研發(fā)變電站三維可視化信息系統(tǒng)

袁毅

摘 要：變電站三維可視化信息系統(tǒng)的發(fā)展迅速，已經(jīng)開始把三維虛擬技術(shù)與變電站現(xiàn)有系統(tǒng)信息進(jìn)行高效集成，其中包括實時監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)等，做到了變電站信息的多維化展現(xiàn)，改變傳統(tǒng)的二維離散信息的落后局面，使變電站安全性與監(jiān)控水平得到大幅度的提升。

關(guān)鍵詞：三維虛擬變電站；可視化系統(tǒng)；三維建模

1 變電站的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國對能源的需求量也在日益上升，致使變電站的數(shù)量以及規(guī)模逐年增長。于此同時無人值班變電站和數(shù)字化變電站的技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)成為了目前變電站的發(fā)展方向和目標(biāo)。現(xiàn)在大多數(shù)變電站為了提升其安全運(yùn)行的管理水平，已經(jīng)可以通過各種自動化設(shè)備進(jìn)行對變電站的日常操作和安全監(jiān)控。雖然變電站的技術(shù)已經(jīng)相對先進(jìn)，但部分信息系統(tǒng)的展示還停留在二維上。而且存在以下幾種問題：

（1）其顯示信息的方式不夠直觀，不夠清晰直觀的顯示變電站里出現(xiàn)的具體現(xiàn)象，如變電站現(xiàn)場的線路、設(shè)備停放的位置、擺放方式和交叉跨域等等展現(xiàn)的都不夠直觀。為了提升故障出現(xiàn)時的處理能力、施工效率以及安全管理能力，除了對檢修方案的制定、工作人員的合理安排等要求較高外，三維展示的研發(fā)也是非常重要的因素，其可以直觀的顯示現(xiàn)場的情況，給工作人員和檢修人員帶來很大的便利和技術(shù)支持。

（2）目前大多數(shù)用戶對設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)了解不夠全面，無論是二維甚至是三維變電站展示信息平臺都無法展示其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，所以在其出現(xiàn)故障時，對檢修人員來說故障診斷非常困難。

（3）就現(xiàn)在而言主要還是缺少一體化的多維展示平臺，變電站所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)和信息都是以離散的方式展現(xiàn)出來的。管理人員對三維物理模型、二維邏輯、運(yùn)行狀態(tài)、制造信息等信息不能夠高效直觀的進(jìn)行瀏覽，例如，設(shè)備管理子系統(tǒng)主要是用來顯示主變的臺賬信息，而實時監(jiān)控系統(tǒng)則是展示設(shè)備的實時數(shù)據(jù)。因為目前變電站信息展示的不夠全面，使得變電站的 管理效率不太理想，導(dǎo)致新人上手的難度非常之大。

2 三維變電站可視化系統(tǒng)

三維虛擬數(shù)字可視化系統(tǒng)是三維虛擬變電站數(shù)字可視化信息系統(tǒng)的目標(biāo)，如果可以將三維虛擬與數(shù)字可視化技術(shù)和變電站目前的系統(tǒng)與信息完美的結(jié)合起來，最終實現(xiàn)變電站信息的一體化多維展示現(xiàn)象，就會為變電站的運(yùn)行與管理提供更大的服務(wù)。

要想國家電網(wǎng)智能化得到更大的發(fā)展那么變電站的智能化發(fā)展與研發(fā)就是其中最基礎(chǔ)的部分，其先進(jìn)程度直接關(guān)系到國家各個電網(wǎng)的安全運(yùn)行控制、數(shù)字化變電站、電力光纖通信、信息化工程等諸多個方面。智能化電網(wǎng)屬于一個完整的信息系與基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，其主要作用就是對電力資源和電力運(yùn)營進(jìn)行實時監(jiān)控，從而完成提高電網(wǎng)公司的管理水平、電網(wǎng)可靠性以及對電網(wǎng)的服務(wù)水平，主要包括對數(shù)據(jù)的處理有數(shù)據(jù)的采集、信息的集成、分析優(yōu)化以及信息展示等主要部分構(gòu)成。其主要針對的是對變電站智能化的信息服務(wù)和信息構(gòu)架的需求，然后對多個數(shù)據(jù)進(jìn)行采集獲取，利用三維虛擬將信息轉(zhuǎn)換成媒介，最終把變電站的各個數(shù)據(jù)與信息直觀清晰的展現(xiàn)給用戶，并且還有綜合查詢和對比分析等基本功能，達(dá)到變電站數(shù)字可視化的服務(wù)平臺，為工作和管理人員進(jìn)行服務(wù)，同時也為變電站的數(shù)據(jù)分析與決策優(yōu)化系統(tǒng)提供平臺。

