基于xPC目标的抽水蓄能机组调速器实时仿真技术

基于xPC目标的抽水蓄能机组调速器实时仿真技术

魏 伟1 秦卫潮1 蔡晓峰2 蔡卫江2 张新龙2 姜达军2

国网新源安徽响水涧抽水蓄能有限公司1 国网电力科学研究院2

[摘 要] 本文提出了以Simulink模型为基础，借助工具箱Real-Time Workshop和xPC Target构建抽水蓄能机组调节系统实时仿真系统的方法；以研华工控机和NI板卡为硬件构造出抽水蓄能机组实时仿真模型。对Real-Time Workshop的体系结构和xPC目标构建过程中的关键点进行描述。该实时仿真系统建模方便、自动生成高效仿真程序、调整参数灵活，可作为抽水蓄能调速器研究开发阶段的试验平台，以及实验验收阶段动态特性测试系统。

[关键词] xPC RTW 抽水蓄能 实时仿真模型

1 引言

调速器是抽水蓄能机组的重要控制设备，其调节品质的好坏直接影响着电网供电的质量和机组的安全可靠运行。因此，无论是安装时还是大修后都要对其性能进行全面的测试，但常规的调速器测试手段不能使新产品在实验室开发阶段做到边开发边测试，检验调速器的动态性能等。目前，调速器的动态性能测试只能在模型机组或电站的实际机组上进行，但经常会受现场条件限制，不能对调速器控制性能做出全面地评价。

目前各种新型控制规律如自适应控制、模糊控制等取得了不少理论研究成果，也有了初步的实际应用，但这些控制规律要能普遍地应用到实际，还需要进行大量的中间试验。若是将这些新型控制规律直接现场试验，由于控制规律不完善或软件缺陷将会导致调速控制失败，引起重大事故的发生。因此，根据电站实际情况进行机组实时仿真来完善调速器的软件或验证新型控制规律是解决这一问题很好的途径。

现阶段调速器仿真测试系统大多采用传统仿真技术，需要手工编制实时仿真程序，这样不仅编程工作量大、繁琐费时，而且软件可重复使用性差、可靠性较低，出现问题后很难确定是调速器的问题还是仿真程序自身的问题。本文通过计算机仿真手段构建出半物理的抽水蓄能机组调速系统仿真模型，利用MATLAB的实时工作间（RTW），自动将模型生成实时仿真代码，接入的实物控制器在该半物理仿真系统中实时运行，以测试控制器的性能指标，调整系统参数或完善控制规律等。

2 Real-time Workshop的体系结构

从功能上讲，Real-time Workshop（RTW）是从Simulink模型到xPC Target实现的工具，RTW 提供的代码生成器用于将Simulink模型转化成高级语言代码，RTW支持的代码生成器支持4种代码格式用于不同的执行环境或目标系统。

S函数/加速器代码格式，用于实现S函数目标和Simulink的加速模式仿真。

实时代码格式，适用于快速原型化，支持信号监视和参数调节功能，本文介绍的xPC目标正是基于此代码格式。

实时代码malloc格式，与上述代码格式类似，主要区别在于实时malloc格式对内存进行动态声明。

嵌入式代码格式，适用于嵌入式目标，代码在运行速度、内存使用量等方面进行了优化。

RTW实现从Simulink模型到可在目标硬件上运行的可执行文件的转化，整个体系结构如图1：

在代码转化过程中生成的附属文件包括：

*中间描述文件，model.rtw用于代码初始化阶段对源模型进行分析，记录系统、模块及连接。

*目标语言编译器TLC程序,用于对某一特定程序进行解释，读取model.rtw文件并转化成目标代码。

*模板联编文件model.mk，RTW将该文件传到一个联编实用程序(make utility) 中, 并使用该程序对一组文件进行编译和链接, 生成可执行程序。

为了实现从Simulink到代码的自动生成，需要对Simulation Parameters做一些设置，最重要的一点是在解法上必须采用定步长解法器，在包含有多个采样时间的模型中必须将Mode设置为Muti-Tasking或Auto。另外在Real-Time Workshop页中针对不同类型的目标系统设置相应的代码格式。如果模型包含Stateflow模块还需要对Stateflow options做相应的设置。最后Build即完成代码的生成及到目标系统的下载过程。

3 xPC架构实现

3.1 宿主机-目标机通信

xPC目标采用了宿主机-目标机的技术途径，即“双机模式”。其中，宿主机用于运行Simulink、Stateflow及其它工具包，且须安装目标代码编译器。目标机则实时的运行所生成的代码。xPC目标提供了一个高度精简的实时内核运行在目标机上，实时内核采用32位保护模式。宿主机和目标机的通信，可以通过网络或串口连接。

图2 xPC目标环境

在宿主机与目标机之间有三类信息进行交换：

*目标应用程序 应用程序从宿主机下载到目标机。

*控制信号 在宿主机上改变应用程序的属性、启动停止应用程序、外部模式的连接、获得CPU

性能等信息。

*信号数据 在宿主机上更改模型参数值，相应参数及时更新下载到目标机；另外可以将目标机

上的运行结果上传到宿主机以进行数据记录分析。

串口通信在实现上简单方便，但网络通信在传输距离及速度上有更大的优势，主机和目标机可

以用网线对接、连入局域网或者因特网，在传输速度上可达10M/s，而串口通信最大只有125KB/s。

网络通信对网卡有限制，多采用intel82559芯片或其它与NE2000兼容网卡。

目标机通过装载有实时内核的启动软盘启动，软盘内信息包含C编译器类型、路径、宿主机-目标机通信方式、串口端口或者目标机的IP地址、网关及其它环境属性，制作过程可以在Matlab 下调用命令xpcexplr完成。宿主机-目标机的通信借助xpctest命令调用测试脚本文件，完成xpc

目标的8项测试环节。鉴于现在软盘与软驱极少使用，几近消失，所以本文采用的是U盘作为目标

机的启动盘，其制作过程与制作软盘启动盘有所不同，在这里不作详述。

3.2 目标机与实际物理器件的连接

为了实现硬件在线仿真或测试，需要将实际物理器件或控制器嵌入软件环境，在这点上，借助xPC目标环境实现非常方便，xPC Target工具箱支持各种类型及多个硬件厂商的板卡，包含A/D、D/A、数字输入、数字输出、RS232、CAN等。在应用时只需要在Simulink的图形化模型中添加相应

