基于虛擬現實的電力事故安全系統設計研究

孫雅娟

摘 要：我國對電力的需求日益增加，同時安全生產，穩定提高電力產能也是不可缺少的。建立一套減少安全事故，提升電力安全生產的安全系統是非常有意義的。文章首先對虛擬現實的電力事故安全系統結構體系和功能的分析，使人們了解該系統的工作流程和原理;其次通過建立模型并將虛擬現實技術導入模型，實現系統設計;最后對安全事故進行模擬，并對其進行精準度的對比實驗，從而驗證建立電力事故安全虛擬系統是具備有效性的。

關鍵詞：安全事故;虛擬現實;模型;精準度;有效性

1 電力事故安全系統設計研究意義

近年來，我國電力事業為了滿足國家經濟發展和國民生活需求，從而加大了對電廠的建設和電力行業的投入，電力的產能也隨之大為增加。電力行業的穩定發展，是關乎國家經濟發展和民生質量的基礎。在大力發展電力事業的同時，對電力的安全生產也提出了更高要求。由于電網其本身結構復雜，運行程序要求嚴謹，工作環境相對龐大，各電器之間關聯性強，設備大多高溫高壓，易燃易爆品種類繁多，作業環境惡劣，高速旋轉的機械多等行業特點，安全事故出現的概率也是較高的，如果出現問題或者處理不當都可能產生嚴重的事故，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。

虛擬現實電力安全系統將理論知識與現場實際發生情況相結合，把握電力生產中的各個環節，做到人機交互，建立一個模擬的環境，使用虛擬現實安全系統，可以減少安全事故的發生。在節省資源的前提下，提高工作效率，操作人員也可以學到接觸不到的知識，加深操作人員對安全生產的認知，既增加了自我安全生產意識，又可以減少事故發生的概率，保障電力事業的穩定發展。

2 虛擬現實的電力事故安全系統總體設計

2.1 系統的結構設計

電力安全系統其體系結構可分為：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、系統管理6個模塊。系統通過對產生或爬取的安全事故信息進行分析整理，以模擬立體的形式進行展示，并為安全生產的管理工作提供有效數據。

2.2 系統功能設計

系統的管理通過兩部分實現信息的處理和系統頁面的功能。其中信息處理寶包括：獲取、分詞、分類、抽取。通過系統的整理進行數據輸出和存儲。而系統頁面操作主要有：用戶登錄注冊管理、爬取所得信息管理、事故信息管理、系統功能管理、事故分析結果管理、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 數據庫的建立

通過以上系統的設計，電力事故安全系統會獲得大量的數據，為了方便數據分析、整理和提取，所以系統設計時相應地建立了數據庫。

3 電力安全事故系統的模擬實現

運用虛擬技術對安全事故進行模擬時，需要對電網模型、輸電線路模型以及其他元件模型進行建立。通過對電氣元件的建立，達到電網、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。

虛擬現實技術需要通過外接設備和計算機和顯示設備配合的配合來實現。其主要設備有：顯示器、數據傳輸器、數據手套、VR設備、三維空間定位器、三維空間交互球的、計算機等。虛擬技術工作基本流程是，外接設備傳感器進行數據采集，采集的數據在傳輸給電腦，電腦根據通過系統進行計算和分析，然后將生成的模擬信息通過電腦在傳輸到顯示器，從而生成模擬效果。隨后，將虛擬實現技術導入到之前建立的電網、輸電線路、元件模型中，實現安全事故的模型建立。對安全事故進行分析時，通常情況下電網系統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。短路事故的出現會導致輸電線路中電流變大，相應的每相電壓也會增大，將會影響電網的正常運行。如果線路中電流過大，相應產生的熱量超出電路和設備承受的范圍時，對設備和線路就會產生損害，從而影響電網的正常運行。電力安全事故的模擬可以實現預防事故發生，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。如果電網正常狀態下，應該是三相之間對稱，且幅值相同。計算機計算過程為：先將短路節點設定，把數據輸入VR中，運用系統中繪制生成矩陣圖;隨后，進行三角分解，把短路節點輸入電流數值，進過電腦計算，得出節點的阻抗;最后對節點的電流進行計算并生成結果。

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行轉換處理，變成三相對稱系統，即正、負、零序系統。針對安全事故列出電壓平衡計算方程，其計算過程為：通過設定安全事故點和類型，把數據導入VR技術中，系統會生成繪制圖將正、負、零序的節點進行整理，生成矩陣圖后，利用三角分解法對安全事故點進行阻抗計算;再將安全事故的類型依據設定得到條件方程根據條件進行分解得到電流和電壓的數值，將3個序的電流與電壓結合并把結果輸入到虛擬技術中;最后，在顯示器中就會生成模擬的安全事故，達到了電網安全事故系統的運行目的。

4 設計實驗進行論證

雖然對電網安全事故進行了模擬，但是是否有效還需要進一步的驗證。通過實驗建立實驗對象，要對安全事故進行模擬，所以將電網當作此次實驗對象。為了凸顯其結果的對比性筆者將傳統電力安全事故和虛擬現實的電力事故安全模擬系統進行有效的對比。

4.1 參數設置

想要的得到不同系統間對比的準確，就需要對相應的數據進行統一。例如外部環境參數、電網運行狀態、輸電線路的長度、包含的電器元件個數、電網類型、模擬時間等、只有保證其不同系統參考設置的數據相同，才能得到最真實的對比數據。

4.2 實驗對比結果展示

實驗結果的有效性是通過不同的系統化模擬精準度作為判斷的依據，實驗中引用了軟件對兩種不同系統的實驗產生的有效數據進行對比和分析。通過對比結果圖得出建立安全事故的模擬系統精準度要明顯高于傳統電力安全事故模擬系統。通過對比可知通過虛擬現實技術建立的電力安全事故模擬系統是可靠的有效的。

5 結語

改革開放以來，我國不斷發展電力產業，豐富電力技術，但用需求依舊巨大，保證電網的穩定運行是保證其產能的重要內容，而安全生產也成了重中之重。但安全事故問題也是時有發生，如何能預防安全事故的發生，解決電力生產中出現的問題，保障電力系統的穩定運行，也需要面對和解決的。本文將電力安全事故引入虛擬現實技術中，通過對環境、感知和技能的模擬，在計算技術生成三維立體圖像，在將安全事故數據輸入計算機中，使操作人員能夠身臨其境地感受到電力生產所產生的各種問題，從而對安全事故發生進行了有效的預防，以此加強電網的安全保障。

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（編輯 姚 鑫）