒闸操作仿真实验和火力发电厂生产过程仿真实验等，各个所述仿真实验的设备需求有所差别。在进行所述仿真实验时，构建单元301根据所述仿真实验需要的各个设备的名称，从预设的模型库中调出相应的各个设备模型到虚拟场景中，并调整所述各个设备模型的位置，再根据实验的需要通过虚拟装配的方式对所述各个设备模型进行装配和接线，构建所述仿真实验需要的仿真实验系统。其中，所述虚拟场景用于放置所述各个设备模型，并为所述仿真实验提供运行环境。所述设备模型是预先建立的，储存在所述模型库中。

在所述虚拟场景中布置所述各个设备模型后，仿真单元302对所述各个设备模型的模型参数进行更新，每个设备模型都有模型参数，在建立所述设备模型时，会设置所述电气模型的模型参数。在所述虚拟场景中构建所述仿真实验系统时，由于有的所述设备模型的连接关系发生变化，需要对发生变化的所述设备模型的模型参数进行更新。然后，仿真单元302根据实际的实验操作流程，对构建的所述仿真实验系统，进行仿真实验。在所述仿真实验的过程中，通过调用脚本程序对实验操作进行计算，更新需要更新的所述设备模型的模型参数，展示逼真的仿真实验效果。

本发明提供的电力系统仿真实验装置，由于能够根据仿真实验的设备需求将预先建立的各个设备模型调入到虚拟场景中，并对所述设备模型进行装配和接线，构建仿真实验系统，然后更新所述仿真实验系统中的各个设备模型的模型属性，进行仿真实验，降低了实验的成本。

图4为本发明另一实施例电力系统仿真实验装置的结构示意图，如图4所示，本发明提供的电力系统仿真实验装置还包括模型建立单元303，其中：

模型建立单元303用于采用虚拟现实技术建立所述设备模型并设置所述设备模型的模型属性。

具体地，模型建立单元303利用虚拟现实技术基于所述火力发电厂和所述750kv超高压变电站的生产设备、电气设备以及所述实验辅助设备的建立对应的设备模型，所述设备模型为三维模型，完全比照对应的实际设备建立。在建立所述设备模型的后，模型建立单元303设置所述设备模型的模型属性，所述模型属性包括产品属性、状态属性、连接关系属性以及故障属性。所述产品属性包括设备电压等级、设备型号、额定电流、额定功率、生产技术参数等，所述状态属性包括开关的闭合状态、电机的启停状态、实时电压、实时电流和实时功率等，所述连接关系属性包括所述设备模型与所述设备模型之间的连接关系、所述设备模型与电缆模型的连接关系等，所述故障属性包括故障电压、故障电流等。所述设备模型建立完成并设置所述模型属性后，在所述虚拟场景中能够实现对相应的实际设备的三维仿真，并能够漫游所述设备模型，并对所述设备模型进行相关的操作。可理解的是，所述设备模型可以根据实际仿真实验的需要进行建立，本发明实施例不做限定。

图5为本发明又一实施例电力系统仿真实验装置的结构示意图，如图5所示，本发明提供的电力系统仿真实验装置还包括展示单元304，其中：

展示单元304用于在所述虚拟场景中展示所述设备模型以及显示所述设备模型的模型属性。

具体地，在将所述设备模型调入到所述虚拟场景中后，响应鼠标的操作展示单元304可以移动、旋转所述电气模型，通过视图模式的选择，例如透射图、剖视图等，展示所述设备模型的内部和外部结构，还可以通过所述设备模型上的设置的各种按钮实现参数的设置和查询，可以显示出所述设备模型的模型属性。

图6为本发明再一实施例电力系统仿真实验装置的结构示意图，如图6所示，本发明提供的电力系统仿真实验装置还包括调用单元305和演示单元306，其中：

调用单元305用于调用预先建立的仿真实验系统；演示单元306用于利用所述预先建立的仿真实验系统，进行所述仿真实验的演示。

具体地，调用单元305调用预先建立的仿真实验系统到所述虚拟场景中，所述仿真实验系统是根据所述仿真实验建立的，其具体建立过程与步骤s101类似，此处不再赘述。所述预先建立的仿真实验系统完成建立后，可以进行仿真实验，并将所述仿真实验的具体过程保存。例如根据火力发电厂的实际生产过程建立火力发电厂的仿真实验系统，并保存对所述火力发电厂正常的生产过程的仿真实验。

所述预先建立的仿真实验系统调入到所述虚拟场景中后，演示单元306启动储存的仿真实验的过程，可以实现对所述仿真实验的演示。所述预先建立的仿真实验系统对所述仿真实验进行演示，提高了所述仿真实验的效率。

本发明提供的装置的实施例具体可以用于执行上述各方法实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。

本发明提供的电力系统仿真实验方法及装置，可以实现实际中无法开展的高电压、大电流等高危险的实验；集中展示实际中的火力发电厂生产过程和现场中的高电压电气设备，进行可操作的设备高压实验；可以展示高压击穿、放电等实际中不易见到实际效果。

图7为本发明实施例电子设备的实体结构示意图，如图7所示，所述电子设备包括处理器(processor)701、存储器(memory)702和通信总线703；

其中，处理器701、存储器702通过通信总线703完成相互间的通信；

处理器701用于调用存储器702中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据仿真实验的设备需求将各个设备模型调入到虚拟场景中，并对所述设备模型进行装配和接线，构建仿真实验系统；其中，所述设备模型是预先建立的；更新所述仿真实验系统中的各个设备模型的模型属性，进行仿真实验。

本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据仿真实验的设备需求将各个设备模型调入到虚拟场景中，并对所述设备模型进行装配和接线，构建仿真实验系统；其中，所述设备模型是预先建立的；更新所述仿真实验系统中的各个设备模型的模型属性，进行仿真实验。

本实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据仿真实验的设备需求将各个设备模型调入到虚拟场景中，并对所述设备模型进行装配和接线，构建仿真实验系统；其中，所述设备模型是预先建立的；更新所述仿真实验系统中的各个设备模型的模型属性，进行仿真实验。

此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，装置，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。