變電站運(yùn)行管理和遠(yuǎn)程監(jiān)控的主要途徑就是三維虛擬變電站的數(shù)字可視化系統(tǒng)，在變電站的立項、制造與安裝、運(yùn)行、檢修、改造、報廢等過程中所存在的各種數(shù)據(jù)和信息都需要進(jìn)行可視化。國內(nèi)對于三維虛擬變電站的可視化早就已經(jīng)開展研究工作，還發(fā)出了三維虛擬變電站的設(shè)計軟件，例如國內(nèi)的博超、西方國家的AVEVA等，而且早就已經(jīng)在變電站基地進(jìn)行試驗與應(yīng)用，有這些軟件的開發(fā)為變電站三維設(shè)計提供了有效的技術(shù)支持。

3 三維建模的構(gòu)建

利用一體化的虛擬三維模型來解決三維虛擬變電站可視化管理與監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與信息集成問題，以此來完成變電站信息、資源和業(yè)務(wù)模型之間的相互操作目的，為了能夠?qū)崿F(xiàn)這個目的，大部分都會選用本體元建模方法，本體元建模方法是利用軟件工程中具有抽象的、標(biāo)準(zhǔn)的、網(wǎng)絡(luò)共享的信息模型，用其來展示變電站中的主要機(jī)械設(shè)施，主要是和電力運(yùn)行相關(guān)的設(shè)備。因為它的編制原理，和本體元建模的很像似，所以大部分都會用UML和RDF（S）對其進(jìn)行建模，給變電站設(shè)施數(shù)據(jù)集成提供理論性指導(dǎo)。變電站的虛擬三維模型進(jìn)行分層是在三維虛擬變電站可視化管理和監(jiān)控系統(tǒng)在公共信息模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，以達(dá)到具有方便的、靈活的展示繼續(xù)分塊和系統(tǒng)，最終完成多元數(shù)據(jù)現(xiàn)場可視化作用，其中含納很多數(shù)據(jù)場，例如設(shè)備基本設(shè)計和制造信息、運(yùn)行狀態(tài)信息、檢修維護(hù)信息、設(shè)備現(xiàn)場位置信息、設(shè)備管理信息等諸多信息。在一個或者幾個窗口中將這些多元數(shù)據(jù)場分析、整理結(jié)合在一起，其基礎(chǔ)就是多元數(shù)據(jù)場的場景數(shù)據(jù)組織，數(shù)據(jù)場中其諸多數(shù)據(jù)實時顯示技術(shù)，是變電站工作過程中信息可視化交互功能的研發(fā)基礎(chǔ)，最終實現(xiàn)在參數(shù)化模型庫進(jìn)行變電站三維建模。

在變電站中集成三維點云數(shù)據(jù)模型以后，利用變電站中主要設(shè)備的設(shè)計制造圖紙就可以對其進(jìn)行三維模型的構(gòu)建。建模過程中，將模型用自動分段處理，再將掃描好的點云圖中抽取其中的部分點云，構(gòu)成設(shè)備或者設(shè)備中的部件，最后自動匹配。

4 結(jié)語

目前我國變電站數(shù)量龐大，數(shù)據(jù)集成與可視化瀏覽的需求也在逐年增加，研發(fā)變電站三維可視化信息系統(tǒng)任重而道遠(yuǎn)，其前景廣闊。其有效的提高了集成控制中心信息的查詢手段，以及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率，為無人值班變電站提供更安全、可靠的服務(wù)模式；同時電網(wǎng)公司的各級管理人員可視化信息瀏覽手段也得到相應(yīng)的提高。大大的方便了變電站的操作和檢修人員、管理人員和負(fù)責(zé)人，他們可以更直觀地以三維模型的方式了解變電站的實時信息。

參考文獻(xiàn)

[1]馮代鵬，胡炎，邰能靈，等.地下變電站虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)的研究[J].電力系 統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（11）：90-93.

（作者單位：長春市供電公司）