虚拟现实技术的变电站仿真系统应用初探

虚拟现实技术的变电站仿真系统应用初探

张斌、马瑶、欧素敏、邵洁、许志敏、钟准、陈君

海南省电力学校  海南省海口市 570000

摘要：我国科学技术在不断进步，虚拟仿真技术作为先进技术的典型之一被广泛应用在各领域。变电站人员培训及运维管理中融合虚拟显示技术可以为工作人员提供技术支持。基于此，本文以变电站运行为出发点，阐述了基于虚拟现实技术的变电站仿真系统的应用，其宗旨是实现沉浸式仿真，提高变电站作业效率，能更直观、更深入地掌握变电站运行情况。

关键词：虚拟现实技术；变电站；仿真系统

1变电站仿真系统功能及总体架构

1.1功能

（1）变电站仿真系统应当发挥出三维立体展示的功能，利用三维视屏的方式展示并帮助工作人员掌握变电站设备或运行中的细节与问题。

（2）仿真系统对于变电站现场的场景不但要具备漫游仿真的功能，还要实现工作人员与变电站运行现场的交互。

（3）变电站仿真系统要能够对变电站场景及变电站设备进行故障仿真，促进提升工作人员对故障问题的处理能力。

（4）变电站仿真系统要具有充足的现场感、沉浸感，为工作人员提供良好的实景体验，帮助工作人员了解变电站运行的实际环境。

（5）变电站仿真系统应当能够对工作人员的理论知识与实操技能进行考核、评价，为变电站运维管理水平进一步提升提供参考依据。

1.2总体架构

对于仿真系统而言，三方面的因素具有决定性影响，具体包括硬件设施、上位机软件、工作人员，根据这三个因素构建相对应的平台。在整个系统中，软件平台是核心，硬件平台是实现沉浸式体验的桥梁，工作人员平台定位工作人员的性质。硬件平台发挥人机交互的桥梁作用，可以将现场的三维景象及信息展示给工作人员平台，工作人员及相关信息会传送给软件平台，而且结合定位器，确保工作人员实操与软件仿真保持一致。软件平台发挥展示三维景象、为工作人员提供沉浸式体验的重要作用，在Unity3D软件中融入3DMax软件搭建的三维模型，并在软件中设置交互虚拟环境及与硬件设备的具体模式，工作人员基于硬件设备在三维场景中实现沉浸式体验、信息交互、故障处理等，与此同时在数据库中保存相关信息[1]。工作人员平台是工作人员基于收到的反馈信息实施操作，操作信息也会展示在三维场景中。

2基于虚拟现实技术的变电站仿真系统应用

2.1电力系统运维

(1)培训和教育。变电站电力系统运行中，可以利用虚拟现实技术进行实景模拟，帮助工作人员运维操作，实现电力运维人员教育培训。基于虚拟现实技术，电力运维工作人员能够实操运维作业，积累运维知识的同时提升运维技能，强化故障处理能力，减小故障影响和降低安全事故率。

(2)故障分析和诊断。基于虚拟现实技术，变电站仿真系统可以全面展现电力系统运行的相关数据和信息,为运维人员提供故障分析和诊断依据，提高故障处理决策水平。利用虚拟现实技术建立的变电站仿真系统能够实现运行中的变电站设备参数与指标可视化，从而工作人员可以第一时间发现并处理故障，保证变电站电力系统运行的稳定性[2]。

(3)维护和保养。融合应用虚拟现实技术，电力设备的结构形态及运行状况能够全面展示出来，从而工作人员分析电力设备维护和保养的需求，实施进一步的维护保养工作。采用虚拟现实技术的仿真系统，还能够实现电力设备运行的三维模拟与精准分析，从而工作人员展开设备状态分析，保证维护保养的准确性，保障设备运行安全与运行寿命。

(4)监控和控制。基于虚拟现实技术的仿真系统发挥其交互功能，为工作人员立体化、直观化地展示设备运行画面，工作人员可实时查看设备运行的参数和指标，实现电力设备监控的同时，还可以及时调整与控制设备，使设备保持良好运行状态。

