摘要：智能变电站运行与维护系统存在着很多的问题，基于虚拟现实技术的智能变电站运维培训系统应运而生。这种系统采用虚拟技术对变电站的场景进行百分百还原变电站的各种场景，在培训时这种技术可以实现设备的运行、维护、检修和故障分析等内容，这些内容全部利用虚拟技术完成，让学生深入体验变电站的场景，减少学生在实体环境中由于操作不当而产生的危险。
关键词：运维系统；变电站；虚拟技术
虚拟现实技术（VR技术）是本世纪发展起来的一种高科技技术，它将现实与虚拟世界结合起来，是一种通过模拟现实世界的计算机仿真系统，它能够给用户带来沉浸式的体验，实现了人机交互，具有真实性，存在性，交互性等优点。这种技术能让人逐不出户就可以感受到外界的真实环境，有一种亲临其中的感受。这种技术以建模为基础，将实体环境通过建模在网络世界中显示，为用户提供，视觉，听觉等感官的直接感受。虚拟现实技术运用广泛，如果能实现虚拟现实技术与变电站运行与维护系统的完美结合，给学员带来更真实更有用的操作培训。
一、利用虚拟现实技术的变电站运行与维护培训系统的原理
现在的变电站的设备的运行与维护都是一项十分繁杂的过程，这个需要多名技工的通力合作。可能大家的专业知识和做事能力都有差别，当在工作过程中有意见不合时，会产生不好的后果。受限于当前变电站智能运行与维护系统的发展，出现诸如培训效率低下，培训费用高昂，仿真训练效果差等方面的问题。所以，构建新型的寄语虚拟现实技术的虚拟变电站培训系统十分重要。虚拟现实技术具有交互性，沉浸式体验与多种感官同时感受的特点，它高度还原了现实世界的各个物体。虚拟变电站维护与培训系统以虚拟现实技术（VR）为根本，结合物理建模的技术，借用计算机系统而发展的一种虚拟3D场景，让学员能够深入到这个环境之中进行设备的运行，检验，维护和排除故障等操作。一系列操作再结合感应头盔，操作手柄等设备进行交互性的操作。在这样的培训之中，学员能够深入变电站现实场景，体验到与现实相差无几的虚拟世界，在虚拟世界之中进行一系列的操作，这些具有高真实性的操作对于学员来说至关重要。在进入工作之后，学员能够迅速的上手操作，将整个的系统熟记于心，就算是初次接触到实体设备，也能够熟练运行与维护，减少了因操作不熟而带来的问题与潜在的危险。
二、虚拟仿真培训系统的系统架构
虚拟现实系统一般由很多部分构成，主要有计算机、输入设备和输出设备。
仿真训练系统更为复杂，包括训练教师、数据库系统、虚拟仿真设备等部分。这个训练系统依赖于网络，老师负责整个系统的运行、测试、考核和控制等内容。VR服务器系统负责整个真实场景的模拟以及学院的感知体验，将三维的图像通过虚拟技术呈现在学员的眼前，让体验者能够感受真实地场景，并在其中进行操作。
虚拟现实系统是一款仿真系统软件，VR技术的核心在于运算逻辑的操作，实现网络流量运算，再进行设备的机理运算。操作者需要对设备的参数进行调试，打开开关，故障自检等操作。学员操作虚拟设备与计算机操作系统连接，具体方式是学生将虚拟现实技术外设（VR外设）和跟踪器与计算机接口相连接，计算机系统中安装有相应的操作系统，学员打开操作系统，进行模拟操作。
比较常用的虚拟人机交互技术的穿戴设备有头戴式，三维立体投影和电子屏幕显示技术。穿戴式的设备构成主要有计算机，穿戴设备和连接软件等构成，通过穿戴设备与三维立体软件连接，通过操作手柄和头盔与设备进行交互连接。三维立体投影的设备构成主要有三维立体投影机、屏幕三维立体眼镜、轨迹跟踪器、图形工作站和附属配件等等。这种设备主要是通过三维立体眼镜与三维立体软件连接，通过软件实现三维立体呈现效果实现人机交互。这种设备主要童年各国用电子屏幕与三维立体软件连接，借助通道软件实现人机交互。
在以上的设备中，三维立体技术是当前虚拟现实技术最常用的开发系统，支持所有的场景编写、动感声音、各种flash、互联网开发、界面交互、scrip交互等很多种能力。该系统还可以与Java、c+等语言的程序进行对接，实现程序编程的发展。若虚拟变电站的三维立体呈现的交互性得到保证，还需要对整个程序的架构进行评析，虚拟技术外设是实现交互性的基本设备。这个场景的实现是有虚拟技术的外设与计算机系统的信息传递完成的。
