基于虛擬現(xiàn)實的電力事故安全系統(tǒng)設(shè)計研究

孫雅娟

摘 要：我國對電力的需求日益增加，同時安全生產(chǎn)，穩(wěn)定提高電力產(chǎn)能也是不可缺少的。建立一套減少安全事故，提升電力安全生產(chǎn)的安全系統(tǒng)是非常有意義的。文章首先對虛擬現(xiàn)實的電力事故安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系和功能的分析，使人們了解該系統(tǒng)的工作流程和原理;其次通過建立模型并將虛擬現(xiàn)實技術(shù)導(dǎo)入模型，實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計;最后對安全事故進(jìn)行模擬，并對其進(jìn)行精準(zhǔn)度的對比實驗，從而驗證建立電力事故安全虛擬系統(tǒng)是具備有效性的。

關(guān)鍵詞：安全事故;虛擬現(xiàn)實;模型;精準(zhǔn)度;有效性

1 電力事故安全系統(tǒng)設(shè)計研究意義

近年來，我國電力事業(yè)為了滿足國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國民生活需求，從而加大了對電廠的建設(shè)和電力行業(yè)的投入，電力的產(chǎn)能也隨之大為增加。電力行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展，是關(guān)乎國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和民生質(zhì)量的基礎(chǔ)。在大力發(fā)展電力事業(yè)的同時，對電力的安全生產(chǎn)也提出了更高要求。由于電網(wǎng)其本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行程序要求嚴(yán)謹(jǐn)，工作環(huán)境相對龐大，各電器之間關(guān)聯(lián)性強，設(shè)備大多高溫高壓，易燃易爆品種類繁多，作業(yè)環(huán)境惡劣，高速旋轉(zhuǎn)的機械多等行業(yè)特點，安全事故出現(xiàn)的概率也是較高的，如果出現(xiàn)問題或者處理不當(dāng)都可能產(chǎn)生嚴(yán)重的事故，其損失也是不可估量的，對于人身安全也是具有極大危害的。

虛擬現(xiàn)實電力安全系統(tǒng)將理論知識與現(xiàn)場實際發(fā)生情況相結(jié)合，把握電力生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)，做到人機交互，建立一個模擬的環(huán)境，使用虛擬現(xiàn)實安全系統(tǒng)，可以減少安全事故的發(fā)生。在節(jié)省資源的前提下，提高工作效率，操作人員也可以學(xué)到接觸不到的知識，加深操作人員對安全生產(chǎn)的認(rèn)知，既增加了自我安全生產(chǎn)意識，又可以減少事故發(fā)生的概率，保障電力事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

2 虛擬現(xiàn)實的電力事故安全系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

電力安全系統(tǒng)其體系結(jié)構(gòu)可分為：安全事故信息爬取、安全事故信息三維展示、安全事故信息管理、安全事故信息管理、用戶注冊和登錄、系統(tǒng)管理6個模塊。系統(tǒng)通過對產(chǎn)生或爬取的安全事故信息進(jìn)行分析整理，以模擬立體的形式進(jìn)行展示，并為安全生產(chǎn)的管理工作提供有效數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)的管理通過兩部分實現(xiàn)信息的處理和系統(tǒng)頁面的功能。其中信息處理寶包括：獲取、分詞、分類、抽取。通過系統(tǒng)的整理進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出和存儲。而系統(tǒng)頁面操作主要有：用戶登錄注冊管理、爬取所得信息管理、事故信息管理、系統(tǒng)功能管理、事故分析結(jié)果管理、三維GIS展示。每個模塊分別行使其功能作用如圖1所示。

2.3 數(shù)據(jù)庫的建立

通過以上系統(tǒng)的設(shè)計，電力事故安全系統(tǒng)會獲得大量的數(shù)據(jù)，為了方便數(shù)據(jù)分析、整理和提取，所以系統(tǒng)設(shè)計時相應(yīng)地建立了數(shù)據(jù)庫。

3 電力安全事故系統(tǒng)的模擬實現(xiàn)

運用虛擬技術(shù)對安全事故進(jìn)行模擬時，需要對電網(wǎng)模型、輸電線路模型以及其他元件模型進(jìn)行建立。通過對電氣元件的建立，達(dá)到電網(wǎng)、輸電線路和元件的模擬，從而對安全事故的模擬打下堅實的基礎(chǔ)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)需要通過外接設(shè)備和計算機和顯示設(shè)備配合的配合來實現(xiàn)。其主要設(shè)備有：顯示器、數(shù)據(jù)傳輸器、數(shù)據(jù)手套、VR設(shè)備、三維空間定位器、三維空間交互球的、計算機等。虛擬技術(shù)工作基本流程是，外接設(shè)備傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)在傳輸給電腦，電腦根據(jù)通過系統(tǒng)進(jìn)行計算和分析，然后將生成的模擬信息通過電腦在傳輸?shù)斤@示器，從而生成模擬效果。隨后，將虛擬實現(xiàn)技術(shù)導(dǎo)入到之前建立的電網(wǎng)、輸電線路、元件模型中，實現(xiàn)安全事故的模型建立。對安全事故進(jìn)行分析時，通常情況下電網(wǎng)系統(tǒng)的運行是三相對稱的，而造成的安全事故有兩種：一種是對稱安全事故，另一種是不對稱安全事故。短路事故的出現(xiàn)會導(dǎo)致輸電線路中電流變大，相應(yīng)的每相電壓也會增大，將會影響電網(wǎng)的正常運行。如果線路中電流過大，相應(yīng)產(chǎn)生的熱量超出電路和設(shè)備承受的范圍時，對設(shè)備和線路就會產(chǎn)生損害，從而影響電網(wǎng)的正常運行。電力安全事故的模擬可以實現(xiàn)預(yù)防事故發(fā)生，保障電力的正常輸出。

