變電站操作虛擬場景更新方法、裝置以及仿真操作培訓系統與流程

本發明涉及電力系統仿真技術領域，特別是涉及一種變電站操作虛擬場景更新方法、裝置以及仿真操作培訓系統。

背景技術：

目前國內基于三維漫游的電力仿真培訓系統經過初期的探索，現已有多套系統投入使用。但電力系統中電氣設備類型眾多，裝置接線復雜，操作涉及一次設備和二次設備等眾多設備。

因此在實現過程中，發明人發現傳統技術中至少存在如下問題：目前傳統已有的系統大多只能模擬電力系統局部的場景和設備，僅能夠提供設備巡視的實景漫游，無法實現一次和二次系統的聯動操作虛擬場景的更新，因此不能實現真實的電站運行環境和工況模擬，導致在變電站操作的培訓過程中，操作者在虛擬場景中操作設備時，無法了解某項操作對哪些線路或設備造成影響，有什么樣的影響，以及相關線路瞬態過程如何等信息，影響實際的培訓效果。

技術實現要素：

基于此，有必要針對傳統技術不能實現真實的電站運行環境和工況模擬，導致影響實際培訓效果的問題，提供一種變電站操作虛擬場景更新方法、裝置以及仿真操作培訓系統。

為了實現上述目的，一方面，本發明實施例提供了一種變電站操作虛擬場景更新方法，包括以下步驟：

在確認虛擬變電站系統當前出現暫態過程或暫態過程結束進入穩態時，對虛擬變電站系統進行暫態仿真，生成仿真數據；仿真數據包括虛擬變電站系統中一次模擬系統與二次模擬系統的電力運行參數；

根據仿真數據，變更一次模擬系統、二次模擬系統的設備模型參數；

根據預設的二次模擬系統保護條件，在確認變更了設備模型參數后的一次模擬系統與二次模擬系統發生聯動操作時，控制一次模擬系統中相關的一次設備模型、二次模擬系統中相關的二次設備模型動作；

基于動作的結果，更新一次設備模型、二次設備模型的模型屬性數據；

根據更新的模型屬性數據，相應更新培訓終端中虛擬變電站系統的當前虛擬場景。

一方面，本發明實施例還提供了一種變電站操作虛擬場景更新裝置，包括：

暫態仿真單元，用于在確認虛擬變電站系統當前出現暫態過程或暫態過程結束進入穩態時，對虛擬變電站系統進行暫態仿真，生成仿真數據；仿真數據包括虛擬變電站系統中一次模擬系統與二次模擬系統的電力運行參數；

變更設備參數單元，用于根據仿真數據，變更一次模擬系統、二次模擬系統的設備模型參數；

控制動作單元，用于根據預設的二次模擬系統保護條件，在確認變更了設備模型參數后的一次模擬系統與二次模擬系統發生聯動操作時，控制一次模擬系統中相關的一次設備模型、二次模擬系統中相關的二次設備模型動作；

更新屬性數據單元，用于基于動作的結果，更新一次設備模型、二次設備模型的模型屬性數據；

虛擬場景更新單元，用于根據更新的模型屬性數據，相應更新培訓終端中虛擬變電站系統的當前虛擬場景。

另一方面，本發明實施例還提供了一種變電站仿真操作培訓系統，包括依次連接的培訓終端、仿真裝置以及模型存儲裝置；

培訓終端向仿真裝置輸出仿真操作命令，由仿真裝置根據仿真操作命令引發模型存儲裝置中的虛擬變電站系統當前出現暫態過程；仿真操作命令包括故障設置命令和仿真控制命令；

仿真裝置在確認虛擬變電站系統當前出現暫態過程或暫態過程結束進入穩態時，對虛擬變電站系統進行暫態仿真，生成仿真數據；仿真數據包括虛擬變電站系統中一次模擬系統與二次模擬系統的電力運行參數；并根據仿真數據，變更一次模擬系統、二次模擬系統的設備模型參數；以及根據預設的二次模擬系統保護條件，在確認變更了設備模型參數后的一次模擬系統與二次模擬系統發生聯動操作時，控制一次模擬系統中相關的一次設備模型、二次模擬系統中相關的二次設備模型動作；基于動作的結果，更新一次設備模型、二次設備模型的模型屬性數據；根據模型屬性數據，相應更新培訓終端中虛擬變電站系統的當前虛擬場景。

