專利名稱：變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，尤其是涉及一種變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系 統(tǒng)，屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電氣試驗(yàn)人員目前的培訓(xùn)模式主要還是現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)方式，即“師傅帶徒弟”。由于電 氣試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備大部分時(shí)間都處于運(yùn)行狀態(tài)，不能用于操作練習(xí)，而且設(shè)備發(fā)生故障或 事故的機(jī)會(huì)很少，跟班培訓(xùn)人員親眼見(jiàn)到、親手處理事故的機(jī)會(huì)非常少。因此，采用現(xiàn)場(chǎng) 跟班培訓(xùn)的方法見(jiàn)效很慢，效果也差，還不能完全排除受培訓(xùn)人員誤操作給生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失 的可能性，培訓(xùn)的代價(jià)也可能很大。培訓(xùn)難度大、時(shí)間長(zhǎng)、效率低、針對(duì)性和時(shí)效性差以及 難以組織是長(zhǎng)期困擾電氣試驗(yàn)人員崗位培訓(xùn)工作的主要因素。仿真技術(shù)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，近十多年來(lái)，火電機(jī)組仿真機(jī)、核電機(jī)組 仿真機(jī)、變電所仿真系統(tǒng)以及電網(wǎng)仿真系統(tǒng)等在各地得到了廣泛的應(yīng)用，為提高運(yùn)行人員 的技術(shù)素質(zhì)、保證系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮了巨大的作用。然而，在利用仿真技術(shù)為電力系 統(tǒng)的檢修人員提供先進(jìn)的培訓(xùn)手段、從而提高他們的技術(shù)水平、提高他們操作的熟練度和 正確性、提高他們?cè)\斷設(shè)備是否存在缺陷的能力等方面目前還明顯存在不足。高壓電氣試 驗(yàn)操作的特點(diǎn)是需要掌握的試驗(yàn)儀器儀表眾多，試驗(yàn)種類和科目眾多，需要反復(fù)訓(xùn)練才能 掌握；大部分試驗(yàn)屬于帶電操作，具有一定的危險(xiǎn)性；此外試驗(yàn)多為外場(chǎng)操作，對(duì)于操作者 的操作技能和動(dòng)作評(píng)估和考核具有一定難度。隨著設(shè)備和技術(shù)的不斷更新和進(jìn)步，特別是寬帶互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和電力系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)廣域互聯(lián)的建成為這些人員的崗位的理論培訓(xùn)提供了遠(yuǎn)程培訓(xùn)解決方案。如具備遠(yuǎn) 程授課、虛擬教室功能的網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院。網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程培訓(xùn)克服了傳統(tǒng)培訓(xùn)在時(shí)間、空間、環(huán)境 等方面的限制，可以提供更有效、更及時(shí)、更有針對(duì)性的培訓(xùn)，培訓(xùn)時(shí)間和地點(diǎn)機(jī)動(dòng)靈活，降 低培訓(xùn)成本，將在崗學(xué)習(xí)和培訓(xùn)有機(jī)地結(jié)合在一起，擴(kuò)展了培訓(xùn)人員學(xué)習(xí)的空間和途徑，由 傳統(tǒng)的被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)有選擇地學(xué)習(xí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種為從事高電壓試驗(yàn)的技術(shù)人員提供一種 理想的培訓(xùn)手段，降低培訓(xùn)與考核過(guò)程的危險(xiǎn)性、提高考核準(zhǔn)確性和降低培訓(xùn)成本。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相連的教練員站和遠(yuǎn)程客戶端，其特征在于所述教練員站設(shè)置有仿真系統(tǒng)服務(wù) 器，在仿真系統(tǒng)服務(wù)器上建立培訓(xùn)網(wǎng)站，在仿真系統(tǒng)服務(wù)器上設(shè)置有仿真系統(tǒng)服務(wù)端軟件， 所述仿真系統(tǒng)服務(wù)端軟件包括以下各功能模塊試卷生成模塊用于生成學(xué)員考核試卷； 成績(jī)?cè)u(píng)定模塊用于學(xué)員的成績(jī)?cè)u(píng)定；學(xué)員管理模塊用于提供學(xué)員的最終考核成績(jī)以及培訓(xùn)記錄信息；工程師站模塊用于對(duì)數(shù)學(xué)模型模塊進(jìn)行在線修改，不斷提供仿真精度；擴(kuò)充更新算 法庫(kù)文件；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)基礎(chǔ)模塊的維護(hù)；所述遠(yuǎn)程客戶端設(shè)置有仿真系統(tǒng)客戶端軟件，所述仿真系統(tǒng)客戶端軟件包括主控臺(tái)模 塊和三維虛擬試驗(yàn)?zāi)K，所述主控臺(tái)模塊包括統(tǒng)一身份認(rèn)證模塊利用統(tǒng)一身份認(rèn)證，獲取學(xué)員的培訓(xùn)級(jí)別和培訓(xùn)模塊； 入口選擇模塊用于學(xué)員進(jìn)行選擇主操作學(xué)習(xí)模塊或操作考核模塊； 所述三維虛擬試驗(yàn)?zāi)K包括自主操作學(xué)習(xí)模塊和操作考核模塊。