，，，

(1.國網(wǎng)浙江省電力公司電力調(diào)度控制中心，浙江 杭州 310007;2.國網(wǎng)浙江省電力公司 臺(tái)州供電公司，浙江 臺(tái)州 318000)

1 引言

隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展和調(diào)控一體化運(yùn)行體系的深入推進(jìn)，越來越多的變電站開始納入調(diào)控中心集中監(jiān)控的范圍[1]。在調(diào)控一體化的模式下，調(diào)控運(yùn)行人員需要對(duì)所轄電網(wǎng)有更為直觀的了解，從而能夠更加高效、準(zhǔn)確地處理電網(wǎng)異常及事故，從容面對(duì)各種突發(fā)情況，但在實(shí)際運(yùn)行工作中，集中監(jiān)控模式也面臨以下不足之處：

(1)集中監(jiān)控模式下，監(jiān)控員每天需要處理海量告警信息，導(dǎo)致監(jiān)控員對(duì)于信號(hào)的敏感度不夠，容易陷入一種機(jī)械式的應(yīng)答工作模式。而且由于監(jiān)控員長期不在變電站現(xiàn)場，缺乏對(duì)設(shè)備及信號(hào)本身原理的理解與掌握。

(2)新進(jìn)的監(jiān)控運(yùn)行人員由于缺乏變電站現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，沒有相關(guān)的運(yùn)維知識(shí)，不能將告警信號(hào)與現(xiàn)場設(shè)備準(zhǔn)確進(jìn)行關(guān)聯(lián)。而這一現(xiàn)象容易造成監(jiān)控員對(duì)現(xiàn)場運(yùn)行人員匯報(bào)的一二次操作或檢修工作情況缺乏了解，對(duì)其造成的影響以及可能引發(fā)的異常事故情況也缺乏預(yù)判分析。

由此可見現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的缺乏已日益成為限制監(jiān)控運(yùn)行人員業(yè)務(wù)能力提升的瓶頸，同時(shí)由于人員承載力較重，監(jiān)控員日常工作業(yè)務(wù)繁重，沒有充足的時(shí)間去變電站現(xiàn)場熟悉設(shè)備。

針對(duì)上述情況，浙江電網(wǎng)從監(jiān)控員的工作實(shí)際出發(fā)，結(jié)合變電現(xiàn)場運(yùn)維及設(shè)備運(yùn)行情況，搭建了一套基于三維實(shí)景技術(shù)的變電站仿真培訓(xùn)平臺(tái)。該平臺(tái)選取典型的傳統(tǒng)站和智能站為例，通過對(duì)這兩種變電站的典型間隔及設(shè)備實(shí)況的拍攝，立體化地再現(xiàn)了變電站實(shí)景；同時(shí)，該平臺(tái)還以熱點(diǎn)的形式集成了集中監(jiān)控運(yùn)行相關(guān)管理規(guī)范、輸變電設(shè)備及監(jiān)控信息相關(guān)原理知識(shí)、異常事故處理案例分析、智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)(D5000系統(tǒng))告警信息及相應(yīng)的處置建議等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，便于監(jiān)控員加深對(duì)告警信號(hào)原理的了解，提升自身的業(yè)務(wù)知識(shí)與技能，以更好地保障浙江電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 三維實(shí)景技術(shù)原理

三維實(shí)景技術(shù)[2]又稱實(shí)景虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的最新分支。它主要是采用專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)對(duì)選定的場景進(jìn)行多角度拍攝，然后再對(duì)拍攝的照片進(jìn)行后期縫合的一種三維虛擬展示技術(shù)。與傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[3-5]通過對(duì)實(shí)物進(jìn)行三維建模來進(jìn)行模擬所不同的是，三維全景技術(shù)通常采用真實(shí)場景的實(shí)景圖片來搭建整個(gè)虛擬空間，其仿真度更高、沉浸感更為強(qiáng)烈。

2.1 軟件架構(gòu)

