文/彭博

3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)在風(fēng)電場巡檢和監(jiān)測平臺構(gòu)建中起著推動性作用，為提高巡檢質(zhì)量、優(yōu)化平臺服務(wù)水平提供了技術(shù)支持。本文從3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)角度出發(fā)，綜合通信技術(shù)、3D建模技術(shù)，構(gòu)建有效的風(fēng)電場全數(shù)字化巡檢與監(jiān)測平臺，準(zhǔn)確地診斷風(fēng)電場設(shè)備故障問題，并將診斷結(jié)果反饋給工作人員，保證工作人員可在最短時間內(nèi)完成巡檢任務(wù)，提高故障診斷與監(jiān)測能力。

基于風(fēng)電場虛擬平臺建設(shè)與發(fā)展現(xiàn)狀，我國擬綜合3D虛擬技術(shù)構(gòu)建數(shù)字化巡檢與監(jiān)測平臺方案。該方案首先利用風(fēng)電場全部的設(shè)備完成數(shù)字化3D模型構(gòu)建，對風(fēng)電場現(xiàn)實場景做出虛擬化分析；其次以構(gòu)建完成的3D模型為基礎(chǔ)運行風(fēng)電場機電設(shè)備，在虛擬化平臺中引入狀態(tài)參數(shù)，同時完成信息有效性檢測模型構(gòu)建任務(wù)，保證管理人員可定期巡檢和監(jiān)測風(fēng)電場各設(shè)備運行情況。[1]

一、風(fēng)電場全數(shù)字化巡檢及監(jiān)測平臺硬件設(shè)計

（一）現(xiàn)地設(shè)備層

現(xiàn)地設(shè)備層包括狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、變壓器控制系統(tǒng)、開關(guān)控制系統(tǒng)、振動監(jiān)測系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)等幾個部分，可實現(xiàn)監(jiān)測、控制風(fēng)電場現(xiàn)地單個設(shè)備的要求。在平臺中，現(xiàn)地數(shù)據(jù)集成層和現(xiàn)地設(shè)備層相互之間進行信息交互，將采集得到的設(shè)備層指標(biāo)參數(shù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等傳輸?shù)綌?shù)據(jù)集成層。在處理現(xiàn)地設(shè)備層時，工作人員可選擇應(yīng)用統(tǒng)一的GPS時鐘信號，進而有效提高數(shù)據(jù)信息傳輸時的時間同步性。[2]運維人員可通過智能控制系統(tǒng)完成巡檢任務(wù)，綜合巡檢線路設(shè)定系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)字化巡檢系統(tǒng)的控制，并且在出現(xiàn)問題的時候進行干預(yù)。

（二）現(xiàn)地數(shù)據(jù)集成層

現(xiàn)地數(shù)據(jù)集成層的主要功能是，對現(xiàn)地設(shè)備層的數(shù)據(jù)進行收集整理，同時對所有的子信息數(shù)據(jù)實現(xiàn)初步集成化處理。采用單元集成的方式集成處理數(shù)據(jù)，按照功能的不同，可劃分為測風(fēng)站數(shù)據(jù)集成單元、升壓站數(shù)據(jù)集成單元、場用電數(shù)據(jù)集成單元、風(fēng)電機組數(shù)據(jù)集成單元。其中，風(fēng)電機組數(shù)據(jù)集成單元需要對風(fēng)電機組所有的數(shù)據(jù)信息做集成處理，提高數(shù)據(jù)信息通信量。[3]

（三）數(shù)據(jù)分析層

對于整個風(fēng)電場系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)分析層屬于信息集成層。通過歷史/實時數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)分析層可將現(xiàn)地數(shù)據(jù)集成層的數(shù)據(jù)信息進行收集與整理，并將得到的數(shù)據(jù)信息作為診斷、監(jiān)測、巡檢用電設(shè)備的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)分析層在運行服務(wù)期間，首先要完成風(fēng)電設(shè)備影響與后果分析模型、失效模型的構(gòu)建，按照構(gòu)建完成的模型建立診斷數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性的數(shù)據(jù)庫，同時完成分析診斷模塊的設(shè)計任務(wù)。通過動態(tài)和可持續(xù)的分析數(shù)據(jù)庫信息，運維人員能夠獲取風(fēng)電機組故障信息和運行狀態(tài)信息。

（四）虛擬展示層

虛擬展示層的主要功能是將風(fēng)電場運行期間的故障信息、狀態(tài)信息等傳輸給工作人員。虛擬展示層在運行服務(wù)期間可通過與數(shù)據(jù)分析層展開動態(tài)性的數(shù)據(jù)信息交互，分析數(shù)據(jù)分析層而得到結(jié)論?；?D虛擬現(xiàn)實平臺可以對巡檢設(shè)備和實時監(jiān)測的結(jié)果做出展示，可以實現(xiàn)風(fēng)電場各部件巡檢、監(jiān)測的功能，還可以在完成設(shè)備監(jiān)測和巡檢之后，在數(shù)據(jù)庫內(nèi)準(zhǔn)確地錄入結(jié)果，避免在監(jiān)測和巡檢期間出現(xiàn)漏項等問題。[4]