前述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述三維虛擬試驗(yàn)?zāi)K 包括虛擬高壓電氣設(shè)備模型模塊、柔性線纜模型模塊、柔性線纜操作模塊、交互操作模塊、 電氣試驗(yàn)過(guò)程數(shù)學(xué)模型模塊。前述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述虛擬高壓電氣設(shè)備 模型模塊分為構(gòu)件模型、虛擬元器件模型以及組合器件模型三個(gè)層次，所述虛擬構(gòu)件模型 是組成儀器的具有獨(dú)立操作功能的最小單位，虛擬元器件是具有完整邏輯功能的最小單 位，組合器件是共同實(shí)現(xiàn)某一功能的元器件組合。虛擬場(chǎng)景中可以包含多種虛擬元器件以 及組合器件。前述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述虛擬構(gòu)件模型實(shí)現(xiàn) 獨(dú)立的操作功能，每個(gè)完整的虛擬構(gòu)件模型包含三維顯示模型、邏輯功能以及數(shù)據(jù)接口三 種屬性，三維顯示模型體現(xiàn)構(gòu)件的外觀顯示屬性，邏輯功能包含了模型的操作特性，數(shù)據(jù)接 口實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件與的輸入輸出數(shù)據(jù)定義，具有數(shù)字信號(hào)輸入(DI)、模擬信號(hào)輸入(Al)、數(shù)字 信號(hào)輸出(DO)、模擬信號(hào)輸出(AO)四種形式。前述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述虛擬元器件包含的 屬性有構(gòu)件模型表虛擬元器件由相互關(guān)聯(lián)的若干構(gòu)件組成，構(gòu)件模型表將構(gòu)件庫(kù)中的構(gòu)件 模型映射到元器件中，實(shí)現(xiàn)了元器件組成的統(tǒng)一描述；元器件幾何屬性幾何屬性表述元器件的幾何參數(shù)，包括元器件大小、元器件中各個(gè)構(gòu) 件的位置關(guān)系等；元器件邏輯屬性邏輯屬性描述了元器件中構(gòu)件之間的邏輯聯(lián)系，協(xié)調(diào)各個(gè)構(gòu)件實(shí)現(xiàn) 元器件的功能；接口屬性元器件作為獨(dú)立的邏輯部件，具有統(tǒng)一描述的接口，元器件接口數(shù)據(jù)也分為 DI、D0、AI、A0四種方式。前述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于還包括虛擬元器件操作 模塊，所述虛擬元器件操作模塊的具體操作過(guò)程為初始化方法初始化中加載了元器件的各種屬性值以及構(gòu)件列表中對(duì)應(yīng)的構(gòu)件，并指 定了元器件的各種參數(shù)化屬性的數(shù)值；連接方法定義了元器件各個(gè)具體接口對(duì)外的連接形式，包括各接口的匹配方式、屬性等；操作方法定義元器件各種邏輯功能對(duì)應(yīng)觸發(fā)方式。前述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于組合器件模塊基于元器 件的接口功能，定義組合器件中各個(gè)元器件的幾何關(guān)系、角色功能、組合邏輯，實(shí)現(xiàn)單個(gè)元器件邏輯功能與組合器件邏輯功能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)組建與拆分組合器件。前述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于柔性線纜模型模塊基于 剛?cè)狁詈辖＠碚?，將柔性線纜沿導(dǎo)線方向離散化成相互關(guān)聯(lián)的多個(gè)剛體，形成一次近似 耦合模型。前述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述交互操作模塊包 括交互硬件驅(qū)動(dòng)模塊提供常用輸入設(shè)備的信號(hào)捕獲功能，實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶對(duì)外設(shè)硬件的 操作狀態(tài)，同時(shí)支持常用的虛擬現(xiàn)實(shí)外設(shè)；仿真操作者模塊對(duì)輸入設(shè)備采集到的各種事件以及用戶的菜單操作事件，使用二維 到三維環(huán)境的位置映射方法，轉(zhuǎn)換成貼近于實(shí)際操作的自然交互信號(hào)，包括操作者觀察點(diǎn) 實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的交互操作，以及針對(duì)各類虛擬構(gòu)件的按下、旋轉(zhuǎn)、插入、接線等操作。