的功能模块，对模块中Sample time、Base Address以及其它与硬件通信方式有关的参数进行设置，同时目标机的主板插槽中插上相对应的硬件。不同的功能模块都包含了相应板卡的驱动程序和所需

要的动态链接库。

对xPC目标环境的配置需要保证在Simulation Parameters的Real-Time Workshop页中System target file、Template makefile和Make command分别为：xpctarget.tlc、xpc_default_tmf和

make_rtw，其它涉及到TLC调试以及代码格式相关的选项根据应用做选择设置。

3.3 用户交互方式

xPC目标提供包括宿主机命令方式、目标机命令方式、外部模式、Web方式等六种人机交互方式，每种方式都有所优势和局限性。其中宿主机命令方式功能最全面，可实现包括环境属性设置、目标应用程序控制、信号获取、参数更改这些仿真测试中说用到的所有用户意图。但Simulink外部模式提供了一种最直接有效的更改参数的方法，即在Simulink模块中，更改参数，能立刻在目标机观测到相应的结果变化，这给仿真过程中控制参数或模型参数的选定提供了一种方便的途径。

4 实时仿真步骤

在计算机上完成实时仿真过程，一般需要经过以下几个步骤：

（1）创建Simulink模型——使用简单的拖拽模块操作来建立Simulink模型图，若需要S函数编写模块，则需用C代码编写S函数，因为xPC目标不支持M代码格式的S函数。然后输入模块参数和设置采样速率。

（2）从xPC目标系统模块库中选择实时仿真测试所需的I/O、A/D、D/A模块，以替代接入仿真回路实物的各种信号，并对其参数进行设置。

（3）设置仿真参数——设置定步长仿真算法、仿真时间、采样时间以及目标系统文件等。

（4）设置需要跟踪和存档的信号——在外部模式对话框中设置需要跟踪、监视和存档的信号，若是这些信号连接示波器，则在示波器的参数对话框中也要进行设置。

（5）创建和下载目标应用程序——选择RTW Build，自动完成目标系统的实时C代码的生成、编译、连接和下载。

（6）运行实时目标应用程序——在Simulink的外部模式下运行该实时仿真程序。

（7）信号采集和参数调整——对于不同的目标系统有不同的参数调节和在线控制方式，但都可采用Simulink外部模式和Matlab命令行方式。

5 抽水蓄能机组调节系统实时仿真

5.1 建立实时仿真模型

抽水蓄能机组调节系统实时仿真模型是一个半物理的仿真模型，即部分是数学模型，部分是实物，因此要建立该模型，需要一定的硬件设备。选用配置为P4/3.0G/1G的一台研华工控机作为仿真目标机，一台Dell 755台式机作为宿主机，宿主机-目标机采用网络通信，选用Intel82559网卡。工控机与控制器的接口选用NI PCI-6024E数据采集卡，它包括16路12位模拟输入、2路12位模拟输出、8条数字I/O线，2个24位计数器。采用其中的2路A/D口将导叶开度信号和水头信号输入到工控机，2路D/A口将机组功率和水压信号输出工控机，采用DI口用于将调速器发出的数字控制信号输入工控机，一个定时/计数器输出机组的转速。这些信号是以I/O驱动模块（双击打开其参数对话框，就可以安装和删除板卡、设置地址、测试板卡、选择通道和电压范围等）的形式出现在Simulink模块图中（如图3），从而将调速器与实时仿真程序连接在一起，将看似开环的仿真模型构成了半物理的闭环仿真系统。该系统实时仿真过程为：计算机定时将接收到的转速信号通过I/O处理后送入调速器，使模型在给定工况下运行；调速器运行时的调节量，经I/O处理后又返回模型，使模型在对应的调节量下运行，模型运行后又将参数传给调节器，从而形成闭环。建立实时仿真模型如图3

6 结论

本文提出的实时仿真系统对象建模方便、灵活。根据不同的仿真目的和仿真阶段，可以在仿真回路中接入不同的硬件，从而实现不同的功能：

（1）该半物理仿真系统利用仿真手段，可以模拟出系统中控制对象的各种工况，以便系统能够在一个模拟的真实系统中运行，从而可以在实验室验证各种新型的控制规律、调试抽水蓄能机组调速器软件，提高编程效率和质量，为抽水蓄能机组调速器的设计提供了一个高效、便利的实验平台，从而可以缩短抽水蓄能机组调速器的研制周期，提高质量，减小投资费用。

（2）该系统利用测试手段在不接入原型机的情况下就可以测试抽水蓄能机组调速器的动态特性以及各参数指标，克服了原型机实验的缺点，以及现场调试的盲目性，提高了整个机组的运行稳定性和安全性。

相信随着计算机技术的发展、硬件水平的提高、实验方法的改进，仿真技术也将越来越完善，并作为一种新的实验手段将在抽水蓄能机组调速器新产品开发、研究设计、验收测试、日常维护等方面都发挥重要作用，加快抽水蓄能机组调速器的发展，提高机组安全经济运行和方便调试检修。