3.1 對稱安全事故的模擬

對稱安全事故是指三相短路安全事故。如果電網(wǎng)正常狀態(tài)下，應(yīng)該是三相之間對稱，且幅值相同。計算機計算過程為：先將短路節(jié)點設(shè)定，把數(shù)據(jù)輸入VR中，運用系統(tǒng)中繪制生成矩陣圖;隨后，進(jìn)行三角分解，把短路節(jié)點輸入電流數(shù)值，進(jìn)過電腦計算，得出節(jié)點的阻抗;最后對節(jié)點的電流進(jìn)行計算并生成結(jié)果。

3.2 不對稱安全事故的模擬

不對稱安全事故的模擬，需要涉及分量法概念，原理是將三相不對稱的電流和電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，變成三相對稱系統(tǒng)，即正、負(fù)、零序系統(tǒng)。針對安全事故列出電壓平衡計算方程，其計算過程為：通過設(shè)定安全事故點和類型，把數(shù)據(jù)導(dǎo)入VR技術(shù)中，系統(tǒng)會生成繪制圖將正、負(fù)、零序的節(jié)點進(jìn)行整理，生成矩陣圖后，利用三角分解法對安全事故點進(jìn)行阻抗計算;再將安全事故的類型依據(jù)設(shè)定得到條件方程根據(jù)條件進(jìn)行分解得到電流和電壓的數(shù)值，將3個序的電流與電壓結(jié)合并把結(jié)果輸入到虛擬技術(shù)中;最后，在顯示器中就會生成模擬的安全事故，達(dá)到了電網(wǎng)安全事故系統(tǒng)的運行目的。

4 設(shè)計實驗進(jìn)行論證

雖然對電網(wǎng)安全事故進(jìn)行了模擬，但是是否有效還需要進(jìn)一步的驗證。通過實驗建立實驗對象，要對安全事故進(jìn)行模擬，所以將電網(wǎng)當(dāng)作此次實驗對象。為了凸顯其結(jié)果的對比性筆者將傳統(tǒng)電力安全事故和虛擬現(xiàn)實的電力事故安全模擬系統(tǒng)進(jìn)行有效的對比。

4.1 參數(shù)設(shè)置

想要的得到不同系統(tǒng)間對比的準(zhǔn)確，就需要對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一。例如外部環(huán)境參數(shù)、電網(wǎng)運行狀態(tài)、輸電線路的長度、包含的電器元件個數(shù)、電網(wǎng)類型、模擬時間等、只有保證其不同系統(tǒng)參考設(shè)置的數(shù)據(jù)相同，才能得到最真實的對比數(shù)據(jù)。

4.2 實驗對比結(jié)果展示

實驗結(jié)果的有效性是通過不同的系統(tǒng)化模擬精準(zhǔn)度作為判斷的依據(jù)，實驗中引用了軟件對兩種不同系統(tǒng)的實驗產(chǎn)生的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和分析。通過對比結(jié)果圖得出建立安全事故的模擬系統(tǒng)精準(zhǔn)度要明顯高于傳統(tǒng)電力安全事故模擬系統(tǒng)。通過對比可知通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立的電力安全事故模擬系統(tǒng)是可靠的有效的。

5 結(jié)語

改革開放以來，我國不斷發(fā)展電力產(chǎn)業(yè)，豐富電力技術(shù)，但用需求依舊巨大，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運行是保證其產(chǎn)能的重要內(nèi)容，而安全生產(chǎn)也成了重中之重。但安全事故問題也是時有發(fā)生，如何能預(yù)防安全事故的發(fā)生，解決電力生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，也需要面對和解決的。本文將電力安全事故引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)中，通過對環(huán)境、感知和技能的模擬，在計算技術(shù)生成三維立體圖像，在將安全事故數(shù)據(jù)輸入計算機中，使操作人員能夠身臨其境地感受到電力生產(chǎn)所產(chǎn)生的各種問題，從而對安全事故發(fā)生進(jìn)行了有效的預(yù)防，以此加強電網(wǎng)的安全保障。

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（編輯 姚 鑫）