前述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述電氣試驗(yàn)過(guò)程數(shù)學(xué) 模型模塊包括接線正確性檢查模塊根據(jù)來(lái)自虛擬操作的數(shù)據(jù)和所選擇的試驗(yàn)項(xiàng)目自動(dòng)判斷試驗(yàn)選 擇的儀表是否正確、接線是否正確，判斷的結(jié)果送試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算模塊；儀表功能仿真模塊根據(jù)來(lái)自虛擬操作的數(shù)據(jù)判斷儀表的操作情況，判斷結(jié)果送試驗(yàn) 結(jié)果計(jì)算模塊；試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算模塊不同的試驗(yàn)項(xiàng)目有對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算模塊。本發(fā)明所達(dá)到的有益效果本發(fā)明的基于VR的高壓電氣試驗(yàn)仿真通過(guò)建立與真實(shí)被試驗(yàn)品和儀器儀表外觀和功 能完全相似的仿真模型，建立與真實(shí)試驗(yàn)操作環(huán)境完全一致的虛擬仿真環(huán)境，允許用戶通 過(guò)交互操作方式來(lái)進(jìn)行包括安全設(shè)施擺放、儀器儀表選擇與操作、接電操作和具體的試驗(yàn) 科目操作，從而能夠完全仿真真實(shí)的試驗(yàn)操作過(guò)程，此外還提供操作過(guò)程記錄、設(shè)置設(shè)備與 儀器的故障、標(biāo)準(zhǔn)操作過(guò)程展示與培訓(xùn)等等輔助功能，從而徹底改變傳統(tǒng)的高壓電氣試驗(yàn) 操作培訓(xùn)與考核方式，使得操作者得到更多的培訓(xùn)、降低培訓(xùn)與考核過(guò)程的危險(xiǎn)性、提高考 核準(zhǔn)確性和降低培訓(xùn)成本等都有極大的意義。本發(fā)明不僅僅是為從事高電壓試驗(yàn)的技術(shù)人員提供了一種全新的、先進(jìn)的、理想 的培訓(xùn)手段，更重要的是該系統(tǒng)的研制成功，是開(kāi)辟了仿真技術(shù)在這新的領(lǐng)域全面應(yīng)用的 先河，可廣泛應(yīng)用于其它工種崗位的培訓(xùn)。


圖1為本發(fā)明的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖。圖3為本發(fā)明中網(wǎng)站ActiveX與仿真系統(tǒng)接口程序的接口流程圖 圖4為虛擬場(chǎng)景中統(tǒng)一建模層次關(guān)系圖。圖5為虛擬構(gòu)件的統(tǒng)一建模示意圖。圖6為本明中的電氣試驗(yàn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。圖7為本發(fā)明的數(shù)據(jù)模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸示意圖。
具體實(shí)施例方式網(wǎng)絡(luò)大學(xué)與仿真系統(tǒng)的整合通過(guò)電力網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)仿真訓(xùn)練中心的網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)網(wǎng)站上的一個(gè)ActiveX控件，完成仿真培 訓(xùn)系統(tǒng)與培訓(xùn)網(wǎng)站的功能整合，控件的作用是使IE瀏覽器啟動(dòng)客戶端應(yīng)用程序。圖3為 網(wǎng)站ActiveX與仿真系統(tǒng)接口程序的接口流程圖，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)用戶訪問(wèn)本發(fā)明的仿真培訓(xùn)網(wǎng)站 時(shí)，仿真訓(xùn)練操作頁(yè)面將調(diào)用仿真操作啟動(dòng)引擎，由該引擎啟動(dòng)仿真操作模擬系統(tǒng)客戶端 程序。兩個(gè)系統(tǒng)間通過(guò)系統(tǒng)預(yù)定義的數(shù)據(jù)交換文件(trans, ini)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。虛擬高壓電氣設(shè)備的統(tǒng)一建模高壓電氣設(shè)備包括變壓器以及各類儀器、儀表等，本項(xiàng)目按照元器件的功能，將虛擬高 壓電氣設(shè)備按照統(tǒng)一建模的原則分為構(gòu)件、元器件以及組合器件三個(gè)層次，將各種不同功 能的設(shè)備抽象為統(tǒng)一的底層數(shù)據(jù)模型、邏輯機(jī)制、操作模式等共性特點(diǎn)，解決虛擬實(shí)驗(yàn)多領(lǐng) 域建模的關(guān)鍵技術(shù)。三個(gè)層次的模型中，虛擬構(gòu)件是組成儀器的具有獨(dú)立操作功能的最小單位，虛擬 元器件是具有完整邏輯功能的最小單位，組合器件是共同實(shí)現(xiàn)某一功能的元器件組合。虛 擬場(chǎng)景中可以包含多種元器件以及組合器件，其層次結(jié)構(gòu)如下圖4所示。統(tǒng)一模型中各種屬性都是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行描述，其擴(kuò)展機(jī)制保證數(shù)據(jù)鏈符合上 下游的數(shù)據(jù)傳遞。不同元器件的邏輯通過(guò)抽象為通用的邏輯和特殊的邏輯，使用面向?qū)ο?的定義方法來(lái)表述，使得邏輯能夠方便繼承和變異。虛擬構(gòu)件的統(tǒng)一建模虛擬構(gòu)件都能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立的操作功能，每個(gè)完整的虛擬構(gòu)件包含三維顯示模型、邏輯 功能以及數(shù)據(jù)接口三種屬性。