电力系统实时仿真技术分析

电力系统实时仿真技术分析 王占领1，郑三立2 1. 华北电力大学（保定）通信与电子工程学院，河北省保定市 071003； 2. 北京交通大学 电气学院，北京市 100044 摘要：阐述了电力系统实时仿真技术的应用情况和发展前景。对实时数字仿真系统采用的各种硬件平台进行了分析和比较。结合实际工程项目对实时仿真测试技术的应用情况进行了详细介绍，并阐述了数模混合实时仿真系统的原理、结构和应用情况。提出了先进的集成混合实时仿真系统的架构。该系统对扩大实时仿真系统的规模具有重要意义。 关键词：实时测试；数字仿真；物理模拟仿真；数模混合仿真；电力系统实时仿真 电力系统实时数字仿真器RTDS(Real Time DigitalSimulators)是实时全数字电磁暂态电力系统模拟装置,采用与EMTP仿真程序相同的算法,但由于其具有很强的硬件计算能力,进行系统研究时速度要快得多.另外,RTDS仿真系统的频率特性包括了一个很大的频率范围(从直流到4kHz),在此频率范围内,RTDS仿真系统是全面分析电力系统各种问题的理想工具.RTDS 仿真系统可以用于电力系统分析研究、测试保护系统、控制系统的测试及其教育培训. 0 引言 离线仿真程序和实时仿真系统结合运用，可全面经济地完成项目的仿真和测试工作［1］。如在HVDC和FACTS（柔性交流输电系统）工程实施中，在项目规划和设计阶段，利用离线仿真确定设备的最优容量和最佳安装地点，设计和开发特殊电网结构及运行要求下的适当控制和保护策略等。但完整实施项目还需在设备安装、投运之前利用实时仿真系统对所设计的控制与保护系统进行实时测试，以验证其性能是否满足设计要求。由于实时仿真的系统规模有限，在实时测试前需根据设计要求对相关电网进行简化等值处理。 实时仿真测试的电力系统控制和保护装置可分为二大类：一是传统的控制和保护装置，如继电保护装置、安全自动装置和发电机的励磁和调速装置，通常此类装置的响应速度在几十ms；二是现代电力电子装置的控制和保护系统，如HVDC和FACTS装置的控制和保护系统，其响应速度要比传统装置快很多。这2类控制和保护系统的闭环测试对实时仿真系统的要求是不同的。本文将阐述各种实时仿真测试技术，特别是实时数字仿真系统的结构、特点及应用。 1 物理模拟仿真系统

抽水蓄能电站继电保护技术探讨

抽水蓄能电站继电保护技术探讨 发表时间：2019-11-29T15:47:46.030Z 来源：《中国电业》2019年16期作者：张力天 [导读] 在经济快速发展的同时，它促进电力公司的快速发展 摘要：在经济快速发展的同时，它促进电力公司的快速发展，因为对社会活动和生产的电力和能源需求不断增加。这也为中国电力公司的发展提供相应的动力。因此，有必要强调继电保护装置的重要性。因此要引起足够的重视。所以在本文中，主要针对我国的抽水蓄能电站继电保护的对策做出全面的分析研究，与此同时也在此基础上提出下文内容，希望能够给予同行业工作人员提供出相应的参考价值。 关键词：抽水蓄能电站；继电保护技术；措施 引言 电力系统对现代的人们来说，在一定程度上可以说是生活中必不可少的能源系统，如果出现问题就可能会造成非常大的影响。而在其运行时会通过多个环节进行，过程中如果某一环节出现问题，可能就会导致整个系统无法正常的运行。而继电保护就是可以为电力系统的运行提供保障的一个组件，经过它的守护就可以减少系统故障的发生，在出现故障时，也能尽可能的减少故障所带来的影响。当然，如果它发生问题，对电力系统的影响也是较大的。 1抽水蓄能电站继电保护概述 抽水蓄能电站继电保护装置是通过一系列的自动化装置实现的，它的主要作用是保障电力系统安全稳定的运行。其主要工作原理为：当电力系统中出现故障或异常时，继电保护装置通过电气量发生的变化，对电力系统是否发生故障以及发生故障的范围和类别进行鉴定，并在确定故障发生时发出报警信号或是直接将故障部分从系统中切除，让维护人员能够及时找出故障部位并进行维修。 2继电保护的重要性 2.1继电保护是抽水蓄能电站安全生产的重要保障 抽水蓄能电站的安全生产，直接关系到电力事业的发展。在电厂安全生产中，通过继电保护体系的构建，能够更好地保障抽水蓄能电站的运行安全，为电力安全生产创设良好的环境条件。因此，继电保护是抽水蓄能电站安全生产的重要依托，能够通过对电力设备等的实施监测，以更好地监控电厂的运行情况，为电厂安全生产提供预警防护。在电力是事业现代化发展的当前，继电保护的构建为抽水蓄能电站的安全生产提供了有力保障，充分体现出继电保护在抽水蓄能电站安全运行中的重要作用。 2.2继电保护是抽水蓄能电站安全构建的重要措施 在抽水蓄能电站的安全生产中，继电保护是重要的防护措施，能够在设备检测运行中，发挥到安全防护的重要作用。抽水蓄能电站的运行环境复杂，各设备、各系统的安全防护，要求建立完善的继电保护体系，为抽水蓄能电站的安全构建提供有力支撑。因此，继电保护装置能够在电力设备的运行中，通过异常信号的捕捉反馈，为安全故障的隔离、切断等措施的实施，创设良好的时间条件。对于电力生产而言，大量设备元件的有效保护，是保障电力安全稳定生产的重要基础。继电保护的构建，能够从安全生产的角度出发，保障电力系统与故障元件的隔离，以更好地避免大范围内设备元件的损坏。 3继电保护系统常见故障 近年来，国内电力产业发展趋势良好，继电保护系统不断改进，各种先进技术的使用也相对成熟，不断降低变电站继电保护系统故障的可能性，但不容忽视的是，继电保护系统的实际运行中仍存在多种故障，主要问题有2:1)干扰噪音。继电保护装置会受到干扰因素的负面影响，从而导致继电保护装置出现故障。一般来说，外部干扰因素缺乏计算机系统的抗干扰能力，继电保护装置周围有通信设备，变电站继电保护装置必然会受到周围通信信号的负面影响，这严重干扰继电保护内部逻辑组件的正常运行，从而导致无法做出正确判断，故障行为现象最终会导致继电保护装置出2)设置区域错误。设置值设置区域中的失败主要是在执行电源调度任务期间突然出现调度错误，或者继电器保护工作人员输入的设置值不正确，则表示不符合电源系统操作标准。 4抽水蓄能电站继电保护系统的安全风险措施办法 4.1科学开展整体方案的设计 想要提升继电保护运行的可靠性，要从最初对继电保护装置的设计和整个抽水蓄能电站的运行设计方面入手。应积极搜集各方材料，对不同的设计方案进行仔细的比对，挑选出其中最优的一个，并根据选定的设计方案选择最适合的设备材料。要确保整体设计思路的安全性和科学性，考虑其是否符合国家标准与规定，避免错误的发生。 4.2对抽水蓄能电站的继电保护进行正确的配置 在水力抽水蓄能电站中，变压器主要分为主变压器和工厂变压器。主变压器的继电保护装置包括差压，重气和零序以及低压侧接地。根据实际情况，可以适当增加间隙零序过电流和差动快速断开保护，以简化二者的外部布线过程。然而，工厂变压器的继电保护装置最初安装在高压开关设备上。并且可以去除保护配置，从而可以方便地保护和维护保护设备。提高变压器运行的整体效率，所以在配置过程中，必须根据自己的实际要求，合理选择配置，保证继电器可以稳定的工作，提高抽水蓄能电站整体的效率，为人们提供出舒适和安全的供电环境，因此必须要引起足够的重视。 4.3依据继电保护设备使用的要求进行维护 在对设备进行维修时，要依照设备运行、维修的要求进行，依据要求对其数据、结构进行调整，使设备可以较好的发挥维护电力系统安全的作用。并依据设备的说明书对设备的各项功能进行检测，如果发现问题就及时进行解决，以保证设备能够继续使用。 4.4强化人员技术水平，实现继电保护合理配置 继电保护的科学构建，对技术人员的能力水平有较高要求。为此，抽水蓄能电站要注重人才培养建设，为继电保护的合理设置提供保障。一是要强化继电保护技术人员的专业能力水平，通过教育培训等方式，强化技术业务学习，更好地适应岗位环境，提高继电保护装置的运行效率；二是要强化人才引进，特别是高素质综合型人才，是实现继电保护系统科学构建的有力支撑；三是要建立完善的考核制度，并将考核结果与职务晋升、职称评定等直接挂钩，进而更好地提高技术人员的工作积极性，实现继电保护科学合理配置。 4.5确保设备能够适应当地的环境 不同的地域环境也会不同，而气候、气压等因素也会影响到继电保护设备的使用。在不同的环境下，如果希望设备能给正常的使用，

