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1、华中科技大学 硕士学位论文 三维交互式变电站仿真系统设计 姓名：黄志兴 申请学位级别：硕士 专业：水利水电工程 指导教师：周建中;杨峰 20071111 I 摘 要 随着计算机仿真应用领域的拓宽，电力仿真系统需要解决的问题也越来越复杂， 许多问题靠单个仿真系统已无法解决，必须依靠多个仿真系统进行联合协同仿真。因 此，分布式电力仿真技术已成为电力仿真领域的前沿和热点之一。本论文以研究电力 系统的多个不同类型的仿真系统之间的联合协同问题为背景，在总结国内外先进变电 站仿真和分布式仿真技术的最新研究成果的基础上，对将建模与仿真的高层体系结构 应用于三维交互式变电站系统中进行了初步探讨研究。 论文所完
2、成的主要工作包括: 1.利用Multigen Creator 软件建立虚拟变电站模型，对电气设备的可操作部件 进行了DOF设置，进行了模型的简化。使用Billboard 公告牌创建了场景中的电线杆 和树木等物体。 2.使用 Vega 的路径和导航器工具实现了虚拟变电站多路径自动漫游的功能。使 用 Vega API 开发了变电站手动漫游、电气设备的三维操作、辅助环境的实现等功能。 3.提出了三维交互式变电站系统的实现方案，归纳了系统各个组成成员的功能 需求，给出各个联邦成员和整个变电站仿真系统的工作流程以及各成员的功能组成模 块，并设计出联邦成员的对象类和交互类。在应用BH HLA/RTI协同仿
3、真平台进行成 员高层建模的基础上，完成并实现了三维交互式变电站系统仿真平台。 4.利用 Visual c+开发了人机监控界面，通过建模与仿真高层体系结构（High Level Architecture，简称 HLA）实现各模块与人机界面的接口，构建了包含 2 个联 邦成员的仿真环境。 5.对论文所做的全部工作进行了总结，提出了目前设计中的创新点及不足之处， 并对未来三维交互式变电站仿真技术予以展望。 关键词：关键词：变电站仿真 虚拟现实 PSAT HLA II Abstract With the extension of the application area of computer sim
4、ulation systems, the problems that need to be solved by Power Simulation System come to be more and more complicated, so many of them cant be resolved by single simulation but many in joint and collaboration. Therefore, distributed Power Simulation technology has become the foremost edge and one of
5、the hot spots in Power Simulation area. Based on the summation of the latest fruits of research in both internal and external advanced substation simulation and distributed simulation technology ,it is initially discussed and studied something about applying the modeling and High Level Architecture(
6、shortened in HLA) of simulation to the 3D Interactive Substation System in this article, which has its setting of researching the problems about the cooperation within many types of simulation systems in power system. This paper includes the following research contents mainly: 1. Using the software
7、of Multigen Creator to set up the virtual substation models and setup DOF nodes for the components of electric equipments. Predigesting the models. Using the billboard to set up telegraph poles and trees for the scene. 2.Using the path and navigation tools of Vega to achieve the function of the virt
8、ual substations automatism ramble. Program to achieve manuals ramble, operation of 3D electric equipments and assistant environment. 3. Raised the implementation program of 3D Interactive Substation System , summarized the Functional requirements of every membership in the system, gave the workflow
9、of every Federation member and the whole substation stimulation system as well as functional component module of every member . Object class and Interactive Class of Federation members were designed too. On the basis of senior modeling of members in the application of BHHLA/RTI Co-simulation platfor
10、m ,3D Interactive Substation System simulation platform was completed and achieved . 4. Human-machine monitoring and control interface was developed by using Visual C+ and the contraction between each module and user interface done with the help of III modeling and HLA of simulation. The design cons
11、tructed a simulated environment including two federates. 5. All of the contents in the article was concluded, as well as the innovations and defects about the present designing. And the expectation to the future 3D Interactive Substation Simulation Technology was brought out. Keywords：The Substation
12、 Simulation Virtual Reality Power System Analysis Toolbox High Level Architecture 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研 究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并
13、向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 1 绪论 1.1 课题背景 1.1.1 课题来源 伴随着计算机技术、系统工程技术的迅速发展，计算机仿真技术得到了很大的发 展，并且在电力系统中得到了广泛的应用。借助虚拟现实技术，可以实现电站的三维 场景漫游、多媒体交互
14、,可以在PC平台上实现电站的三维仿真。 目前国外已经开发了基于虚拟现实技术的电力仿真系统。国内基于三维漫游的电 力仿真系统经过一段时间的探索，现在已有多套系统投入使用。但是由于电力系统中 电气设配类型众多，装置接线复杂，空间布局和运动控制规律复杂，这些系统大多只 模拟了电力系统局部的场景和设备，基本上只能提供设备巡视的视景漫游。但是在实 际工作中,电力部门之间存在着丰富的交互活动,是电力运行人员很重要的工作, 直接 关系到电网的安全稳定和经济运行。究其原因，主要是因为目前的联合仿真功能大多 是通过开发网络接口模块来实现的。这种模式的开发工作量很大, 开发人员不仅要开 发仿真应用, 还要实现网络
15、通讯和联合培训中的成员管理。而且网络通信功能较弱， 对分布式系统的支持不够。本文运用虚拟现实技术，结合建模与仿真高层体系结构 HLA , 提出了一种新的系统构建方法。 1.2 研究现状 1.2.1 变电站仿真培训系统的发展过程 国内外电力系统的培训仿真器从 70 年代开始发展,开始主要集中在火电厂机组, 之后相继扩展到电网、变电站的仿真培训。国外 70 年代就出现了实用的火电仿真系 统、电网仿真系统和变电站的仿真系统。我国于 1982 年研制成功了第一套火电仿真 机组,期间电网调度仿真机和变电站仿真机也在开发,并从80年代末期开始陆续建立了 电网和变电站的仿真培训系统,1990 年研制出了第一
16、台 DTS东北电网仿真系统。 2 到 1999 年,大多数的网调、省调都使用了电网调度仿真器1。从变电站仿真培训系统 发展的整个过程来看，主要可分为有硬件屏盘模式、纯软件模式、 “软、硬结合”即 软件仿真和真实保护测控设备相结合的模式以及目前的利用虚拟现实技术来实现人 员培训。 1.2.1.1 有硬件屏盘模式 最先出现的变电站仿真系统主要采取带盘台的模式,带盘台模式是指用和现场相 同的屏柜硬件组成培训系统的主控室,由后台计算机支持这些硬件的操作和显示。 典型 的如天津大学和大港油田水电厂共同研制开发的大港油田变电站仿真培训系统。该系 统的硬件配置主要有模拟控制盘、模拟继电器保护盘、变电站配电装置、变电站主接 线操作模拟盘、计算机控制仿真系统。其中计算机控制仿真系统是变电站培训仿真系 统的核心，它担负模拟变电站的仿真，复现变电站主控室现象的任务。接受模拟盘的 信息，控制模拟盘的动作和信号。这种带有硬件盘台的变电站仿真培训系统是最早应 用的培训系统模式。带盘台模式真实度很高,但需要配备大量的硬件装
