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)，其安全可靠運轉(zhuǎn)將對電網(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，對展示和分析各種電力設(shè)備參數(shù)及獲取變電站的運行狀態(tài)，幫助工作人員及時發(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。
　　當前變電站監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)展示，但參數(shù)分布于各類畫面，缺乏有效平臺進行直觀展

2、示，事故發(fā)生時，運行人員需要在短時間內(nèi)進行大量的數(shù)據(jù)分析與處理，難以對主要信息進行把握。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。但變電站場景的特殊性也決定了無法人為制造事故或停運線路以滿足培訓(xùn)人員現(xiàn)場實際操作與設(shè)備結(jié)構(gòu)學習的需求，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，使運行人員能

3、夠體驗到與實際變電站場景相同的感受，則能夠大大提升變電站培訓(xùn)的效果。
　　基于以上兩個問題，本文開發(fā)了虛擬變電站系統(tǒng)，利用可視化場景對變電站的運行參數(shù)以及動作情況進行了直觀展示，提高了運行監(jiān)視水平;并借助高度逼真的虛擬環(huán)境幫助培訓(xùn)人員隨時隨地進行技能學習，降低了培訓(xùn)費用的同時提高了培訓(xùn)效果。本文主要創(chuàng)新點如下:
　　(1)基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建了高度逼真的虛擬3D變電站場景。本文利用3DS MAX軟件對變電站中各類設(shè)備對象以及

4、環(huán)境對象進行了模型搭建與優(yōu)化，通過組件生成器、組件裝配器、場景裝配器實現(xiàn)變電站三維場景的構(gòu)建，并基于Virtools平臺通過腳本開發(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景具備人機交互、動作展示等功能。
　　(2)基于虛擬變電站系統(tǒng)利用最優(yōu)攝像頭算法實現(xiàn)了快速遙視功能。在虛擬變電站場景中選擇需要監(jiān)控的設(shè)備或區(qū)域后，系統(tǒng)將自動通過所提出的最優(yōu)選擇算法實現(xiàn)最優(yōu)攝像頭以及最優(yōu)旋轉(zhuǎn)路徑的計算，最后通過將動作命令發(fā)送至相

5、關(guān)攝像頭，快速準確地實現(xiàn)目標區(qū)域的監(jiān)控。該過程避免了采用人工手段進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)平臺將各設(shè)備實時運行數(shù)據(jù)作為電氣輸入量接入對應(yīng)三維模型，并通過各個模型電氣量計算與模型動作的設(shè)計實現(xiàn)設(shè)備場景、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、浮動標簽）對各類設(shè)備運行信息進行直觀化展示，有效提升了運行人員

6、的信息處置決策能力。
　　(4)基于虛擬變電站系統(tǒng)實現(xiàn)了高度逼真的變電站3D仿真培訓(xùn)。對三維模型的動作屬性按照對應(yīng)的真實設(shè)備的動作情況進行設(shè)計，使設(shè)備能夠在培訓(xùn)人員發(fā)出操作指令時作出相應(yīng)動作，并能夠?qū)﹀e誤操作引起的后果進行展示，同時對二次設(shè)備場景（包括保護屏柜、二次壓板等）進行詳細場景建模及設(shè)備運行機理仿真（包括指示燈、動作報文等），使學員在與實際工作高度相似的環(huán)境中進行技能掌握，提高了培訓(xùn)效果。
　　(5)對沉浸式視景培訓(xùn)