作者：林益江 本文字数：2495
［摘 要］ 采用虚拟现实技术建立一套混流式发电机组的仿真系统，该系统主要由机组设备的盘台监控系统和运行三维系统组成，可连续、实时地仿真电厂机电设备运行与维护情况，可以提供全工况、全方位的理论和实训教学，发电厂及电力系统专业的学生可在系统上模拟现场运行人员进行设备监控、操作等功能，不用亲临电厂现场，也可以掌握必备的运行操作技能。
［关 键 词］ 虚拟现实；水电厂；运维培训
［中图分类号］ TV737 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2019）23-0216-03
虚拟现实技术是指利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备使用户“投入”该环境中，实现用户该环境直接进行自交互的技术。虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是随着计算机技术的发展出现的一种高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用计算机模拟出一个三维的虚拟世界，给使用者进行视觉、听觉、触觉等感官的模拟，使用者会有身临其境的感觉，可以没有限制地感觉三维空间里的事物。虚拟现实汇集了计算机图形学、图像处理与模式识别、人机智能接口技术、传感器技术、多媒体技术、高度并行的计算机技术和人的行为研究等多项关键技术。
一、研究的背景及意义
我校发电厂及电力系统专业主要培养面向发配电领域，从事电气运行与维护、电气设备安装与调试、电气设备生产与装配三个岗位的高素质技能型人才。随着发配电领域由建设转为内涵发展，近十年已建或新建电厂都进行了计算机监控改造，自动化水平很高，企业用人单位要求生产人员逐渐向运维一体、机电一体、一专多能方向发展，因此培养技能复合型人才的需求极为迫切。目前，国内水力发电厂向“无人值班、少人值守”发展，而对水电技术人员的要求也向“机电合一、运维一体”转化，水轮发电机组是一个包含多设备、涉及多学科的复杂耦合大系统，运维人员必须十分了解设备，并对其检修过程进行反复的训练操作才能达到标准，新的检修人员很难通过一两次现场检修工作经验掌握机组检修需把握的各个环节。水力发电类专业在培养水电厂运行时，必需紧跟电力行业水电企业的特殊要求。是建立现阶段先进的水电站运行虚拟仿真系统，更新原有的物理仿真系统，以适应职业教学的发展，跟上水电技术发展的步伐，使我校培养的专业人才所具備的知识和技能满足企业的岗位要求。由于电力系统运行对安全性要求极高，难以提供学生开展实践教学和锻炼的机会。而脱离了实际环境进行的教学，没有人的角色参与其中，，达不到一种一目了然和切身体会的效果，学生不能够全方位了解设备的物理特性和设备检修过程，很难真正掌握检修知识，而且对检修现场突发状况，也很难对其做出为了满足水电站对专业检修技术人员培训的要求，怎样保证学习质量和效率，降低学习或实训的安全风险，采用新技术、新模式已成为一种必然趋势。而VR仿真系统可连续、实时地仿真电厂机电设备运维情况，可以提供全工况、全方位的教学，通过该技术的应用，学生只需要一台电脑，就能够在虚拟环境中全方位、快速了解机组结构，以交互方式掌握检修流程及工艺，加上文本和音频解说，从而获得更加生动形象的学习，达到一种似真非真的境界。学生可在系统上模拟现场运行人员进行设备监控、操作等功能，不用亲临电厂现场，也可以掌握必备的运行操作技能，对接企业提出的能力需求。
二、水电厂仿真系统的组成及功能
水电厂仿真系统以实际的发电厂混流式水轮发电机组为原型，其计算机监控的参数与实际的机电设备型号、参数保持一致，主要由教员台和学员台两部分组成。
1.教员台的作用是担负仿真系统运行控制及监视仿真过程的任务。主要功能有：仿真控制、状态监视、故障设置、事件记录、教案操作。
2.学员台由虚拟盘台和三维系统两部分组成，学员可以在虚拟盘台中完成机组自动启停、机组出力调整、开关站监控、油气水系统监视、厂用电系统、直流系统监视。主要功能有：电厂运行监视、现场操作、事故处理。
此外，不同于实际监控系统，油气水系统和辅助系统界面中增加了操作及控制功能，学员在系统图上就可以完成辅助系统的阀门操作，而不必每次都到虚拟现场进行。
3.报警台部分可以查看现场发生故障的光字，虚拟盘台部分包括机旁盘、中控继保盘、厂用电盘、辅助系统盘等。可以模拟现场的盘台操作，盘上的各种表计、指示灯、液晶屏显示与现场实际保持一致，各种小开关、转换把手、按钮、压板、保护装置均可操作，其动作结构与原型电厂保持一致。
点击不同部分的按钮可以打开相应部分三维虚拟现实场景，学员可以在场景中完成设备巡视、设备操作、故障处理等工作。
三、水电厂仿真系统的演示
（一）教案功能
“教案功能”的下拉菜单中包括“教案”和“开始记录操作到教案”“结束开始记录操作到教案”三个选项。
教员可以提前设置故障加入教案，上课的时候，设置故障可以直接调用教案，不必一一设置。点击“教案”选项弹出如图1对话框。
首先选择“新建教案”，弹出图7对话框，“名称”中填入新建教案名称，“选择初始工况”下拉框中选择新建教案的初始工况。
教案新建完成后，在图7对话框中选中刚才建立的教案，点击右侧的“确定”按钮，弹出图8窗口。这里可以设置教案延时执行的时间，可以根据需要设置，默认为0毫秒。
