陳海波，鄭健，費瑞軼，王媚，陳錦華（.國網(wǎng)上海市電力公司，上?！?0；.上海欣能信息科技發(fā)展有限公司，上?！?000；.國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上?！?006）

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虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)中的典型應(yīng)用

陳海波1，鄭健1，費瑞軼2，王媚3，陳錦華3
（1.國網(wǎng)上海市電力公司，上海200122；2.上海欣能信息科技發(fā)展有限公司，上海200030；3.國網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海200063）

摘要：在電力企業(yè)中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用也逐漸成為可能，并將起到重要作用。主要針對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)運行維護和工程設(shè)計過程中的應(yīng)用進行探討，綜合論述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在變電站、輸電線路、電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)和電力系統(tǒng)運行過程中的典型應(yīng)用。結(jié)果表明：該技術(shù)可以為公司領(lǐng)導(dǎo)層和管理層提供一種功能強大的決策工具；為公司執(zhí)行層提供一種準(zhǔn)確、及時的指揮工具；為公司操作層提供一個高效智能的作業(yè)工具；強化了公司在安全生產(chǎn)管理上的深度、廣度、準(zhǔn)確度；提升了安全風(fēng)險的管控能力。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；電力系統(tǒng)；輸電線路；仿真培訓(xùn)

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虛擬現(xiàn)實（virtual reality，VR）技術(shù)通過真實模擬虛擬的現(xiàn)實環(huán)境，使用戶得到身臨其境的感覺。從而對操作、維護、設(shè)計提供輔助手段，是計算機圖形和圖像領(lǐng)域的研究熱點之一，可用于社會生活的諸多方面，具有非常廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景；虛擬現(xiàn)實技術(shù)以建立機模擬、可交互的三維環(huán)境為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了一種可以直接體驗的、交互操作的虛擬世界系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實環(huán)境由計算機軟件根據(jù)存儲的三維物理模型、物體的組合、運動規(guī)則生成，與操作人員的交互操作方式豐富多樣，一般可以通過視覺、聽覺、觸覺、力、位移等方式作用于使用者，使操作人員具有非常直觀的身臨其境的感覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的設(shè)計和優(yōu)化，涉及了非常多的計算機技術(shù)，其中包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、模式識別技術(shù)、語音識別和處理技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)[1]。

目前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，如電子、醫(yī)藥、機械設(shè)計、教育、軍事等。鑒于其強大的跨學(xué)科領(lǐng)域的優(yōu)勢，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用將會有很好的發(fā)展機遇[2]。通過運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可為電力工程和電力設(shè)備的設(shè)計、規(guī)劃、項目決策、優(yōu)化和分析等方面提供非常直觀的參考，可為完善系統(tǒng)、設(shè)備的技術(shù)方案提供非常有用的技術(shù)手段。由于虛擬現(xiàn)實技術(shù)把多種數(shù)據(jù)進行整合，可將復(fù)雜、專業(yè)的數(shù)據(jù)信息通過非常立體、直觀和可交互的方式體現(xiàn)出來，有利于在電力系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計、生產(chǎn)、運行維護和檢修階段進行溝通協(xié)調(diào)，有利于及早發(fā)現(xiàn)可能存在的問題，并形成可行的改進和優(yōu)化方案、處置措施。經(jīng)過較長時間的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)在電力教育和培訓(xùn)、電力生產(chǎn)、電力系統(tǒng)運行及電力工程項目的設(shè)計等方面有比較成功的應(yīng)用。本文主要對虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進行回顧，為虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)的進一步推廣和應(yīng)用提供參考。

1虛擬現(xiàn)實技術(shù)在變電站設(shè)計和運行管理中的應(yīng)用

在新形勢下，一方面，由于三維設(shè)計技術(shù)在設(shè)備和工程設(shè)計階段大量應(yīng)用，變電站設(shè)備建模費時的問題基本得到解決，有利于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用和推廣。另一方面，專業(yè)的計算機軟件工具已經(jīng)得到了快速的發(fā)展，軟件廠商推出了多種專用的變電站設(shè)計解決方案。因而虛擬現(xiàn)實技術(shù)在變電站設(shè)計中應(yīng)用在技術(shù)上已具備了條件。

