虛擬現(xiàn)實頭盔的沉浸式變電站仿真培訓系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

介紹了虛擬變電站仿真培訓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及虛擬變電站的建模方法,采用虛擬現(xiàn)實建模語言建立了三維虛擬電氣設(shè)備及虛擬變電站,將基于matlab的電力系統(tǒng)仿真軟件與虛擬變電站連接起來模擬變電站的各種運行狀態(tài)。該系統(tǒng)不僅具有三維顯示、實時交互及動態(tài)仿真等特點,還可以在pc機和windows操作系統(tǒng)環(huán)境下運行,因此具有經(jīng)濟、高效、便于使用等優(yōu)點。

基于internet的交互式虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為一種嶄新的技術(shù)應用于教育培訓中,它通過一系列最新的手段,把場景和物體圖像加以壓縮并在網(wǎng)絡上有限帶寬范圍內(nèi)傳輸,在網(wǎng)絡上構(gòu)建具有真實感的三維變電站培訓場景。虛擬變電站培訓系統(tǒng)具有很好的應用前景,它能有效的節(jié)省培訓成本,降低培訓危險性,并以最快的速度將信息傳遞給最廣泛的人群,它必將給企業(yè)、社會帶來巨大的經(jīng)濟利益,因此基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的變電站仿真培訓系統(tǒng)的應用研究是很有價值的。

本仿真系統(tǒng)可使使用者深入地了解數(shù)字化變電站的運行性能及工作特性,可以卓有成效地進行電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài),暫態(tài)和動態(tài)分析,提高電力系統(tǒng)人員的技術(shù)水平。

變電仿真培訓系統(tǒng)是變電運維人員對變電站內(nèi)電力設(shè)備的運行維護、保護分析、事故判斷、異常處理等方面非常有效的培訓手段,不僅為變電運維人員培訓、技能操作訓練、考核等提供一個完善的平臺,更可以為自動化專業(yè)、保護專業(yè)的變電檢修人員提供仿真訓練平臺,仿真范圍覆蓋站內(nèi)主控室、保護室、低壓交流室以及戶外配電裝置所涉及的一次系統(tǒng)、保護及控制等系統(tǒng)。該文以110~1000kv變電站及變電站所在區(qū)域內(nèi)小電網(wǎng)為基本對象,設(shè)計模擬電氣一次模型、變電站綜合自動化系統(tǒng)仿真模擬、變電站綜合自動化系統(tǒng)仿真模擬、變電站繼電保護和自動裝置仿真模擬等方面的構(gòu)建,并展開論述與探討,對軟件系統(tǒng)進行詳盡的構(gòu)建,最終設(shè)計出仿真培訓系統(tǒng)功能。

數(shù)據(jù)通信在變電站仿真系統(tǒng)中具有重要作用,通過它可實現(xiàn)仿真系統(tǒng)中各部分之間的連接、實時通信和數(shù)據(jù)共享,提高仿真的真實性,達到更好的培訓效果。提出了變電站仿真培訓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架;研究了采用iec60870-5-103規(guī)約、多線程技術(shù)和網(wǎng)絡通信技術(shù)開發(fā)數(shù)據(jù)通信程序,實現(xiàn)仿真培訓系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的方法。使變電站仿真培訓系統(tǒng)中相關(guān)部分之間的操作互相同步反映,實現(xiàn)有效的交互仿真。并以實例詳細闡述線程函數(shù)和服務器端網(wǎng)絡通信程序的開發(fā)流程,同時對數(shù)據(jù)通信程序的通信效果進行了分析。

為提高當前變電站運維操作技能培訓與考核的規(guī)范性和易用性,設(shè)計并開發(fā)了變電站仿真培訓系統(tǒng)的三維實操教案功能。該功能基于變電站三維仿真培訓平臺開發(fā),以變電站運維的典型操作和作業(yè)指導書為依據(jù),提供包含案例生成、管理和運行的實操教案管理,可依據(jù)變電站實際運維操作規(guī)范生成教案,提高實操教案的規(guī)范性和可維護性,可基于案例給予學習引導,提高實操培訓與考核的易用性。對本系統(tǒng)與現(xiàn)有的幾種實操培訓方式進行比較性論述,無論在教案維護方便性、教案規(guī)范性、教案定制能力和實際培訓效果上,都有明顯優(yōu)勢。

為提高當前變電站運維操作技能培訓與考核的規(guī)范性和易用性,設(shè)計并開發(fā)了變電站仿真培訓系統(tǒng)的三維實操教案功能。該功能基于變電站三維仿真培訓平臺開發(fā),以變電站運維的典型操作和作業(yè)指導書為依據(jù),提供包含案例生成、管理和運行的實操教案管理,可依據(jù)變電站實際運維操作規(guī)范生成教案,提高實操教案的規(guī)范性和可維護性,可基于案例給予學習引導,提高實操培訓與考核的易用性。對本系統(tǒng)與現(xiàn)有的幾種實操培訓方式進行比較性論述,無論在教案維護方便性、教案規(guī)范性、教案定制能力和實際培訓效果上,都有明顯優(yōu)勢。

