一种变电站三维仿真场景自动生成方法与流程

本发明涉及电力仿真培训领域，特别涉及一种变电站三维仿真场景自动生成方法。
背景技术：
：国家电网公司明确电网运行要以调控一体化管理体系建设为重点，其中重点是实现调度运行业务一体化运作，建立各级变电设备运行集中监控业务与电网调度业务高度融合的一体化调控体系。以调控一体化为核心的管理体系将为电网企业带来广泛而深刻的变革，包括业务流程的再造，部门职责重新整合、人员变动，打破原有的层级、区域观念等，对电网生产运行管理人员的知识、技术、技能等方面提出了全新的更高要求，将给电网企业的生产运行管理和人才培养带来了巨大的挑战。因此，加强面向调控一体化相关生产运行人员的培训，尤其是调控人员要熟悉变电站现场设备，才能更好掌握变电设备监控技能，根据培训实际需要动态生成变电站三维场景，实现变电站场景的三维重现和虚拟仿真模拟，对调控、变电运维人员开展有针对性的培训，在较短的时间内培养一支适应新电网生产管理体系、专业知识丰富，操作技能熟练的高素质员工队伍，保证电网安全稳定、经济高效运行，顺利适应电网生产管理新模式，是当前一项十分重要而迫切的任务。目前，变电站仿真场景的生成方法主要有两种，一种是传统的方法，从实际变电站采集图片视频资料，再用3Dmax、maya等三维建模工具建立设备的三维模型，最后将这些三维模型连接起来组成变电站三维场景，所有的变电站场景数据再与仿真运行数据按设备ID进行匹配，从而实现变电站三维场景仿真，这种做法优点是场景与现场一致，缺点就是工作量大，效率低下，建立变电站场景要耗费大量时间。虽然很多公司也建立类似的设备模型库，相似模型可以直接从模型库中获取，但由于模型不标准、不规范，复用性差，整个场景还是需要手动搭建，工作量同样非常巨大。第二种方法，是最近几年才发展起来的，就是采用3D数码相机拍摄成组的现场实景照片，然后再进行后期处理，叠加部分动态的三维模型，制作成变电站虚拟场景。这种方法优点是现场真实感强、制作效率较高，但这种利用实景图片构成的虚拟场景，操作交互性较差，图片放大容易失真，适合设备监控交互性弱的应用，对于仿真这种强交互性的应用来说，就不太适合了。本发明重点要解决的是电网调控一体化联合仿真培训系统中变电站三维场景的仿真建模问题。电网调控一体化联合仿真培训系统对调控管辖范围内的变电站都建立一次设备和二次装置的机理模型，但没有建立调控范围内所有变电站的三维场景，主要是由于变电站三维仿真工作量巨大。目前，变电站三维仿真一般选取调控电网中的个别典型变电站进行建模，但实际情况是不同变电站在接线上、运行设备、保护整定上都存在较大差异，这样就造成了培训中缺乏针对性，影响了培训的最终效果。变电站三维仿真长期存在以下情况：仿真模型缺乏标准化、接口规范的不统一等问题，很难直接拿来对其进行复用。使得仿真模型的灵活性与可重用性的关键优势难以发挥，工程开发大部分时间都用在重建这些仿真模型上，这使得变电站三维仿真已成为一项耗资巨大的工程。因此，将变电站三维仿真模型封装成一种具有规范化接口，能够重复使用，具有通用性、可扩展性、低耦合性的仿真组件，通过这些三维仿真组件自动构建变电站三维场景，实现对调控中心及现场运维变电站人员开展有针对性的培训，已经显得非常迫切了。技术实现要素：针对
背景技术：
中的问题，本发明的目的在于提出一种变电站三维仿真场景自动生成方法。本发明从组件化技术的思想出发，按电压等级、接线方式建立规范化、标准化的三维模型组件库，然后结合调控一体仿真系统建立的一二次设备的机理模式，最后实现变电站三维场景的自动生成，大大提高仿真培训质量和效果。为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种变电站三维仿真场景自动生成方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：(1)建立变电站三维标准化一二次组件库；(2)在调控一体化仿真系统中，建立仿真一二次设备具体型号信息；(3)按照变电站一次场景的布局图和二次场景的屏位图，编辑生成布局配置文件；(4)在组件库中进行设备匹配查找，生成变电站一二次场景；(5)调整变电站一二次场景控件集初始状态，形成最终的变电站三维场景。进一步地，在所述步骤(1)中，在一次组件方面，为保证组成一次组件外观和功能规范统一：首先，制定一次设备模型标准，规定各电压等级、各种接线方式的一次设备模型高度、大小比例、所包含控件集及设备异常点，建立标准化的一次设备模型；其次，将一次设备模型进行连接、组合形成出线、主变、容抗、母线等间隔三维模型，把间隔三维模型按照电压等级、接线方式进行分类封装形成一次组件；再次，按照变电站一次设备间的连接关系，定义各一次组件的连接节点，保证各一次组件能无缝对接；最后，将外部通讯接口封装到一次组件内部，保证一次组件功能的完整性；在二次组件方面，为保证组成二次组件外观和功能规范统一：首先，制定二次装置、屏盘模型的大小、高度、所包含控件集及装置异常点，建立标准化的二次装置、屏盘模型；其次，将二次装置与屏盘模型进行组合形成标准的二次装置屏盘，把二次装置屏盘按照保护类型、型号分类封装形成标准的二次组件；最后，将与外部通讯接口封装到二次组件内部，保证二次组件功能的完整性。