本文進(jìn)行三維實(shí)景建模主要是基于PTGUI(Graphical User Interface for Panorama Tools)，其主體架構(gòu)采用B/S結(jié)構(gòu)(Browser/Server、瀏覽器/服務(wù)器模式)，在傳統(tǒng)的客戶和服務(wù)器之間加入應(yīng)用服務(wù)器(Application Service)，即分布式3層軟件結(jié)構(gòu)，軟件架構(gòu)如圖1所示，其3層架構(gòu)主要分為表現(xiàn)層(瀏覽器)、業(yè)務(wù)邏輯層(WEB服務(wù)器)和數(shù)據(jù)訪問層(數(shù)據(jù)服務(wù)器)，數(shù)據(jù)服務(wù)器與WEB服務(wù)器完全分開。3層軟件結(jié)構(gòu)各部分分工明確：表現(xiàn)層主要是應(yīng)用程序的UI界面，負(fù)責(zé)接收用戶在變電站三維實(shí)景平臺(tái)中的所有請(qǐng)求(如路徑規(guī)劃、熱點(diǎn)鏈接等)并交互相關(guān)數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)邏輯層是系統(tǒng)架構(gòu)中最為核心的部分，它負(fù)責(zé)根據(jù)用戶的請(qǐng)求，從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中提取相關(guān)的數(shù)據(jù)并依據(jù)事先設(shè)定的邏輯關(guān)系進(jìn)行處理和運(yùn)算，最后把數(shù)據(jù)處理結(jié)果返回給表現(xiàn)層；數(shù)據(jù)訪問層主要功能是存儲(chǔ)應(yīng)用程序的所有數(shù)據(jù)和提供數(shù)據(jù)庫的支持維護(hù)。這些數(shù)據(jù)主要包括變電站各個(gè)場景的三維畫面、典型一二次設(shè)備的熱點(diǎn)信息以及D5000告警信號(hào)的專家?guī)鞌?shù)據(jù)等資料。

圖1 軟件架構(gòu)圖

2.2 建模步驟

三維實(shí)景建模的步驟如下：

(1)采用專業(yè)相機(jī)對(duì)現(xiàn)場場景進(jìn)行多角度完整拍攝，然后通過合成軟件將這些照片縫合成三維實(shí)景圖片；

(2)布置三維實(shí)景平臺(tái)時(shí)，通過箭頭的型式在各個(gè)場景添加鏈接到其他實(shí)景的路徑，這樣一是可以方便用戶對(duì)實(shí)景畫面進(jìn)行瀏覽，同時(shí)也可以給用戶更深層次的沉浸感。

(3)選擇典型的變電站一二次設(shè)備嵌入熱點(diǎn)，然后通過文字、照片、視頻的型式在熱點(diǎn)中添加有關(guān)設(shè)備的背景資料，以提高培訓(xùn)人員對(duì)設(shè)備空間構(gòu)造及原理知識(shí)的了解。

3 三維實(shí)景平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文基于三維實(shí)景技術(shù)，通過對(duì)典型的500kV、220kV變電站(包括常規(guī)變電站及智能變電站)進(jìn)行建模，設(shè)計(jì)了一個(gè)虛擬的變電站仿真培訓(xùn)平臺(tái)。該培訓(xùn)平臺(tái)詳細(xì)地再現(xiàn)了各個(gè)變電站的實(shí)景，對(duì)變電站內(nèi)各主要的一二次設(shè)備進(jìn)行拍攝，便于學(xué)員了解變電站實(shí)際設(shè)備的構(gòu)造及空間布局。同時(shí)，為了提高培訓(xùn)的深度，該平臺(tái)還以熱點(diǎn)的型式集成了有關(guān)的培訓(xùn)資料，包括輸變電設(shè)備原理及現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)定、集中監(jiān)控運(yùn)行相關(guān)管理規(guī)定、D5000典型告警信息原理知識(shí)以及異常事故處理案例分析等內(nèi)容。

3.1 多樣化的導(dǎo)航方式

為了提高培訓(xùn)平臺(tái)的教育價(jià)值，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，該平臺(tái)選取了典型的500kV間隔設(shè)備、220kV間隔設(shè)備、主變以及相應(yīng)的保護(hù)裝置等一二次設(shè)備作為代表，對(duì)其中的重要部件或儀表進(jìn)行細(xì)化，力求最大范圍的涵蓋變電設(shè)備運(yùn)維的主要知識(shí)點(diǎn)，全面體現(xiàn)D5000系統(tǒng)中各間隔內(nèi)告警信息的成因。但是由于圖片數(shù)量繁多、圖片之間的聯(lián)系較為薄弱，用戶的辨識(shí)難度較高，因此該培訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)了多樣化的導(dǎo)航方式，以方便監(jiān)控員瀏覽與使用，幫助其更好的建立對(duì)變電站的整體概念。

圖2 實(shí)景空間導(dǎo)航

(1)實(shí)景空間導(dǎo)航。實(shí)景空間導(dǎo)航是最基本的導(dǎo)航模式，其界面如圖2所示。該導(dǎo)航方式設(shè)計(jì)時(shí)參照變電站實(shí)際空間布局，分別在500kV設(shè)備區(qū)域、主變?cè)O(shè)備區(qū)域以及220kV設(shè)備區(qū)域布置多處熱點(diǎn)。熱點(diǎn)選擇時(shí)力求完整性，以500kV第一串為例，對(duì)其中每一個(gè)開關(guān)、閘刀、線路壓變及避雷器進(jìn)行單獨(dú)拍攝，全面還原一次設(shè)備在空間上的連接關(guān)系。