為解決智能變電站傳統(tǒng)運維培訓效率低、體驗性弱和交互性差等問題,設(shè)計實現(xiàn)了基于虛擬現(xiàn)實的變電站運維培訓系統(tǒng)。首先,利用虛擬顯示技術(shù)構(gòu)建了變電站的三維運行場景,并對其進行貼圖處理以減少內(nèi)存、提高模型真實度；充分考慮變電站可能出現(xiàn)的電力故障及應對處理手段,設(shè)計了標準化、功能化的虛擬現(xiàn)實互動功能設(shè)備模塊庫,以提高三維變電站的建模效率；其次利用人機交互引擎和虛擬現(xiàn)實設(shè)備完成了虛擬變電站整體運維培訓系統(tǒng)的構(gòu)建；最后,設(shè)備操作、設(shè)備定檢和故障分析等均可在逼真的虛擬場景中模擬操作。現(xiàn)場培訓結(jié)果表明,培訓過程生動形象、交互性強,可規(guī)避各種作業(yè)環(huán)境中存在的危險和不規(guī)范操作帶來的后果,彌補傳統(tǒng)作業(yè)不足的同時也大幅提高了學員的培訓效果。

對國內(nèi)變電站一次設(shè)備巡視仿真進行了分析,在變電站仿真機上增加一次設(shè)備巡視仿真,使得仿真機功能趨于完善。提出并實現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)中具體應用,以及利用先進的培訓手段以提高培訓效果。

針對現(xiàn)有變電站仿真培訓系統(tǒng)缺乏完整且客觀的評價體系,提出一種基于復合要素技術(shù)的變電站仿真培訓智能評價方法,將變電運行人員必需掌握的設(shè)備巡視、倒閘操作、事故處理技能分解為各要素,并按其內(nèi)在的邏輯關(guān)系進行整合,同時兼顧巡視時間、安全性等附加要求,再根據(jù)這些要素技術(shù)在巡視中所占的權(quán)重完成綜合評價,實現(xiàn)了變電站仿真培訓智能評價系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠靈活地完成變電站設(shè)備巡視、倒閘操作、事故處理仿真培訓的智能評價,使評價方法更加客觀和全面。

主要介紹變電站仿真培訓系統(tǒng)的特點和主要功能,以及仿真系統(tǒng)的操作實例,以說明仿真系統(tǒng)對變電站運行人員培訓的重要作用。

為優(yōu)化電站維修人員培訓過程,降低培訓成本,開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的電站設(shè)備檢修培訓系統(tǒng)。通過kinect、虛擬現(xiàn)實頭盔和數(shù)字手套使培訓者沉浸入虛擬環(huán)境中,通過與虛擬電站設(shè)備的操作交互完成培訓過程。在開發(fā)工程中使用creator進行電站設(shè)備的三維建模,使用osg進行虛擬現(xiàn)實環(huán)境渲染,使用c++進行了功能實現(xiàn)。經(jīng)過測試運行,取得了不錯的應用效果。

以往的培訓,不論是利用實物仿真還是全數(shù)字仿真,主導培訓過程的教練員都必不可少,培訓規(guī)模越大、人次越多,需要的教練員也越多。作者在文章中建構(gòu)了一種基于多agent體系的分布式變電站仿真培訓系統(tǒng),這個系統(tǒng)具有自治性、反應性、社交能力、推理能力、規(guī)劃能力和自發(fā)行為能力,不需要教練員。而且,在多個變電站協(xié)同仿真培訓中,受訓人員、各變電站agent都是智能主體,可以用多agent系統(tǒng)來模擬。

本文將從智能變電站仿真評估實驗平臺設(shè)計和智能變電站的實現(xiàn)兩個角度展開分析,為我國智能電網(wǎng)的深化發(fā)展作出努力.

綜合自動化技術(shù)越來越多地應用于變電站實際生產(chǎn)中,加強員工培訓,提高技術(shù)水平,顯得日益重要。重點分析了中原油田35kv綜合自動化仿真變電站培訓系統(tǒng)構(gòu)建過程中的三個步驟。通過三步法所構(gòu)建的基于物理仿真為基礎(chǔ)的變電站仿真培訓系統(tǒng),在實際生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用。

具有三維交互功能的變電站仿真培訓系統(tǒng)有許多獨特的優(yōu)點。首先給出了虛擬變電站仿真培訓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,然后介紹了變電站建模的方法,采用虛擬現(xiàn)實建模語言(vrml)建立三維虛擬電氣設(shè)備及虛擬變電站,最后將基于matlab的電力系統(tǒng)仿真與虛擬變電站連接起來模擬變電站各種運行狀態(tài)。仿真結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有三維顯示、實時交互、動態(tài)仿真的特點。