本發明具有如下優點和有益效果：

本發明變電站操作虛擬場景更新方法、裝置以及仿真操作培訓系統，可以將虛擬現實沉浸式交互培訓課件、根據實際變電站構建的三維仿真模擬場景和變電站一、二次系統相結合，在設備模擬操作中根據需要模擬變電站運行的動態過程，實時展現暫態過程造成的線路或設備影響，實現全方位一體化的培訓。本發明能夠真實再現變電站的實際運行情況，實現一次和二次系統的聯動操作虛擬場景的更新，而不僅僅是模擬一個或幾個場景，本發明可以使操作培訓更加真實。通過一、二次系統的聯動仿真，使培訓更加貼近工作實際，可實現將培訓場景直接套用在日常工作中，培訓效果更加顯著。

附圖說明

圖1為本發明變電站操作虛擬場景更新方法實施例1的流程示意圖；

圖2為本發明變電站操作虛擬場景更新方法實施例1中一次、二次系統聯動操作的仿真流程示意圖；

圖3為本發明變電站操作虛擬場景更新裝置實施例1的結構示意圖；

圖4為本發明變電站仿真操作培訓系統實施例1的結構示意圖；

圖5為本發明變電站仿真操作培訓系統實施例2的系統架構示意圖；

圖6為本發明變電站仿真操作培訓系統實施例2中沉浸式變電站仿真培訓系統的架構示意圖；

圖7為本發明變電站仿真操作培訓系統實施例2中一體化聯動仿真系統的架構示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的首選實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發明。本文所使用的術語“及/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

本發明變電站操作虛擬場景更新方法、裝置以及仿真操作培訓系統一具體應用場景說明：

一次系統可以指直接用于生產、輸送和分配電能的生產過程的高壓電氣設備。它可以包括發電機、變壓器、斷路器、隔離開關、自動開關、接觸器、刀開關、母線、輸電線路、電力電纜、電抗器、電動機等。由一次設備相互連接，構成發電、輸電、配電或進行其他生產過程的電氣回路稱為一次回路或一次接線系統。

二次系統可以指對一次設備的工作進行監測、控制、調節、保護以及為運行、維護人員提供運行工況或生產指揮信號所需的低壓電氣設備。如熔斷器、控制開關、繼電器、控制電纜等。由二次設備相互連接，構成對一次設備進行監測、控制、調節和保護的電氣回路稱為二次回路或二次接線系統。

電網運行包括暫態和穩態兩種狀態，平時處在穩定的運行狀態時為穩態，穩態時電壓、電流等參數以及各個設備的運行穩定有序；若在穩態條件下變電站拓撲結構或者運行狀態發生改變、如突然電壓升高、負載突然增加、設備突然故障等造成電網狀態改變，在發生改變的這個時刻電網就進入了暫態過程，在這個過程中可能會出現過壓、過流、過熱等等情況，在變電站的實際運行中，二次系統在監控到這些情況后會啟動保護措施切斷一次系統的故障線路以及相關的某段或某幾段線路；暫態過程只是暫時的，隨著時間推移逐漸趨向穩態，因此經過一段時間后線路又達到了穩定即暫態過程結束進入穩態過程。

具體而言，一次系統的變化會引起線路上電壓、電流等參數的變化，二次系統采集到一次系統的參數變化后若達到保護條件則啟動保護，控制一次系統的相關操作。

在實際變電站運行中，某設備發生故障引起二次系統啟動保護機制聯動切斷一次系統，現場檢修人員可根據二次系統的動作和記錄的數據進行故障定位、分析原因和排除故障等，而傳統的電力仿真培訓系統大多只能模擬電力系統局部的場景和設備，僅能夠提供設備巡視的實景漫游，無法實現一次和二次系統的聯動，因此不能實現真實的電站運行環境和工況模擬。

本發明變電站操作虛擬場景更新方法實施例1：

為了解決傳統技術不能實現真實的電站運行環境和工況模擬，導致影響實際培訓效果的問題，本發明提供了一種變電站操作虛擬場景更新方法實施例1；圖1為本發明變電站操作虛擬場景更新方法實施例1的流程示意圖；如圖1所示，可以包括以下步驟：

