仿真机一般用于电厂、变电站和电网调度运行操作人员的培训,且已经取得了非常好的效果。仿真机的主要任 务是培训运行操作人员、管理人员、技术干部,使其熟悉掌握机组的全部操作,包括正常工况、异常工况和事故状 态的操作与处理,以及自动控制系统投入运行和切除条件下的操作。其可以为学员创造一种身临其境、完全真实的 建构主义学习环境,为实现“学生中心,从做中学”提供了理想的条件[13,14,15].
仿真机的应用主要有以下特点[16]:
1、经济性
在仿真机出现以前,电站机组的运行人员往往只能通过理论知识和实际机组的.跟班操作,即“师傅带徒弟”的 模式,才能获得对机组的操作与控制能力。而仿真机在实际投运后,极大地缩短了培训周期,减少了培训费用。同 时增强了培训效果运行人员在培训的时段内,可以自由地操作控制虚拟的机组。能够予以各种运行设置,有练习机 组突发事故的机会。它所带来的是机组运行的新概念与全新操作感受。
2、安全性
仿真机问世后,可以放心地在仿真机进行大量故障设置,针对事故的紧急排除,及早消除隐患。由于是软件操 作,不存在任何的安全问题。在培训期间,运行人员的安全,可以给培训人员提供较为宽松的环境,提升培训效果 ,让运行人员在真正的事故中处理起来更加得心应手。这样,就为电站的运行安全增加安全系数。
3、灵活性
在实际运行的机组上进行运行人员的培训,一般都会受具体环境制约培训。而如今的培训阶段,教练员又可以 依据相关的情况。例如运行人员的运行水平和机组的特性,合理地安排培训范围与培训内容。在培训课上,教练员 能够方便的确定机组运路线、安排启停机、故障的预设置、仿真速度的调节、事故追忆的多次练习等。
其缺点是只有二维画面,无法给使用者以真实的三维感觉;使用专用设备来实现物理仿真,导致了仿真培训系 统的庞大、复杂及昂贵;仿真培训系统难以随真实系统的变化而变化等。
三、应用虚拟现实技术的仿真培训系统
虚拟现实(VR:VirtualReality)技术是20世纪80年代末90年代初崛起的一种实用技术,它是一种综合计算机 图形技术、人工智能、仿真技术等多种学科而发展起来的新技术[17,18,19,20,21].它由计算机硬件、软件以及各 种传感器构成三维信息的人工环境--虚拟环境,以模拟方式为使用者创造一个实时反映实体对象变化与相互作用的 三维图像世界,在视、听、触等感知行为的逼真体验中,参与者可以直接探索虚拟对象在所处环境中的作用和变化 ,仿佛置身于一个虚拟的世界中[22,23,24].
与以往的仿真培训系统相比,基于虚拟现实技术的电力系统仿真培训系统具有以下优点[25,26,27,28,29]:① 充分利用文本、图形、三维影像、三维动画和声音等多媒体表现形式刺激学员的视觉、听觉神经,调动学员的积极 性和主动性,从而改善了培训效果;②既可以降低培训系统的硬件投资,又能方便及时地反应电厂、变电站等的变 化。因此采用虚拟仿真培训系统有助于实现对于不可视、不可摸、不可入的危险场所的仿真以及解决培训设备不足 、型号落后且难以更新换代等困难。
虚拟现实技术所具有的主要特点是[30,31]:
沉浸性(Immersion):指计算机操作人员作为人机环境的主导者溶入于虚拟环境中,通过多维方式与计算机 所创造的虚拟环境进行交互,能使参与者全身心地沉浸在计算机所生成的三维虚拟环境中,产生身临其境的感觉。
交互性(Interaction):是指操作者与虚拟环境中所遇到的各种对象的相互作用的能力,它是人机和谐的关 键性因素。交互性包含对象的可操作程度及用户从环境中得到反馈的自然程度、虚拟场景中对象依据物理学定律运 动的程度等。