三維顯示模型體現(xiàn)了構(gòu)件的外觀顯示屬性，邏輯功能包含了 模型的操作特性，數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件與的輸入輸出數(shù)據(jù)定義，具有數(shù)字信號(hào)輸入(DI)、模 擬信號(hào)輸入(Al)、數(shù)字信號(hào)輸出(DO)、模擬信號(hào)輸出(AO)四種形式。根據(jù)高壓電氣設(shè)備的構(gòu)件邏輯功能，將可構(gòu)件分為數(shù)字信號(hào)構(gòu)件、模擬信號(hào)構(gòu)件、 連接件。數(shù)字信號(hào)構(gòu)件輸入或輸出數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)，如按鈕、開(kāi)關(guān)、信號(hào)燈等；模擬信號(hào)構(gòu)件 輸入或輸出模擬信號(hào)的構(gòu)件，如儀表盤(pán)、旋鈕等；連接件定義了各儀器之間的連接功能，如 插座、插頭等，如圖5所示。虛擬元器件的統(tǒng)一建模虛擬元器件具有獨(dú)立的邏輯功能，大部分儀器、儀表都能作為虛擬元器件表達(dá)。元器件 根據(jù)面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)行建模，具有屬性以及方法兩種基本要素。元器件所包含的屬性有構(gòu)件模型表元器件由相互關(guān)聯(lián)的若干構(gòu)件組成，構(gòu)件模型表將構(gòu)件庫(kù)中的構(gòu)件模型 映射到元器件中，實(shí)現(xiàn)了元器件組成的統(tǒng)一描述。元器件幾何屬性幾何屬性表述了元器件的幾何參數(shù)，包括元器件大小、元器件中 各個(gè)構(gòu)件的位置關(guān)系等。元器件邏輯屬性邏輯屬性描述了元器件中構(gòu)件之間的邏輯聯(lián)系，協(xié)調(diào)各個(gè)構(gòu)件 實(shí)現(xiàn)元器件的功能。接口屬性元器件作為獨(dú)立的邏輯部件，具有統(tǒng)一描述的接口。與構(gòu)件接口類似， 元器件接口數(shù)據(jù)也分為DI、DO、AI、AO四種方式。
元器件的基本操作方法有初始化方法初始化中加載了元器件的各種屬性值以及構(gòu)件列表中對(duì)應(yīng)的構(gòu)件，并指 定了元器件的各種參數(shù)化屬性的數(shù)值。連接方法定義了元器件各個(gè)具體接口對(duì)外的連接形式，包括各接口的匹配方式、屬性等。操作方法定義元器件各種邏輯功能對(duì)應(yīng)觸發(fā)方式。組合器件的統(tǒng)一建模高壓電氣試驗(yàn)中的某些特定功能，需要用多個(gè)儀器組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。組合器件的統(tǒng)一建模 基于元器件的接口功能，定義了組合器件中各個(gè)元器件的幾何關(guān)系、角色功能、組合邏輯， 可實(shí)現(xiàn)單個(gè)元器件邏輯功能與組合器件邏輯功能的轉(zhuǎn)換，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)組建與拆分組合器 件，如下圖所示。柔性線纜的實(shí)時(shí)建模與操作虛擬場(chǎng)景中，線纜連接各個(gè)基本元器件與組合器件，表述了場(chǎng)景各個(gè)元素之間的連接 關(guān)系?；诰€纜的特殊性，本項(xiàng)目研究了柔性的線纜的物理建模、實(shí)時(shí)可視化技術(shù)以及智能 線纜生成方法。柔性線纜的物理建模虛擬環(huán)境下柔性線纜的物理建模基于剛?cè)狁詈辖＠碚?，將柔性線纜沿導(dǎo)線方向離散 化成相互關(guān)聯(lián)的多個(gè)剛體，形成一次近似耦合模型。這種用有限自由度表述的柔性線纜動(dòng) 力學(xué)模型，既能夠滿足虛擬試驗(yàn)中對(duì)柔性線纜的操作需要，又能夠簡(jiǎn)化計(jì)算，滿足實(shí)時(shí)仿真 的需求。柔性線纜的實(shí)時(shí)可視化技術(shù)三維虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，柔性線纜的顯示模型根據(jù)其物理模型的離散化剛體，通過(guò)計(jì)算 獲得各個(gè)剛體的幾何頂點(diǎn)信息，并使用OpenGL基于頂點(diǎn)的多邊形生成方法實(shí)時(shí)生成虛擬 柔性線纜，并應(yīng)用頂點(diǎn)數(shù)組以及VBO擴(kuò)展將頂點(diǎn)數(shù)據(jù)放入高速顯存，大幅優(yōu)化了計(jì)算速度， 實(shí)現(xiàn)了仿真過(guò)程的實(shí)時(shí)性。智能線纜生成方法為簡(jiǎn)化三維環(huán)境下的布線操作過(guò)程，研究了基于人工智能(Al)的線纜自動(dòng)路徑尋優(yōu)算 法。算法根據(jù)快速碰撞檢測(cè)計(jì)算方法，使柔性線纜避開(kāi)其他仿真物體，并實(shí)現(xiàn)連接點(diǎn)之間的 路徑優(yōu)化。虛擬環(huán)境下的交互操作技術(shù)虛擬環(huán)境下為實(shí)現(xiàn)交互操作通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊捕獲用戶的輸入信號(hào)，并定義了仿真操 作者的概念，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為接近實(shí)際操作方式的自然交互信號(hào)，并通過(guò)元器件模型數(shù) 據(jù)接口與虛擬儀器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，達(dá)到交互操作的目的。