虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的典型應(yīng)用

孟彬

摘? 要：在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸被應(yīng)用到各行各業(yè)之中，其中就包括電力行業(yè)，并將對(duì)整個(gè)電力行業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。文章主要探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的典型應(yīng)用，涉及變電站、輸電線路、電力系統(tǒng)等，從應(yīng)用的實(shí)際情況看出，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提升電力系統(tǒng)的工作效率，降低成本有著積極的作用。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);虛擬現(xiàn)實(shí);輸電線路;仿真培訓(xùn)

中圖分類號(hào)：TM727? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）30-0173-02

Abstract： In the context of the rapid development of science and technology， virtual reality technology is gradually applied to various industries， including the power industry， and will play an important role in the development of the whole power industry. This paper mainly discusses the typical application of virtual reality technology in power system， including substation， transmission line， power system and so on. From the actual situation of application， we can see that the application of virtual reality technology plays a positive role in improving the work efficiency of power system and reducing cost.

Keywords： power system; virtual reality; transmission line; simulation training

引言

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)生成的一種模擬環(huán)境，是仿真技術(shù)與多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等多種技術(shù)的集合，未來可以被廣泛應(yīng)用于更多領(lǐng)域，具有良好的發(fā)展前景。現(xiàn)階段，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育、軍事、機(jī)械設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。因?yàn)槠渌哂械目鐚W(xué)科領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用同樣有著良好的前景。電力工程和電力設(shè)備的設(shè)計(jì)、優(yōu)化及分析等方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的整合，并以直觀、立體及交互式的方式體現(xiàn)出來，對(duì)于電力系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)等階段的溝通協(xié)調(diào)具有積極的作用，可以有效提高工作的效率。在長時(shí)間的發(fā)展下，在電力生產(chǎn)、電力工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)的運(yùn)行等方面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)有比較成功地應(yīng)用。

1 變電站設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，隨著我國電力事業(yè)的不斷發(fā)展，變電站設(shè)計(jì)運(yùn)行管理中應(yīng)用了許多先進(jìn)的技術(shù)手段，如專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件工具、三維設(shè)計(jì)技術(shù)等，這些都給虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。華北電力大學(xué)構(gòu)建了多種典型虛擬變電站場景，主要有110kV、220kV、500kV等。因?yàn)橄到y(tǒng)集成了豐富的虛擬現(xiàn)實(shí)交互技術(shù)，所以操作人員在這種虛擬的變電站環(huán)境中，可以進(jìn)行接近真實(shí)的操作體驗(yàn)，使其可以更快、更全面去了解與掌握變電站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行過程以及工程組成，還可以進(jìn)行運(yùn)行工況的監(jiān)視、檢修的模擬。其中在部分模擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，多個(gè)用戶可以在同一虛擬空間內(nèi)進(jìn)行協(xié)同操作，這樣不僅可以了解其他用戶的位置情況，也能對(duì)他們動(dòng)作行為及后果進(jìn)行掌握[1]。

此外，在進(jìn)行綜合管理系統(tǒng)的構(gòu)建時(shí)，可以通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，來提升其數(shù)字化、信息化水平。這樣就可以幫助工作人員來更加全面了解變電站的內(nèi)部情況。具體來講，系統(tǒng)中存儲(chǔ)了分布拓?fù)鋱D與一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，相關(guān)人員可以根據(jù)實(shí)際需求，通過信息鏈接來選擇相應(yīng)的內(nèi)容，來了解變電站內(nèi)外部的情況，包括地理環(huán)境、結(jié)構(gòu)等。同時(shí)在變電站信息系統(tǒng)中，將設(shè)備的狀態(tài)信息、檢修信息與建筑結(jié)構(gòu)的三維圖像進(jìn)行有機(jī)整合，形成了一個(gè)虛擬的現(xiàn)實(shí)操作平臺(tái)，工作人員可以通過在此平臺(tái)上的操作，獲得建筑與設(shè)備的空間數(shù)據(jù)，了解這些設(shè)備、建筑物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行維護(hù)信息。這樣，就可以幫助工作人員更好地了解變電站的運(yùn)行情況，為實(shí)際工作的開展提供可靠的指導(dǎo)，促進(jìn)變電站設(shè)計(jì)與運(yùn)行管理水平的提高。