进一步地，所述二次组件的保护类型包括线路保护、主变保护、断路器保护、母线保护、容抗保护、发电机保护和自动装置；所述线路保护二次组件具体型号包括CSC-163A、CSC-161A、RCS-941A和RCS-9612A。进一步地，所述一次组件的电压等级有1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV；110kV接线形式具体有双母接线、单母分段、内桥接线、外桥接线、线变组接线；110kV双母接线形式下的一次组件又包括出线间隔、主变间隔、母联间隔、母线间隔、电容器间隔、电抗器间隔、站用变间隔、PT间隔；各类型间隔都是一次设备模型的组合，一次设备模型包括各种具体型号的变压器、母线、断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、电容器、电抗器、电力电缆。进一步地，一二次组件对外通讯接口采用可扩展的XML格式，通讯接口内容应包括厂站名称、装置名称、装套号、设备名称关键要素，调控仿真系统根据这些关键要素可定位到一二次组件中的具体控件进行控制操作。进一步地，所述步骤(2)中，在电网调控一体化联合仿真培训系统中，是按一二次设备的具体型号建立内部机理模型来实现仿真的逻辑功能的，二次设备模型具体到型号，一次设备模型包含间隔电压等级信息、接线信息、设备型号。进一步地，所述步骤(4)的具体步骤如下：把从调控仿真中提取出的一二次设备的具体型号，在组件设备库中进行匹配查找，对于没有找到的设备进行提示，在标准组件库中进行增加，直到在组件库中找到所有的一二次三维设备后，按照布局配置文件或典型配置开始各种标准的一二次组件的提取、组合、连接，生成变电站场景。进一步地，二次场景，由于屏与屏之间相对独立，只需要将二次组件按顺序排列；一次场景，由于设备间有一定的连接关系，连接过程主要是依靠一次组件的对外连接节点，连接节点按照电压等级、接线方式、间隔类型进行匹配后，最终将一次组件连接生成变电站一次场景。相对于现有技术，本发明的有益效果如下：1、建立了变电站三维标准化组件库，实现了三维模型的重复利用，大大减轻了建模的工作量；2、在变电站三维标准组件库的基础上，提出了一种变电站三维场景的自动生成方法，大大减少了场景组建的工作量。3、将通讯接口、对外连接点接口封装到一二次设备组件内部，增加了组件的完整性和独立性，减少了组件间的耦合性；4、在培训中，还可以根据实际需要，动态的生成变电站三维场景，大大提高了培训的针对性和实用性。全面实现了对电网调控一体化仿真系统对于调度、监控、变电站运维仿真联合的要求，可以对相关人员开展针对性的培训。附图说明图1变电三维场景自动生成流程图。图2是变电站三维场景生成逻辑图。图3是二次装置组件分类示意图。图4是一次设备组件分类示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本发明的具体实施方案作详细的阐述。这些具体实施方式仅供叙述而并非用来限定本发明的范围或实施原则，本发明的保护范围仍以权利要求为准，包括在此基础上所作出的显而易见的变化或变动等。本发明是在调控仿真系统的基础上，对现有变电站三维场景建模方法进行改进，采用基于组件化的变电站三维场景自动生成方法，可以有效提高变电站三维场景仿真建模的效率，节省调控仿真系统的开发费用，对电网调控、变电运维运行人员开展有针对性的培训，提高工作效率，减少运行操作和事故处理时间，增强抵御和防范风险能力。本发明是以组件化为核心的设计构思，建立设备模型的组件库，然后利用组件库自动生成变电站三维场景。如图1和图2所示，该场景自动生成方法的具体实施步骤：①建立变电站三维标准化一二次组件库，这个是本方法的基础。二次组件按照保护类型、保护型号进行整屏封装，一次组件按电压等级、接线方式、设备类型进行整个一次间隔封装，设备对外接口都封装在组件内部。规定二次组件的大小、高度、控件集和外部接口，保证将来组成二次保护室外观和功能规范统一；规定一次组件设备模型高度、相隔距离、大小比例、控件集和外部接口，这样组成的一次场景的出线间隔、主变间隔、容抗间隔的电缆导线才能与母线间隔对接上，从而形成完整变电站三维一次场景，并保证一次设备的功能规范统一。出线间隔，就是指从变电站母线到变电站出线之间的所有一次设备，包括断路器、隔离开关、接地刀闸及电力电缆等。