交互硬件驅(qū)動(dòng)技術(shù)交互硬件驅(qū)動(dòng)模塊提供了常用輸入設(shè)備如鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等的信號(hào)捕獲功能，能夠?qū)崟r(shí)響 應(yīng)用戶對(duì)外設(shè)硬件的操作狀態(tài)。硬件驅(qū)動(dòng)也能夠支持常用的虛擬現(xiàn)實(shí)外設(shè)，如5DT數(shù)據(jù)手 套、CyberGlove數(shù)據(jù)手套、FOB位置跟蹤器等。仿真操作者建模仿真操作者獲取對(duì)輸入設(shè)備采集到的各種事件以及用戶的菜單操作事件，使用二維到三維環(huán)境的位置映射方法，轉(zhuǎn)換成貼近于實(shí)際操作的自然交互信號(hào)。其中包括操作者觀察 點(diǎn)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的交互操作，以及針對(duì)各類虛擬構(gòu)件的按下、旋轉(zhuǎn)、插入、接線等操作。電氣試驗(yàn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型電氣試驗(yàn)過(guò)程的數(shù)學(xué)模型在JSSC支撐系統(tǒng)的環(huán)境下進(jìn)行建模，在本發(fā)明中，每一個(gè)試 驗(yàn)對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)學(xué)模型，每個(gè)模型由多個(gè)功能模塊組成。模型的結(jié)構(gòu)如圖6所示接線正確性檢查模塊根據(jù)來(lái)自虛擬操作的數(shù)據(jù)和所選擇的試驗(yàn)項(xiàng)目自動(dòng)判斷試驗(yàn)選 擇的儀表是否正確、接線是否正確。判斷的結(jié)果送“試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算”模塊。根據(jù)來(lái)自虛擬操作的數(shù)據(jù)判斷儀表的操作情況，判斷結(jié)果送“試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算”模 塊。不同的儀表有其對(duì)應(yīng)的模塊，包括以下模塊DM50C型數(shù)字高壓兆歐表、HV90全自動(dòng)抗 干擾精密介質(zhì)損耗測(cè)量?jī)x、BBC6638變比測(cè)試儀、直流電阻測(cè)試儀、Z-V型直流高壓發(fā)生器、 電流表、電壓表、功率表、放電棒、水阻、放電球、高壓直流發(fā)生器、高壓數(shù)字微安表、三相調(diào) 壓器、勵(lì)磁變壓器、電容分壓器、微安表、電容器、單相調(diào)壓器、電抗器、VF-2型變頻電源等。不同的試驗(yàn)項(xiàng)目有對(duì)應(yīng)的“試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算”模塊，在本系統(tǒng)中，主要有以下模塊 各類電流、電壓表、功率表、微安表共用模塊部分對(duì)于在多個(gè)試驗(yàn)中出現(xiàn)的相同項(xiàng)目，在建模時(shí)考慮其通用性，試驗(yàn)結(jié)果的特性是通過(guò)改變模塊的外部參數(shù)來(lái)匹配不同的試驗(yàn)。絕緣電阻測(cè)量、介質(zhì)損耗因素測(cè)量及電容量測(cè)量、交流耐壓試驗(yàn)、回路電阻測(cè)量。專用模塊部分變壓器試驗(yàn)部分變比測(cè)量、極性和組別測(cè)定、直流電阻測(cè)量、空 載特性試驗(yàn)、負(fù)載特性試驗(yàn)、有載調(diào)壓裝置的試驗(yàn)、運(yùn)行電壓下的交流泄漏電流及阻性電流 測(cè)試。變壓器設(shè)備的主要故障清單繞組引線斷股、脫焊及接觸不良、繞組絕緣不良、繞 組接地、繞組匝間短路、絕緣局部放電、繞組接線錯(cuò)誤、繞組變形、分接開(kāi)關(guān)接觸不良、鐵心 多點(diǎn)接地、變壓器油質(zhì)劣化、高壓套管進(jìn)水受潮、本體進(jìn)水受潮、測(cè)量環(huán)境對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影 響、測(cè)量?jī)x表異常對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響培訓(xùn)模塊具體內(nèi)容包括1)變壓器絕緣電阻、吸收比(極化指數(shù))的測(cè)試 被試品變壓器；使用設(shè)備兆歐表、秒表、導(dǎo)線、安全遮攔、標(biāo)志牌、放電棒、接地線2)變壓器泄漏電流的測(cè)試 被試品變壓器；使用設(shè)備直流高壓發(fā)生器、安全遮攔、標(biāo)志牌、放電棒、接地線3)變壓器介質(zhì)損耗角正切值tun 的測(cè)試 被試品變壓器；使用設(shè)備數(shù)字式自動(dòng)介損測(cè)試儀、試驗(yàn)變壓器、數(shù)字高壓表、調(diào)壓器、隔離間刀、電源 線、溫度濕度計(jì)、安全遮攔、標(biāo)志牌、放電棒、接地線、絕緣墊4)變壓器工頻耐壓試驗(yàn) 被試品變壓器；使用設(shè)備試驗(yàn)變壓器、測(cè)試球隙、分壓器、高阻桿、靜電電壓表、高壓數(shù)字電壓表、調(diào) 壓器、水阻、試驗(yàn)電源、控制臺(tái)、安全遮攔、標(biāo)志牌、放電棒、接地線、絕緣墊5)變壓器的接線組別測(cè)試被試品變壓器；使用設(shè)備變壓器變比組別測(cè)試儀、安全遮攔、標(biāo)志牌、放電棒、接地線、試驗(yàn)電源6)變壓器繞組的直流電阻測(cè)試的測(cè)試方法 