计算机硬件提供较高的运算能力，而软件系统将实现三维立体场景重现。
三、虚拟仿真培训系统的关键技术
1、主要模块地构建
功能模块主要有典例系统、信号输入与处理、虚拟变电站、输入分析、输出判断等多部分构成。工作原理为电力系统输出各种信号值、包括电流、电压、电位等数据。这些数据进行相应的模块进行处理，然后数据进一步进入到判断模块，判断模块将变化通过虚拟电站的数据进行从新计算。最重要是是人机交互，这可以利用三维立体技术与虚拟的三维变电站进行模拟训练。
2、三维立体景象的建模
虚拟变电站的三维立体图形场景的建模保证了场景的真实性与沉浸感。虚拟变电站的构建由建立模型与场景真实化渲染两个步骤组成，建立模型保证了场景的高度还原，而场景的真实化渲染则尽可能的还原真实场景。
这个系统首先要做的是实地取景，将智能变电站的场景真实地记录下来，然后倒入相关软件，用虚拟化技术进行建模。场景的真实化渲染可以保证场景足够真实，模拟变电站的运转情况。真实化渲染需要尽可能的还原变电站的场景，包括设备的大小比例、设备的材质、设备的相对位置、设备的操作按钮等等。这些内容的精细化调整可以增加场景的细节，让场景的分辨率更高。为尽可能逼真，还可以模拟变电站的场景灯光，设备的亮度，光的阴影等方面的细节。
a)学员参观
虚拟变电站还需要一个重要功能即为场景漫游。学员需要对变电站的大场景有一个深入了解，这时候就需要漫游功能，这个功能的实现可以让学员仿佛置身于真实地变电站之中，了解整个变电站的全貌。实现学院对变电站的了解，实际操作，故障分析，运行与维护等方面的操作。
b)人机交互
学员在漫游过程之中需要与场景之中的情况进行处理，需要用到三维立体技术手柄获头盔来实现。在虚拟变电站之中可以用手柄设备接入系统，实现各种功能。考虑到现在虚拟技术的现状，变电站智能运维系统主要采用HTCVIVE设备进行运维培训。显示器一般为头戴式，配合两个控制器，在加上一个能够追踪信号的控制器与一个定位软件。
系统采用的显示器为头戴式，能够实现在三维虚拟空间中的随意走动，局限性较小，可以让体验者感受到整个变电站的全景。头戴式的显示器可以三百六十度无死角的转动，实现全方位的观察，让学员更加清楚的了解到变电站的每一个细节，设备的运行状况，设备的故障，线路问题等。操作手柄可以实现人机交互，在三维空间内操作运行系统，维护，检修等操作。这一系统真正实现了人机的交互，让体验者有沉浸感，在三维立体系统中训练，仿佛是身临其境。
四、虚拟仿真培训系统的系统应用
1、线路自检与维护
这种基于虚拟技术的培训系统能够模拟变电站运行操作的完整过程。这些操作包括，设备的开关、运行以及工具的选择、使用和归还等。对某线路故障模拟检修的过程是：学员通过三维立体系统走入工具室，进行工作服的更换，安全帽的佩戴等。在相应的操作系统选择相应的器具，接下来通过虚拟计算模拟操作，整个系统的情况与实际情况一致，学员通过操作手柄，运行与维护，地图的扩大变小功能也可以通过相应的操作实现。
利用导航工具进行操作，选择各种工具，比如在检修线路故障时，选择万能电表测量回路的各种数据，包括电压、电流等数据。若果发生错误导致设备跳闸，学员通过操作完成检修，并使用工具进行故障维修。
2、故障检修操作
设备可以进行相应的故障检修模拟，提升学员的业务能力，在进入实训时，不会很慌张。学员需要实地的去体验各种故障，感受在不同场景下故障的发生，维修难度的不同，危险程度也不同。经过亲生经历之后，能够增加学院的心理抗压能力，在遇到复杂的场景时，不会感受到慌乱，减少了错误操作的发生率。
通过对系统的总体架构，关键技术的实现，计算机系统的分析，加强了对于基于虚拟现实技术的变电站运行与维护系统培训的了解，这种系统采用虚拟技术对变电站的场景进行百分百还原，还原了变电站的各种场景，在培训时，这种技术可以实现，设备的运行，维护，检修，故障分析等内容，这些内容全部利用虚拟技术完成，让学生深入体验变电站的场景，减少学生在实体环境中由于操作不当而产生的危险。
参考文献
1、房光华, 李乃永, 李磊等. 基于可视化展示的智能变电站二次设备在线运维方法及系统, CN107819323A[P].
2、张博. 智能变电站运维调试技术实用性研究[J]. 低碳世界(11):28-29.