基于“元宇宙”的变电检修全过程三维仿真关键技术研究

彭秋武 王立汉 李晓洋

(海南电网有限责任公司海口变电运检分公司)

0 引言

随着能源需求的增长和电网规模的不断扩大, 变电站作为电力系统的重要组成部分, 承担着电能传输和分配的重要任务。然而, 变电站的检修与运维是一个复杂而繁琐的过程, 涉及到大量的设备操作和维护工作。传统的变电站检修方法存在着工作效率低、操作风险高等问题。近年来, 元宇宙技术作为一种新兴的技术, 提供了一种全新的交互和可视化环境, 可以模拟真实世界的场景, 并实现真实感的交互体验[1]。在变电站检修领域, 基于元宇宙的三维仿真技术可以提供一个虚拟的环境来模拟变电站的运行和维护过程, 帮助操作人员进行训练和决策。

研究基于元宇宙的变电检修全过程三维仿真关键技术的意义在于, 它能够有效地提高变电站检修的效率和安全性。通过使用这种技术, 操作人员可以在虚拟环境中进行各种操作演练和训练, 提前熟悉变电站的结构和设备, 减少操作失误和事故风险。同时, 该技术还可以提供实时的反馈和指导, 帮助操作人员纠正错误并提高工作效率。此外, 基于元宇宙的变电检修全过程三维仿真技术还具有良好的推广和应用前景。它可以应用于新员工的培训和教育, 提高他们的操作技能和工作水平。同时, 该技术还可以为变电站运营管理提供决策支持, 模拟不同的工作方案和场景, 评估其对电力系统的影响和可行性。

1 国内外研究现状与存在问题

基于元宇宙的变电检修全过程三维仿真关键技术是近年来国内外电力领域研究的热点之一。国内外已有一些研究取得了初步成果, 但也存在一些问题和挑战。

国外方面, 欧美等发达国家在元宇宙技术应用方面较为领先。他们注重基础建设和技术创新, 已经开展了一些大规模的变电检修仿真项目。例如, 美国的一个研究团队利用元宇宙技术开发了一个可视化的变电检修仿真系统, 实现了真实场景的三维模拟和虚拟现实交互[2]。他们采用先进的传感器和数据融合算法, 实现了对检修过程中的关键参数的实时监测和分析。

国内方面, 元宇宙技术在电力领域的应用还处于起步阶段。目前, 一些大型电力企业和高校开始关注该技术, 并逐渐开展相关研究。然而, 在国内的研究中仍存在一些问题。首先, 技术研发水平相对滞后,还缺乏成熟的元宇宙建模和仿真平台。其次, 数据融合与分析方面的研究还相对薄弱, 缺乏对变电站运行数据和实时监测数据的有效利用和分析。

此外, 元宇宙技术的应用还面临一些技术挑战和难题。首先, 三维建模和仿真的精度和效率仍需要进一步提高, 以实现更真实、更高效的变电检修仿真。其次, 虚拟现实交互技术还需要改进, 以提供更具沉浸感和交互性的操作体验。

2 元宇宙及其在变电检修中的应用概述

2.1 元宇宙的定义和特点

元宇宙是一个集成虚拟现实、增强现实和物联网等技术的新兴概念, 创造了一个拓展性极高的虚拟世界。它模拟现实世界的数字化空间, 包含各种虚拟对象、场景和人物[3]。与传统的虚拟现实相比, 元宇宙更加开放、多样化和互联互通。元宇宙具有虚实融合、互联互通、多样化与开放性、拓展性等特点。虚实融合实现了虚拟内容与现实物体的结合, 互联互通通过互联网和物联网实现用户实时交流和互动, 多样化与开放性允许用户创造和定制虚拟内容, 拓展性使其不断演化和发展。元宇宙将在娱乐、教育、商业等领域带来更多应用。

2.2 元宇宙在变电检修中的潜在应用价值

元宇宙在变电检修中具有潜在的应用价值, 为变电检修工作带来多重益处。首先, 元宇宙技术可以提供安全、沉浸式的培训环境, 模拟各种检修场景进行实时训练, 提高操作人员的技能和安全意识, 降低操作风险。其次, 元宇宙可以模拟并重现变电检修的全过程, 包括设备状态检查、故障分析、修复操作等。通过在元宇宙中进行仿真优化, 可以提前发现潜在问题, 制定更合理高效的检修方案。第三, 元宇宙系统与传感器和监测设备集成, 实时获取设备数据, 并在虚拟环境中以可视化方式展示[4]。操作人员能够实时监测和决策, 当设备异常时, 元宇宙提供及时警报与指导, 帮助定位和解决问题。最后, 元宇宙为变电检修团队提供虚拟的协作平台, 团队成员可以在其中远程协作、共享知识、经验与操作技巧。这种协作平台提高团队协同效率, 加速问题解决速度。总而言之,元宇宙应用于变电检修中具有广阔前景和潜力, 提升安全性、优化检修过程、实时监测与反馈、促进团队协作与知识共享等方面发挥重要作用。