步驟s110：在確認虛擬變電站系統當前出現暫態過程或暫態過程結束進入穩態時，對虛擬變電站系統進行暫態仿真，生成仿真數據；仿真數據包括虛擬變電站系統中一次模擬系統與二次模擬系統的電力運行參數；

具體而言，虛擬變電站系統可以指利用虛擬現實技術構建的基于實際變電站的三維模型(即變電站三維模擬系統)，能夠實現變電站線路和設備的三維仿真、漫游與操作；虛擬變電站系統包括一次模擬系統和二次模擬系統；暫態仿真可以指對暫態過程進行計算。當虛擬變電站系統出現暫態過程或未達到穩態時，觸發暫態仿真進程，對當前系統進行暫態仿真。

步驟s120：根據仿真數據，變更一次模擬系統、二次模擬系統的設備模型參數；

具體而言，在仿真的過程中，可以根據仿真結果與虛擬變電站系統的模型對象(即底層模型庫存儲的各模型數據)進行交互，修改設備模型對象參數，并在下一個仿真周期讀入和使用改變了的一、二次設備模型參數。

步驟s130：根據預設的二次模擬系統保護條件，在確認變更了設備模型參數后的一次模擬系統與二次模擬系統發生聯動操作時，控制一次模擬系統中相關的一次設備模型、二次模擬系統中相關的二次設備模型動作；

具體而言，可以通過檢查二次系統中的相關數據(優選的，相關數據可以為二次系統中各傳感器的數據)與二次系統的保護條件進行對比，判定是否有相關一、二次聯動操作情況發生，有則控制相關一、二次設備動作并更新其狀態，否則保證當前狀態不變。

步驟s140：基于動作的結果，更新一次設備模型、二次設備模型的模型屬性數據；

具體而言，模型屬性數據可以包括設備模型的產品屬性數據、狀態屬性數據、連接關系屬性數據以及故障屬性數據。由于本發明對虛擬變電站系統進行仿真，構建相應虛擬場景同樣是基于底層模型庫(即存儲各模型數據的模型庫)，因此當更新虛擬變電站系統中各設備模型的模型屬性數據后，相應的一、二次狀態也會反映到變電站仿真培訓系統所構建的虛擬環境中，實現了一、二次聯動的一體化仿真。

步驟s150：根據更新的模型屬性數據，相應更新培訓終端中虛擬變電站系統的當前虛擬場景。

具體而言，可以根據更新了屬性后的模型，實時更新構建當前的虛擬場景并推送至終端層。在虛擬場景中更新狀態有變化的各個設備的狀態，從而將相應的一、二次系統的狀態變化反映到沉浸式變電站仿真培訓系統所構建的虛擬環境中并呈現給學員，從而實現一、二次系統聯動的一體化仿真。

本發明變電站操作虛擬場景更新方法，可以根據實際變電站構建的三維仿真模擬場景和變電站一、二次系統相結合，在設備模擬操作中根據需要模擬變電站運行的動態過程，實時展現暫態過程造成的線路或設備影響，實現全方位一體化的培訓。

在一個具體的實施例中，電力運行參數包括電壓、電流、相位和功率因數；

確認虛擬變電站系統當前出現暫態過程的步驟包括：

在虛擬變電站系統處于穩態時，對比識別虛擬變電站系統的當前拓撲結構與前一次拓撲結構相比是否發生變化；

或

在虛擬變電站系統處于穩態時，對比識別虛擬變電站系統的當前運行狀態與前一次運行狀態相比是否發生變化；

在發生變化時，確認虛擬變電站系統當前出現暫態過程；

以及

確認虛擬變電站系統當前暫態過程結束進入穩態的步驟包括：

在虛擬變電站系統處于暫態過程中時，對比分析當前電力運行參數與前一次電力運行參數，得到參數變化數據；

獲取參數變化數據的收斂誤差，根據收斂誤差判斷虛擬變電站系統當前暫態過程是否結束且可進入穩態。

具體而言，本發明各實施例可以確認一次模擬系統(優先重點確認一次系統)以及二次系統(同時確認)是否處于穩態運行，二次系統中如果傳感器出現故障，這時一次系統處于穩態，但二次系統是在瞬態，這個瞬態嚴重時也會造成一次系統的動作。如電壓傳感器突然壞了，10kv的電壓突然測出20kv的結果，這時二次系統就會進入瞬態，如果二次系統的保護電壓值設在10～20kv之間，則二次系統就會控制一次線路保護跳閘，這是電站運行的真實情景，而傳統的培訓系統沒有考慮這些，無法實現一次和二次系統的聯動操作虛擬場景的更新。