在變電站設(shè)計(jì)及運(yùn)行管理中的應(yīng)用，可以確保電力系統(tǒng)及設(shè)備，在安全、可靠的環(huán)境下高效運(yùn)行，并且能夠根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行靈活配置，對(duì)實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效果有著積極的作用，可見其應(yīng)用有著深遠(yuǎn)的意義。

首先，可以利用這一技術(shù)來進(jìn)行建筑物模型及設(shè)備的虛擬構(gòu)建，讓工作人員不同到現(xiàn)場就可以充分了解變電站內(nèi)部的情況，并以此為基礎(chǔ)優(yōu)化系統(tǒng)與設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其次，相較于傳統(tǒng)的方法，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以為設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)可視化的模型，便于檢查碰撞、配合關(guān)系、運(yùn)動(dòng)關(guān)系，從而能夠在施工前及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并制定出合理的優(yōu)化方案。尤其是在設(shè)備的布置上，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以優(yōu)化設(shè)備布置區(qū)域。三是，針對(duì)數(shù)據(jù)的及時(shí)共享，也可以通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來解決，在設(shè)計(jì)中就可以對(duì)接口階段的矛盾問題進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)中產(chǎn)品、裝備與系統(tǒng)的質(zhì)量。四是，在檢修與維護(hù)作業(yè)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用可以為其提供直觀的指導(dǎo)，促進(jìn)整體作業(yè)效率與質(zhì)量的提升，確保其可靠性與安全性。在工作人員的培訓(xùn)中，可以借助虛擬變電站仿真系統(tǒng)來讓他們有一個(gè)比較直觀地體驗(yàn)，并能在實(shí)際的作業(yè)中得到實(shí)時(shí)三維可視指導(dǎo)[2]。

2 輸電線路中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

對(duì)于電力企業(yè)而言，保證輸電線路的可靠性與穩(wěn)定性是一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。如今，隨著社會(huì)生產(chǎn)及生活的用電需求越來越大，要想保證輸電的穩(wěn)定、安全與可靠，就必須加大對(duì)輸電線路規(guī)劃、運(yùn)維等工作的研究，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)此有著重要的意義。

如今，電網(wǎng)運(yùn)行的信息化、自動(dòng)化水平越來越高，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量十分龐大，數(shù)據(jù)類型也比較豐富，所以在這種情況下，要提高對(duì)數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式的要求。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)輸電線路的信息管理水平提升有著積極的影響。電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全與可靠，與輸電線路的運(yùn)行檢修有著密切的關(guān)聯(lián)，而在這部分工作中，巡視工作是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，要想保證輸電線路運(yùn)行的安全與可靠，就必須提高巡視人員的水平。為此，就可以通過以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)，所構(gòu)建仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，來對(duì)巡視人員進(jìn)行培訓(xùn)，讓他們可以提前了解工作內(nèi)容，掌握工作的方法。這種系統(tǒng)具有成本低、全面、效率高等優(yōu)勢(shì)，可以模擬出不同的天氣效果、地形環(huán)境，視覺效果十分逼真[3]。

3 電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

提高操作人員、維護(hù)人員的個(gè)人素質(zhì)及技術(shù)水平，可以在很大程度上避免人為因素所造成的失誤，減少對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)面影響，能確保電力系統(tǒng)的高效運(yùn)行。電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)，就可以用于對(duì)人員的培訓(xùn)中，提高培訓(xùn)的效果，促進(jìn)工作人員個(gè)人專業(yè)能力的提高。眾所周知，電力系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)操作對(duì)其運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性與效率有著至關(guān)重要的作用，有著很高的操作要求，是不能出現(xiàn)較大的操作失誤問題，否則就會(huì)造成不可估量的損失。由于操作流程比較復(fù)雜、操作技能難度較高，所以一般需要對(duì)從業(yè)人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)，使其可以在反復(fù)的操作中提高自身的技能水平。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，可以在很大程度上推動(dòng)培訓(xùn)工作的有序進(jìn)行，保障人員技術(shù)水平符合工作的需要。

虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，是借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所構(gòu)建的，可以讓工作人員更好地接受培訓(xùn)，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)的工作環(huán)境，極大程度改變了以往的工作方式，特別是增強(qiáng)了變電站系統(tǒng)場景的交互性。

現(xiàn)階段，我國所研制的變電站的虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，主要包括了建筑物及主要設(shè)備。關(guān)于電力系統(tǒng)虛擬仿真的應(yīng)用研究中，某電力大學(xué)開展了較多的工作，通過對(duì)此的研制能夠?yàn)樽冸娬镜倪\(yùn)行、人員培訓(xùn)等工作提供重要的幫助。在電力仿真與培訓(xùn)方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用有著不可忽視的作用，其發(fā)展將會(huì)越來越快，該技術(shù)的應(yīng)用不僅可以降低培訓(xùn)中的危險(xiǎn)性，還可以節(jié)省培訓(xùn)資金投入，并且可以讓作業(yè)人員進(jìn)行多角度、多層次地體驗(yàn)，了解設(shè)備的工作原理與組成，與現(xiàn)場的實(shí)際訓(xùn)練相比，有更大的優(yōu)勢(shì)。

4 電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以大大加強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與可靠性。具體來講，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以確保作業(yè)人員的運(yùn)行操作更加準(zhǔn)確與規(guī)范。如今，電力網(wǎng)絡(luò)遍布全國各個(gè)區(qū)域，所以就要進(jìn)行遠(yuǎn)程操作設(shè)備運(yùn)行，但這樣必然會(huì)受到一些不確定因素的影響，使操作的準(zhǔn)確性降低，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用就可以大大提高操作的準(zhǔn)確性，保障電力系統(tǒng)的安全，進(jìn)而提高其運(yùn)行管理的水平。眾所周知，電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，所處的環(huán)境會(huì)比較復(fù)雜，容易受到諸多因素的影響，如噪聲、電磁輻射等，都會(huì)使作業(yè)人員的工作受到影響，無法達(dá)到預(yù)期的操作精度。對(duì)此，就可以通過應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，進(jìn)行虛擬化結(jié)構(gòu)，這對(duì)提高操作的準(zhǔn)確性有著重要的作用[4]。同時(shí)，一些新入職的作業(yè)人員才開始就在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)，可能會(huì)存在恐高的情況，會(huì)影響到操作的準(zhǔn)確性。而通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，能夠讓作業(yè)人員提前去適應(yīng)作業(yè)環(huán)境，這樣可以有效保障作業(yè)的準(zhǔn)確性和人員的生命安全。

5 電力工程設(shè)計(jì)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

在電力工程設(shè)計(jì)中，過去基本是以二維圖為基礎(chǔ)，在這種傳統(tǒng)工作模式下，就比較容易出現(xiàn)一些不必要的問題，使得施工進(jìn)度受到影響，施工成本增加。在新形勢(shì)下，電力工程經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)，與電力設(shè)計(jì)的服務(wù)質(zhì)量有著很大的關(guān)系，如果依然采用傳統(tǒng)的工作模式，是無法滿足這一要求的。在此情況下，許多設(shè)計(jì)院也在嘗試應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)來對(duì)設(shè)計(jì)過程與服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行改善，如三維建模技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，以此來提高電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的水平。利用三維設(shè)計(jì)模型，來完成對(duì)圖紙的設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量。并且，可以借助三維模型，檢查設(shè)計(jì)的正確性、合理性，以此來對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)與占用空間進(jìn)行優(yōu)化，避免出現(xiàn)設(shè)備碰撞、安全間距不合理的問題發(fā)生。如今，在一些工程項(xiàng)目中三維模型的實(shí)景漫游技術(shù)已經(jīng)得到了實(shí)現(xiàn)，廣受設(shè)計(jì)單位及用戶的喜愛。

6 結(jié)束語

綜上所述，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展，其推廣與應(yīng)用也將更加廣泛。在電力系統(tǒng)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以有效提升工作效率，節(jié)約成本。本文主要探討了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)、變電站、輸電工程設(shè)計(jì)、輸電線路以及電力系統(tǒng)運(yùn)行中的應(yīng)用，對(duì)促進(jìn)電力系統(tǒng)的良好運(yùn)行有著深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)：

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