華北電力大學(xué)構(gòu)建了110 kV、220 kV、500 kV等多種典型虛擬變電站場景。在建立的虛擬變電站環(huán)境中，操作人員可以在場景中自由地漫游和操作體驗；由于系統(tǒng)集成了較為完善和豐富的虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)，可以讓使用者更高效地掌握變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工程組成和運行過程，可以模擬開展設(shè)備巡視和運行工況監(jiān)視、檢修和維護作業(yè)。在某些虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，還支持多用戶協(xié)同操作，可使多個用戶在同一虛擬變電站空間中相互配合、協(xié)作，相互監(jiān)視和觀察，不僅可觀察到其他用戶位置的變化，還可觀察其他用戶的動作行為和后果。

此外，還建立了基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的數(shù)字化變電站綜合管理系統(tǒng)。虛擬的變電站系統(tǒng)建立在（web geographic information system，WEBGIS）基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)中存儲了變電站系統(tǒng)的分布拓?fù)鋱D和一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖等。通過信息鏈接的方式，在變電站分布拓?fù)鋱D中，選擇特定變電站或設(shè)備，可以直接顯示其地理環(huán)境、內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)；有的在變電站信息系統(tǒng)中還集成了調(diào)度信息、設(shè)備狀態(tài)信息、檢修和維護信息等；這些信息和所有主要設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)的三維圖像信息一起，可為用戶提供一個集成統(tǒng)一的虛擬現(xiàn)實操作平臺。將地圖操作、設(shè)備管理、運行維護和虛擬現(xiàn)實展示有效地結(jié)合到一起；在使用階段可通過Web服務(wù)器、MapInfo服務(wù)器獲得設(shè)備、建筑的空間數(shù)據(jù)，然后返回到客戶端，返回信息中包含了各種主要設(shè)備，如建筑物和變壓器、輸配變設(shè)備等的多維度、多層次的信息。使用人員可以通過信息鏈接進入任意主要對象的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，查看建筑物和變壓器、輸配變設(shè)備等的外觀結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其運行維護信息。

變電站虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有助于提高培訓(xùn)效果，保障電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全生產(chǎn)和運行；系統(tǒng)可靈活配置、不斷更新，實現(xiàn)較好的經(jīng)濟效果，具有顯著的經(jīng)濟價值和工程意義。

1）通過建立虛擬的三維設(shè)備和建筑物模型，可對變電站內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)進行觀察，檢查設(shè)備和結(jié)構(gòu)之間的配合和碰撞，優(yōu)化系統(tǒng)和設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，縮小占用空間，同時為用戶提供非常直觀的體驗。

2）虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立了非常直觀的可視化模型，與傳統(tǒng)設(shè)計方法中設(shè)計人員頭腦里的想象模型不同，三維空間模型表現(xiàn)能力更強，可以非常方便地實現(xiàn)配合關(guān)系檢查，運動關(guān)系檢查、碰撞檢查，帶電距離檢查，從而可以在設(shè)備和系統(tǒng)制造或施工前發(fā)現(xiàn)問題，有利于制定出合理的結(jié)構(gòu)方案，優(yōu)化結(jié)構(gòu)和布局。在常規(guī)的變電站系統(tǒng)中，設(shè)備布置非常密集，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用可實現(xiàn)想象中的三維模型的可視化，對于設(shè)備布置區(qū)域的優(yōu)化和改進也非常有利。

3）通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)解決了數(shù)據(jù)無法及時共享的問題，在設(shè)計階段就發(fā)現(xiàn)在接口階段可能存在的矛盾問題，有利于提高最終設(shè)計中系統(tǒng)、裝備和產(chǎn)品的質(zhì)量。

4）通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)和運行維護、檢修系統(tǒng)相互結(jié)合，可以為檢修、維護作業(yè)提供直觀、形象的指導(dǎo)。有助于提高檢修維護作業(yè)水平，提高安全性、可靠性和作業(yè)效率。

典型的基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的變電站仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用虛擬變電站仿真系統(tǒng)可使不可視的、不可接觸和不可進入的場景、結(jié)構(gòu)可視化。有利于解決人員培訓(xùn)過程中的關(guān)鍵問題，使接受培訓(xùn)的人員有一個非常直觀的體驗，使接受培訓(xùn)人員在實際運行和檢修作業(yè)前可以獲得實時的三維可視指導(dǎo)，其應(yīng)用前景十分廣闊。