(2)接線圖導(dǎo)航。為幫助監(jiān)控員將二維的D5000系統(tǒng)接線圖與三維的實(shí)際設(shè)備連接關(guān)系相對(duì)應(yīng)，該培訓(xùn)平臺(tái)提供了一種接線圖導(dǎo)航模式，其界面如圖3所示。接線圖導(dǎo)航以變電站實(shí)際接線圖為基礎(chǔ)，將主要一二次設(shè)備的相關(guān)信息與圖片通過熱點(diǎn)的型式植入，弱化了各個(gè)間隔之間的空間聯(lián)系。

3.2 一次設(shè)備信息植入方式

變電站中的主要設(shè)備包括主變、母線、開關(guān)、閘刀、壓變(PT)、流變(CT)、避雷器等一次設(shè)備，以及繼電保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波裝置、GPS對(duì)時(shí)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)等二次設(shè)備。培訓(xùn)平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)分別選取這些典型的一、二次設(shè)備作為代表，將設(shè)備原理、設(shè)備相關(guān)的運(yùn)維知識(shí)以及設(shè)備對(duì)應(yīng)的集中監(jiān)控告警信息集成為熱點(diǎn)植入到培訓(xùn)平臺(tái)中，以方便監(jiān)控員在培訓(xùn)時(shí)全面、及時(shí)地查詢?cè)O(shè)備相關(guān)的背景知識(shí)。同時(shí)，為了加深監(jiān)控員對(duì)設(shè)備的了解，熱點(diǎn)信息中還包括了設(shè)備主要元件的圖像與視頻信息。以主變?yōu)槔?，其熱點(diǎn)中包含有主變本體、散熱器、風(fēng)扇、瓦斯繼電器、呼吸器、油溫表、繞組溫度表、無載調(diào)壓裝置、消防裝置、主變中性點(diǎn)低抗以及冷卻器控制箱等部件的詳細(xì)圖片。這些圖片基本涵蓋了相關(guān)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也對(duì)D5000系統(tǒng)中的典型信號(hào)有了實(shí)際體現(xiàn)，有力地連接了虛擬仿真設(shè)備與實(shí)際監(jiān)控信息。通過集成相關(guān)的文字、圖像及視頻信息，使仿真對(duì)象更為立體化，大幅提高變電站仿真培訓(xùn)平臺(tái)的真實(shí)性，便于監(jiān)控員將孤立的設(shè)備信息與實(shí)際的D5000告警信息進(jìn)行聯(lián)系，提升了仿真培訓(xùn)平臺(tái)的應(yīng)用效果。

圖3 接線圖導(dǎo)航

圖4 一次設(shè)備信息植入

圖5 二次設(shè)備信息植入

3.3 二次設(shè)備信息植入方式

以繼電保護(hù)裝置與測控裝置為代表的二次設(shè)備是變電站的重要組成部分，是變電站設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)的主要承擔(dān)者。與一次設(shè)備的設(shè)計(jì)不同的是，所有的二次設(shè)備均以圖表的形式集成到相應(yīng)的繼保室中(如圖5所示)，用戶需點(diǎn)擊繼保室熱點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)查詢。仿真培訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)以保護(hù)裝置實(shí)際配置原則為依據(jù)，選取具有代表性的保護(hù)、測控裝置進(jìn)行建模，力求使監(jiān)控員全面掌握相關(guān)裝置的運(yùn)維知識(shí)，理解其所引發(fā)的監(jiān)控信息。以500kV系統(tǒng)為例，培訓(xùn)平臺(tái)對(duì)3個(gè)開關(guān)保護(hù)裝置、兩套線路保護(hù)裝置、兩套母差保護(hù)以及主變本體保護(hù)與差動(dòng)保護(hù)裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，包括保護(hù)原理、裝置簡介及運(yùn)行操作規(guī)程等文字、圖像或視頻信息。另外對(duì)于保護(hù)裝置的重要部件，如裝置的操作面板、硬壓板、柜頂開關(guān)、控制和切換開關(guān)等，仿真平臺(tái)中也進(jìn)行了詳細(xì)的圖文介紹。

4 專家?guī)煜到y(tǒng)設(shè)計(jì)