现代仿真技术的应用及其发展

东华理工大学信息工程学院 课程论文 课程：计算机仿真技术基础 题目：仿真技术的应用与发展 学生姓名： 学号： 班级：10204102 专业：计算机科学与技术 指导教师：谢小林 二零一三年六月四日

摘要 作为信息技术核心的计算机技术自其诞生之日起经历了60多年的发展，已广泛应用于国民经济和社会生活中。并与仿真技术相结合，形成了计算机仿真技术这一新的研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法, 随着系统科学研究的深入、控制理论、计算技术、计算机科学与技术的发展而形成的一门新兴学科。近年来, 随着信息处理技术的突飞猛进, 使仿真技术得到迅速发展。 本文系统全面地介绍了计算机仿真技术，阐述了计算机仿真技术的概念、原理、优点，简要介绍了计算机仿真技术的发展历程，文章最后重点探讨了现代仿真技术的研究热点，即计算机仿真技术在社会各个领域中的应用：面向对象仿真、定性仿真、智能仿真、分布交互仿真、可视化仿真、多媒体仿真、虚拟现实仿真等。 关键词：计算机仿真、发展、应用、模拟

目录 摘要 (2) 第一章前言 (4) 第二章计算机仿真技术概述 (4) 2.1计算机仿真技术简介 (4) 2.2计算机仿真技术原理 (5) 2.2.1模型的建立 (6) 2.2.2模型的转换 (6) 2.2.3模型的仿真实验 (6) 第三章计算机仿真技术发展 (6) 3.1发展趋势 (7) 3.2 现代仿真技术 (8) 3.3计算机仿真技术发展方向 (10) 3.3.1．网络化仿真 (10) 3.3.2．虚拟制造技术 (10) 第四章计算机仿真技术的应用 (11) 4.1.交通领域 (11) 4.2.制造领域 (11) 4.3.教育领域 (12) 结语 (13) 参考文献 (14)

抽水蓄能电站建设中的新技术应用

抽水蓄能电站建设中的新技术应用 1 前言 抽水蓄能电站一般是由一个上水库、一个下水库、输水隧洞和厂房等组成。电站工作原理是利用夜间多余电力把下水库的水抽到上水库，在白天用电高峰时把上水库的水放下发电。 抽水蓄能电站在电网中主要担任调峰、填谷、调频、调相及事故备用，可以改善系统的运行条件，与核电、火电配合使用可以发挥其优越的经济性能。抽水蓄能电站还有启动快的特点，一般从启动到满负荷运行只需3-5 分钟，在电网中可以起到保安电源的作用。 抽水蓄能电站的建设规模是跟系统总装机容量密切相关的。据东京电力公司研究分析认为，从整个系统经济性来看抽水蓄能电站占系统总装机的比例为10-15%是最为合理的。至2000 年9 月，日本全国已建抽水蓄能电站达到43 个，总装机23943MW。 选择合适站址是抽水蓄能电站的经济性和有效性的前提条件。选址主要考虑以下四个关键因素：(1)需要有良好的 地形、地质条件，上下水库具有好的防渗条件，保证有足够大的库容;(2)需要有雄厚的山体条件，适合修建大深度、大跨度的地下厂房;(3)要靠近负荷中心和大电源，这样可以减少电力损失和输电费用;(4)电站水头要高、隧洞要短。 随着抽水蓄能电站建设的发展，许多相关的技术都有很大的进步，本文主要介绍施工技术、机电制造技术、利用海水发电技术在日本抽水蓄能电站中的应用情况。 2 施工技术 2.1 信息化管理系统 信息化管理系统是一个全过程的管理，包括抽水蓄能电站的勘测、设计、施工、检测等。对电站整个建设过程进行质量、安全、进度的跟踪，并提出相应的对策。以下就信息化管理系统在地下厂房施工过程中的作用作简要介绍。为了保证地下厂房施工的安全，特别是大深度大跨度地下洞室的开挖，有必要对施工全过程进行监控。在施工之前，通过钻孔、探硐、物探等勘测手段来观察地质结构，结合有限元分析，预测软弱结构面、破碎带的位置和性状，提出施工方法。在施工过程中，为了克服前期勘测和分析方法的局限性，建立大量的计测点来监测地下洞室顶拱混凝土和围岩的变化。连续、快速地收集因地下洞室开挖而产生的应力变化，预测、模拟开挖面的地质构造。通过信息化管理系统指导地下厂房施工，可以提高施工的安全和效率。 2.2 隧洞机械掘进施工技术 隧洞机械掘进[Tunnel Boring Machine(TBM)]，常用于山体地下坑道、隧洞的开挖，178具有一次性开挖成型、效果好、施工快的特点。由于这种施工方法没有爆破震动，对围岩的影响很小，从而可以减少衬砌量。TBM 施工技术在日本得到广泛的推广应用。在建设盐原抽水蓄能电站中，采用TBM 技术开挖坡度为52.5 度的高压斜洞，这是世界上第一次采用TBM技术来开挖大坡度的斜洞。在建设神流川抽水蓄能电站中，曾采用直径6.6m 隧洞掘进机全断面开挖长1.4km、坡度48 度高压斜洞。用这种方法可以缩短建设工期，降低造价。TBM技术在日本已经相当成熟，在多个抽水蓄能电站的地下洞室开挖中发挥了很好的作用。 2.3 新奥法支护技术的广泛推广 新奥法(New Austrian Tunneling Method)，是一种轻型锚喷支护衬砌形式。岩石锚杆支护方法于1950-1952 年在奥地利的某水电站地下厂房施工中首先使用，喷混凝土支护方法于1951-1955 年在瑞士的某水电站的支护中最先采用。日本于1965 年引进这种岩石锚杆和喷混凝土相结合的施工方法，1971 年在北越北线涡立山隧洞衬砌中首先使用。以后30多年中在许多工程实践经验基础上进行了总结、完善，现在已成为隧洞衬砌的主流方法，并且，随着施工技术的进步和新材料的开发，在砂土隧道支护中也采用新奥法技术，使这项技术本身也得到了飞跃的发展。新奥法技术具有以下四个特征： (1)安全性和经济性，通过计测能够迅速准确地把握山体的变化，提出更加安全合理的设计施工方法;