試驗(yàn)方法1)電橋法2)伏安表法3)直流電阻測(cè)試儀 被試品變壓器；使用設(shè)備變壓器直流電阻測(cè)試儀、單、雙臂電橋、電流表、電壓表、安全遮攔、標(biāo)志牌、 放電棒、接地線7)套管絕緣電阻測(cè)試 被試品套管使用設(shè)備兆歐表、安全遮攔、標(biāo)志牌、放電棒、接地8)變壓器泄漏電流測(cè)試 被試品變壓器使用設(shè)備直流高壓發(fā)生器、安全遮攔、標(biāo)志牌、放電棒、接地線9)變壓器空、負(fù)載特性試驗(yàn) 被試品變壓器使用設(shè)備電流表、電壓表、功率表、調(diào)壓器、電壓互感器、電流互感器、三相電源、隔離 閘刀、短接銅排 試驗(yàn)項(xiàng)目包括1)變壓器空載的試驗(yàn)方法 培訓(xùn)內(nèi)容(1)額定條件下的試驗(yàn)(2)低電壓條件下的試驗(yàn)2)變壓器短路的試驗(yàn)方法 培訓(xùn)內(nèi)容(1)試驗(yàn)接線和方法(2)降低電流的短路試驗(yàn)3)變壓器損耗的測(cè)量。 模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸圖7為本發(fā)明的數(shù)據(jù)模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸示意圖。
(1)操作輸入模塊將接收到的外設(shè)和界面的輸入轉(zhuǎn)化為消息給應(yīng)用場(chǎng)景模塊(2)應(yīng)用場(chǎng)景模塊查詢消息映射表并處理接收到的消息(3)應(yīng)用場(chǎng)景模塊發(fā)送與顯示場(chǎng)景和聲音模塊的相關(guān)消息(4)應(yīng)用場(chǎng)景模塊發(fā)送將與各個(gè)仿真對(duì)象相關(guān)的消息(5)仿真對(duì)象根據(jù)接收到的消息調(diào)用自身的相應(yīng)功能(6)仿真對(duì)象在執(zhí)行功能時(shí)，可以調(diào)用碰撞檢測(cè)模塊以及通信模塊的相應(yīng)功能并修 改自身的仿真數(shù)據(jù)(7) 仿真對(duì)象在執(zhí)行功能時(shí)，新生成消息(如與其他對(duì)象之間的信息傳遞)并發(fā)送給 應(yīng)用場(chǎng)景模塊的消息處理隊(duì)列本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的主要功能包括身份認(rèn)證利用網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一身份認(rèn)證，獲取學(xué)員的培訓(xùn)級(jí)別和培訓(xùn)模塊； 學(xué)員管理提供學(xué)員的最終考核成績(jī)以及培訓(xùn)記錄信息； 符合培訓(xùn)規(guī)范的仿真培訓(xùn)內(nèi)容培訓(xùn)模塊根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技能人員最新培訓(xùn)規(guī)范，提供電力變壓器設(shè)備仿真 培訓(xùn)模塊；擴(kuò)充功能在統(tǒng)一的軟件結(jié)構(gòu)體系下，原則上可無(wú)限擴(kuò)充新的仿真培訓(xùn)模塊； 自主學(xué)習(xí)功能模塊選擇學(xué)員可根據(jù)登錄后的培訓(xùn)級(jí)別，自主選擇現(xiàn)有仿真培訓(xùn)模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程自主 操作學(xué)習(xí)；示范操作系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的操作過(guò)程錄像供學(xué)員參考； 試驗(yàn)幫助提供試驗(yàn)的背景資料，指導(dǎo)提示學(xué)員按照試驗(yàn)流程完成相關(guān)操作； 完整過(guò)程提供試驗(yàn)準(zhǔn)備(填寫(xiě)工作票、查閱設(shè)備歷史記錄、儀表選擇、安全措施)、接線 過(guò)程、試驗(yàn)操作、填寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告等完整試驗(yàn)過(guò)程； 考核功能試卷生成服務(wù)器端提供試卷生成系統(tǒng)，包含培訓(xùn)模塊號(hào)、試驗(yàn)項(xiàng)目、設(shè)備歷史記錄、故 障設(shè)置等信息；自動(dòng)評(píng)分客戶端軟件可根據(jù)制定的評(píng)分準(zhǔn)則進(jìn)行自動(dòng)評(píng)分； 人工批閱服務(wù)端軟件可調(diào)閱學(xué)員上傳的操作附件文件以及計(jì)算機(jī)評(píng)分結(jié)果，根據(jù)加 權(quán)因子，給出學(xué)員的最終培訓(xùn)考核成績(jī)；操作記錄可完整記錄學(xué)員的操作過(guò)程以及發(fā)生時(shí)間，并生成記錄文件作為評(píng)分依據(jù)；操作重演完成操作過(guò)程回放；成績(jī)上傳客戶端軟件可上傳計(jì)算機(jī)自動(dòng)評(píng)分成績(jī)至仿真系統(tǒng)服務(wù)器；服務(wù)端軟件可 上傳最終培訓(xùn)考核成績(jī)至培訓(xùn)終端服務(wù)器供學(xué)員查詢； 工程師站功能在線修改可對(duì)數(shù)學(xué)模型模塊進(jìn)行在線修改，不斷提供仿真精度； 算法庫(kù)擴(kuò)充可不斷擴(kuò)充更新算法庫(kù)文件； 數(shù)學(xué)模型模塊的維護(hù)管理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)基礎(chǔ)模塊的維護(hù)； 虛擬試驗(yàn)場(chǎng)景被試設(shè)備模擬現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)環(huán)境，完成儀表選取、試驗(yàn)接線、安全措施實(shí)施、儀表操作等完 整電氣試驗(yàn)過(guò)程；設(shè)備選擇學(xué)員在設(shè)備列表中選擇一個(gè)設(shè)備，添加到場(chǎng)景中來(lái)。