2虛擬現(xiàn)實技術(shù)在輸電線路中的應(yīng)用

電力輸電線路是電力系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的組成部分，保障輸電線路的穩(wěn)定性和可靠性是電力部門的重要工作內(nèi)容之一。國內(nèi)外科研院所的研究人員在提高輸電線路規(guī)劃、施工、運行和維護的安全性、可靠性、經(jīng)濟性等方面開展了大量的研究工作。在國內(nèi)，輸電線路的電壓等級不斷提高，系統(tǒng)的規(guī)模也越來越大，各項研究工作又面臨著新的挑戰(zhàn)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用可為輸電線路的保障提供非常重要的支撐。

圖1虛擬變電站仿真及培訓(xùn)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Typical structure of virtual substationsimulation and training system

信息技術(shù)和電子技術(shù)在提高電網(wǎng)運行的自動化水平、信息化水方面已經(jīng)取得了非常顯著的成績。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)數(shù)據(jù)越來越豐富，對數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式和表現(xiàn)要求也越來越高。圍繞這些問題，國內(nèi)外研究人員在輸電線路信息化表示方面開展了非常有益的一些工作[3-4]。為了解決這一矛盾，把虛擬現(xiàn)實技術(shù)引入到輸電線路的信息管理中，就顯得尤為重要。

輸電線路的運行檢修關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全可靠運行。輸電線路的巡視是輸電線路運行檢修最基本的環(huán)節(jié)，采取有效的培訓(xùn)方式提高巡視人員的作業(yè)水平，是保證線路安全可靠運行的重要保證?；谔摂M現(xiàn)實技術(shù)的輸電線路巡視和仿真培訓(xùn)系統(tǒng)以監(jiān)視、訓(xùn)練和教學(xué)為目的，綜合利用了計算機仿真技術(shù)，構(gòu)造一個和真實系統(tǒng)非常接近的虛擬物理系統(tǒng)，具有全面、成本低、效率高、無危險等優(yōu)勢。

在輸電線路的虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面，冀莉莉等人研究并實現(xiàn)了基于虛擬現(xiàn)實的輸電線路的場景和模型的建模，應(yīng)用混合編程技術(shù)實現(xiàn)了輸電線路和設(shè)備的信息化管理、系統(tǒng)運行參數(shù)配置、系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)查詢、系統(tǒng)故障告警模塊的運用VRML、Java Applet、HTML和Microsoft Access數(shù)據(jù)庫開發(fā)了服務(wù)器系統(tǒng)，實現(xiàn)了基監(jiān)視和告警管理。翟緒剛等人采用虛擬現(xiàn)實以及多種三維場景建模技術(shù)，綜合利用3D Studio Max建模工具、Microsoft Visual Studio 2010編程開發(fā)平臺及Open Scene Graph3.0（OSG）開源圖形三維引擎，對輸電線路、輸電桿塔、不同類型的輸電線覆冰、地形環(huán)境和天氣效果進行了仿真模擬。視覺效果較為逼真，能夠?qū)旊娋€路覆冰災(zāi)害的模擬展示、損失評估等研究提供參考和幫助。梁炤宏等人分析了高壓架空輸電線路在空間中受到外界物理作用而運動的機理，以O(shè).Nigol機理和Den Hartog機理模型為基礎(chǔ)，建立了分裂電力導(dǎo)線在空間中的三自由度的運行模型，根據(jù)仿真計算結(jié)果實現(xiàn)了導(dǎo)線舞動的虛擬現(xiàn)實3D模擬；實現(xiàn)了在實驗室中進行模擬研究降低相關(guān)試驗費用和實驗周期。

3虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)是提高電力系統(tǒng)操作，維護人員技術(shù)水平和個人素質(zhì)的重要手段，對于保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和高效運行非常重要。在電力培訓(xùn)方面，技術(shù)的發(fā)展先后經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段；在早期，為了實現(xiàn)人員培訓(xùn)和教學(xué)演練，采用了仿真盤臺的方式；該仿真培訓(xùn)方式較為直接，但是隨著設(shè)備的發(fā)展、升級，培訓(xùn)裝置和真實的輸變電設(shè)備在形式上會出現(xiàn)顯著差異，或出現(xiàn)互不兼容現(xiàn)象，會使培訓(xùn)的效果降低。電力系統(tǒng)的運行維護操作就具有特殊性，對操作正確性的要求非常高，一般不允許出現(xiàn)重大的操作失誤；否則，所帶來的損失將非常巨大。所以對于復(fù)雜的操作流程和高難度的操作技能，需要通過反復(fù)的操作訓(xùn)練來提高從業(yè)人員的技能水平。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，使用虛擬現(xiàn)實方式對從業(yè)人員進行培訓(xùn)和考核是一個主要的發(fā)展趨勢。

