一种基于VR局域网联机系统的变电站异常处理模拟系统的制作方法
本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于vr局域网联机系统的变电站异常处理模拟系统。
背景技术：
电力系统运行人员的电力设备倒闸操作及异常处理水平对电力系统的可靠性与稳定性有着重要的影响。电力系统中对电力设备的操作有着十分严格的规定，运行中的电力设备不可能随意操作，这也是保障电网安全运行的必要条件。建造专门的培训场地耗时长、费用昂贵，占地面积大，经济性较差。而利用微机仿真系统模拟进行操作及事故处理培训，员工的体验及培训效果大打折扣。
现阶段对变电站员工培训工作主要通过师傅授课、ppt展示、电力设备的外观展示等方式实现，新员工变电站实际操作及异常处理没有直观的认识，同时现阶段供员工实操的培训平台也相对较少，难以满足当前以及未来员工对培训工作的需求。目前，对变电运维员工的培训，存在以下问题：1、未经培训的员工，不具备操作资格，无法参加倒闸操作培训。仅仅通过观看师父操作，无法达到培训效果。2、新建培训变电站耗时长、费用昂贵，占地面积大，经济性较差，且难以覆盖所有设备类型。3、异常处理在日常工作中占据十分重要的位置，且一旦发生，需要员工快速正确处理。而往往日常工作中无法模拟异常场景对员工培训，因此培训效果较差。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种基于vr局域网联机系统的变电站异常处理模拟系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种基于vr局域网联机系统的变电站异常处理模拟系统，该系统包括：变电站仿真模拟系统和vr操作设备；所述vr操作设备通过局域网与所述变电站仿真模拟系统通信；
所述变电站仿真模拟系统，用于构建变电站3d全景模型，并模拟变电站内各电力设备的运行状态；
所述vr操作设备，用于获取电力维修人员的手势操作，并将所述手势操作映射到所述变电站仿真模拟系统中，进而对所述变电站仿真模拟系统模拟的异常事件进行处理；
其中，所述变电站仿真模拟系统包括：操作行为分析模块；所述操作行为分析模块用于根据该电力维修人员对所述变电站仿真模拟系统模拟的异常事件的处理结果，对该电力维修人员的实操能力进行评估。
在一种可选的实施方式中，在所述操作行为分析模块中，所述的根据该电力维修人员对所述变电站仿真模拟系统模拟的异常事件的处理结果，对该电力维修人员的实操能力进行评估，具体是：若处理结果显示：所述变电站仿真模拟系统模拟的各电力设备的运行状态已恢复正常，则评定该电力维修人员的实操能力达标；反之，则评定该电力维修人员的实操能力不达标。
在一种可选的实施方式中，所述变电站仿真模拟系统进一步包括：人机交互模块、仿真模型调取模块、仿真模型数据库和仿真模拟模块；
所述人机交互模块，用于接收用户输入的仿真模型调取指令；
所述仿真模型调取模块，用于根据输入的仿真模型调取指令，从所述仿真模型数据库中调取相应的仿真模型，并发送至所述仿真模拟模块进行模拟；
所述仿真模型数据库，用于存储变电站各电力设备在运行中可能出现的各类异常事件的仿真模型。
在一种可选的实施方式中，该系统还包括：与所述变电站仿真模拟系统通信连接的远程监控平台；
所述远程监控平台包括：基于无线传感器网络的数据采集模块和监控终端；
所述数据采集模块，用于采集所述变电站内各电力设备的实时运行数据；
所述监控终端，用于根据所述实时运行数据对所述变电站内各电力设备的运行状态进行分析，判断各电力设备是否异常；若异常，一方面将所述数据采集模块采集的数据传输至所述变电站仿真模拟系统进行仿真，以便于电力维修人员通过所述vr操作设备对该异常事件进行处理；另一方面，则进行报警提醒。
在一种可选的实施方式中，所述监控终端包括：报警单元，所述报警单元，用于在所述监控终端判断结果显示电力设备异常时进行报警提醒。
在一种可选的实施方式中，该系统还包括：与所述监控终端通信连接的移动终端；
所述监控终端判断结果显示电力设备异常时，可向所述移动终端发送信息，以提醒电力维修人员进行检修。
在一种可选的实施方式中，所述数据采集模块包括：多个簇首、多个传感器节点和一个汇聚节点；
网络初始化后，各簇首发送加簇指令，各传感器节点接收到加簇指令后，计算自身与各簇首之间的广义距离，并从中选择广义距离最小的簇首加入，成为该簇首的簇成员节点；其中，传感器节点与簇首之间的广义距离可通过下式求解得到：