圖2為本發明變電站操作虛擬場景更新方法實施例1中一次、二次系統聯動操作的仿真流程示意圖；如圖2所示，可以通過在系統處在穩態時對比識別系統中一、二次系統拓撲結構或運行狀態與上一個仿真時刻相比是否發生變化，以此判定系統是否出現暫態過程，或在系統已處在暫態過程時對比分析上兩個仿真時刻的結果(即電力運行參數)并根據收斂誤差判定是否達已到穩態而需退出暫態過程；當出現暫態過程或還未達到穩態時，觸發系統開展暫態仿真流程，對當前系統進行暫態仿真。

在一個具體的實施例中，在確認虛擬變電站系統當前出現暫態過程或暫態過程結束進入穩態時，對虛擬變電站系統進行暫態仿真的步驟之前還包括步驟：

根據培訓終端輸出的仿真操作命令變更模型屬性數據；

根據變更的模型屬性數據，改變虛擬變電站系統的拓撲結構或運行狀態，引發虛擬變電站系統出現暫態過程；仿真操作命令包括故障設置命令和仿真控制命令。

具體而言，培訓終端可以通過c/s或b/s模式與虛擬變電站系統進行交互，通過點選一次模擬系統或二次模擬系統的任意設備對象，通過改變該設備對象的本質屬性、狀態屬性、連接關系屬性等動態改變線路拓撲結構或運行狀態，人為引起暫態過程，造成一、二次系統動作，或者通過改變故障屬性引起設備故障，造成一、二次系統動作來給予學員出考題。

在一個具體的實施例中，設備模型參數包括一次設備模型中輸電線路模型的電流電壓參數、變壓器的功率參數、開關和連接點的溫升參數，以及二次設備模型中相應電流傳感器、電壓傳感器和溫度傳感器的測量參數。

在一個具體的實施例中，根據預設的二次模擬系統保護條件，確認變更了設備模型參數后的一次模擬系統與二次模擬系統發生聯動操作的步驟包括：

獲取二次設備模型中各傳感器的數據；

檢查各傳感器的數據是否符合預設的二次模擬系統保護條件，并根據檢查的結果確認是否發生聯動操作。

具體而言，可以通過檢查二次系統中各個傳感器的數據與二次系統的保護條件進行對比判定是否有相關一、二次聯動操作情況發生，有則控制相關一、二次設備動作并更新其狀態，如開關的開合、電機的啟停等等，否則保證當前狀態不變。其中，優選的，預設的二次模擬系統保護條件可以是根據電網實際運行過程中二次系統實際啟用的相關保護機制設置的。

在一個具體的實施例中，模型屬性數據包括設備模型的產品屬性數據、狀態屬性數據、連接關系屬性數據以及故障屬性數據；

產品屬性數據包括以下數據中的任意一項或任意組合：額定電壓、額定電流、額定功率、耐壓水平以及最大通流容量；狀態屬性數據包括以下數據中的任意一項或任意組合：開關的閉合狀態、電機的啟停狀態、燈的亮滅狀態；連接關系屬性數據包含虛擬變電站系統中各設備模型之間的連接關系；故障屬性數據包含在培訓終端操作虛擬變電站系統時可選取的故障數據。

具體而言，本發明各實施例中的變電站三維模擬系統中每個模型對象都必須至少具備產品本質屬性，狀態屬性、連接關系屬性、故障屬性四個屬性。本質屬性用于產品性能的判定和參考，如額定電壓、額定電流、額定功率、耐壓水平、最大通流容量等等作為產品由廠家直接提供的描述其性能的屬性，可從相關產品的銘牌上獲得；狀態屬性用于各個系統之間交互和聯動的狀態傳遞，如開關的閉合狀態、電機的啟停狀態、燈的亮滅狀態等屬性；連接關系屬性用于構建大系統時單個模型對象的連接關系；故障屬性用于培訓出題時選取故障，也給予學員以歸納方式理解產品可能的故障。

