500kV變電站設(shè)備3D全景監(jiān)控及培訓(xùn)系統(tǒng)研究.pdf

1、變電站作為電能傳輸?shù)幕经h(huán)節(jié)，其安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)將對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生重大影響。隨著電網(wǎng)規(guī)模逐年增大及電壓等級(jí)逐步增高，變電站設(shè)備數(shù)量不斷增多，結(jié)構(gòu)也愈發(fā)復(fù)雜，對(duì)展示和分析各種電力設(shè)備參數(shù)及獲取變電站的運(yùn)行狀態(tài)，幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障情況，減小事故危害，提出了新的要求，同時(shí)如何迅速有效的提升值班人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)水平也迫在眉睫。
　　當(dāng)前變電站監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)展示，但參數(shù)分布于各類畫面，缺乏有效平臺(tái)進(jìn)行直觀展

2、示，事故發(fā)生時(shí)，運(yùn)行人員需要在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析與處理，難以對(duì)主要信息進(jìn)行把握。因而變電站系統(tǒng)需要一種可視化的、直觀的設(shè)備參數(shù)展示方式，以提高運(yùn)行人員工作效率。電力培訓(xùn)能夠有效提高工作人員基本素質(zhì)與操控水平，是降低事故發(fā)生的有效手段。但變電站場(chǎng)景的特殊性也決定了無法人為制造事故或停運(yùn)線路以滿足培訓(xùn)人員現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作與設(shè)備結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的需求，由此仿真培訓(xùn)成為變電站培訓(xùn)的重要發(fā)展方向。如果能夠搭建一種高逼真度的變電站培訓(xùn)環(huán)境，使運(yùn)行人員能

3、夠體驗(yàn)到與實(shí)際變電站場(chǎng)景相同的感受，則能夠大大提升變電站培訓(xùn)的效果。
　　基于以上兩個(gè)問題，本文開發(fā)了虛擬變電站系統(tǒng)，利用可視化場(chǎng)景對(duì)變電站的運(yùn)行參數(shù)以及動(dòng)作情況進(jìn)行了直觀展示，提高了運(yùn)行監(jiān)視水平;并借助高度逼真的虛擬環(huán)境幫助培訓(xùn)人員隨時(shí)隨地進(jìn)行技能學(xué)習(xí)，降低了培訓(xùn)費(fèi)用的同時(shí)提高了培訓(xùn)效果。本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建了高度逼真的虛擬3D變電站場(chǎng)景。本文利用3DS MAX軟件對(duì)變電站中各類設(shè)備對(duì)象以及

4、環(huán)境對(duì)象進(jìn)行了模型搭建與優(yōu)化，通過組件生成器、組件裝配器、場(chǎng)景裝配器實(shí)現(xiàn)變電站三維場(chǎng)景的構(gòu)建，并基于Virtools平臺(tái)通過腳本開發(fā)的方式賦予了三維模型電氣屬性、行為屬性等各類屬性使變電站場(chǎng)景具備人機(jī)交互、動(dòng)作展示等功能。
　　(2)基于虛擬變電站系統(tǒng)利用最優(yōu)攝像頭算法實(shí)現(xiàn)了快速遙視功能。在虛擬變電站場(chǎng)景中選擇需要監(jiān)控的設(shè)備或區(qū)域后，系統(tǒng)將自動(dòng)通過所提出的最優(yōu)選擇算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)攝像頭以及最優(yōu)旋轉(zhuǎn)路徑的計(jì)算，最后通過將動(dòng)作命令發(fā)送至相

5、關(guān)攝像頭，快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)控。該過程避免了采用人工手段進(jìn)行攝像頭的選擇與旋轉(zhuǎn)，提高了遙視效率。
　　(3)基于虛擬變電站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了直觀的變電站設(shè)備3D全景監(jiān)控。利用D5000數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺(tái)將各設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)作為電氣輸入量接入對(duì)應(yīng)三維模型，并通過各個(gè)模型電氣量計(jì)算與模型動(dòng)作的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)設(shè)備場(chǎng)景、監(jiān)控信息和設(shè)備參數(shù)信息的融合，采用多種可視化手段（著色、管道圖、掛牌、浮動(dòng)標(biāo)簽）對(duì)各類設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行直觀化展示，有效提升了運(yùn)行人員

6、的信息處置決策能力。
　　(4)基于虛擬變電站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度逼真的變電站3D仿真培訓(xùn)。對(duì)三維模型的動(dòng)作屬性按照對(duì)應(yīng)的真實(shí)設(shè)備的動(dòng)作情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，使設(shè)備能夠在培訓(xùn)人員發(fā)出操作指令時(shí)作出相應(yīng)動(dòng)作，并能夠?qū)﹀e(cuò)誤操作引起的后果進(jìn)行展示，同時(shí)對(duì)二次設(shè)備場(chǎng)景（包括保護(hù)屏柜、二次壓板等）進(jìn)行詳細(xì)場(chǎng)景建模及設(shè)備運(yùn)行機(jī)理仿真（包括指示燈、動(dòng)作報(bào)文等），使學(xué)員在與實(shí)際工作高度相似的環(huán)境中進(jìn)行技能掌握，提高了培訓(xùn)效果。
　　(5)對(duì)沉浸式視景培訓(xùn)