式中，div(i,ha)为传感器节点i与簇首ha之间的广义距离，φ为所有簇首构成的集合，
在一种可选的实施方式中，所述传感器节点包括：电压传感器、电流传感器、电感传感器、温度传感器、烟雾传感器、电弧光传感器中的一种或者多种。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种基于vr局域网联机系统的变电站异常处理模拟系统，该系统一方面能够模拟变电站各电力设备可能出现的异常事件，以便于员工通过vr操作设备进行模拟操作，并通过变电站仿真模拟系统了解电力维修人员处理变电站异常事件的实操能力，另一方面也能够对员工进行培训，提升员工技能水平。再则，该系统还能够获悉变电站各电力设备在运行中实际出现的异常事件，并将实际出现的异常事件时各电力设备的运行数据通过变电站仿真模拟系统进行模拟，使得电力维修人员能够基于实际异常事件来进行处理，以实现对实际中变电站中各电力设备可能出现的异常事件进行处理，而不仅仅限于仿真模型中模型的异常事件处理。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的变电站异常处理模拟系统的框架结构图；
图2是本发明实施例提供的变电站仿真模拟系统的框架结构图；
图3是本发明实施例提供的监控平台的框架结构图。
附图标记：vr操作设备10、变电站仿真模拟系统20、远程监控平台30、操作行为分析模块21、人机交互模块22、仿真模型调取模块23、仿真模型数据库24、仿真模拟模块25、数据采集模块31、监控终端32。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
图1示出了一种基于vr局域网联机系统的变电站异常处理模拟系统，该系统包括：vr操作设备10、变电站仿真模拟系统20、监控平台30。vr操作设备10通过局域网与变电站仿真模拟系统20通信，远程监控平台30与变电站仿真模拟系统20通信连接。
变电站仿真模拟系统20，用于构建变电站3d全景模型，并模拟变电站内各电力设备的运行状态；利用变电站仿真模拟系统20构建变电站3d全景模型，能够使整个变电站实际场景通过三维模式直接进行呈现。无需员工深入到真实场景，就可以了解到变电站的真实情况。
vr操作设备10，用于获取电力维修人员的手势操作，并将所述手势操作映射到变电站仿真模拟系统20中，进而对变电站仿真模拟系统20模拟的异常事件进行处理。
参见图2，变电站仿真模拟系统包括：操作行为分析模块21、人机交互模块22、仿真模型调取模块23、仿真模型数据库24和仿真模拟模块25。
其中，操作行为分析模块21根据该电力维修人员对变电站仿真模拟系统20模拟的异常事件的处理结果，对该电力维修人员的实操能力进行评估。具体地，在操作行为分析模块21中，上述的根据该电力维修人员对变电站仿真模拟系统20模拟的异常事件的处理结果，对该电力维修人员的实操能力进行评估，若处理结果显示：变电站仿真模拟系统20模拟的各电力设备的运行状态已恢复正常，则评定该电力维修人员的实操能力达标；反之，则评定该电力维修人员的实操能力不达标。
人机交互模块22，用于接收用户输入的仿真模型调取指令；
仿真模型调取模块23，用于根据输入的仿真模型调取指令，从仿真模型数据库24中调取相应的仿真模型，并发送至仿真模拟模块25进行模拟；
仿真模型数据库24，用于存储变电站各电力设备在运行中可能出现的各类异常事件的仿真模型。
现阶段对变电站员工培训主要通过师傅授课、ppt展示、电力设备的外观展示等方式实现，新员工变电站实际操作及异常处理没有直观的认识，同时现阶段供员工实操的培训平台也相对较少，难以满足当前以及未来员工对培训工作的需求。基于此，本发明实施例提供了该变电站异常处理模拟系统，通过人机交互模块22获取仿真模型调取指令，仿真模型调取模块23根据仿真模型调取指令从仿真模型数据库24调取对应的仿真模型，然后通过仿真模拟模块25进行呈现。新员工通过vr操作设备来对仿真模拟模块25模拟出来的异常事件进行处理，从而锻炼了新员工处理变电站异常事件的实操能力，再则，利用操作行为分析模块21还可以对新员工的实操能力进行评估，检验新员工处理异常事件的能力。
在一种可选的实施方式中，参见图3，远程监控平台30包括：基于无线传感器网络的数据采集模块31和监控终端32；
数据采集模块31，用于采集所述变电站内各电力设备的实时运行数据；