本發明變電站操作虛擬場景更新方法，能夠真實再現變電站的實際運行情況，而不是模擬一個或幾個場景，使操作培訓更加真實。同時實現一、二次系統的聯動仿真，使培訓更加貼近工作實際，可實現將培訓場景直接套用在日常工作中，培訓效果更加顯著。

本發明變電站操作虛擬場景更新裝置實施例1：

基于以上變電站操作虛擬場景更新方法各實施例的技術方案，同時為了解決傳統技術不能實現真實的電站運行環境和工況模擬，導致影響實際培訓效果的問題，本發明還提供了一種變電站操作虛擬場景更新裝置實施例1，圖3為本發明變電站操作虛擬場景更新裝置實施例1的結構示意圖；如圖3所示，可以包括：

暫態仿真單元310，用于在確認虛擬變電站系統當前出現暫態過程或暫態過程結束進入穩態時，對虛擬變電站系統進行暫態仿真，生成仿真數據；仿真數據包括虛擬變電站系統中一次模擬系統與二次模擬系統的電力運行參數；

變更設備參數單元320，用于根據仿真數據，變更一次模擬系統、二次模擬系統的設備模型參數；

控制動作單元330，用于根據預設的二次模擬系統保護條件，在確認變更了設備模型參數后的一次模擬系統與二次模擬系統發生聯動操作時，控制一次模擬系統中相關的一次設備模型、二次模擬系統中相關的二次設備模型動作；

更新屬性數據單元340，用于基于動作的結果，更新一次設備模型、二次設備模型的模型屬性數據；

虛擬場景更新單元350，用于根據更新的模型屬性數據，相應更新培訓終端中虛擬變電站系統的當前虛擬場景。

在一個具體的實施例中，更新屬性數據單元340，用于根據培訓終端輸出的仿真操作命令變更模型屬性數據；并根據變更的模型屬性數據，改變虛擬變電站系統的拓撲結構或運行狀態，引發虛擬變電站系統出現暫態過程；仿真操作命令包括故障設置命令和仿真控制命令。

需要說明的是，本發明變電站操作虛擬場景更新裝置實施例1中的各單元模塊，能夠對應實現以上變電站操作虛擬場景更新方法各實施例的方法步驟，此處不再贅述。

本發明變電站操作虛擬場景更新裝置，可以將虛擬現實沉浸式交互培訓課件、根據實際變電站構建的三維仿真模擬場景和變電站一、二次系統相結合，在設備模擬操作中根據需要模擬變電站運行的動態過程，實時展現暫態過程造成的線路或設備影響，實現全方位一體化的培訓。本發明能夠真實再現變電站的實際運行情況，實現一次和二次系統的聯動操作虛擬場景的更新，可以使操作培訓更加真實。同時實現一、二次系統的聯動仿真，使培訓更加貼近工作實際，可實現將培訓場景直接套用在日常工作中，培訓效果更加顯著。

本發明變電站仿真操作培訓系統實施例1：

為了進一步說明本發明的技術方案，同時解決傳統技術不能實現真實的電站運行環境和工況模擬，導致影響實際培訓效果的問題，特以能夠實際執行本發明變電站操作虛擬場景更新方法各實施例的變電站仿真操作培訓系統為例，闡述本發明技術方案的具體實現過程。為此，本發明還提供了一種變電站仿真操作培訓系統實施例1；圖4為本發明變電站仿真操作培訓系統實施例1的結構示意圖；如圖4所示，可以包括依次連接的培訓終端410、仿真裝置420以及模型存儲裝置430；

培訓終端410向仿真裝置420輸出仿真操作命令，由仿真裝置420根據仿真操作命令引發模型存儲裝置430中的虛擬變電站系統當前出現暫態過程；

仿真裝置420在確認虛擬變電站系統當前出現暫態過程或暫態過程結束進入穩態時，對虛擬變電站系統進行暫態仿真，生成仿真數據；仿真數據包括虛擬變電站系統中一次模擬系統與二次模擬系統的電力運行參數；并根據仿真數據，變更一次模擬系統、二次模擬系統的設備模型參數；以及根據預設的二次模擬系統保護條件，在確認變更了設備模型參數后的一次模擬系統與二次模擬系統發生聯動操作時，控制一次模擬系統中相關的一次設備模型、二次模擬系統中相關的二次設備模型動作；基于動作的結果，更新一次設備模型、二次設備模型的模型屬性數據；根據模型屬性數據，相應更新培訓終端中虛擬變電站系統的當前虛擬場景。

