分塊建模方法在虛擬變電站模型構建中的應用

何志紅 徐德會 孫會

摘要：本文探討了分塊建模方法，研究了分塊建模方法的應用要點，以期提高虛擬變電站模型的合規性，為實際施工提供可靠的數據支持。

關鍵詞：分塊建模方法;三維變電站模型;模型紋理數據庫

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）09-0084-03

0 引言

現階段，社會的經濟發展已經離不開電能的持續供應，發電站工作狀態的可靠程度，也將直接影響到區域供電質量。在科學技術體系不斷完善的背景下，在變電站施工前建立虛擬變電站模型，已經成為主流趨勢之一，這也是在前期規避掉問題的有效途徑之一。通過將分塊建模方法應用到虛擬變電站模型的建立過程中，不僅可以加快模型的構建速度，而且對于提高模型構建效果也有著積極的作用。

1 分塊建模方法概述

所謂分塊建模方法是指將待建模型結構進行細致分類，按照模塊分開建立的方式來完成建模工作。在實際應用中，該建模方法具備以下應用優勢[1]：

（1）細致化程度高，相較于傳統建模方法，分塊建模方法在應用階段，可以在完成模塊分類后，對于某一模塊內容進行細致化梳理，最后通過模塊之間的節點關聯在一起，提高了分模塊的服務性能。（2）便捷度高，分塊建模方法的應用，能夠簡化變電站建模步驟，使整個建模過程的便捷性得到提升，從而加快了建模效率。

2 分塊建模方法的應用要點

2.1 選定建模模型

變電站電氣設備種類多，模型的精準度的高低直接影響著系統的沉浸度和質量。考慮到現實中人們對安全性要求更高、電力系統自身發展速度快，結合當前變電站實際狀況，以及設備更新速度，進行變電站模型地選擇。確定好變電站原型后，為對變電站有整體全面深入的理解，以及對變電站建模及功能開發有全面認識，模型搭建及功能開發期間多次對變電站進行實地勘測，搜集變電站各電氣設備信息，采集設備型號、圖形、尺寸，搜集變電站常見故障，故障類型、影響范圍和故障狀況，取得變電站總設計圖的使用權限及各電氣設備的CAD圖紙資料等。通過對階段性成果分析匯總，明確了開發過程中的注意事項、軟件選取、方法研究和設備更新等問題，確定了依據各電氣設備工作機理，將各種設備分為靜態、動態兩類模型，靜態、動態分不同層建模，靜態模型主要包括控制樓地面、無功補償和絕緣支柱等;動態模型包括隔離開關、接地刀閘等，便于后期處理及動畫制作[2]。

2.2 三維變電站模型

完成建模模型的選擇工作后，進入到了三維變電站模型的構建環節，借助分塊建模方法進行處理時，需要做好幾點內容[3]：（1）做好建模分塊工作，在該環節中，可以將模型分為三個大類，分別是110kV供電系統、35kV供電系統和主變壓器與總坪系統，不同大類還可以進一步進行細分，如110kV供電系統又可以分為斷路器模塊、避雷針模塊、設備布線模塊、出線和桿塔模塊等。（2）做好建模軟件的選擇工作，結合目前的應用情況，使用較多的建模工具為3DS MAX軟件，將各類別電氣設備圖紙導入到3DS MAX軟件當中，對于數據參數進行存儲，這也是建模的基礎數據。（3）在三維模型建立的過程中，借助分塊建模方法，對于每一個分支模塊進行建模，隨后歸類到對應的大類別模塊中，最后再匯總得到整體的建模方案，做好模塊連接時的節點處理工作，從而提高三維變電站模型內容的可靠性。

2.3 電氣設備模型

在具體建模過程中，需要明確幾點應用內容[4]：（1）明確建模框架，對其進行處理時嗎，會使用到CAD圖紙，將各類別電氣設備圖紙導入到3DS MAX軟件當中，對于數據參數進行存儲，這也是建模的基礎數據，隨后根據空間結構分布情況，對其進行建模，確定各模塊內容后，最后進行拼接，得到完整的電氣設備模型。（2）搭配恰當的建模方法，除了分塊建模方法外，在實際應用中，也需要借助其他建模方法來輔助建模工作的推進，如長方體建模法、管道建模法等。（3）做好“組”功能的應用，所謂“組”功能是指將模型拆分為若干個“小組”，結合實際情況，小組可以進行拼接和拆分，以便于后續修改時所需。在此過程中，還需要搭配實例建模法進行使用，從而提高模型內容的可靠性。需要注意的是，電氣設備中存在許多的小部件，如小螺絲、連接節點等，對于這些構建可以選擇不建模，在確定整個結構模型可行性之后，對其進行貼圖處理即可，從而起到節約建模時間的作用。