添加前系統(tǒng)需要校驗(yàn)是 否為所選擇的試驗(yàn)包含的設(shè)備，若是則可添加進(jìn)來(lái)，若不是或該設(shè)備已加載則提示選擇不 正確，不加載模型。 儀表選擇學(xué)員在儀表列表中選擇一個(gè)設(shè)備，添加到場(chǎng)景中來(lái)。加載前系統(tǒng)需要校 驗(yàn)是否為所選擇的試驗(yàn)包含的儀表，若是則可添加進(jìn)來(lái)，若不是或該設(shè)備已加載則提示選擇不正確，不加載模型。
試驗(yàn)操作對(duì)象選擇與移動(dòng)選擇一個(gè)設(shè)備、儀表或工作臺(tái)，移動(dòng)選擇的對(duì)象，釋放被移動(dòng)對(duì)象 儀表操作開(kāi)關(guān)操作、切換工作模式、按鈕操作、旋鈕操作 設(shè)備操作按鈕操作、旋鈕操作、開(kāi)關(guān)操作(含間刀等開(kāi)關(guān))接線操作選擇線纜類型(顏色、型號(hào)、接頭類型)；選擇第一接線點(diǎn)；移動(dòng)線頭；選擇第 二接線點(diǎn)用戶操作過(guò)程的視點(diǎn)操作 移動(dòng)平移、旋轉(zhuǎn)；指定位姿直接指定視點(diǎn)在全局坐標(biāo)系下的位姿； 參數(shù)設(shè)置可視角度的大小，以及視錐遠(yuǎn)近裁剪面設(shè)置；操作文件生成與打開(kāi)將用戶的操作過(guò)程(包括設(shè)備、儀器、線纜選擇情況，接線位置、 接線順序，按鈕操作以及對(duì)應(yīng)的時(shí)間等)記錄下并存儲(chǔ)為特定格式的文件，僅供此系統(tǒng)使 用?？梢栽诮虇T臺(tái)讀取此文件并復(fù)現(xiàn)操作過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相連的教練員站和遠(yuǎn)程客 戶端，其特征在于所述教練員站設(shè)置有仿真系統(tǒng)服務(wù)器，在仿真系統(tǒng)服務(wù)器上建立培訓(xùn)網(wǎng) 站，在仿真系統(tǒng)服務(wù)器上設(shè)置有仿真系統(tǒng)服務(wù)端軟件，所述仿真系統(tǒng)服務(wù)端軟件包括以下 各功能模塊試卷生成模塊用于生成學(xué)員考核試卷； 成績(jī)?cè)u(píng)定模塊用于學(xué)員的成績(jī)?cè)u(píng)定；學(xué)員管理模塊用于提供學(xué)員的最終考核成績(jī)以及培訓(xùn)記錄信息； 工程師站模塊用于對(duì)數(shù)學(xué)模型模塊進(jìn)行在線修改，不斷提供仿真精度、擴(kuò)充更新算法 庫(kù)文件、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)基礎(chǔ)模塊的維護(hù)；所述遠(yuǎn)程客戶端設(shè)置有仿真系統(tǒng)客戶端軟件，所述仿真系統(tǒng)客戶端軟件包括主控臺(tái)模 塊和三維虛擬試驗(yàn)?zāi)K，所述主控臺(tái)模塊包括統(tǒng)一身份認(rèn)證模塊利用統(tǒng)一身份認(rèn)證，獲取學(xué)員的培訓(xùn)級(jí)別和培訓(xùn)模塊； 入口選擇模塊用于學(xué)員進(jìn)行選擇主操作學(xué)習(xí)模塊或操作考核模塊； 所述三維虛擬試驗(yàn)?zāi)K包括自主操作學(xué)習(xí)模塊和操作考核模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述三維 虛擬試驗(yàn)?zāi)K包括虛擬高壓電氣設(shè)備模型模塊、柔性線纜模型模塊、柔性線纜操作模塊、交 互操作模塊、電氣試驗(yàn)過(guò)程數(shù)學(xué)模型模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述虛擬 高壓電氣設(shè)備模型模塊分為構(gòu)件模型、虛擬元器件模型以及組合器件模型三個(gè)層次，所述 虛擬構(gòu)件模型是組成儀器的具有獨(dú)立操作功能的最小單位，虛擬元器件是具有完整邏輯功 能的最小單位，組合器件是共同實(shí)現(xiàn)某一功能的元器件組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述虛擬 構(gòu)件模型實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的操作功能，每個(gè)完整的虛擬構(gòu)件模型包含三維顯示模型、邏輯功能以 及數(shù)據(jù)接口三種屬性，三維顯示模型體現(xiàn)構(gòu)件的外觀顯示屬性，邏輯功能包含了模型的操 作特性，數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件與的輸入輸出數(shù)據(jù)定義，具有數(shù)字信號(hào)輸入、模擬信號(hào)輸入、 數(shù)字信號(hào)輸出、模擬信號(hào)輸出四種形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述虛擬 