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摘要：目前新能源变电站一般站址偏远、交通不便、分布地域广，运维工作异常艰苦。传统变电站多套系统给运维人员带来困扰和不便，维护这些系统硬件需要消耗更多精力和成本。针对上述问题，一种基于三维一体化新能源变电站运营管理平台，可以实现设备巡检信息化、虚拟化、高效化，既减轻运维人员的劳动强度和提高工作质量，又节省硬件投资和维护成本。本文主要是针对管理平台的设计架构以及三维仿真关键技术的研究进行阐述和论述。
关键词：新能源变电站；三维一体化、以设备为对象、运维巡检、运营管理平台、经济效益
0 引言
目前光伏、风力、生物质等新能源变电站一般站址偏远、交通不便、分布地域广，尤其是分布式光伏发电，群体数量非常庞大，巡检工作异常艰苦，总运维成本也极高。而传统变电站内一般安装多套监控运营管理系统，各系统间相对独立，功能冗余，又无统一操作平台和人机界面，需在不同软件平台来回切换或配置多套独立的硬件平台，不仅给运维人员带来困扰和诸多不便，而且维护这些系统硬件本身需要消耗更多的精力和成本。为了解决上述问题，研究设计出一种基于三维一体化新能源变电站运营管理平台，采用三维仿真技术进行精细三维建模及场景搭建，利用传感器和视频监控系统获取设备实时数据，集成实时监控系统、知识库系统、专家库系统、生产运行系统、数据分析系统和现场数据采集系统一体化，实现设备巡检信息化、虚拟化、高效化，既减轻运维人员的劳动强度和提高工作质量，又节约硬件投资和维护成本，势在必行而且意义非凡。
1 平台总体架构
该平台是将传统新能源变电站的综合自动化系统、智能辅助系统、在线监测系统、电场SCADA系统等数据进行完整展现，并实现跨系统联动的一体化平台。具体实施包含数据汇总、逻辑图、线路图以及电站的三维精细结构，实时信息的定制、推送和报警。特别是实时状态报警，可以更加智能化的监管电站运行状态，保证及时掌握各设备的运行状态信息。按照设计功能模块划分为实时监控系统、知识库系统、专家库系统、生产运行系统、数据分析系统、现场数据采集系统六个部分。平台旨在减少多系统的复杂度，实现完全面向设备为对象的管理，将运维人员从复杂的监控系统中彻底解放出来。
实时监控系统，实现针对变电站各种运行参数指标实时监测，设备远程控制，站点信息在GIS地图上展现，故障报警及信息处理，例行运维巡检的路线规划、实时跟踪、轨迹回放等业务需求。
知识库系统，知识库内容主要包括技术条件、故障诊断、作业标准书等，在变电站运营管理和巡检维护等方面知识不断收集积累，按照一定的方法进行分类处理和保存，大量隐含知识被编码化和数字化后从原来混乱状态变得有序化，再通过相应的检索手段方便运维人员查阅学习，从而提高技能水平，使其作业标准化。
专家库系统，提供专家技术远程支持服务及专家会诊。主要功能包括知识管理、专家管理、知识检索、专家远程支持等功能。
生产运行系统，通过与现有生产运行系统和设备管理系统的信息对接，在系统中实现生产计划、值班管理、两票管理、设备台账管理、点检管理、点检路线规划、点检进度实时跟踪、点检进程回放、备件管理、安全管理等功能信息展现，为用户提供一个统一的信息展现门户。
数据分析系统，建立发电量模型、损失电量模型、光伏板衰减模型、设备效率模型、成本费用模型、综合评估模型、功率预测模型、阴影遮挡模型等丰富的分析模型，实现风资源分析、太阳能资源分析、发电设备性能分析、发电设备故障分析、人员效率运行分析、运营效益分析、成本核算统计、发电功率预测等功能。
现场数据采集系统，根据不同设备厂商的设备通讯协议，实现设备运行信息的采集、安全上报及其设备控制指令的发送等功能。
2三维仿真实现的研究
2.1变电站三维仿真的意义
