分块建模方法在虚拟变电站模型构建中的应用

何志红 徐德会 孙会

摘要：本文探讨了分块建模方法，研究了分块建模方法的应用要点，以期提高虚拟变电站模型的合规性，为实际施工提供可靠的数据支持。

关键词：分块建模方法;三维变电站模型;模型纹理数据库

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）09-0084-03

0 引言

现阶段，社会的经济发展已经离不开电能的持续供应，发电站工作状态的可靠程度，也将直接影响到区域供電质量。在科学技术体系不断完善的背景下，在变电站施工前建立虚拟变电站模型，已经成为主流趋势之一，这也是在前期规避掉问题的有效途径之一。通过将分块建模方法应用到虚拟变电站模型的建立过程中，不仅可以加快模型的构建速度，而且对于提高模型构建效果也有着积极的作用。

1 分块建模方法概述

所谓分块建模方法是指将待建模型结构进行细致分类，按照模块分开建立的方式来完成建模工作。在实际应用中，该建模方法具备以下应用优势[1]：

（1）细致化程度高，相较于传统建模方法，分块建模方法在应用阶段，可以在完成模块分类后，对于某一模块内容进行细致化梳理，最后通过模块之间的节点关联在一起，提高了分模块的服务性能。（2）便捷度高，分块建模方法的应用，能够简化变电站建模步骤，使整个建模过程的便捷性得到提升，从而加快了建模效率。

2 分块建模方法的应用要点

2.1 选定建模模型

变电站电气设备种类多，模型的精准度的高低直接影响着系统的沉浸度和质量。考虑到现实中人们对安全性要求更高、电力系统自身发展速度快，结合当前变电站实际状况，以及设备更新速度，进行变电站模型地选择。确定好变电站原型后，为对变电站有整体全面深入的理解，以及对变电站建模及功能开发有全面认识，模型搭建及功能开发期间多次对变电站进行实地勘测，搜集变电站各电气设备信息，采集设备型号、图形、尺寸，搜集变电站常见故障，故障类型、影响范围和故障状况，取得变电站总设计图的使用权限及各电气设备的CAD图纸资料等。通过对阶段性成果分析汇总，明确了开发过程中的注意事项、软件选取、方法研究和设备更新等问题，确定了依据各电气设备工作机理，将各种设备分为静态、动态两类模型，静态、动态分不同层建模，静态模型主要包括控制楼地面、无功补偿和绝缘支柱等;动态模型包括隔离开关、接地刀闸等，便于后期处理及动画制作[2]。

2.2 三维变电站模型

完成建模模型的选择工作后，进入到了三维变电站模型的构建环节，借助分块建模方法进行处理时，需要做好几点内容[3]：（1）做好建模分块工作，在该环节中，可以将模型分为三个大类，分别是110kV供电系统、35kV供电系统和主变压器与总坪系统，不同大类还可以进一步进行细分，如110kV供电系统又可以分为断路器模块、避雷针模块、设备布线模块、出线和杆塔模块等。（2）做好建模软件的选择工作，结合目前的应用情况，使用较多的建模工具为3DS MAX软件，将各类别电气设备图纸导入到3DS MAX软件当中，对于数据参数进行存储，这也是建模的基础数据。（3）在三维模型建立的过程中，借助分块建模方法，对于每一个分支模块进行建模，随后归类到对应的大类别模块中，最后再汇总得到整体的建模方案，做好模块连接时的节点处理工作，从而提高三维变电站模型内容的可靠性。

2.3 电气设备模型

在具体建模过程中，需要明确几点应用内容[4]：（1）明确建模框架，对其进行处理时吗，会使用到CAD图纸，将各类别电气设备图纸导入到3DS MAX软件当中，对于数据参数进行存储，这也是建模的基础数据，随后根据空间结构分布情况，对其进行建模，确定各模块内容后，最后进行拼接，得到完整的电气设备模型。（2）搭配恰当的建模方法，除了分块建模方法外，在实际应用中，也需要借助其他建模方法来辅助建模工作的推进，如长方体建模法、管道建模法等。（3）做好“组”功能的应用，所谓“组”功能是指将模型拆分为若干个“小组”，结合实际情况，小组可以进行拼接和拆分，以便于后续修改时所需。在此过程中，还需要搭配实例建模法进行使用，从而提高模型内容的可靠性。需要注意的是，电气设备中存在许多的小部件，如小螺丝、连接节点等，对于这些构建可以选择不建模，在确定整个结构模型可行性之后，对其进行贴图处理即可，从而起到节约建模时间的作用。

