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

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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(xiàn)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(xiàn)路；仿真培訓(xùn)

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(lái)可以被廣泛應(yīng)用于更多領(lǐng)域，具有良好的發(fā)展前景?，F(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(lái)，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(zhǎng)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(guó)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(zhuān)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(chǎng)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(guò)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(hù)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(hù)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(guò)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，來(lái)提升其數(shù)字化、信息化水平。這樣就可以幫助工作人員來(lái)更加全面了解變電站的內(nèi)部情況。具體來(lái)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(guò)信息鏈接來(lái)選擇相應(yīng)的內(nèi)容，來(lái)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(guò)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(kāi)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(jiàn)其應(yīng)用有著深遠(yuǎn)的意義。首先，可以利用這一技術(shù)來(lái)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(chǎng)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(wèn)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?xún)?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(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)解決，在設(shè)計(jì)中就可以對(duì)接口階段的矛盾問(wèn)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(lái)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(xiàn)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(xiàn)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(lái)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(xiàn)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(lái)越高，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量十分龐大，數(shù)據(jù)類(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(guò)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(lái)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(jué)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(zhuān)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(wèn)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(chǎng)景的交互性。現(xiàn)階段，我國(guó)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(kāi)展了較多的工作，通過(guò)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(lái)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(chǎng)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(guò)程中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用

通過(guò)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(lái)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(guó)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(guò)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(wú)法達(dá)到預(yù)期的操作精度。對(duì)此，就可以通過(guò)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(kāi)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(guò)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(guò)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(wèn)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(wú)法滿(mǎn)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(lái)對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)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(lái)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(lái)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(wèn)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(hù)的喜愛(ài)。6結(jié)束語(yǔ)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(xiàn)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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作者：孟彬 單位：沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院