在20世紀(jì)70年代以后，在國外就已經(jīng)研制完成并投入使用了多個以計算機信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)的電力操作和考核培訓(xùn)系統(tǒng)。自20世紀(jì)90年代以來，我國也先后建立了多種變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)。其中包括多個500 kV、220 kV的仿真和培訓(xùn)系統(tǒng)，為人員培訓(xùn)、系統(tǒng)設(shè)計和分析等做出了重要的貢獻。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)以構(gòu)造的虛擬現(xiàn)實環(huán)境為基礎(chǔ)，大大提高了變電站系統(tǒng)場景的真實感、沉浸感和可交互性，為變電站人員的仿真和培訓(xùn)工作方式的轉(zhuǎn)變起了重要的促進作用。在國外，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)[5]已經(jīng)非常廣泛，并取得了引人矚目的成果。

在國內(nèi)，江西贛東北供電公司研制了110 kV東風(fēng)變電站的虛擬仿真培訓(xùn)系統(tǒng)；研制的系統(tǒng)包括了變電站的主要設(shè)備和建筑物，其中包括虛擬開關(guān)場、虛擬主控室、電力開關(guān)設(shè)備、變壓器等部分；某電力大學(xué)在我國電力系統(tǒng)虛擬仿真和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用方面從事了較多的研究工作，研制的電力仿真和培訓(xùn)系統(tǒng)可為變電站的運行、維護、人員培訓(xùn)等工作提供一種三維效果非常逼真的、絕對安全可靠的、可交互操作體驗的培訓(xùn)方式。國內(nèi)研究機構(gòu)結(jié)合變電站人員培訓(xùn)的實際需求，采用分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立了分布式的虛擬變電站仿真和培訓(xùn)系統(tǒng)。支持單用戶虛擬操作體驗和多用戶協(xié)作的虛擬協(xié)同操作；可為操作人員學(xué)習(xí)變電站設(shè)備、變電站現(xiàn)場巡視、站內(nèi)設(shè)備運行工況的監(jiān)視服務(wù)。該大學(xué)研制的電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)不僅可以立體展現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)全部設(shè)備的形狀、外觀，還可以顯示各種設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、連接配合和運行關(guān)系；在靜態(tài)的三維可視化基礎(chǔ)上通過動畫、物理計算和人機交互技術(shù)，可以完整地展示各種電力設(shè)備工作原理、工作過程、檢修和維護方法，具有極強的實用性。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力仿真和培訓(xùn)方面具有不可替代的作用，其發(fā)展將越來越快；基于虛擬現(xiàn)實的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在節(jié)省培訓(xùn)資金投入的同時還可降低培訓(xùn)過程中的危險，可把系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)有機聯(lián)系起來，作業(yè)人員可以對設(shè)備進行多層次的、多角度的觀測和體驗?？梢赃M入設(shè)備的每個結(jié)構(gòu)空間，深入了解其組成和工作原理，獲得許多即使通過現(xiàn)場實際訓(xùn)練和操作都無法獲得的信息。此外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力仿真和培訓(xùn)較為靈活，模型、數(shù)據(jù)、信息和交互方式的配置可根據(jù)需要設(shè)計、建造、擴展、補充或組合。

4虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)運行過程中的應(yīng)用

電力系統(tǒng)是一個非常龐大的系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實技術(shù)[6]在電力系統(tǒng)運行中的應(yīng)用，可以加強整個系統(tǒng)運行安全性，更能保證電能質(zhì)量和操作更加規(guī)范。

