三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)項目通過驗收

潘 睿 婁廣鑫 史 勁

（國網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，610054）

三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)項目通過驗收

潘 睿 婁廣鑫 史 勁

（國網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司，610054）

三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)項目是借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，同時結(jié)合電力公司配網(wǎng)運檢研究成果以及實踐經(jīng)驗，建立起來的一個三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)。三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)比起傳統(tǒng)的配網(wǎng)運檢培訓方式而言，具有更加明顯的優(yōu)勢。為了能夠為我國智能電網(wǎng)的建設起到一定的推動作用，本文以三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)項目為主要研究對象，分析其中的技術(shù)支持以及相關(guān)技術(shù)。

三維配網(wǎng) 仿真系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實

引言

三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)項目中的仿真培訓模式安全新高、成本低、互動性強等特點，能夠從多個角度、多個層面提高培訓效果，有效推動了配網(wǎng)運檢培訓的質(zhì)量。三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)項目的誕生有著十分重要的實際意義，這與目前的仿真培訓工作現(xiàn)狀有著重要的關(guān)聯(lián)。特別是在計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展的今天，仿真培訓的優(yōu)勢和作用越來越明顯，這種有效的培訓手段能夠更快、更好的達到培訓要求。

1. 三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)優(yōu)勢以及功能

（1）三維運檢綜合仿真系統(tǒng)具有較高的仿真性、可操作性、對應性的特點，能夠充分保證培訓工作人員的安全的基礎上提高培訓效果。其中仿真性是指綜合仿真系統(tǒng)實現(xiàn)對運檢工作現(xiàn)場、工作流程以及操作的全仿真過程[1]。受訓人員在虛擬場景中，可以通過自有變化虛擬場景的視角，從而觀察到所有元件以及其他動作細節(jié)，實現(xiàn)了對作業(yè)現(xiàn)場的仿真?？刹僮餍蕴峁┙o了培訓人員最真實的操作方式[2]。對應性是指綜合仿真系統(tǒng)會有一個針對性的培訓，根據(jù)不同的電壓等級、不同的作業(yè)項目進行運檢工作的講解，或者是針對測量接地電阻等等具體的運行工作進行講解，另外就是針對培訓對象的不同基礎、不同能力以及不同培訓狀況的人員具有一個針對性的培訓。

（2）三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)的功能包括基礎分析、仿真訓練、考核評價以及培訓管理。其中基礎分析又包括線路結(jié)構(gòu)、設備狀態(tài)、基本知識。仿真訓練包括資料查詢、項目練習。考核評價包括理論考試和實操考試。培訓管理包括賬號管理、考核評定、資料管理。其中的基礎分析主要是對配電網(wǎng)中的桿塔、基礎、接地裝置等一一展示出來，讓培訓人員了解相關(guān)的基本知識。仿真訓練作為整個系統(tǒng)中的重點，主要是幫助培訓人員提升操縱技能，通過各種作業(yè)項目讓培訓人員進行虛擬的操作中，培訓人員可以通過設備與虛擬場景進行交互，掌握相關(guān)流程和關(guān)鍵。該過程不僅可以實現(xiàn)單人練習，也可以進行多人的協(xié)同作業(yè)[3]。在考核評價中，其目的是了解在階段性培訓之后培訓人員的一個知識的掌握情況，理論考試主要了解培訓人員電力安全操作、工器具使用等等，實操考試是讓培訓人員進行到仿真訓練中對其進行各種操作的考核，檢測其實操水平。培訓管理工作貫穿于整個仿真系統(tǒng)的運行工作中，不同的功能由不同的管理員控制，不同的人員可以根據(jù)自己的需要登錄系統(tǒng)。

2. 三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

從結(jié)構(gòu)上劃分，三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集、仿真計算、三維場景、輔助教學以及常規(guī)操作和常見故障模型庫。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是對配電網(wǎng)絡潮流分布進行計算，借助三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)中較高的自動化程度，可以直接利用其中的各種終端數(shù)據(jù)進行輸入數(shù)據(jù)的采集，或者是利用SCADA數(shù)據(jù)。其中的三維場景就是借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，呈現(xiàn)出一個與實際場景相似的虛擬現(xiàn)場場景，整個場景中包含了配網(wǎng)系統(tǒng)中的各種設備、儀器模型以及與其他系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)通信的接口，是整個系統(tǒng)最核心、最重要的部分。輔助教學根據(jù)培訓人員的操作以及出現(xiàn)的故障提出針對性的處理方案[4]。常規(guī)操作和常見故障模型庫中涵蓋了配電網(wǎng)日常的操作流程以及規(guī)范，和常見故障的一些表現(xiàn)形式以及對應的處理方法。

