基于虚拟现实的电力事故安全系统设计研究

孙雅娟

摘 要：我国对电力的需求日益增加，同时安全生产，稳定提高电力产能也是不可缺少的。建立一套减少安全事故，提升电力安全生产的安全系统是非常有意义的。文章首先对虚拟现实的电力事故安全系统结构体系和功能的分析，使人们了解该系统的工作流程和原理;其次通过建立模型并将虚拟现实技术导入模型，实现系统设计;最后对安全事故进行模拟，并对其进行精准度的对比实验，从而验证建立电力事故安全虚拟系统是具备有效性的。

关键词：安全事故;虚拟现实;模型;精准度;有效性

1 电力事故安全系统设计研究意义

近年来，我国电力事业为了满足国家经济发展和国民生活需求，从而加大了对电厂的建设和电力行业的投入，电力的产能也随之大为增加。电力行业的稳定发展，是关乎国家经济发展和民生质量的基础。在大力发展电力事业的同时，对电力的安全生产也提出了更高要求。由于电网其本身结构复杂，运行程序要求严谨，工作环境相对庞大，各电器之间关联性强，设备大多高温高压，易燃易爆品种类繁多，作业环境恶劣，高速旋转的机械多等行业特点，安全事故出現的概率也是较高的，如果出现问题或者处理不当都可能产生严重的事故，其损失也是不可估量的，对于人身安全也是具有极大危害的。

虚拟现实电力安全系统将理论知识与现场实际发生情况相结合，把握电力生产中的各个环节，做到人机交互，建立一个模拟的环境，使用虚拟现实安全系统，可以减少安全事故的发生。在节省资源的前提下，提高工作效率，操作人员也可以学到接触不到的知识，加深操作人员对安全生产的认知，既增加了自我安全生产意识，又可以减少事故发生的概率，保障电力事业的稳定发展。

2 虚拟现实的电力事故安全系统总体设计

2.1 系统的结构设计

电力安全系统其体系结构可分为：安全事故信息爬取、安全事故信息三维展示、安全事故信息管理、安全事故信息管理、用户注册和登录、系统管理6个模块。系统通过对产生或爬取的安全事故信息进行分析整理，以模拟立体的形式进行展示，并为安全生产的管理工作提供有效数据。

2.2 系统功能设计

系统的管理通过两部分实现信息的处理和系统页面的功能。其中信息处理宝包括：获取、分词、分类、抽取。通过系统的整理进行数据输出和存储。而系统页面操作主要有：用户登录注册管理、爬取所得信息管理、事故信息管理、系统功能管理、事故分析结果管理、三维GIS展示。每个模块分别行使其功能作用如图1所示。

2.3 数据库的建立

通过以上系统的设计，电力事故安全系统会获得大量的数据，为了方便数据分析、整理和提取，所以系统设计时相应地建立了数据库。

3 电力安全事故系统的模拟实现

运用虚拟技术对安全事故进行模拟时，需要对电网模型、输电线路模型以及其他元件模型进行建立。通过对电气元件的建立，达到电网、输电线路和元件的模拟，从而对安全事故的模拟打下坚实的基础。

虚拟现实技术需要通过外接设备和计算机和显示设备配合的配合来实现。其主要设备有：显示器、数据传输器、数据手套、VR设备、三维空间定位器、三维空间交互球的、计算机等。虚拟技术工作基本流程是，外接设备传感器进行数据采集，采集的数据在传输给电脑，电脑根据通过系统进行计算和分析，然后将生成的模拟信息通过电脑在传输到显示器，从而生成模拟效果。随后，将虚拟实现技术导入到之前建立的电网、输电线路、元件模型中，实现安全事故的模型建立。对安全事故进行分析时，通常情况下电网系统的运行是三相对称的，而造成的安全事故有两种：一种是对称安全事故，另一种是不对称安全事故。短路事故的出现会导致输电线路中电流变大，相应的每相电压也会增大，将会影响电网的正常运行。如果线路中电流过大，相应产生的热量超出电路和设备承受的范围时，对设备和线路就会产生损害，从而影响电网的正常运行。电力安全事故的模拟可以实现预防事故发生，保障电力的正常输出。

3.1 对称安全事故的模拟

对称安全事故是指三相短路安全事故。如果电网正常状态下，应该是三相之间对称，且幅值相同。计算机计算过程为：先将短路节点设定，把数据输入VR中，运用系统中绘制生成矩阵图;随后，进行三角分解，把短路节点输入电流数值，进过电脑计算，得出节点的阻抗;最后对节点的电流进行计算并生成结果。

3.2 不对称安全事故的模拟

不对称安全事故的模拟，需要涉及分量法概念，原理是将三相不对称的电流和电压进行转换处理，变成三相对称系统，即正、负、零序系统。针对安全事故列出电压平衡计算方程，其计算过程为：通过设定安全事故点和类型，把数据导入VR技术中，系统会生成绘制图将正、负、零序的节点进行整理，生成矩阵图后，利用三角分解法对安全事故点进行阻抗计算;再将安全事故的类型依据设定得到条件方程根据条件进行分解得到电流和电压的数值，将3个序的电流与电压结合并把结果输入到虚拟技术中;最后，在显示器中就会生成模拟的安全事故，达到了电网安全事故系统的运行目的。

4 设计实验进行论证

虽然对电网安全事故进行了模拟，但是是否有效还需要进一步的验证。通过实验建立实验对象，要对安全事故进行模拟，所以将电网当作此次实验对象。为了凸显其结果的对比性笔者将传统电力安全事故和虚拟现实的电力事故安全模拟系统进行有效的对比。

4.1 参数设置

想要的得到不同系统间对比的准确，就需要对相应的数据进行统一。例如外部环境参数、电网运行状态、输电线路的长度、包含的电器元件个数、电网类型、模拟时间等、只有保证其不同系统参考设置的数据相同，才能得到最真实的对比数据。

4.2 实验对比结果展示

实验结果的有效性是通过不同的系统化模拟精准度作为判断的依据，实验中引用了软件对两种不同系统的实验产生的有效数据进行对比和分析。通过对比结果图得出建立安全事故的模拟系统精准度要明显高于传统电力安全事故模拟系统。通过对比可知通过虚拟现实技术建立的电力安全事故模拟系统是可靠的有效的。

5 结语

改革开放以来，我国不断发展电力产业，丰富电力技术，但用需求依旧巨大，保证电网的稳定运行是保证其产能的重要内容，而安全生产也成了重中之重。但安全事故问题也是时有发生，如何能预防安全事故的发生，解决电力生产中出现的问题，保障电力系统的稳定运行，也需要面对和解决的。本文将电力安全事故引入虚拟现实技术中，通过对环境、感知和技能的模拟，在计算技术生成三维立体图像，在将安全事故数据输入计算机中，使操作人员能够身临其境地感受到电力生产所产生的各种问题，从而对安全事故发生进行了有效的预防，以此加强电网的安全保障。

[参考文献]

[1]许静，曹扬.基于VR虚拟现实技术的电力安全与操作虚拟培训系统研究与应用[J].智库时代，2017（16）：12-13.

[2]王勇，戚浩金，周震杉，等.基于虚拟现实技术电力系统信息机房巡视仿真培训平台设计[J].中国高新区，2018（12）：45.

[3]孟彬.虚拟现实技术在电力系统中的应用[J].科技创新与应用，2020（30）：167-168.

（编辑 姚 鑫）