借助于現(xiàn)代通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，作為電力系統(tǒng)中主要的信息源與執(zhí)行終端，變電站的數(shù)字化程度日益提高，其所提供的信息也更為全面、復(fù)雜、多樣，這一特點(diǎn)在智能化變電站上體現(xiàn)的尤為明顯[6]。變電站數(shù)字化程度的提高有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化監(jiān)視與控制，但是集中監(jiān)控模式下，海量的變電站告警信息對(duì)監(jiān)控運(yùn)行人員提出了很大的挑戰(zhàn)。針對(duì)這一趨勢，培訓(xùn)平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)植入了一個(gè)專家?guī)煜到y(tǒng)，將變電站的典型告警信息內(nèi)嵌到具體的仿真設(shè)備中，以幫助監(jiān)控員識(shí)別復(fù)雜多樣的告警信息，提高培訓(xùn)的廣度與深度。

4.1 專家?guī)煜到y(tǒng)的生成步驟

專家?guī)煜到y(tǒng)主要是基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)變電站的一二次設(shè)備典型信息進(jìn)行分類與總結(jié)，詳細(xì)介紹信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)理以及對(duì)應(yīng)的調(diào)控處置策略。其主要的設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)專家?guī)煜到y(tǒng)自動(dòng)收集D5000系統(tǒng)中變電站一二次設(shè)備所有的告警信息以及相應(yīng)的設(shè)備原理知識(shí)和運(yùn)行規(guī)程，并對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行建模、分類、關(guān)聯(lián)，建立告警辭典；

(2)專家?guī)煜到y(tǒng)根據(jù)已有的變電站典型信號(hào)釋意說明對(duì)告警條目進(jìn)行詳細(xì)描述，分析其產(chǎn)生的原理、過程、現(xiàn)象以及影響，并按照不同的維度提供具體的處理建議；

(3)專家?guī)煜到y(tǒng)自動(dòng)將處理意見與監(jiān)控員實(shí)際的處理流程進(jìn)行比對(duì)、糾正，補(bǔ)充與完善已有的關(guān)聯(lián)策略，建立可循環(huán)修正的反措模型，提高自身的完備性與準(zhǔn)確性。

圖6 專家?guī)鞌?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

4.2 專家?guī)煜到y(tǒng)的植入方式

培訓(xùn)平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)，從已有的專家?guī)煜到y(tǒng)中提取目標(biāo)變電站的信息數(shù)據(jù)，然后以變電站一、二次設(shè)備為對(duì)象，將相應(yīng)的專家?guī)鞌?shù)據(jù)集成到對(duì)應(yīng)設(shè)備的熱點(diǎn)中，以幫助監(jiān)控員搭建起D5000系統(tǒng)告警信息與具體設(shè)備的聯(lián)系。如圖6所示，專家?guī)煨畔?shù)據(jù)主要由兩部分內(nèi)容組成。第一部分內(nèi)容主要為信號(hào)的背景知識(shí)描述，包括信號(hào)的生成邏輯、影響與后果、相關(guān)輸變電設(shè)備的原理知識(shí)、現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)程及集中監(jiān)控運(yùn)行相關(guān)管理規(guī)定等；第二部分內(nèi)容主要為由專家?guī)煜到y(tǒng)算法關(guān)聯(lián)得到的相應(yīng)異?；蚴鹿市盘?hào)的處理建議。這些處理建議是以實(shí)際工作中異常及事故處理工作流程為標(biāo)準(zhǔn)，包括告警信號(hào)處置建議以及變電站運(yùn)維單位的處理流程兩個(gè)方面的內(nèi)容。專家?guī)鞌?shù)據(jù)信息的引入，可快速提高培訓(xùn)人員理解監(jiān)控信息的成因并掌握各告警信號(hào)的處理方法，全面提升監(jiān)控員的業(yè)務(wù)能力。

5 結(jié)語

基于三維實(shí)景技術(shù)設(shè)計(jì)的變電站仿真培訓(xùn)平臺(tái)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力系統(tǒng)仿真中的一次成功應(yīng)用。其可視性、交互性的特點(diǎn)可幫助監(jiān)控員迅速掌握變電站一二次設(shè)備的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)及實(shí)際空間布局，有力地推動(dòng)了變電站仿真從原有的二維、文本形式向三維立體形式的轉(zhuǎn)變。而其內(nèi)部集成的專家?guī)煜到y(tǒng)，將數(shù)量繁多的智能電網(wǎng)調(diào)控一體化技術(shù)支持系統(tǒng)告警信息與調(diào)控處置策略精準(zhǔn)地植入對(duì)應(yīng)的設(shè)備熱點(diǎn)中，又可幫助監(jiān)控員高效地辨識(shí)海量的設(shè)備告警信息，提升其對(duì)設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)知識(shí)的理解。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，基于三維實(shí)景技術(shù)的變電站仿真培訓(xùn)平臺(tái)可有效彌補(bǔ)監(jiān)控員實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的缺乏，大幅提高其自身的知識(shí)水平，是集中監(jiān)控模式下提升監(jiān)控員業(yè)務(wù)能力的一種有效手段。