虚拟仿真施工技术

1虚拟仿真施工技术 （1）主要技术内容 虚拟仿真施工技术是虚拟现实和仿真技术在工程施工领域应用的信息化技术。虚拟仿真技术在工程施工中的应用主要有以下几方面： A.施工工件动力学分析：如应力分析、强度分析； B.施工工件运动学仿真：如机构之间的连接与碰撞 C.施工场地优化布置：如外景仿真、建材堆放位置， D.施工机械的开行、安装过程； E.施工过程结构内力和变形变化过程跟踪分析； F.施工过程结构或构件及施工机械的运动学分析； G.施工过程动态演示和回放。 (2)技术指标 虚拟仿真施工主要包含以下技术体系: A.三维建模技术 运用三维建模和建筑信息模型（BIM）技术，建立用于进行虚拟施工和施工过程控制、成本控制的施工模型。该模型能将工艺参数与影响施工的属性联系起来，以反应施工模型与设计模型之间的交互作用，施工模型要具有可重用性，因此必须建立施工产品主模型描述框架，随着产品开发和施工过程的推进，模型描述日益详细。通过BIM技术，保持模型的一致性及模型信息的可继承性，实现虚拟施工过程各阶段和各方面的有效集成。 B.仿真技术 计算机仿真是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，

然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。基本步骤为；研究系统→收集数据→建立系统模型→确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果，包括数值仿真、可视化仿真和虚拟现实VR仿真。 C.优化技术 优化技术将现实的物理模型经过仿真过程转化为数学模型以后，通过设定优化目标和运算方法，在制定的约束条件下，使目标函数达到最优，从而为决策者提供科学的、定量的依据。它使用的方法包括：线性规划、非线性规划、动态规划、运筹学、决策论和对策论等。 D.虚拟现实技术 虚拟建造是在虚拟环境下实现的，虚拟现实技术是虚拟建造系统的核心技术。虚拟现实技术是一门融合了人工智能、计算机图形学、人机接口技术、多媒体工业建筑技术、网络技术、电子技术、机械技术等高新技术的综合信息技术。目的是利用计算机硬件、软件以及各种传感器创造出一个融合视觉、听觉、触觉甚至嗅觉，让人身临其境的虚拟环境。操作者沉浸其中并与之交互作用，通过多种媒体对感官的刺激，获得对所需解决问题的清晰和直观的认识。 (3)适用范围 工业与民用建筑、市政工程、土木工程施工方案编制。

抽水蓄能机组水泵工况启动概述

抽水蓄能机组水泵工况启动概述 【摘要】近年来抽水蓄能电站在国内大量兴建，引发越来越多的人关注。但由浅入深介绍该型机组特点的文章为数不多，本文力求以浅显的原理介绍抽水蓄能机组的特点，以供非此专业人士快速熟悉抽水蓄能机组之用。由于作者水平有限，请各位专业人士不吝赐教，给予斧正。 【关键词】抽水蓄能机组；充气压水；变频启动装置；排气充水；排气造压 引言 抽水蓄能机组与常规水轮发电机组最大的区别就是不仅可以发电，还可以反向旋转以水泵的形式抽水。当电网电能超过负荷需求时，启动机组以水泵工况运行将下库水抽到上库暂时存放起来；当电网电能低于负荷需求时，启动机组以发电工况运行利用存储在上库的水能发电供给电网。机组将电能以水力势能的形式临时存储起来，实现了电能的存储，故而称为蓄能机组。抽水蓄能机组有效的均衡了电网负荷的峰谷差，确保电网的安全经济运行。 机组的水泵工况启动较发电工况启动更为复杂，以下将进行详细说明。 1、水泵启动方式 抽水蓄能机组水泵工况运行实质上是同步电动机运行。众所周知，同步电动机不可以直接启动，目前最为经济便捷的启动方式是变频启动方式。因此，抽水蓄能电站几乎均设置一台静止变频启动装置（SFC）。SFC拖动机组从零转速到额定转速，实现了同步电动机的平稳启动。这只是为启动机组提供了可能性，光有SFC还不能立即实现机组水泵方式启动。 为了尽量提高机组调节电网峰谷差能力，抽水蓄能机组容量被尽可能地增大。但受目前技术所制约，国内大型抽水蓄能机组单机容量最高已达300MW，即将向400MW，甚至更高的容量发展。然而就300MW容量机组来说，其转动惯量已达数百（kN·m）数量级。转动惯量越大，需要的启动转矩就越大，SFC 的容量也越大，而SFC的造价随着容量增加成倍增加。 因此，为尽量降低SFC的容量，人们想方设法减轻机组启动的阻力矩。水泵如能在空气中被启动，阻力矩的减少将是非常可观的。 2、充气压水 为实现水泵在空气中启动，在SFC拖动机组启动之前，需要将水泵轮暴露在空气中。这样就需要一套高压空气压缩系统，利用压缩空气将水位压低直到泵轮从水中完全脱离为止。这个过程就是抽水蓄能机组水泵工况启动的第一步：充气压水。