监控终端32，用于根据实时运行数据对变电站内各电力设备的运行状态进行分析，判断各电力设备是否异常；若异常，一方面将数据采集模块31采集的数据传输至变电站仿真模拟系统20进行仿真，以便于新员工通过vr操作设备10对该异常事件进行处理，进而锻炼了新员工在面对真实异常事件的处理能力，而不仅仅局限于该仿真模型数据库24中模拟的异常事件；另一方面，则进行报警提醒，以提醒电力维修人员深入到现场进行维护。
通过远程监控平台30可以实时监测变电站各电力设备的实际运行状态，一旦发现变电站出现异常情况，该远程监控平台30中的监控终端32可将异常时采集的各电力设备的实时运行数据发送至变电站仿真模拟系统20，从而使得该变电站仿真模拟系统20进行模拟，方便对新员工进行实习演练。
在一种可选的实施方式中，监控终端32包括：报警单元，报警单元，用于在监控终端32判断结果显示电力设备异常时进行报警提醒。
在一种可选的实施方式中，该系统还包括：与监控终端通信连接的移动终端；该移动终端可以是智能手机、平板等电子设备。
监控终端32结果显示电力设备异常时，可向移动终端发送信息，以提醒电力维修人员进行检修。
本发明的有益效果为：本发明实施例提供了一种基于vr局域网联机系统的变电站异常处理模拟系统，该系统一方面能够模拟变电站各电力设备可能出现的异常事件，以便于员工通过vr操作设备10模拟操作，并通过变电站仿真模拟系统20电力维修人员处理变电站异常事件的实操能力，另一方面也能够对员工进行培训，提升员工技能水平。再则，该系统还能够获悉变电站各电力设备在运行中实际出现的异常事件，并将实际出现的异常事件时各电力设备的运行数据通过变电站仿真模拟系统20模拟，使得电力维修人员能够基于实际异常事件来进行处理，以实现对实际中变电站中各电力设备可能出现的异常事件进行处理，而不仅仅限于仿真模型中模型的异常事件处理。
本发明实施例提供的一种基于vr局域网联机系统的变电站异常处理模拟系统，还存在如下优势：
1)可以实现变电站典型操作的操作演示教学，如刀闸、开关、线路停送电主设备的操作。
2)通过vr操作设备10和变电站仿真模拟系统20能够实现员工模拟操作、异常及事故处理，并通过该系统判断并纠正员工的不当操作，达到培训目的和效果。
3)本系统利用了虚拟现实技术，能够逼真地展示电力系统安全事故，以提升变电站安全警示教育的效果，增强员工的安全意识。
该系统对变电站员工进行实操演习、设备维护、员工培训、考核等多个方面，具有广阔的应用价值，具体体现在：
①提升员工技能水平，增强应急处理能力，尤其是针对目前变电站培训工作难以覆盖到的实操实训，当遇到突发状况，员工能够更加快速隔离故障，恢复供电，提高供电可靠性；
②降低培训成本。以深圳为例，建设培训场地占地面积和设备采购费用都需要加大资金支持，这无疑增加了员工培训成本，本发明提供了一种基于vr局域网联机系统的变电站异常处理模拟系统，直接通过虚拟现实技术对变电站的电力设备进行虚拟仿真，能够生动逼真地展示变电站各电力设备可能出现的异常事件。
③运用该系统进行实操演练和模拟事故处理等工作，能够检验现存的人员及设备管理水平，为优化变电站运维策略提供参考。
④为虚拟现实技术在变电站的进一步应用积累经验。
在一种可选的实施方式中，数据采集模块31包括多个簇首、多个传感器节点和一个汇聚节点；
网络初始化后，各簇首发送加簇指令，各传感器节点接收到加簇指令后，计算自身与各簇首之间的广义距离，并从中选择广义距离最小的簇首加入，成为该簇首的簇成员节点；其中，传感器节点与簇首之间的广义距离可通过下式求解得到：
式中，div(i,ha)为传感器节点i与簇首ha之间的广义距离，φ为所有簇首构成的集合，
有益效果：簇首确定后，传感器节点需要选择合适的簇首加入，成为相应簇首的簇成员节点，传感器节点在选择合适的簇首时，通过计算自身与各簇首之间的广义距离，根据得到的广义距离，从中选择广义距离最小的簇首加入，成为该簇首的簇成员节点，其中，广义距离越小，代表着两者之间进行通信时消耗的能量也越少。在计算传感器节点与簇首之间的广义距离时，不仅考虑了传感器节点本身的硬件属性这一因素的影响，还考虑了传感器节点与簇首之间空间距离、簇首能够容纳簇成员数的能力、传感器节点传输单位数据至各簇首所需消耗的能量值等其他各方面因素，从而能够使得传感器节点选择合适的簇首加入，该方法不仅能够均衡整个传感器网络的能耗，而且也能够避免某个簇首的簇成员节点过多，而造成簇首本身负担过重的情况发生。
在一种可选的实施方式中，所述传感器节点包括：电压传感器、电流传感器、电感传感器、温度传感器、烟雾传感器、电弧光传感器中的一种或者多种。