3 变电检修全过程三维仿真关键技术综述

3.1 变电检修全过程的定义和步骤

变电检修是对变电站设备进行维修、保养、检查和测试的全过程操作, 旨在确保设备的正常运行, 保障电力系统的安全和稳定运行。主要步骤包括检查和准备、设备状态检查、故障诊断和分析、维修和更换、检验和测试、清理和整理。在变电检修中, 首先进行检查和准备工作, 确保设备停电停运, 并准备好所需工具和材料。然后进行设备状态检查, 检查外观、接线、绝缘状况等。若发现故障, 进行诊断和分析, 使用测试设备和仪器确定故障原因和位置。接下来进行维修和更换工作, 包括清洁、润滑、紧固和调整等操作, 以修复设备并更换损坏部件。随后进行检验和测试, 测试设备的电气参数、绝缘状况和运行情况, 确保设备正常运行和可靠性[5]。最后进行清理和整理工作, 清理现场, 整理工具和材料, 并记录检修过程和结果。这些步骤有助于提高检修工作的效率和质量。

3.2 三维仿真在变电检修中的优势和应用场景

三维仿真在变电检修中具有显著的优势和广泛的应用场景。首先, 三维仿真可以帮助检修人员更好地理解和熟悉变电设备的结构和工作原理。通过虚拟的三维环境, 他们可以观察和分析设备的各个部件、连接方式和运行过程, 全面了解设备的内部和外部结构。其次, 三维仿真可以实现变电检修过程的虚拟模拟和优化。通过将变电设备的数据和参数导入到三维仿真系统中, 可以模拟和重现整个变电检修过程。检修人员可以在虚拟环境中进行各种操作和调试, 通过不断优化和调整, 找到最合理和高效的检修方案。此外, 三维仿真还可以实现变电设备的实时数据监测和反馈。通过将传感器和监测设备与三维仿真系统进行集成, 可以实时获得变电设备的数据。这些实时数据可以在虚拟环境中以可视化的方式呈现, 帮助检修人员进行实时监测和决策。通过实时数据的监测和反馈, 可以提高变电设备的运行效率和可靠性, 减少检修时间和成本[6]。

4 基于元宇宙的变电检修全过程三维仿真关键技术

4.1 建模与仿真技术

建模是元宇宙变电检修仿真技术的基础, 其目的是将变电站的各个设备、线路等元素以数字化的形式呈现在虚拟环境中。首先需要对变电站进行详细的调研和数据收集, 包括设备参数、线路拓扑结构等。然后利用专业的建模软件, 将这些数据转化为虚拟元素, 并进行精细化建模。在建模过程中, 需要考虑到元素的形状、材质、电气参数等, 以确保数字模型与实际场景的吻合度。

仿真是通过对建模后的变电站进行动态模拟, 以模拟检修方案和操作流程的执行过程。通过在虚拟环境中模拟各种检修操作, 如设备的启停、线路的开关操作等, 可以评估检修过程中可能出现的风险, 优化检修策略, 提高检修效率。同时, 仿真还可以模拟各种复杂情况, 如设备故障、线路短路等, 以培训操作人员在应急情况下的应对能力[7]。

4.2 虚拟现实交互技术

基于元宇宙的变电检修全过程三维仿真虚拟现实交互技术, 为电力行业提供了一种创新的检修手段。它能够通过高度沉浸的虚拟环境和实时交互, 提高操作人员的准确性和安全性, 同时还能够模拟各种复杂情况, 以应对紧急情况。其核心是利用虚拟现实设备, 如头戴式显示器、手柄等, 将用户完全沉浸在虚拟环境中。在变电检修的三维仿真中, 用户可以通过

虚拟现实交互技术在元宇宙的变电检修全过程中具有重要的应用价值。首先, 通过虚拟现实技术, 操作人员可以在虚拟环境中进行各种检修操作, 而无需实际进入变电站, 减少了潜在的安全风险。其次, 虚拟现实技术可以模拟各种复杂场景和情况, 如设备故障、线路短路等, 让操作人员在虚拟环境中进行演练和训练, 提高应对紧急情况的能力。此外, 虚拟现实交互技术还可以记录用户的操作过程和数据, 用于后续的分析和评估, 以优化检修方案和提高检修效率。

4.3 多模态信息融合技术

多模态信息融合技术主要包括图像、声音、传感器数据等多种模态信息的整合和分析。在变电检修中, 通过采集变电站的图像信息、设备运行数据、传感器数据等多种信息源, 利用先进的数据分析技术进行深度学习和模式识别, 实现对变电站状态和设备性能的综合评估。多模态信息融合技术可以将变电站的图像信息与设备参数、线路拓扑结构等数据进行关联, 生成可以在虚拟环境中呈现的三维模型[8]。通过多维度的图像采集和处理技术, 可以获取变电站设备的几何形状、材质等信息, 为后续的建模和仿真提供基础数据。另外, 多模态信息融合技术可以将传感器数据与虚拟环境进行融合, 实时监测变电站的运行状态和设备性能。通过传感器网络的布置, 可以获取变电站各个设备的实时运行数据, 如电流、电压、温度等。将这些传感器数据与虚拟环境的模型进行关联和融合, 可以实时监测设备的状态变化, 提前预警潜在故障, 为检修决策提供科学依据。

5 结束语

基于元宇宙的变电检修全过程三维仿真技术具有明显的优势。该技术不仅能够提供真实感的场景模拟, 使操作人员能够身临其境地感受变电检修的各个环节; 还能够提供实时的反馈和指导, 帮助操作人员纠正错误并提高工作效率。同时, 该技术还具有很高的可扩展性和灵活性, 可以根据需要进行定制和扩展, 满足不同应用场景的需求。未来, 随着5G 技术的普及和云计算能力的提升, 基于元宇宙的变电检修仿真将实现更大规模、更复杂场景的模拟, 为变电检修工作提供更全面、高效的解决方案。