二、風(fēng)電場全數(shù)字化巡檢及監(jiān)測平臺模型構(gòu)建

（一）3D虛擬技術(shù)構(gòu)建風(fēng)電機組模型

風(fēng)輪系統(tǒng)、軸承系統(tǒng)、變速箱系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和定子系統(tǒng)共同構(gòu)成風(fēng)電機組，所有的組成系統(tǒng)中均包含多個設(shè)備，通過接口實現(xiàn)所有零件之間的匹配與聯(lián)結(jié)。為達到風(fēng)電機組3D虛擬現(xiàn)實構(gòu)建的目標(biāo)，工作人員在模型構(gòu)建期間要采取高精細的方式，借鑒剖面圖、三視圖和裝配圖等各類技術(shù)資料，輔助以實物照片、視頻照片和實物示意圖等多種多媒體資料（見圖1），與機組零件實物相結(jié)合展開分析，尤其是分析零部件結(jié)構(gòu)匹配位置的細節(jié)情況。

（二）3D虛擬技術(shù)構(gòu)建運行場景模型

采用3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建風(fēng)電場巡檢系統(tǒng)運行場景，可為工作人員巡檢和監(jiān)測風(fēng)電場運行狀態(tài)等提供便利。在現(xiàn)場巡檢與監(jiān)測期間結(jié)合通信技術(shù)，在運行場景3D虛擬現(xiàn)實模型中引入各類信號，遠程監(jiān)測、巡檢風(fēng)電場所有設(shè)備，可以大幅度提高勞動效率和工作效率。

采用靜態(tài)3D數(shù)字化建模方式完成運行場景3D虛擬現(xiàn)實模型構(gòu)建目標(biāo)，可以通過風(fēng)電場結(jié)構(gòu)繪制與風(fēng)電場布置，從整體上完成風(fēng)電場三維輪廓勾勒，提高3D模型構(gòu)建的真實性。將數(shù)據(jù)接口預(yù)留在模型上，可以實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫的信息數(shù)據(jù)交互任務(wù)，保證工作人員可以對風(fēng)電場指標(biāo)參數(shù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等做出有效監(jiān)控。[5]

三、通信技術(shù)在風(fēng)電場全數(shù)字化巡檢及監(jiān)測平臺中的應(yīng)用

遠程巡檢與監(jiān)測風(fēng)電場，最為關(guān)鍵的是保證信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與有效性，所以在進行數(shù)據(jù)信息判斷之前要充分確保其有效性。信息失效模式具有多樣化特點，以溫度信息作為例子，按照溫度傳感器運行出現(xiàn)故障以后的現(xiàn)象輸出情況完成失效模式劃分，可得到溫度信息超出設(shè)定范圍、溫度信息保持穩(wěn)定、溫度信息穩(wěn)定性失常、溫度信息出現(xiàn)突變四類。其中，溫度信息超出設(shè)定范圍的關(guān)系表達式如下：

溫度信息保持穩(wěn)定的關(guān)系表達式如下：

溫度信息穩(wěn)定性失常的關(guān)系表達式如下：

溫度信息出現(xiàn)突變的關(guān)系表達式如下：

在上述公式中，yiout表示溫度信息i的輸出值，maxi表示最大溫度信息i的輸出值，mini表示最小溫度信息i的輸出值，t與t-1表示兩個相鄰的時間間隔點，δ表示最小的常數(shù)值，ni表示溫度值在第i個傳感器內(nèi)的振動次數(shù)，N表示運行震蕩的次數(shù)，Δ表示溫度量在時間間隔內(nèi)的跳變閾值。

當(dāng)以上四種情況出現(xiàn)以后，那么則表示溫度信息已經(jīng)失效，運維人員要在最短時間內(nèi)到達現(xiàn)場進行檢查，并對通信鏈路進行檢測。

四、結(jié)語

本文基于風(fēng)電場風(fēng)力設(shè)備分散和巡檢工作量大的問題，構(gòu)建基于3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)的風(fēng)電場全數(shù)字巡檢和監(jiān)測平臺方案。該方案構(gòu)建完成硬件平臺，并采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，可以遠程化監(jiān)測風(fēng)電設(shè)備，提高數(shù)據(jù)信息的可視化能力?；?D虛擬現(xiàn)實技術(shù)的風(fēng)電場全數(shù)字巡檢和監(jiān)測平臺在實際應(yīng)用中，可輔助運維人員遠程監(jiān)督控制風(fēng)電場，實現(xiàn)定期遠程巡檢和監(jiān)測，提高工作效率。