1）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用可增加運行操作的準(zhǔn)確性。電力網(wǎng)絡(luò)遍布全國的各個領(lǐng)域和地域，因此必須在遠(yuǎn)方操縱設(shè)備運行。遠(yuǎn)程操作勢必會降低操作的準(zhǔn)確性，如何盡量正確地選擇和操作是保障人身安全及電力系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在運行過程中的應(yīng)用是提高運行管理水平的重要途徑之一。將虛擬現(xiàn)實技術(shù)和現(xiàn)場監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取的信息融合在一起，使系統(tǒng)狀態(tài)、運行行為將和實際物理系統(tǒng)更為接近，這樣操作人員便可通過虛擬環(huán)境接觸逼真的運行過程，具有身臨其境的直觀感受，促進電力系統(tǒng)的運行和維護安全性的提高。電力運行的實際作業(yè)環(huán)境條件一般是比較復(fù)雜的，存在顯著的噪聲、變化顯著的溫度場、較高的電壓和電磁輻射，這些因素的干擾將影響作業(yè)人員的操作的精度和準(zhǔn)確性。而使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)后，它可以將人-計算機-環(huán)境3個要素虛擬化的結(jié)合在一起，以更加好地調(diào)整三者之間的協(xié)調(diào)性，大大增強了操作的準(zhǔn)確性。

2）虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用還有助于克服操作人員的職業(yè)病。例如：新的作業(yè)人員進行高空作業(yè)時，經(jīng)常會有人出現(xiàn)恐高癥的情況，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以先讓新的作業(yè)人員在虛擬的高空中適應(yīng)這種環(huán)境，克服恐高癥，然后再進行高空作業(yè)，這樣就使得工作人員的生命安全更加得到保障。

在該電力運行方面，武漢某大學(xué)研究并開發(fā)了基于虛擬現(xiàn)實的水電機組檢修系統(tǒng)。研制的檢修系統(tǒng)可以很好地解決長期存在的相關(guān)作業(yè)人員在檢修和培訓(xùn)學(xué)習(xí)方面不到位的缺點。在研制的葛洲壩電廠“最優(yōu)維護系統(tǒng)”完成了虛擬水電機組檢修培訓(xùn)系統(tǒng)的技術(shù)研究與部分功能開發(fā)。該系統(tǒng)可顯著提高運行維護人員的業(yè)務(wù)熟練程度和實際操作技能。系統(tǒng)的維護過程比較簡單，可擴充性強。系統(tǒng)主要功能通過軟件實現(xiàn)，具有一定的開放性，且配置的硬件比較少，主要為通用的計算機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，調(diào)整和擴展功能較為容易實現(xiàn)，系統(tǒng)非常豐富的人機交互界面有助于提高運行維護和檢修作業(yè)的效率。

一些單位還研究了基于虛擬現(xiàn)實的帶電作業(yè)機機器人智能控制系統(tǒng)。結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，設(shè)計出了一種結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)的帶電作業(yè)機器人智能控制系統(tǒng)：能夠使操作人員在主控界面上看到高壓帶電作業(yè)之前的虛擬任務(wù)預(yù)演和碰撞檢測；使操作人員完全擺脫高壓、強輻射、高空作業(yè)的惡劣環(huán)境；使機器人控制系統(tǒng)更加智能；其控制精度得到了很大的提高。

5虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力工程設(shè)計中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的電力設(shè)計主要以二維圖設(shè)計為基礎(chǔ)，設(shè)計、計算和校驗與繪圖過程基本脫離，在設(shè)計過程中容易出現(xiàn)不一致或考慮不全面的問題，導(dǎo)致設(shè)備制造、施工過程延后、設(shè)備返工的問題。隨著電力體制改革的深入，提高電力設(shè)計過程的效率、經(jīng)濟效益和服務(wù)質(zhì)量越來越重要。各設(shè)計院都在嘗試應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)和三維建模技術(shù)來改善設(shè)計過程和服務(wù)質(zhì)量，在降低設(shè)計、開發(fā)成本的同時，使為電力系統(tǒng)設(shè)計的產(chǎn)品更加符合實際需求，較少出現(xiàn)差錯或溝通、理解上的差異，通過直觀的方式明確和確認(rèn)用戶的需求和設(shè)計目標(biāo)。

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行三維設(shè)計，在工程施工和設(shè)備制造階段按照二維圖紙方式指導(dǎo)生產(chǎn)，是目前階段應(yīng)用較為廣泛的方式。從三維設(shè)計模型（數(shù)據(jù)庫）中根據(jù)需要自動輸出多種設(shè)計圖紙、報告，由于轉(zhuǎn)換過程是由軟件自動完成的，可以完全排除不同設(shè)計圖之間不對應(yīng)的問題。不存在漏改、漏標(biāo)和書寫錯誤的問題，形成的圖紙統(tǒng)一、規(guī)范，提高了設(shè)計質(zhì)量。