2.4 模型纹理数据库

分块建模法在模型纹理数据库处理过程中，需要注意几点：（1）做好模型纹理的分类工作，在之前的章节中已经提到，变电站中存在着许多的电气设备，不同类型的电气设备，其使用的材料、结构外形、结构尺寸、运行功率也存在着较大差异。对此在对材料方面进行数据库建立时，可以将颜色作为分类依据，例如，变电站使用到的支柱结构，主要是以银色为主，绝缘套管主要以古铜色为主等，这便是用于分类的依据之一。（2）根据分类结果进行纹理的制作，该过程需要对多种类型数据进行处理，可以借助大数据技术来辅助工作的进行。对于整理的图片，利用PS、3DS MAX软件、Unity3D进行处理后，可以将其导出进行下一环节的处理。

2.5 模型组装过程

分块建模法可以将结构划分为若干个“组”，对各小组内容进行分开建模，完成各“组”内容的建立后，进入到模块组装环节。在组装过程中，需要参照变电站总规划图纸上标记的内容进行，这样可以对模型结构的相对位置进行精准定位，同时对于不合规尺寸进行处理，使其可以满足相应的应用需求。完成模型结构的组装工作后，进入到了布线工作，虚拟变电站中拥有着许多的电气设备，对此其分布线路的复杂程度也较高，如何确保布线合规性也是模型组装阶段的重要环节。对此在实际处理中，会利用分层编号法对其进行处理，将线路完成统一编号后，再进行布线，根据编号对接关系完成布线，从而提高模型组装结果的可靠性。

2.6 动画开发过程

在虚拟变电站模拟运行过程中，需要借助动画开发来实现，现阶段常用的建模方法主要有简单程序控制开发、动画制作与程序混合开发两种方式。对于一些比较容易制作的内容，如物体的简单移动、单独物体的旋转等，此类内容只需要借助引擎结构就可以完成动画的开发制作。对于一些动作比较复杂的动画内容，如多个物体进行不同操作，那么在对此类动画内容进行制作时，需要借助3DS MAX软件和Unity3D软件来完成动画制作，同时还需要搭配着相关的应用程序，以此来实现动画开发功能。

2.7 模型的导出

完成上述额工作内容后，进入到了最关键的一步，那便是进行模型的导出，但是在该步骤执行之前，还需要对模型进行处理，具体的处理内容如：（1）重置变换，虚拟变电站模型在建立的过程中，会涉及到物体旋转、移动等内容，完成操作的物体其坐标也会发生一定偏移，并且会和世界坐标形成夹角，而重置变换工作便是将这些夹角进行消除，使其恢复到世界坐标状态。（2）调整中心轴，完成重置变换工作，使坐标恢復到世界坐标后，需要对模型中心轴进行调整，使其可以恢复到标准线状态，法线的调整与之保持一致。（3）对于一些特殊问题进行处理，如模型不对称、模型背面消隐等问题，此时也需要按照要求对其进行处理，修正错误参数，并对缺失参数进行补齐，以此来提高导出模型的完整性和科学性。

3 结语

综上所述，在虚拟变电站建模过程中，会使用到许多的建模方法，分块建模法的提出，能够简化建模过程的应用流程，加快模型的构建速度。同时还可以细化每个模块的建模内容，提高模块内容的合理性，这提升了导出模型的可靠性，为后续施工计划拟定提供数据参考。

参考文献

[1] 胡平，吴斌，郭力，等.基于虚拟变电站的末端配电网光储协调控制方法[J].储能科学与技术，2019（4）：629-636.

[2] 王豪.500kV变电站虚拟现实仿真系统研究[D].郑州：郑州大学，2019.

[3] 杜娟，邓昭辉，赵海，等.虚拟现实变电站仿真培训系统开发应用[J].自动化与仪器仪表，2019（3）：228-231.

[4] 王廷凰，简学之，刘子俊，等.基于虚拟现实技术的智能变电站运维培训系统的实现与应用[J].南方电网技术，2018（10）：61-65.