虚拟现实技术在变电站设计中的应用研究

虚拟现实技术在变电站设计中的应用研究

发表时间：2019-05-24T11:17:07.407Z 来源：《电力设备》2018年第32期作者：苏砚飚

[导读] 摘要：虚拟现实技术是一种基于认识，模拟自然，更好地适应自然的科学方法，在电力系统中变电站是重要的运行环节，其直接影响相关工作的开展。

（大理电力设计院有限责任公司云南大理 671000）

摘要：虚拟现实技术是一种基于认识，模拟自然，更好地适应自然的科学方法，在电力系统中变电站是重要的运行环节，其直接影响相关工作的开展。然而在实际运行过程中部分任务很难在实际场景中完成，因此我们可以将虚拟现实技术引入变电站中完成相应的工作，具有十分重要的意义。

关键词：虚拟现实技术；变电站；设计；应用

虚拟现实技术是以计算机科学技术作为核心，能够结合不同行业需求，模拟视觉，触觉，听觉以及环境相似的数字化技术，用户可以利用VR技术，手柄等一些硬件设备构建数字化中的相关对象，并与其进行交互操作，能够带给人一种身临其境的感受。近年来，随着科学技术的发展，也使得虚拟现实技术逐渐运用于不同领域中。在电力系统中变电站是运行的关键要素，其直接影响相关工作能否顺利开展。但在实际运行中，有时很难在现实中开展一些工作，因此我们可以借助虚拟现实技术来完成变电站工作。在本次研究中，我们分析了在变电站中应用虚拟现实技术的方法以及存在的技术难点。

一、在变电站中应用虚拟现实技术

在变电站中，虚拟现实技术相关研究主要集中于设计，施工，检修，运行维护等，且不同阶段虚拟现实技术对其需求分析，智能专家系统等关键技术进行深入探究，具体指导分为以下几点。

元器件模型通用图库。构建是为用户创建贴近真实的沉浸式体验环节，虚拟现实系统需要根据客户的实际需求，高精度模拟变电站的服务对象，利用计算机软件设计及电力设备的素材库。同时，将Unity 3D作为软件平台，完成视觉，听觉等，能够使外形质感贴近真实的变电站场景。然而在这一过程中所涉及的技术包括三维建模，几何模型，运动建模等。首先，三维建模能够用于建立相似的模拟对象，具备高质感的系统模型，能够利用程序实现模型转化为图像几何模型，能够体现电力设备和环境同对象的内部几何性质，运动建模能够体现虚拟现实中物体的移动，旋转等。同时在虚拟现实系统中碰撞检测以及运动捕捉是其重要组成，随着用户对于虚拟场景的体验感，真实度要求逐渐提高，对于碰撞检测，精度，速度以及实时反馈信息，进入现实场景的运动状态，在虚拟空间中对应到每一时刻的运动状态有较高的要求，因此针对运动捕捉和碰撞前的测算和开发，将直接影响最终客户所感受到的沉浸式体验效果。

在变电站设计施工中应用虚拟现实技术。在变电站设计中应用虚拟现实技术具有一定的可行性，能够利用该技术标准化流程，为实际工作调取目前重要参考数据提供便利。因此需要建设变电站虚拟场景设备的元素库，工作人员在完成设计时可以借助虚拟现实变电站模型规范设计标准，可以从元素库中调取相关设备元素，在施工前建立可视化的效果模型，以确保设计的效率和质量。在施工时可以利用该技术，帮助工作人员进行施工管理工作，结合设计变电站效果模型应用，能够进一步准确对模拟施工进度，施工量等工作进行统计，结合现实变电站施工建设，最终实现变电站的高精度和模型的可视化。

在变电站仿真培训中应用虚拟现实技术。在传统电力培训过程中，需要提供一定的场地和设备，而这些设备结构比较复杂，成本较高，通常还会存在利用率低，被培训人需要花费较长时间到特定场所完成学习，从一定程度上限制了培训的质量和人数。在分析变电站操作培训要求和运维培训要求等相关要求之后，可以利用该技术开发能够集事故案例，演练设备操作的变电站培训系统。基于该系统的软硬件能够为电力培训提供新的方式和思路，也从一定程度上能够提升培训效果。

二、在变电站中应用虚拟现实技术的技术难点分析

三维模型，高精度以及分解过程存在困难，目前电力系统设备相应的模型素材较少，而且也没有统一的模型库和元件库，所构模型精确度没有达到实际应用需求，也未能体现设备内部零件结构。在虚拟场景中没有对部分结果进行分解，因此需要建立VR平台，包括对一、二次设备模型的高精度，辅助模型。各种设备模型应当具备功能响应特点，比如变压器开关的开和各种挡位变化，为能够实现正常操作，应急处理等功能，构建模型需要提供人机交互接口，因此在数据层面上如何体现设备的功能，以及设备之间，设备与系统间的通信机制的相关设计也是今后需要研究的重点。

场景的逼真性。在变电站中应用虚拟现实技术，除了能够还原场景环境之外，还需要对变电站中的多种元素进行合理控制，进而形象的模拟实际生产过程，增强操作的互动性和真实性。但实际现场与仿真培训系统效果还存在较大差别，交互方式不符合日常操作习惯，没有充分体现虚拟现实技术的优势，且在沉浸感真是赶上还有待改善，存在延时性问题。

力触觉反馈系统。力触觉的反馈系统是操作者通过力触觉反馈，在感受虚拟场景中，我想的实际运行状态，能够对操作者在虚拟变电站中的设备起到引导，对实时交互产生约束性，在虚拟变电站中操作设备，比如拉、合跌落式熔断器，能够真实感受到绝缘杆的重量以及反馈感应，虚拟变电站中力触觉感受的建立，也是未来需要突破的硬件技术。

小结

目前虚拟现实技术已经实现了广泛的应用，在电力系统中。利用虚拟现实技术能够节约生产成本，提高工作效率。但在变电站实际工作中，结合虚拟现实技术能够对电力系统产生一定影响，但目前还存在一些技术难点，未来需要对这些问题进行进一步的研究。

参考文献：

[1]杨慧, 谭卓强, 邱海锋, et al. 基于虚拟现实技术的变电站设备实时监控系统设计与实现[J]. 电脑知识与技术, 2018, v.14(17):279-280+283.

[2]郝腾飞, 李军锋, 李晓莹, et al. 三维虚拟仿真技术在电力设备设计中的应用[J]. 现代电子技术, 2018, v.41；No.517(14):59-62.