元器件包含的屬性有構(gòu)件模型表虛擬元器件由相互關(guān)聯(lián)的若干構(gòu)件組成，構(gòu)件模型表將構(gòu)件庫(kù)中的構(gòu)件 模型映射到元器件中，實(shí)現(xiàn)了元器件組成的統(tǒng)一描述；元器件幾何屬性幾何屬性表述元器件的幾何參數(shù)，包括元器件大小、元器件中各個(gè)構(gòu) 件的位置關(guān)系；元器件邏輯屬性邏輯屬性描述了元器件中構(gòu)件之間的邏輯聯(lián)系，協(xié)調(diào)各個(gè)構(gòu)件實(shí)現(xiàn) 元器件的功能；接口屬性元器件作為獨(dú)立的邏輯部件，具有統(tǒng)一描述的接口，元器件接口數(shù)據(jù)也分為 DI、D0、AI、A0四種方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于還包括虛 擬元器件操作模塊，所述虛擬元器件操作模塊的具體操作過(guò)程為初始化方法初始化中加載元器件的各種屬性值以及構(gòu)件列表中對(duì)應(yīng)的構(gòu)件，并指定了元器件的各種參數(shù)化屬性的數(shù)值；連接方法定義了元器件各個(gè)具體接口對(duì)外的連接形式，包括各接口的匹配方式、屬性；操作方法定義元器件各種邏輯功能對(duì)應(yīng)觸發(fā)方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于組合器件 模塊基于元器件的接口功能，定義組合器件中各個(gè)元器件的幾何關(guān)系、角色功能、組合邏 輯，實(shí)現(xiàn)單個(gè)元器件邏輯功能與組合器件邏輯功能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)組建與拆分組合器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于柔性線纜 模型模塊基于剛?cè)狁詈辖＠碚?，將柔性線纜沿導(dǎo)線方向離散化成相互關(guān)聯(lián)的多個(gè)剛體， 形成一次近似耦合模型。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述交互 操作模塊包括交互硬件驅(qū)動(dòng)模塊提供常用輸入設(shè)備的信號(hào)捕獲功能，實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶對(duì)外設(shè)硬件的 操作狀態(tài)，同時(shí)支持常用的虛擬現(xiàn)實(shí)外設(shè)；仿真操作者模塊對(duì)輸入設(shè)備采集到的各種事件以及用戶的菜單操作事件，使用二維 到三維環(huán)境的位置映射方法，轉(zhuǎn)換成貼近于實(shí)際操作的自然交互信號(hào)，包括操作者觀察點(diǎn) 實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)的交互操作，以及針對(duì)各類虛擬構(gòu)件的按下、旋轉(zhuǎn)、插入、接線操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述電氣 試驗(yàn)過(guò)程數(shù)學(xué)模型模塊包括接線正確性檢查模塊根據(jù)來(lái)自虛擬操作的數(shù)據(jù)和所選擇的試驗(yàn)項(xiàng)目自動(dòng)判斷試驗(yàn)選 擇的儀表是否正確、接線是否正確，判斷的結(jié)果送試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算模塊；儀表功能仿真模塊根據(jù)來(lái)自虛擬操作的數(shù)據(jù)判斷儀表的操作情況，判斷結(jié)果送試驗(yàn) 結(jié)果計(jì)算模塊；試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算模塊不同的試驗(yàn)項(xiàng)目有對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算模塊。
全文摘要
本發(fā)明提供一種變壓器電氣試驗(yàn)遠(yuǎn)程仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相連的教練員站和遠(yuǎn)程客戶端，其特征在于所述教練員站設(shè)置有仿真系統(tǒng)服務(wù)器，在仿真系統(tǒng)服務(wù)器上建立培訓(xùn)網(wǎng)站，在仿真系統(tǒng)服務(wù)器上設(shè)置有仿真系統(tǒng)服務(wù)端軟件，所述遠(yuǎn)程客戶端設(shè)置有仿真系統(tǒng)客戶端軟件，所述仿真系統(tǒng)客戶端軟件包括主控臺(tái)模塊和三維虛擬試驗(yàn)?zāi)K，所述三維虛擬試驗(yàn)?zāi)K包括自主操作學(xué)習(xí)模塊和操作考核模塊。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的高壓電氣試驗(yàn)操作培訓(xùn)與考核方式，使得操作者得到更多的培訓(xùn)、降低培訓(xùn)與考核過(guò)程的危險(xiǎn)性、提高考核準(zhǔn)確性和降低培訓(xùn)成本。
文檔編號(hào)G09B9/00GK102054377SQ20101055673
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者喬宏斌, 劉娟, 張量, 王勤, 趙新冬, 鄭一兵, 陳涇生 申請(qǐng)人:江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司