此外，電力設(shè)計單位還可以通過建立的三維模型對設(shè)計的合理性、正確性進行非常直觀的檢查，可以更加高效地優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)和占用空間，優(yōu)化變電站站的布置方式；避免設(shè)備碰撞、干涉或安全間距不足或過大的情況。三維設(shè)計技和三維模型的實景漫游技術(shù)已經(jīng)在較多的工程項目中得到實現(xiàn)，其中包括安徽省電力設(shè)計院設(shè)計的在220 kV牛頭山變電所、安徽省農(nóng)網(wǎng)35 kV變電所和合肥永青變電所等。支持三維實景漫游的設(shè)計產(chǎn)品非常準(zhǔn)確、真實地反映了工程設(shè)計人員的設(shè)計思想，給用戶直觀、立體的感受，深受電力工程設(shè)計單位和用戶的喜愛，對電力工程設(shè)計手段的發(fā)展和進步必將產(chǎn)生非常積極的影響。

此外，一些單位還系統(tǒng)地開發(fā)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在變電站設(shè)計中的應(yīng)用系統(tǒng)，其技術(shù)體系和信息內(nèi)容更為豐富。在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的支持下，設(shè)計系統(tǒng)不僅可以存儲和管理變電站的三維模型，同時還將系統(tǒng)有有關(guān)技術(shù)資料，如圖紙、傳真、廠家資料、溝通協(xié)調(diào)記錄和技術(shù)協(xié)議等集成在一起，使系統(tǒng)信息更加全面、系統(tǒng)，有非常強的可追溯性。系統(tǒng)建立、存儲和管理的信息可以在設(shè)計完車后并入或轉(zhuǎn)移到用戶的運行維護系統(tǒng)中，可為設(shè)備運行階段的運行、檢修、維護作業(yè)提供系統(tǒng)性的支持，為實現(xiàn)設(shè)備的全生命周期管理奠定較好的技術(shù)基礎(chǔ)。電力設(shè)計單位的設(shè)計成果不再體現(xiàn)為一堆設(shè)計圖紙，而一個完整的、包含虛擬現(xiàn)實信息和過程數(shù)據(jù)的系統(tǒng)信息包，可為生產(chǎn)制造、安全運行、維護檢修、更新改造等提供全壽命周期的支持。

6　結(jié)語

虛擬現(xiàn)實技術(shù)仍然處于快速發(fā)展過程中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的推廣和應(yīng)用必將越來越廣泛。在電力系統(tǒng)中，為了提升工作效率，節(jié)約成本，應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)也成了重要的手段。本文主要回顧了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)的5個方面的應(yīng)用：即變電站、輸電線路、電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)、電力系統(tǒng)和輸變電工程設(shè)計過程中的應(yīng)用。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在電力系統(tǒng)中廣泛和深入的應(yīng)用將對電力系統(tǒng)造成深遠(yuǎn)影響，并帶來顯著的技術(shù)和經(jīng)濟效益。

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Virtual Reality and Its Application in Electric Power System

CHEN Haibo1，ZHENG Jian1，F(xiàn)EI Ruiyi2，WANG Mei3，CHEN Jinhua3
（1. State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company，Shanghai 200122，China；2. Shanghai Shineenergy Information Technology Development Co.，Shanghai 200030，China；3. Shanghai Inspection & Maintenance of State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company，Shanghai 200063，China）

ABSTRACT：Applications of the virtual reality technology are gradually possible and play an important role in the electric power enterprises. This paper discusses applications of the technology in electric power system，focusing on the typical applications of virtual reality in transformer substations，electric transmission lines，power systems’simulation training and operational process in electric power system. The result suggests that this technology could provide a powerful decision-making tool for managers，and an accurate and timely command tool for executives，and an efficient and intelligent operation tool for operators．With this technology，the power companies can intensify the depth，range and accuracy of safe production and management and improve the capability of safety and risk control．

KEY WORDS：virtual reality；electric power system；transmission lines；simulation training

基金項目：國家自然科學(xué)基金（71303157）；上海市自然科學(xué)基金（13ZR1458200）。

文章編號：1674- 3814（2016）02- 0020- 06

中圖分類號：TM73

文獻標(biāo)志碼：A