2.2电力系统规划

(1)电力系统规划可视化。基于虚拟现实技术，仿真系统发挥可视化功能，展示电力系统规划方案，为规划人员创造虚拟环境，体验规划场景及效果，为规划方案论证提供依据。依托虚拟现实技术，规划工作者更够非常直观地查看电力系统的整体情况，例如，电力系统所处的地理位置和气候条件，各种电力设备设施的型号、布局等，从而帮助规划人员掌握电力系统规划的实际情况，进一步优化规划方案，提高规划方案的可行性。

(2)电力系统规划决策支持。运用虚拟现实技术建立仿真系统，电力系统规划后确定最终的规划方案。规划决策过程中，规划工作者借助虚拟环境对电力系统进行模拟，了解电力系统中电力方向、电力荷载、电力消耗等情况及对电力系统的影响，从而规划工作者进一步地规划方案进行评价，为最终决策提供可靠依据，提高决策科学性。

(3)电力系统规划协同设计。电力系统规划过程中，借助虚拟现实技术构建仿真模型，不同专业的人员可以基于相同的虚拟场景实现沟通交流，实施协同设计，进而有利于保证规划质量。

2.3电力系统安全

一方面，基于虚拟现实技术的仿真模型可以为培训人员提供三维场景，模拟电力系统运行，工作人员可以沉浸在真实场景中进行实操演练，提高工作人员的技能水平与安全意识。例如，高压线路作业培训中，利用虚拟现实技术对高压电气设备运维、高空作业等进行模拟，工作人员在虚拟场景中学习，掌握运维关键点、作业注意事项等，降低由于违规操作而导致的安全事故发生率。

另一方面，针对安全检查工作，可通过虚拟现实技术的可视化功能查看相关参数和指标，工作人员实时发现问题并解决问题，以减少安全隐患。

2.4变电站远程巡检

变电站运行有远程巡检的需求，基于虚拟现实技术的变电站远程巡检具有高带宽、低延时的特性。在这一过程中采用虚拟现实技术，可以为巡检工作者提供可靠的视觉感知，并且精准还原重要设备的细节，从而满足高水平远程巡检的要求。

远程巡检系统构建中融合5G技术，依托其LDPC、Polar新型信道编码方案以及性能更强的大规模天线等技术，可以提高数据及信号传送效率和质量；依托其短帧、快速反馈、多层/多站数据重传等技术，可以保证低延时以及稳定性。上述技术所具有的优势能够有效解决基于虚拟现实技术的变电站远程巡检系统运行中的传输问题[3]。利用虚拟现实技术的优势，并结合变电站远程巡检系统运行的要求，虚拟现实技术融合5G技术的具体方式如下：

1)将5G网络切片应用在网络中。利用切片技术能够合理分配切片成为独立的，满足网络资源、计算性能、应用能力的各种需求，促进各项需求的视线，提升网络运转的灵活度和效率。所以，采用5G网络切片，虚拟现实技术的带宽、服务质量得到有效提升。

2)服务器端采用智能边缘计算技术。作为一种分布式计算方法，边缘计算能够针对临近本地设备以及网络的数据进行分析处理。边缘计算相对数据节点而言，具有距离更近的优势，因此能够过滤与分析边缘节点位置的数据，所以相应的数据应用效率较高，并且可以关注实时的、短期的数据展开分析，对于虚拟现实技术渲染过程中的预处理、特定视角渲染等问题予以有效解决，发挥高效率、低时延优势。

3)在显示终端布署5GCPE(客户端前置设备)。5GCPE能够接收运营商基站发出的5G信号，再转变为Wi-Fi信号或有线信号，促进更多终端设备进行数据无线传送，能够帮助展示VR视频以及传输传感信号。

3结语

由于变电站运行具有特殊性，因此，相应的变电站人员培训与运行管理的要求较高。传统方式下的工作方式已经不能满足现代化管理的需求，融合虚拟现实技术建立仿真模型具有很强的沉浸式体验、现场实操体验的优势，有利于提高变电站运行管理水平。

参考文献

[1]黄晓敢,许晓伟,徐军杨,吴月超.虚拟现实技术在电力系统中的应用研究[J].电工技术,2023,(22):87-89+92.

[2]胡建侠.基于虚拟现实技术的变电站远程巡检方案及关键技术[J].城市轨道交通研究,2023,26(10):168-171.

[3]张志刚,韩伟.基于虚拟现实技术的智能变电站运维管理系统[J].现代工业经济和信息化,2023,13(05):68-69+123.