2.4 模型紋理數據庫

分塊建模法在模型紋理數據庫處理過程中，需要注意幾點：（1）做好模型紋理的分類工作，在之前的章節中已經提到，變電站中存在著許多的電氣設備，不同類型的電氣設備，其使用的材料、結構外形、結構尺寸、運行功率也存在著較大差異。對此在對材料方面進行數據庫建立時，可以將顏色作為分類依據，例如，變電站使用到的支柱結構，主要是以銀色為主，絕緣套管主要以古銅色為主等，這便是用于分類的依據之一。（2）根據分類結果進行紋理的制作，該過程需要對多種類型數據進行處理，可以借助大數據技術來輔助工作的進行。對于整理的圖片，利用PS、3DS MAX軟件、Unity3D進行處理后，可以將其導出進行下一環節的處理。

2.5 模型組裝過程

分塊建模法可以將結構劃分為若干個“組”，對各小組內容進行分開建模，完成各“組”內容的建立后，進入到模塊組裝環節。在組裝過程中，需要參照變電站總規劃圖紙上標記的內容進行，這樣可以對模型結構的相對位置進行精準定位，同時對于不合規尺寸進行處理，使其可以滿足相應的應用需求。完成模型結構的組裝工作后，進入到了布線工作，虛擬變電站中擁有著許多的電氣設備，對此其分布線路的復雜程度也較高，如何確保布線合規性也是模型組裝階段的重要環節。對此在實際處理中，會利用分層編號法對其進行處理，將線路完成統一編號后，再進行布線，根據編號對接關系完成布線，從而提高模型組裝結果的可靠性。

2.6 動畫開發過程

在虛擬變電站模擬運行過程中，需要借助動畫開發來實現，現階段常用的建模方法主要有簡單程序控制開發、動畫制作與程序混合開發兩種方式。對于一些比較容易制作的內容，如物體的簡單移動、單獨物體的旋轉等，此類內容只需要借助引擎結構就可以完成動畫的開發制作。對于一些動作比較復雜的動畫內容，如多個物體進行不同操作，那么在對此類動畫內容進行制作時，需要借助3DS MAX軟件和Unity3D軟件來完成動畫制作，同時還需要搭配著相關的應用程序，以此來實現動畫開發功能。

2.7 模型的導出

完成上述額工作內容后，進入到了最關鍵的一步，那便是進行模型的導出，但是在該步驟執行之前，還需要對模型進行處理，具體的處理內容如：（1）重置變換，虛擬變電站模型在建立的過程中，會涉及到物體旋轉、移動等內容，完成操作的物體其坐標也會發生一定偏移，并且會和世界坐標形成夾角，而重置變換工作便是將這些夾角進行消除，使其恢復到世界坐標狀態。（2）調整中心軸，完成重置變換工作，使坐標恢復到世界坐標后，需要對模型中心軸進行調整，使其可以恢復到標準線狀態，法線的調整與之保持一致。（3）對于一些特殊問題進行處理，如模型不對稱、模型背面消隱等問題，此時也需要按照要求對其進行處理，修正錯誤參數，并對缺失參數進行補齊，以此來提高導出模型的完整性和科學性。

3 結語

綜上所述，在虛擬變電站建模過程中，會使用到許多的建模方法，分塊建模法的提出，能夠簡化建模過程的應用流程，加快模型的構建速度。同時還可以細化每個模塊的建模內容，提高模塊內容的合理性，這提升了導出模型的可靠性，為后續施工計劃擬定提供數據參考。

參考文獻

[1] 胡平，吳斌，郭力，等.基于虛擬變電站的末端配電網光儲協調控制方法[J].儲能科學與技術，2019（4）：629-636.

[2] 王豪.500kV變電站虛擬現實仿真系統研究[D].鄭州：鄭州大學，2019.

[3] 杜娟，鄧昭輝，趙海，等.虛擬現實變電站仿真培訓系統開發應用[J].自動化與儀器儀表，2019（3）：228-231.

[4] 王廷凰，簡學之，劉子俊，等.基于虛擬現實技術的智能變電站運維培訓系統的實現與應用[J].南方電網技術，2018（10）：61-65.