[发明专利]基于柔性化子系统划分和场景属性聚类的水电站多维全数字建模方法

说明书

基于柔性化子系统划分和场景属性聚类的水电站多维全数字建模方法，分析巨型水电站各子系统的时间尺度和刚性特征，提出基于分布式智能多代理技术的柔性化子系统划分方法。根据系统的层次和功能，将水电站分为若干个不同时间尺度和刚性特征的标准模块，建立巨型水电站各个标准子系统的模型；基于局部截断误差对多时间尺度变量进行分组和组间协调处理，实现多维仿真精确性和实时性的统一；基于场景属性的参数层次聚类方法，建立属性特征模型，提出多维数据横向和纵向交互共享技术，实现二三维同步显示。本发明利用柔性化子系统划分方法建立巨型水电站标准子模块，利用场景属性聚类方法建立数据融合属性特征模型，实现二维和三维运维合一仿真的精确性和实时性统一。

技术领域

本发明涉及巨型水电站仿真技术领域，具体是一种基于柔性化子系统划分和场景属性聚类的水电站多维全数字建模方法。

背景技术

随着节能减排的深入推进，清洁能源的利用规模进一步扩大。水电作为技术最成熟的清洁能源发电技术，受到国内外的普遍推崇。水电的快速发展，导致对水电站运行和维护的专业技术人才的需求加大。由于水电站是电力系统重要组成部分，对电力系统的负荷支撑具有重要作用，要求从事水电站运行和维护的技术人员必须具有丰富的知识、经验和能力；要求他们全面、正确、熟练地掌握系统及其设备在各种工况下的操作调整技术，具备正确分析、判断和处理各种应急事故的能力。

传统的培训方式是在接受一定专业教育的基础上使受训人员跟班培训。由于电能生产过程的连续性、可靠性及安全性要求，在相当长的时期内，受训者难以得到充分有效的操作训练。这种培训方式周期长、见效慢、难以全面提高受训人员的综合素质。随着我国电力工业的迅速发展，水电站的自动化水平越来越高，运行人员平时的实际操作机会越来越少；同时大规模电力系统对大机组、大容量电厂以及电网运行的安全性、可靠性要求又越来越高，对误操作的可容性越来越小，特别是在事故情况下，要求操作准确无误。依靠传统的培训方式已无法适应现代电力迅速发展的需要，从而迫切需要一种更为有效的现代化培训手段，能在较短的时间内，使受训者得到全面充分有效的操作和检修训练，积累必要的运维和检修经验，能够熟练、准确地进行操作和事故处理，从而确保电力生产的安全性、可靠性。

虚拟仿真培训是一种可实现上述要求的现代化培训手段，具有安全、可靠、故障设置无破坏性，可重复进行操作训练，培训内容丰富灵活，效果逼真等特点。它以现代计算机仿真技术为手段，实现水电站的全站、全过程以及全范围的仿真，融合所创建的电站厂房环境和现地设备一体化三维交互式虚拟场景，可在虚拟场景中进行设备巡检、操作和参观漫游等。二维三维系统的画面和数据实时同步，正常运行场景、事故场景和检修场景可三维展现，实现运维合一培训，增强了临场感，从而达到十分理想的培训效果。但是，巨型水电站由多个动态响应时间尺度不同的子系统组成，各个子系统的设备众多且状态响应复杂，要实现精确反映水电站水机电耦合特性和系统动态响应过程的多维全数字仿真难度较大。

巨型水电站多维仿真有如下难点：①、巨型水电站涉及水、机、电三部分，由多个时间尺度不同的子系统组成，子系统之间具有水机电耦合特性，运行机理复杂。要对巨型水电站实现全站、全范围、全过程的实时和精确仿真，就需要基于一定理论和解耦方法将水电站进行逻辑分解，建立不同元件和功能系统的详细模型；②、巨型水电站包含多个快慢子系统，其数据量巨大，存在不同时间尺度之间系统的不同步问题和动态过程过于复杂问题，如何才能将这些子系统有机地结合在一起，形成一个整体；③、如何创建厂房环境和现地设备的一体化三维交互式虚拟场景，实现二维和三维同步仿真和虚拟现实场景下的运维合一仿真。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于柔性化子系统划分和场景属性聚类的水电站多维全数字建模方法，利用柔性化子系统划分方法建立巨型水电站标准子模块，利用场景属性聚类方法建立数据融合属性特征模型，实现二维和三维运维合一仿真的精确性和实时性统一。

本发明采取的技术方案为：