RT-LAB实时仿真技术

REAL-TIME PLATFORM FOR THE CONTROL PROTOTYPING AND SIMULATION OF POWER ELECTRONICS AND MOTOR DRIVES Simon Abourida, Jean Belanger Opal-RT Technologies Inc. 1751 Richardson #2525 Montreal, J4P 1G6, Quebec, Canada Simon.abourida@https://www.sodocs.net/doc/128220500.html, ABSTRACT The paper presents state-of-the-art technologies and platform for real-time simulation and control of motor drives, power converters and power systems. Through its support for Model-Based Design method with Simulink?, its powerful hardware (multi-core processors and FPGAs), and its specialized model libraries and solvers, this real-time simulator (RT-LAB?) enables the engineer and researcher to efficiently implement advanced control strategies on embedded hardware, or to conduct extensive testing of complex power electronics and real-time transient simulation of large power systems. 1.INTRODUCTION Over the years, it has been increasingly acknowledged how important and essential the tools of real-time simulation and testing in all industries are. These tools are no longer a luxury in modern system design, especially in electric motor drives and power electronics, whose applications are found in an ever increasing number in all sectors. As for power systems, it was the sector that pioneered the use of real-time simulators tens of years ago, starting with analog simulator, before the advent of computers and the development of hybrid then fully digital real-time simulators. On other hand, commercial simulation packages such as MATLAB/Simulink? are now widely used in the industry, education, and research institutions alike. They have become the modeling tools of choice because the many advantages they offer: increase in engineering productivity and efficiency, and accelerated design cycle by relying on the Model Based Design (MBD) methodology, making it possible to go from concept to simulation without ever having to write code, and producing a working prototype very early in the design process. Because of its advantages, the MBD approach has renewed the importance and interest in real-time simulation and its many applications and spread the usage of RT simulation to new fields, because it had greatly facilitated the development of real-time applications and accelerated their design. Before and after the establishment of this MBD process, several real-simulation time tools has been developed, in different sectors: electromechanical systems, aerospace, power systems, electric drives, railway systems, etc Many such tools were proprietary systems or mere research projects that failed to get into maturity. The few others that made it to maturity and had many applications and users have restrained their applications solely to the real-time simulation of the complex electric power systems (RTDS, Hypersim [1]) resulting in high cost for simpler systems like electric drives and industrial power converters; others failed, despite their success in small applications or complex but slow dynamic systems, to address the needs and requirements of real-time simulation of the fast electromagnetic transients of power systems, and the fast dynamics of today’s power converters and electric motor drives, and therefore, their applications stayed confined to systems with relatively slow dynamics (mechanical, hydraulic, aerodynamic systems, etc). A powerful platform for real-time simulation and control of electromechanical and power systems alike that is based on the MBD approach has been developed (RT-LAB) in the mid nineties, pioneering the use of commercial PC processor as the base platform and using Simulink as the visual design environment. In addition to its scalable, distributed processing hardware, RT-LA B integrates on the software level many solvers and model libraries that were designed to solve the problems and challenges of the real-time control and simulation of fast dynamics like those found in electric motor drives, power converters, power grid, renewable energy systems, and other applications. The present paper describes this real-time platform and its architecture, and presents some of its typical applications. It is organized as follows: first an introduction to the methodology of model-based design and its applications is given in section 2; then the RT-LAB platform, its hardware architecture and its software are presented thoroughly in section 3, and some application-driven real-time simulators are presented in section 4; typical applications are shown and discussed in section 5, before concluding. 2.MODEL-BASED DESIGN AND REAL-TIME SIMULATION In traditional design and test methods of control systems, the actual product or even its prototype become available very late in the design process; and it is only then, as system integration is done toward the end of the design that the designers were able to

建筑工程施工中虚拟仿真技术的应用发展

建筑工程施工中虚拟仿真技术的应用发展 摘要：随着社会经济的迅速发展，虚拟仿真技术在建筑工程施工中的运用，能够及时发现建筑工程施工中存在的不足，在提高施工质量的同时，还能从根本上节省建筑工程的成本投资，为其今后的投入使用奠定基础。在此，本文针对建筑工程施工中虚拟仿真技术的应用发展，做以下论述。 关键词：建筑工程；施工；虚拟仿真技术；应用发展 Abstract: with the rapid development of social economy, the virtual simulation technology in architectural engineering in the construction of use, can prompt found construction, the deficiencies in the improvement of construction quality at the same time, still can fundamentally save the cost of construction project investment for the future of input use lay the foundation. In this, this article in view of the construction of the application of the virtual simulation technology development, do the following discusses. Keywords: building engineering; The construction; Virtual simulation technology; Application development 在21实际科学技术迅速发展的时代，计算机技术的普及，在推动社会发展的同时，还极大的改变了人们的日常生活。计算机智能系统在建筑工程施工中的运用，能够有效的规范工程施工技术，提高工程的管理水平，为建筑工程的施工质量提供有效的保障。在当前我国建筑工程施工领域中，常用的软件系统主要包括专家系统、智能管理系统、办公自动化系统等几个方面，这些计算机技术的应用，在原有的基础上弥补了传统施工方法及理论上的不足，避免了工程施工中不必要的麻烦。在此，本文从虚拟仿真技术、虚拟仿真系统在建筑施工中的应用以及虚拟仿真技术在工程施工中的研究和应用展望等三个方面出发，针对虚拟仿真技术在工程施工中存在的问题及完善途径，做以下简要分析： 一．虚拟仿真技术 在当前工程施工建设中，虚拟仿真技术是指通过计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种学科的优势，为人机对话提供了更直接和更真实的三维界面，并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，使用户身临其境。在虚拟技术使用的过程中，除了能够对制定技术进行虚拟模仿外，还能通过真实逼真的环境，为技术的实提供相应的环境支持，在当前社会发展的过程中，虚拟仿真技术在多个领域中得到了飞速发展。而虚拟仿真技术在建筑工程施