目前培訓運行人員的變電站仿真培訓系統(tǒng)一般都是針對某一特定變電所開發(fā)的,普遍存在通用性較差、不易于擴展和維護等缺點.介紹了一種通用的變電站多媒體仿真培訓系統(tǒng)構(gòu)建平臺,就activex技術(shù)與activex控件的開發(fā)、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)實現(xiàn)及系統(tǒng)特點進行了詳細敘述,該系統(tǒng)具有通用性強、易維護、實用性強等特點.利用該系統(tǒng),用戶可以根據(jù)需要容易地構(gòu)建針對某一具體變電站的仿真培訓系統(tǒng),大大縮短了變電站仿真培訓系統(tǒng)的開發(fā)周期,為變電站仿真培訓系統(tǒng)的推廣提供一個良好的軟件開發(fā)平臺.

目前風電場工作人員的培訓仍存在培訓內(nèi)容單一、培訓形式單調(diào)等問題,為了提高培訓效率和質(zhì)量,研究開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的風電仿真培訓系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用三維建模、攝像機分層距離剔除等技術(shù)搭建了風電虛擬場景；通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)了風電設(shè)備的虛擬拆裝；采用三維交互技術(shù)實現(xiàn)了虛擬場景漫游及圖片大小的控制。最后對系統(tǒng)功能進行了簡要的介紹。利用該培訓系統(tǒng),受培訓人員能在虛擬場景中直觀地了解風電設(shè)備的構(gòu)造和工作原理,有助于增強培訓效果,同時能大大縮短企業(yè)的培訓周期,有效節(jié)約公司培訓成本。

介紹了一種通用的變電站仿真培訓系統(tǒng)構(gòu)建平臺,文中就系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)基礎(chǔ)、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)設(shè)計及系統(tǒng)特點進行了詳細敘述,該系統(tǒng)具有通用性強、易維護、實用性強等特點。利用該系統(tǒng),用戶可以根據(jù)自己需要很容易地構(gòu)建針對自己變電站的仿真培訓系統(tǒng)。該系統(tǒng)的研究成功,將大大縮短變電站仿真培訓系統(tǒng)的開發(fā)周期,為變電站仿真培訓系統(tǒng)的推廣提供一個良好的軟件開發(fā)平臺。

針對傳統(tǒng)焊接培訓材料與能源消耗大、污染環(huán)境、有害身體健康等問題,綜合運用虛擬現(xiàn)實技術(shù),設(shè)計了一套基于虛擬現(xiàn)實的仿真焊接實驗(實訓)臺,實現(xiàn)了電弧焊的模擬操作。培訓系統(tǒng)硬件包括焊接平臺、控制主機、模擬焊槍、視頻眼鏡等。軟件的主要目的是使受訓者在\"虛擬現(xiàn)實\"中完成實際焊接培訓課程。系統(tǒng)提供多種不同的工件形式選擇,以便訓練者可以練習不同的焊縫形式和焊接位置,系統(tǒng)具有簡單的操作及全方位視野,為學校及培訓機構(gòu)提供了一種有益的學習手段,是對傳統(tǒng)焊接教學活動的補充。

多電壓等級變電站混合仿真培訓系統(tǒng)的實現(xiàn) ① 時　斌 1 ,韓江虹 2 ,萬秋蘭 1 ,王　磊 1 ,張雨飛 1 ,周建華 1 (1.東南大學電氣工程系,南京210096;2江西高級電力技工學校,南昌330043) 摘要:以南昌高級電力技校的“贛培500kv變電站仿真培訓系統(tǒng)”為例,討論了多電壓等級變電站混合仿真 系統(tǒng)的特點、組成結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計,以及為提供系統(tǒng)性能所采用的新技術(shù)。采用了硬件實物模型仿真與軟件 虛擬仿真相結(jié)合的混合仿真形式,利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)、分布式數(shù)據(jù)庫、局域網(wǎng)實時通信及多媒體技術(shù)構(gòu)建了變 電站混合仿真培訓系統(tǒng)。通過人機交互界面、操作開關(guān)、表計和顯示設(shè)備,全面觀察系統(tǒng)運行狀態(tài),給出了軟、 硬件設(shè)計方案。系統(tǒng)從仿真手段及培訓效果兩方面充分展現(xiàn)了混合仿真培訓系統(tǒng)的優(yōu)越性及其現(xiàn)實意義。 關(guān)鍵詞:變電站

闡述了現(xiàn)有電梯作業(yè)人員培訓存在問題，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的電梯虛擬仿真系統(tǒng)介紹，說明此系統(tǒng)研究具有重要的理論意義與實用價值。