变压器间隔，就是指从变电站母线到主变的所有一次设备，包括主变、各侧断路器、各侧隔离开关、各侧接地刀闸及电缆导线等。其余间隔类似，都是特定一次设备的组合。一次设备之间的有一定的连接关系，在制作标准组件时要定义一次设备组件的对外连接节点，连接节点也应包括电压等级、接线方式、设备类型等信息。图3是二次装置组件分类示意图。如图3所示，二次组件的保护类型包括线路保护、主变保护、断路器保护、母线保护、容抗保护、发电机保护和自动装置等。线路保护二次组件的具体型号又包括CSC-163A、CSC-161A、RCS-941A和RCS-9612A等，其他保护二次组件具体型号与线路保护的类似。图4是一次设备组件分类示意图。如图4所示，一次组件的电压等级包括1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV、35kV、10kV等，110kV接线形式包括双母接线、单母分段、内桥接线、外桥接线、线变组接线等。110kV双面接线形式的一次组件又分为出线间隔、主变间隔、母联间隔、母线间隔、电容器间隔、电抗器间隔、站用变间隔、PT间隔等。各类型间隔都是一次设备模型的组合，一次设备模型包括各种具体型号的变压器、母线、断路器、隔离开关、接地刀闸、互感器、电容器、电抗器、电力电缆等。控件集是指三维一二次组件的可操作部分，是仿真中的重点内容，操作控件后，通过组件的对外接口通讯模块，传送给仿真逻辑模块进行，仿真逻辑模块也可以通过该接口，来控制组件内部的控件的状态。如表1所示：表1CSC-163控件集序号控件类型控件名称控件初态1.压板直流电源空开投入2.压板交流电压空开投入3.压板投纵联差动保护投入4.压板投距离保护投入5.压板投零序保护投入6.压板投闭锁重合闸退出7.压板跳闸出口投入8.压板重合闸出口投入9.压板投装置检修退出10.复位按钮复归按钮弹起11.信号灯运行点亮12.信号灯动作熄灭13.信号灯重合熄灭14.信号灯告警熄灭对外通讯接口封装：采用XML格式，可扩展，发送与接收的内容，包括厂站名称、装置名称、装套号、设备名称等关键要素，能定位到具体控件进行控制操作：<厂站名称>仿真站</厂站名称><装置名称>CSC-163A</装置名称><装置套号>第一套</装置套号><设备名称>仿建线</设备名称><控件类型>压板</控件类型><控件名称>直流电源空开</控件名称><目标状态>退出</目标状态>②在调控一体化仿真系统，建立一二次设备具体型号在电网调控一体化联合仿真培训系统中，按一二次设备的具体型号建立内部机理模型来实现仿真的逻辑功能的，二次设备模型应具体到型号，如CSC-163A，一次设备模型应包含电压等级信息、接线信息、设备型号，如110kV单母分段1LW25弹簧操作机构。在调控仿真系统中，建立仿真设备的具体型号，如表2所示：表2仿真一二次设备型号③按照变电站一次场景的布局图和二次场景的屏位图，编辑生成布局配置文件现在的变电站内都有一次设备的布局图和二次保护室的屏位图，从一次设备布局图能直观看到各电压等级设备的分布，各一次设备间隔的位置，从二次设备屏位图，则显示了各保护屏的相对位置。利用图形化工具将布局图、屏位图快速生成布局配置文件。按照布局配置文件生成的场景，各设备的位置更加接近于真实场景。在生成场景时，如果没有布局配置文件，按典型的布局进行生成。④在组件库中进行设备匹配查找，生成变电站一二次场景把从调控仿真中提取出的一二次设备的具体型号，在组件设备库中进行匹配查找，对于没有找到的设备进行提示，在标准组件库中进行增加，直到在组件库中找到所有的一二次三维设备后，按照布局配置文件或典型配置开始各种标准的一二次组件的提取、组合、连接，生成变电站场景。二次场景，由于屏与屏之间相对独立，只需要简单的按顺序连接就行。一次场景，由于设备间隔间有对外的电缆导线连接，连接过程主要是依靠设备间隔的对外连接节点，连接节点按照电压等级、接线方式、设备类型进行匹配后，如，设备组件按照连接节点的位置进行设备的整组平移或旋转，最终生成变电站一次场景。⑤调整变电站一二次场景控件集初始状态，形成最终的变电站三维场景。三维标准一二次组件有保存了所有控件集的初始状态，与实际变电站可能有不一致的情况，根据情况进行调整后，保存并导出至调控仿真系统，调控仿真系统在初始化时重新读取控件集的初始状态，形成最终的变电站三维场景，从而满足针对变电站三维一二次场景的培训需求。具体实施：首先，对变电站三维二次装置和一次间隔以组件化的思想进行设计，为仿真组件建立规范化的通讯接口和连接节点；其次，从调控仿真系统中，建立二次装置和一次间隔的具体型号信息；再次，建立图形化布局工具完成对待生成场景的快速布局；然后，在组件库中进行设备匹配查找，提取、组合和连接生成变电站一二次场景；最后，调整变电站一二次场景控件集初始状态，形成最终的变电站三维场景。当前第1页1 2 3