具體而言，本發明提供了一種基于沉浸式虛擬仿真的變電站一、二次系統聯動操作培訓系統。可以將虛擬現實沉浸式交互培訓課件和變電站一、二次系統相結合的全方位一體化培訓方式。該方式能夠真實再現現實世界真實變電站的實際運行情況，而不是模擬一個或幾個場景，使培訓更加真實。同時通過實現一、二次系統的聯動，使學員的培訓更加貼近日常工作實際，甚至可實現將培訓場景直接套用于日常工作中，培訓效果更加顯著。

在一個具體的實施例中，模型存儲裝置用于存儲變電站實際運行中的暫態過程數據和通過仿真獲得的暫態過程數據。

具體而言，本發明的暫態過程庫中的數據可以包括兩部分：一部分由仿真所得，另一部分由實際運行所測。本發明各實施例的變電站系統是基于真實變電站構建，該變電站日常運行中，出現的暫態過程和線路拓撲結構皆會由總控中心記錄，可將該部分數據導入仿真系統中，構建暫態過程庫中的實際運行測試部分。另一部分通過相關仿真軟件構建仿真模型，通過仿真獲取數據，以供培訓過程參考。

本發明變電站仿真操作培訓系統實施例2：

為了進一步說明本發明的技術方案，同時解決傳統技術不能實現真實的電站運行環境和工況模擬，導致影響實際培訓效果的問題，本發明還提供了一種變電站仿真操作培訓系統實施例2；變電站仿真操作培訓系統實施例2與變電站仿真操作培訓系統實施例1相比，進一步擴展了變電站仿真操作培訓系統的架構，并細化了培訓終端、仿真裝置以及模型存儲裝置的內部結構部署，從變電站仿真操作培訓系統實際運行過程說明本發明技術方案的實現過程。圖5為本發明變電站仿真操作培訓系統實施例2的系統架構示意圖；

如圖5所示，本發明變電站仿真操作培訓系統實施例2在架構上可以包括三層：終端層、仿真計算層和模型層。

一、終端層可以包括學員終端和教員終端；

其中，學員終端用于學員和系統的交互，可以將學員沉浸于虛擬的場景中，通過對學員肢體運動的感知實現學員與系統的交互；具體的，本發明各實施的學員終端可以通過vr(virtualreality：虛擬現實技術)眼鏡與沉浸式變電站仿真培訓系統進行交互實現模擬環境，可以在學員視野中展現模擬的三維實體場景；通過傳感器實時獲取學員的頭、手、眼以及其他人體行為動作數據，并通過獲取和感知的數據與系統中的虛擬場景進行互動，實現學員與虛擬設備及場景的體感交互，以及提取系統一次原理圖、二次原理圖、設備信息等檔案，供培訓操作參考。

優選的，學員終端可以實現包括模擬環境、自然技能和語音通訊等功能；上述功能配合實現學員沉浸式虛擬仿真體驗，并通過感知學員肢體運動進而與仿真系統進行交互，其中自然技能可以包括人的頭部轉動，眼睛、手勢等人體行為動作。模擬環境是動態的實時三維立體逼真圖像，模擬學員所處環境；自然技能是學員的頭部轉動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作的感知能力，并通過感知的結果與系統進行交互；語音通訊為模擬現實變電站中現場與控制中心的無線通訊。

進一步的，教員終端可以實現包括系統展示、考核評估和語音通訊等功能。具體的，系統展示可以同時展示一次系統、二次系統和學員當前視窗。考核評估用于系統管理控制、故障場景設置、結果評價等；語音通訊用于教員與學員之間的交互。同時，教員終端可以用于教員對仿真系統的運行的監視控制，發送全局的仿真控制命令(如訓練開始、暫停、恢復、結束、重放)、教員操作命令、故障設置命令以及進行培訓評估。

優選的，本發明各實施例的教員終端可以通過c/s或b/s模式與沉浸式變電站仿真培訓系統進行交互，并通過學員當前視窗景象定位識別出當前虛擬場景的位置，并實時顯示該場景對應相關一次模擬系統和二次模擬系統以及當前學員視窗景象。教員通過點選一次模擬系統或二次模擬系統的任意設備對象，通過改變該設備對象的本質屬性、狀態屬性、連接關系屬性等動態改變線路拓撲結構，人為引起暫態過程，造成一、二次系統動作，或者通過改變故障屬性引起設備故障，造成一、二次系統動作來給予學員出考題。