变电站采用三维仿真技术运营管理，集成了计算机图形技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等前言技术，是一种崭新的人机交互方式。在保证电力系统安全运行、运维人员人身安全、降低劳动强度、提高工作效率，以及仿真模拟培训方面具有很大的现实意义。
2.2变电站三维仿真的实现
1）三维建模准备
首先对变电站所有三维模型分类分组进行设计，一般可归结为土建和设备两种模型，土建模型按围墙、院内、主建筑划分，而主建筑又可按楼层进行分组；设备模型按一次、二次、辅助进行划分，其中又可根据楼层或房间进行进一步分组。所有土建和设备都将严格按照图纸尺寸及公差进行1:1等比例建模，其尺寸大小、分布位置、实际状态都在三维场景中真实体现。
2）场景搭建过程
使用PDMS、AUTOCAD、SolidWorks等对变电站的土建和设备进行三维建模，然后采用3DMax技术进行材质贴图，使三维模型与实物外观更加接近，并且转换成FBX文件格式导入Unity3D。在Unity3D环境下进行整个站点的三维场景搭建（见图1及图2），各三维模型严格按照设计施工图纸进行等比列排布，确保定位精确，使场景最大程度还原现场真实状态。运用UGUI设计创建用户交互界面，挂载C#及Javascript脚本实现交互功能。通过Socket等技术实现三维场景与客户端其他部分及服务端之间的通信，实现三维场景下的用户交互等功能。
3）三维仿真交互
当运维人员查看某一关键设备的状态参数、实时图像、周围温湿度等信息时，不用亲自走进变电站现场，只需登陆平台客户端，选择目标巡检站点，进入该站点三维仿真场景，选择需要查看的电气设备或仪表，客户端后台通过socket向服务器发送查询请求，服务器将获取到目标设备的动态数据发送给客户端解析并显示出来。另一方面通过视频监控系统自动调整监视器PTZ值，使监控器瞄准需要查看的电气设备或仪表，将获取到的清晰实时图像数据显示在客户端，达到虚拟与现实相互验证的目的，保证了巡检工作质量，给运维人员身临其境的感觉，将运维人员从巡检体力劳动中彻底解放出来。
3 平台经济效益分析
3.1 促进社会可持续发展
该平台可以大大节省变电站、配电房、开关站智能监测各参与方的投资运营成本，有效解放工程技术人员生产力，为在科学发展观指导下的各项管理提供有效基础数据，从而减少社会支出，节约社会资
源，从而助力促进社会可持续发展；
3.2 提升我国相关产业竞争力
该平台实现各系统之间的联动和一体化，将大大增强整体服务水平和服务质量，极大提升我国相关产业的国际竞争力，促进相关产业链的发展；
4 结论
本文理论研究成果结合了新能源站端实际管理情况，利用了先进的三维仿真技术将变电站、开关站、配电站、通信机房等一体化管理。最终实现将对监视器和智能辅助设备功能充分利用，建设智能电网和坚强电网，减少现场维护工作量，降低变电站、配电站、通信机房维护成本，提高变电站的运营效益，具有较大的推广应用价值。
参考文献：
[1]缪伟，卫志农，唐利锋，邓鹏. 配电网三维虚拟可视化平台的研究与应用/《电网与清洁能源》 , 2011 , 27 (5) :12-15
[2]郭西平. 电网三维数字化及一体化信息管理平台的研发/《中国电力》 , 2013 , 46 (10) :96-100
[3]裘微江，邵广惠，奚江惠，郭中华，孙永锋. 在线离线一体化电网仿真计算数据管理平台开发及应用/中国电机工程学会电力系统自动化专业委员会三届五次会议暨学术交流会 , 2015
[4]何伟. 《Unity虚拟现实开发圣典》, 2016
[5]姚琪琳，朱晔，肖逵，张大磊，王少葵，范睿等. 《精通C#》, 2013
论文作者:李忠富1,李环1,陈志勇1,刘瑞箎2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/8
标签：变电站论文; 设备论文; 系统论文; 模型论文; 实时论文; 新能源论文; 数据论文; 《电力设备》2017年第30期论文;