本实验基于虚拟化仿真技术，构建一个高度逼真的大型抽水蓄能电站电机系统运行环境，为实验教学提供有效的支持。通过高度仿真的虚拟环境，使学生能够在无真实设备接触的情况下，深入理解和掌握抽水蓄能电站电机系统的运行特性。

1.总体设计

        本实验项目基于B/S架构，由服务器、教学管理系统、三维软件系统与仿真计算引擎四个部分组成，各部分相互连接，形成了一套完整的实验操作流程，其功能介绍如下：

1)服务器用于网络共享、云存储、网络安全管理和身份认证等；

2)教学系统用于实现虚拟仿真实验教学，提供软件支持，管理用户信息，提供实验的数据信息和操作培训；

3)三维软件系统用于提供实验的三维环境、操作界面、中间数据，监控实验的运行状况，管理实验的操作评分，生成实验报告，并将验训报告传输至教学系统；

4)引擎系统用于接受软件系统的操作指令，生成实验数据，并将实验数据传输至软件系统。

           

                             图1  实验项目框架

2. 研究内容

（1）实验交互操作设计

        实验设计了五个实验模块，共12个实验步骤，包括调速控制实验、调压控制实验、并网控制实验、停机转抽水调相工况、抽水调相转抽水工况、调压调速特性测定实验、抽水转停机工况等。通过模拟控制面板、操作界面等实际设备，提供直观、易用的操作体验。学生可以根据实验要求，自行设定实验参数、调整电机运行状态，观察并记录实验过程中的数据变化。

                                                                        图2  实验交互操作步骤设计图

（2）厂站环境的三维建模

        利用三维建模Maya软件，参照抽水蓄能电站的实际布局和设备结构，安装了6台300MW可逆式抽水蓄能机组，构建高精度的三维虚拟环境。包括电站主体、厂房、机组设备、输水系统、控制系统等关键部分的细致呈现，确保虚拟环境的真实性和完整性。

                       图3 实际某300MW抽蓄机组（上）与虚拟实验环境（下）一致

（3）厂站系统的数学建模

        基于抽水蓄能电站电机的实际运行原理，依托国产图形化建模平台，搭建了机组设备及系统的数学建模，开发电机运行仿真算法。通过模拟电机在不同工况下的运行状态，如启动、调速、抽水、发电等，展示电机的运行特性和性能参数。同时，模拟过程中充分考虑电机的控制逻辑和保护机制，确保仿真结果的准确性和可靠性。

                       图4  300MW抽蓄机组图形化数学建模

（4）实验操作数据管理

        系统自动记录学生在实验过程中的操作数据和电机运行状态信息。利用数据分析工具，对实验数据进行处理和分析，提取关键指标和规律。通过图表、报告等形式展示分析结果，帮助学生深入理解电机运行特性的影响因素和变化规律。

                            图5 实验设备实时运行数据

（5）实验教学管理功能

        开发教学管理模块，采用“学习-练习-考核”分层教学方法，实现对学生实验过程的监督和管理。学生完成实验后，自动将评分、实验记录上传实验教学平台，学生、老师可在教学平台上查询实验成绩，并下载实验报告。

                          图6 实验评分及实验报告

（6）系统优化与扩展

        根据用户反馈和实验教学需求，对系统进行持续优化和扩展。包括提升虚拟环境的渲染效率、增加更多的实验项目和案例、完善数据分析和教学管理功能等，以不断提升系统的实用性和教学效果。