3. 三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)成

3.1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為基礎

利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建出一個高度逼真的模擬自然環(huán)境，將其合成最終形成一個接近實際場景的效果。虛擬現(xiàn)實技術(shù)最重要的特征就是能夠?qū)F(xiàn)實場景出現(xiàn)在虛擬空間中，能夠幫助用戶和計算機提供一個良好的互動平臺，加上設計出的虛擬環(huán)境具有一定的獨創(chuàng)性和自主性。這種具有一定交互性的系統(tǒng)方式讓人機達到一個更好的合作狀態(tài)。在仿真環(huán)境中，虛擬世界是有機運轉(zhuǎn)的，其應用范圍已經(jīng)擴大至軍事仿真、影視等等方面，通過利用虛擬技術(shù)能夠大大降低培訓成本，還能夠有效解決一些核心問題。

3.2 虛擬現(xiàn)實建模

虛擬現(xiàn)實建模工具中包含了虛擬現(xiàn)實建模語言、Java 3D API等。其中Java 3D API的應用需要扎實的編程能力，才能夠?qū)ζ溟_發(fā)應用[5]。虛擬現(xiàn)實建模語言屬于描述交互式三維世界和對象的描述性語言，其能夠?qū)⒚枋鰧ο蠼M合到虛擬的場景中，例如當設計者將整個圖形文件設計好之后，培訓人員只需要通過一個瀏覽器就能夠進入到形象、效果十分逼真的三維虛擬世界中，單擊一個文件就能夠進入到虛擬現(xiàn)實建模語言中，能夠幫助用戶在不同的虛擬世界中完成跨越。利用虛擬現(xiàn)實建模語言豐富了整個虛擬環(huán)境，實現(xiàn)虛擬場景中物體的運動，隨意的播放聲音和影像。這種具有三維功能的三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)通過深入利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將三維影像、三維動畫等表現(xiàn)出來，能夠幫助培訓人員進入到一個貼近真實場景的虛擬場景中，通過聲音加強培訓人員的感覺，通過場景再現(xiàn)提高培訓人員的積極性，可以容納多人進行在線學習，有效解決了仿真培訓設備不足、時間受限等問題。同時通過虛擬場景將現(xiàn)實場景的再現(xiàn)，能夠避免危險操作，通過聲音的提醒讓學員仿佛置身在現(xiàn)實場景中，提高其應急處理能力。

4. 結(jié)合實例進行三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)的分析

為了能夠最大限度的保證三維模擬場景能夠?qū)κ褂谜咴斐梢曈X上的沖擊，這就要求場景的設置一定要越真實越好。本部分先設計出模型的各個零部件，再進行整體裝配，通過貼圖系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)等等提高三維模型的真實度。

利用Quest 3d作為整個仿真系統(tǒng)搭建的平臺，將建立的三維模型導入到Quest 3d中，利用Quest 3d實現(xiàn)交互功能的最大化。使用包圍盒方法進行實時碰撞檢測，這是因為在仿真訓練本身就是模擬現(xiàn)實中出現(xiàn)的各種問題，例如在碰撞檢測中就是要檢測不同的模型是否發(fā)生了碰撞，由于虛擬場景中三維模型不會出現(xiàn)穿透，因此就需要采用這種方式進行實驗，這種方法的通過建立對象的包圍盒層次來逐漸閉經(jīng)對象的幾何模型，通過利用形狀簡單的包圍盒模擬出復雜的幾何對象進行碰撞實驗。通過利用Quest 3d能夠有效解決碰撞問題，使得整個場景的仿真更加具有真實性。

5 .結(jié)語

三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)能夠獲取到實時或者數(shù)據(jù)庫的仿真數(shù)據(jù)，對配電網(wǎng)進行實時運行狀態(tài)的跟蹤，對還原現(xiàn)實場景、提高培訓質(zhì)量有著積極意義。目前我國在2012年11月30日由武漢南瑞、浙江省電力公司共同承擔的國家電網(wǎng)公司管理科技項目“三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)研發(fā)與設備試制”在武漢通過驗收。會議中設計研發(fā)的三維配網(wǎng)運檢綜合仿真系統(tǒng)符合驗收條件，一致同意通過驗收。這個系統(tǒng)的驗收對對銅我國智能電網(wǎng)的建設有著積極意義。

[1]高捷,何斌棋. 縣級供電公司配網(wǎng)運行綜合管控機制建設探索[J].中國電力教育,2013,52(30):217-218.

[2]莫莉,羅興春. 配電網(wǎng)生產(chǎn)運行仿真系統(tǒng)遠程培訓的探索與實踐[J].中國電力教育,2014,22(15):260-261+263.

[3]張喜平,梅柏杉,王麗芳等.大電網(wǎng)聯(lián)合仿真培訓系統(tǒng)設計[J].低壓電器,2011,17(13):33-37.

[4]楊建國,黃玲,高劍鋒.三維仿真技術(shù)在城市規(guī)劃中的應用[J].上海城市規(guī)劃,2007,19(06):44-47.

[5]吳慧.配網(wǎng)調(diào)控一體化運維體系建設研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2015,18(05):137-138.

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1007-6344（2015）12-0207-01