二、仿真計算層是整個系統的核心，可以包括沉浸式變電站仿真培訓系統和一體化聯動仿真系統。

1、沉浸式變電站仿真培訓系統用于對學員終端和教員終端的管理和交互，實現虛擬現實的三維仿真、漫游和操作，故障設置和模擬等功能；同時通過檢查二次系統中各個傳感器的數據來監視一次系統的狀態，并根據二次系統的保護條件判定是否有相關一二次聯動操作情況發生，有則控制相關一二次設備動作，否則保證當前狀態不變；圖6為本發明變電站仿真操作培訓系統實施例2中沉浸式變電站仿真培訓系統的架構示意圖；如圖6所示：

優選的，沉浸式變電站仿真培訓系統可以包括虛擬場景仿真模塊、調度模塊和交互模塊。

其中，虛擬場景仿真模塊可以通過調用模型層的變電站三維模擬系統利用vr技術，構建變電站的虛擬三維模型，實現變電站線路和設備的三維仿真、漫游與操作；仿真過程中根據需要更新虛擬場景的設備狀態并將更新后的虛擬場景推送至終端，即同時向學員終端和教員終端推送虛擬場景。

調度模塊，用于建立變電站的電網模型，進行穩態潮流計算，模擬故障情況，同時接收教員終端的考核評價和出題指令、生成考核任務，根據考核任務通過交互模塊修改模型的屬性并通過虛擬場景仿真模塊根據修改屬性后的模型生成任務場景推送至學員終端；

交互模塊，用于將終端與虛擬場景的交互轉化成對模型屬性的修改，通過對模型屬性的檢視和對比更新虛擬場景中相關設備的狀態并將更新后的虛擬場景通過虛擬場景仿真模塊推送至終端層實現虛擬交互。

具體的，交互模塊可以通過接收終端層的交互命令對選擇設備在模型層中的對應模型對象進行交互，修改模型對象的參數或狀態等相關屬性，然后將模型層中的所有模型屬性數據讀出，并與當前虛擬場景中模型屬性進行對比，當有狀態發生變化時更新虛擬場景中模型的狀態；同時檢查二次系統中各個傳感器的數據與二次系統的保護條件進行對比判定是否有相關一、二次聯動操作情況發生，有則控制相關一、二次設備動作并更新其在虛擬場景中模型的狀態；最后將更新了屬性后的模型交由虛擬場景仿真模塊更新當前虛擬場景并推送至終端層。通過虛擬場景仿真模塊、調度模塊和交互模塊三者的有機統一相互配合實現沉浸式交互模擬仿真。

2、一體化聯動仿真系統用于識別系統模型的拓撲結構是否發生變化，若發生變化則控制系統進入暫態過程，觸發暫態過程仿真，根據仿真結果修改一、二次設備運行參數，這里系統模型的拓撲結構的變化包括線路投切、負載投切、設備工作或停止的狀態變化、設備發生故障與否等等會引起系統暫態過程的情況，是廣義的拓撲結構。圖7為本發明變電站仿真操作培訓系統實施例2中一體化聯動仿真系統的架構示意圖；如圖7所示：

優選的，一體化聯動仿真系統可以包括系統拓撲狀態識別模塊、系統暫態仿真模塊和模型狀態交互模塊。

其中，系統拓撲狀態識別模塊在系統處在穩態時對比識別系統中一、二次系統拓撲結構與上一個仿真時刻相比是否發生變化，以此判定系統是否出現暫態過程，或在系統已處在暫態過程時對比分析上兩個仿真時刻的結果并根據收斂誤差判定是否達已到穩態而需退出暫態過程；

優選的，系統拓撲狀態識別模塊可以判別操作者的操作引起的系統拓撲狀態的變化和線路參數的狀態變化，并保存變化前的狀態參數并作為初始條件觸發暫態仿真模塊進行暫態仿真過程的計算，獲取線路的暫態電壓電流等參數。