抽水蓄能机组调相工况简介

抽水蓄能机组调相工况简介 摘要：由于抽水蓄能机组在我国发展较晚，还有很多人，包括一些常规机组的建设者和运行人员都对抽水蓄能机组不太了解，本文简要的介绍抽水蓄能机组的特有工况：调相，以让更多的人增加对抽水蓄能机组了解。 关键词：抽水蓄能调相简介 1、抽水蓄能机组发展简介 在国外从最早的原始装置算起，抽水蓄能电站已有上百年的历史，但是具有近代工程意义的设施，则是近四五十年才出现的。 抽水蓄能建设早期是以蓄水为目的，在西欧的一些多山的国家里，利用工业多余电能把汛期的河水抽到山上的水库贮存起来，到枯水季节再放下来发电。这相当于是季调节的抽水蓄能工程。 从刚开始蓄能电站使用的单独工作的抽水机组和发电机组，到将水泵与水轮机和一台兼作电动机与发电机的电机连接在一起的而形成的三机式机组，1937年在巴西安装的佩德拉机组和1954年在美国安装的弗拉特昂机组则是可逆式机组的先声。从20世纪60年代起，可逆式机组就成为了主要的机型，开始得到广泛应用。 当时间进入到21世纪，无论是技术还是运营模式，抽水蓄能机组都得到的相当的发展。 2、抽水蓄能机组简介 抽水蓄能机组由可逆式水泵式轮机和发电电动机，配以常规的辅助设备，如调速器、球阀、尾水事故闸门、上库检修闸门、下库检修闸门、励磁系统等。 另外，抽水蓄能机组还有其特有的、区别于常规机组的设备：（参见图1） 换相开关或换相闸刀：由于水泵水轮机二种运行工况的水流方向相反，所以发电电动机二种运行工况旋转方向必须相反。为此应使电动机运行时其旋转磁场的旋转方向与发电机运行时的旋转磁场方面相反，这就需改变三相绕组相序排列，所以发电电动机需加装相应的换相开关或换相闸刀SFC：变频启动装置，用于机组抽水调相工况启动，相当于抽水调相启动过程中的调速器； 拖动闸刀和被拖动闸刀、启动母线：为了满足抽水调相启动而专设的电气连接； 调相压水气系统：在机组抽水调相启动过程中和机组调相运行过程中，利用高压气将转轮室的水圧下去，使转轮在空气在旋转，即可以减少有功消耗，又可以减小机组的振动、噪音，减少对机组的损伤； 监控系统：为了适应抽水蓄能机组的各种工况，监控增设了抽水、抽水调相、发电调相等工况及相互转换程序。 目前抽水蓄能电站中广泛使用的混流可逆式水泵水轮机是以一个离心泵或混流泵的叶轮为基础，配以近似水轮机的活动导叶和固定导叶而形成的。为了同时满足水泵和水轮机两种工况的良好性能，它和常规水轮机有以下不同：1、转轮较矮；2、直径大；3叶片数目少，如华东天荒坪300MW 机组和华东宜兴250MW机组的转轮都只有9 个叶片；4、由离心泵转化而来，流道长，离心力大，流量下降快；5、水泵工况效率高。 3、抽水蓄能机组的工况简介 由于抽水蓄能机组同时具有抽水和发电两种功能，所以也就具有较常规水轮机组更多的工况: 机组顺序控制中出现的各种状态可分为稳态、特殊状态、特定的暂态、暂态四种。稳态可由操作员或成组控制逻辑进行选择，并可不受时间限制运行下去，它包括停机(ST)、发电(GO)、发电调