在一种可选的实施方式中，分簇完成之初，各簇首均与汇聚节点进行直接通信。但是，运行一段时间后，可能会因为某些簇首在与汇聚节点进行直接通信时，由于消耗过多能量，而过早地死亡，因此，需要定期地对该无线传感器网络进行检测，具体是：
汇聚节点周期性地进行全网广播，收集各簇首的参数信息，根据获取的各簇首的参数信息，对簇首与汇聚节点之间进行直接通信的距离阈值条件进行更新，更新后，若簇首与汇聚节点的空间距离小于更新后的距离阈值条件，则该簇首仍然与汇聚节点进行直接通信。若簇首与汇聚节点的空间距离不小于更新后的距离阈值条件，首先，该簇首确认其邻域内是否存在其他簇首，若其邻域内只有一个簇首，则直接将该簇首作为中继转发节点，从而与汇聚节点进行间接通信，若其邻域内存在两个或者两个以上的簇首，则从中选择一个簇首作为中继转发节点，从而与汇聚节点进行间接通信；若其邻域内没有簇首，则从其簇内的簇成员节点中选举出一个新的簇首与汇聚节点进行直接通信，而其则恢复成普通节点。
在一种可选的实施方式中，利用下式对簇首与汇聚节点之间进行直接通信的距离阈值条件进行更新，得到更新后的距离阈值：
式中，
有益效果：在上述实施方式中，各簇首根据自身到汇聚节点的空间距离进而确定是否与汇聚节点进行直接通信，提高了簇首与汇聚节点之间信息交互的灵活性。通过周期性地对簇首与汇聚节点之间进行直接通信的距离阈值进行更新，使得簇首与汇聚节点之间的信息交互更贴近于真实情况。根据上述求解距离阈值的计算公式可知，当
在一种可选的实施方式中，若其邻域内存在两个或者两个以上的簇首，则从中选择一个簇首作为中继转发节点，与汇聚节点进行间接通信，具体是：
簇首分别计算与其邻域内的簇首之间的通信代价值，从而选择通信代价值低的簇首作为中继转发节点，承担转发该簇首节点数据的重任；其中，簇首与其邻域内的簇首之间的通信代价值可通过下式计算得到：
式中，ct(hc,hv)为簇首hc和簇首hv之间的通信代价值，b为簇首hc邻域内的簇首数，d(hc,hv)为簇首hc和簇首hv之间的空间距离，d(hc,hb)为簇首hc和簇首hb之间的空间距离，d(hb,bs)为簇首hb和汇聚节点bs之间的空间距离，d(hv,bs)为簇首hv和汇聚节点bs之间的空间距离，e1(hv)为簇首hv接收所述簇首hc传输过来的数据所需消耗的能量值，e2(hv)为簇首hv将其簇内数据和簇首hc传输过来的数据转发至汇聚节点所需消耗的能量值，eres(hv)为簇首hv当前剩余能量值，ρhv为簇首hv的约束参数，其与簇首hv本身的硬件属性有关，e(hc,hv)为簇首hc将其簇内数据转发至所述簇首hv所需消耗的能量值，e(hc,hb)为簇首hc将其簇内数据转发至所述簇首hb所需消耗的能量值。
有益效果：在上述实施方式中，当簇首不满足直接通信的距离阈值条件时，且其邻域内存在两个或者两个以上的簇首，通过计算该簇首与其邻域内其他簇首之间的通信代价值，从中选择通信代价值最低的簇首充当中继转发节点，从而来降低整个无线传感器网络能耗，避免某些簇首节点过早地死亡。在求解簇首与其邻域内其他簇首的通信代价值时，考虑了该簇首与其邻域内其他簇首距离、簇首本身的硬件属性、与其邻域内簇首之间进行信息交互所消耗的能量的影响，从而使得距离之和越小、消耗能量越少的簇首更容易当选为中继转发节点。
在一种可选的实施方式中，若其邻域内没有簇首，则从其簇内的簇成员节点中选举出一个新的簇首与汇聚节点进行直接通信，而其则恢复成普通节点，具体是：其簇内簇成员节点计算自身可以担任簇首的能力值并将其发送至其簇首，簇首接收到其簇内各成员节点发送的能力值，从中选择能力值最大的簇成员节点担任新的簇首，而之前簇首则恢复成普通节点，其中，簇成员可以担任簇首的能力值可通过下式计算得到：
式中，u(b)为簇成员b能够担任簇首的能力值，
有益效果：在上述实施方式中，当簇首不满足与汇聚节点进行直接通信条件，同时其邻域内又没有其他簇首时，需要从其所在簇内，未当选过簇首的簇成员中重新选出一个新簇首，从而与汇聚节点进行直接通信，在选取簇时，通过计算各簇成员节点能够担任簇首的能力值，从中选择能力值最大的簇成员节点担任新的簇首，在计算簇成员节点的能力值时，通过引入
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
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