在系統出現暫態過程或還未達到穩態時，觸發系統暫態仿真模塊工作，對當前系統進行暫態仿真，在仿真的過程中，根據仿真結果與模型層中的模型對象進行交互，修改設備模型對象參數，如輸電線纜模型的電流電壓參數、變壓器的有功功率、無功功率、功率因素等參數、開關和連接點的溫升參數等一次設備模型以及相應電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器的測量參數等二次設備模型；

進一步的，系統暫態仿真模塊可以接受系統拓撲狀態識別模塊的觸發命令和初始條件，并控制系統進入暫態，并在暫態過程結束時控制退出暫態進入穩態；在暫態仿真過程中可實時將仿真數據傳遞給模型狀態交互模塊。而模型狀態交互模塊可以接收系統暫態仿真模塊的仿真數據，并根據仿真數據實時更新模型屬性。

改變了的一、二次設備模型參數在下一個仿真周期中由沉浸式變電站仿真培訓系統讀入，通過檢查二次系統中各個傳感器的數據與二次系統的保護條件進行對比判定是否有相關一、二次聯動操作情況發生，有則控制相關一、二次設備動作并更新其狀態，如開關的開合、電機的啟停等等，否則保證當前狀態不變；最后由沉浸式變電站仿真培訓系統更新虛擬場景中各個設備的狀態，從而將相應的一、二次系統的狀態反映到沉浸式變電站仿真培訓系統所構建的虛擬環境中并呈現給學員，實現了一、二次系統聯動的一體化仿真。上述過程所采用的算法流程可以如圖2所示。

需要說明的是，本發明各實施例中的變電站三維模擬系統中每個模型對象至少具備產品本質屬性，狀態屬性、連接關系屬性、故障屬性四個屬性。本質屬性用于產品性能的判定和參考，如額定電壓、額定電流、額定功率、耐壓水平、最大通流容量等等作為產品由廠家直接提供的描述其性能的屬性，可從相關產品的銘牌上獲得；狀態屬性用于各個系統之間交互和聯動的狀態傳遞，如開關的閉合狀態、電機的啟停狀態、燈的亮滅狀態等屬性；連接關系屬性用于構建大系統時單個模型對象的連接關系；故障屬性用于培訓出題時選取故障，也給予學員以歸納方式理解產品可能的故障。整個模型的場景仿真可以采用untiy3d三維引擎開發。

三、模型層是整個系統的基礎層，供模擬仿真層調用，可以包括變電站三維模擬系統、一次模擬系統、二次模擬系統以及暫態庫。

其中，變電站三維模擬系統為真實變電站的三維實體模型；一次模擬系統為變電站的一次系統原理模型；二次模擬系統為變電站的二次系統原理模型。

進一步的，暫態過程庫用于存放操作中的暫態過程數據，以供學員在陪訓過程中，操作某設備前，通過調用暫態過程庫中的數據了解該操作所會引起的暫態過程，評估判定該操作是否合適，預估操作后果。

優選的，暫態過程庫可以包括現實變電站中控系統活動的暫態過程數據和仿真獲得的暫態過程數據。可供學員培訓中進行某項操作時調用相應數據了解其操作的后果。具體而言，本發明各實施例中的暫態過程庫可以包括兩部分：一部分由仿真所得，另一部分由實際運行所測。本發明的變電站系統基于真實變電站構建，該變電站日常運行中，出現的暫態過程和線路拓撲結構皆會由總控中心記錄，可將該部分數據導入仿真系統中，構建暫態過程庫中的實際運行測試部分。另一部分通過相關仿真軟件構建仿真模型，通過仿真獲取數據，以供培訓過程參考。

本發明變電站仿真操作培訓系統實施例2，通過建設整合底層系統結構搭建全方位一體化的聯動平臺系統，以一種可以將虛擬現實沉浸式交互培訓課件和變電站一、二次系統相結合的全方位一體化培訓方式，真實再現現實世界真實變電站的實際運行情況，同時通過一、二次系統的聯動，實現變電站三維模擬操作系統、變電站一次系統、變電站二次系統三者的狀態統一，使學員的培訓更加貼近日常工作實際，甚至可實現將培訓場景直接原原本本套用在日常工作中，顯著調高培訓效果。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序在執行時，包括以上方法所述的步驟，所述的存儲介質，如：rom/ram、磁碟、光盤等。

以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。