虚拟仿真技术在建筑设计中的应用研究

虚拟仿真技术在建筑设计中的应用研究 发表时间：2018-10-24T12:00:21.323Z 来源：《防护工程》2018年第17期作者：王雷李嫘[导读] 虚拟现实技术融入到了建筑设计行业，不但为投资商节省了投资成本，同时也节省了运行费用，顾客通过简单的交互式设备就能看见设计师的用意辽宁省人防建筑设计研究院有限责任公司辽宁沈阳 110032 摘要：虚拟现实技术融入到了建筑设计行业，不但为投资商节省了投资成本，同时也节省了运行费用，顾客通过简单的交互式设备就能看见设计师的用意。本文主要针对虚拟现实软件的基础定义，对其作用和意义进行了具体分析，最后做出了概括总结，希望能在某种角 度上帮助二者融合。 关键词：虚拟仿真；建筑设计；应用 引言随着时代的进步和科技的发展，虚拟现实软件和硬件也开始迈进建筑设计行业的大门，发挥其特长，给开发商、投资商、设计者等节省了投资和运行费用，保证了建筑物设计本身更加符合客户的具体要求，充分体现了以人为本的现代社会生活品质的追求。 1虚拟仿真技术概述虚拟仿真技术也被称为计算机仿真技术，主要是指机械设计人员通过建立特定的软件，建立出基本的建筑模型，然后对其进行模拟化的动态性的分析，得出建筑运转中各种动态性的参数，从而不断优化建筑的设计方案[3]。这样一来，就可以很好的节约大型建筑设备的生产建设成本，在模拟实验的过程中，我们只需要进行模拟操作即可，不需要制造出实物样机，从而能可以更好的节约生产建设资金。除此之外，也可以更加方便的对大型建筑的设计进行进一步的完善。在机器设计的过程中，工程人员可以通过计算机来做相应的工程计算，使用计算机来建立仿真模拟模型，可以很好的解决实验难题。由此可见，虚拟仿真技术可以大大提建筑设计的设计效率，也能更好的提高建筑的设计质量，能够更好的节约生产建设成本。 2虚拟仿真技术的优势特点 2.1多感知性 计算机虚拟现实技术能够让参与者从听觉、触觉、视觉、味觉、嗅觉以及动感等诸方面获得感知，也就是说，几乎人类所有能够感觉到的功能都可以通过VR虚拟仿真技术实现[5-6]。(2)存在感。也叫临场感，可以理解成为真实感，指用户作为虚拟情境中的主角，在体验的过程中能够真实地感受到虚拟环境，一个成功的虚拟现实环境能够让体验者难辨真假，就好像置身在真正的环境中一样。 2.2交互性 主要指在虚拟环境中，用户对物体的可控性和操作性的掌控程度，用户可以从虚拟环境获得真实的反馈结果，即实时反馈。例如，用户可直接抓取环境中的物体，此时，体验者会有手里握着东西的感觉，能够感觉到物体的质量，而且视觉中的物体也会随着手的移动而移动。(4)自主性。主要指在虚拟现实环境当中，环境中物体能够根据物理学规律运动的自主性程度，如在外力作用下，物体会向作用力方向移动，类似树叶随风摇摆，海水涨落，都是自主性的体现。 2.3降低投资成本和运行费用 这种虚拟现实的计算机技术被利用到建筑先期时，可以通过让客户感受到具体的建筑环境和设施，从而通过论证和演示，在建筑投资的初期，将建筑设计方案中不优的地方重新设计，将不协调的地方进行及时修正，从而有利于节省投资成本和运行费用，避免建筑返工。 2.3验证施工方案随着虚拟现实计算机技术的不断推广和宣传，它也被逐渐应用到建筑施工的环境下，使我国建筑行业迅速发展而强大，特别是利用虚拟技术来提升建筑施工水平方面，收获也很明显，而且在建筑施工的主要环节利用虚拟仿真技术，还可以促进施工技术的不断创新。虽然施工技术创新需要走出虚拟，进行真实操作，但也具有较大风险。从某种角度上讲，虚拟仿真技术应用到新施工技术中，可以将风险系数降低到最低，节省了施工成本，提高了施工效率。 2.4展示建筑设计立体效果 ①虚拟现实软件技术可以通过给客户佩戴感觉输入设备和感觉输出设备，让客户随时进入到建筑设计师所准备的立体建筑物中的任何位置上，可以最大限度地向客户展示和宣传设计方案的立体成果，满足客户的好奇心。②还可以对客户不满意的环镜或者位置设计进行第一时间跟踪，马上根据客户的描述和意见进行可行性修改和及时调整。③这种虚拟现实软件技术应用到建筑设计时，不单单可以使客户享受和看到建筑物里面的虚拟逼真环境，还可以对建筑物以外的环境进行虚拟设计，包括建筑物附近的地形，覆盖在建筑物外面地表面的草坪、和周围便利的交通桥梁等等虚拟环境。 3虚拟仿真技术在建筑设计中的实现方法 3.1虚拟现实硬件系统 其实，虚拟仿真技术并不需要多么复杂的程序，但是如果客户想要感受到更加逼真的效果，比如说，沉浸感、交互性和创造一定的想象空间的话，就应该聘请专业的操作人员，和配备专业的感觉输入和输出设备。这些设备和操作人员可以使客户享受到身临其境的感觉，也就是说体现在客户面前的场景和虚拟环境更加的真切，客户可以获得更加靠近事实的画面作为根据，对设计师所设计的方案进行感受和判断。因此，传感交互设备在其中起到了不可低估的作用。 3.2虚拟技术软件系统 这种三维模块的功能在于能够将建筑物、环境、室内的客观状态存在于三维结构、相对位置和比例建构中，且体现场景的色彩、材料、光线等条件。设计师应该根据以下三种步骤进行虚拟空间的设计。①几何建模。这只是在初步阶段，建立一个集合结构。②形象建模。形象建模大部分环境是通过建筑物的本身材质颜色和光线布局利用科学的建构想象架构的。③行为建模。行为建模可以是动态的，主要描述物体的行为和运动状态而设计的。这里的几何建模是通过线条的交叉、参差和合并等提出相对位置，但是几何建模体现不出逼真感。

运动仿真技术经验

精心整理 一SW 运动仿真 1.简介 二十世纪八十年代以来，设计工程中首次使用计算机辅助工程（CAE ）方法后，有限元分析（FEA ）就成了最先被广泛采用的模拟工具。多年来，该工具帮助设计者在研究新产品的结构性能时节约了大量时间。 由于机械产品日渐复杂，不断加剧的竞争加快了新设计方案投入市场的速度。设计者迫切感到必须使模拟超出FEA 的局限范围，除使用FEA 模拟结构性能外，还需要在构建物理原型之前确定新产品的运动学和动力学性能。 用。 2.装配当几何体发生改变时，可在几秒内更新所有结果。图4为急回机构中滑杆和驱动连杆之间的干涉。 图4急回机构中滑杆和驱动连杆之间的干涉 运动模拟可在短时间内对任何复杂程度的机构进行分析，可能包含刚性连接装置、弹簧、阻尼器和接触面组。如雪地车前悬架、健身器、CD 驱动器等的运动。 图5复杂机构的运动仿真 除机构分析外，设计者还可通过将运动轨迹转换成CAD 几何体，将运动模拟用于机构合成。例如，设计一个沿着导轨移动滑杆的凸轮，用运动仿真生成该凸轮的轮廓。首先将所需滑杆位置表达为时间和滑杆在旋转凸轮上移动轨迹的函数，然后将轨迹路径转换为CAD 几何体，以创建凸轮轮廓。 图6滑杆沿导轨移动的位移函数

图7滑杆沿旋转盘移动绘制的凸轮轮廓 设计者还可将运动轨迹用于很多用途，例如，验证工业机器人的运动、测试工具路径以获取选择机器人大小所需的信息，以及确定功率要求。 图8工业机器人在多个位置之间的移动 运动模拟的另外一项重要应用是模拟零部件之间的碰撞和接触，以研究零部件之间可能形成的缝隙，得出机构的精确结果。例如，通过模拟碰撞和接触，可以研究阀提升机构中凸轮和曲线仪（摇杆）之间可能形成的缝隙。 3.将运动仿真与FEA结合 想了解运动仿真和FEA在机构仿真中如何结合使用，首先要了解每种方法的基本假设。 FEA是一种用于结构分析的数字技术，已成为研究结构的主导CAE方法。它可以分析任何固定支撑的弹性物体的行为，此处弹性是指物体可变性。如图8所示托架，在静态载荷作用下会变形， 形。FEA FEA （1 点反作用力和惯性力。在此步骤中，所有机构连接装置均视为刚性实体。图13中的曲线为曲柄转动一周连杆上接点的反作用力。 图13曲柄转动一周连杆上接点的反作用力 （2）.找出与连杆接点上最大反作用力相对应的机构位置。因为施加最大载荷情况下进行的分析将得到连杆所承受的最大应力。如有必要，可选择多个位置进行分析。 图14与连杆上最大反作用力相对应的位置 （3）.将这些反作用力载荷以及惯性载荷从CAD装配体传输到连杆CAD零件模型。 （4）.作用于从装配体分离出来的连杆上的载荷包括接点反作用力和惯性力，如图15所示。