基于电网GIS平台的变电站建模方法与流程

基于电网gis平台的变电站建模方法
技术领域
1.本发明涉及数字变电站技术领域，具体为一种基于电网gis平台的变电站建模方法。


背景技术：

2.数字变电站是基于数字化标识、自动化感知、网络化连接、普惠化计算、智能化控制、平台化服务的信息技术体系和电网信息模型。现有的变电站管理系统以传统的视频监控为主，设备的空间布局、空间结构等信息无法直观体现，紧急情况发生时，不便于故障的快速定位和处理。
3.三维模型不仅要求几何外观逼真，有些模型还需要有较为复杂的属性和行为。由于虚拟场景通常较为复杂，模型的类型和数量众多，因此三维模型的简化和优化技术在保证系统流畅运行和实时交互方面有着重要的意义。
4.电网gis平台是将电力企业的电力设备、变电站、输配电网络、电力用户与电力负荷等连接形成电力信息化的生产管理综合信息系统。如何实现数字变电站模型与真实变电站之间的实时数据互动和状态互动，是亟待解决的行业问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于电网gis平台的变电站建模方法，以将电网gis平台的信息较好的融合进三维模型中，为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明公开了基于电网gis平台的变电站建模方法，包括以下步骤：
7.s1.基于电网gis平台，以电网信息模型gim为载体，对gim文件进行解析，提取得到gim文件的属性参数、层级结构关系、图元几何参数。
8.s2.对变电站的现场设备进行拍照，获取图片素材。
9.s3.基于提取的图元几何参数和图片素材，通过三维模型开发平台对变电站现场设备一比一还原；建模过程中，根据gim文件提取的层级结构关系进行变电站设备的模型的构建，将提取到的gim文件的属性参数映射至模型上。
10.s4.将建好的模型进行材质贴图渲染，在三维模型的显示终端立体显示出来。
11.其中，步骤s4中将通过拓补软件，将模型从高模转成低模，用烘焙软件把高模的模型细节转移到低模后再进材质贴图渲染。
12.进一步的，还包括步骤s5.互动设计，在场景、物品的图元信息上建立数据交互和状态互动。
13.其中，所述的互动设计包括ui交互、小地图、模型交互、数据查询、视频图片调用、配音中的一种或几种。
14.其中，所述的步骤s3中，对变电站现场设备按照系统进行逐一构建，所述的系统包括：主变压器、配电系统、继电保护及自动系统、直流系统、站用电系统、消防系统及变电站巡视系统。
15.其中，所述的变电站的现场设备上安装有物联网传感器，物联网传感器采集变电站的设备的运行参数，并通过三维模型开发平台将三维模型和采集的运行参数相结合，在三维模型的显示终端显示出来。
16.优选的，所述的物联网传感器还采集变电站的环境参数，并通过三维模型开发平台将三维模型和采集的环境参数相结合，当变电站内环境参数不在正常环境信息范围内时，形成报警信息在三维模型的显示终端显示出来。
17.进一步的，所述的三维模型开发平台设置有基础设备库，基础设备库内构建各类电力设备的基础模型，并为基础模型设置标签，标签内记载设备名称、所属厂家、所属型号及性能参数；在三维模型开发平台建模时，在基础设备库中检索标签以调用匹配的基础模型。
18.其中，采用unity 3d作为三维引擎对三维模型开发平台进行软件开发。
19.由于采用了上述结构，本发明具有以下有益效果：本发明基于电网gis平台，以电网信息模型gim为载体进行建模，将gis平台信息(包括设备、地台基础、建筑等高精细模型的内外部结构与多维度信息)较好的融合进三维模型中，可得到高精度模型，用于带有gim模型的所有情况，特别用于未完工变电站，具有结构细致、建模迅速的特质，非常适合室内变电站1∶1高精度建模。
附图说明
20.图1是三维模型示意图。
21.图2是基础模型示意图。
具体实施方式
22.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
23.本发明公开了基于电网gis平台的变电站建模方法，包括以下步骤：
24.s1.基于电网gis平台，以电网信息模型gim为载体，对gim文件进行解析，提取得到gim文件的属性参数、层级结构关系、图元几何参数。
25.s2.对变电站的现场设备进行拍照，获取图片素材。
26.s3.如图1所示，基于提取的图元几何参数和图片素材，通过三维模型开发平台对变电站现场设备一比一还原。
27.可以采用unity 3d作为三维引擎对三维模型开发平台进行软件开发。与unity类似的交互式三维引擎还有director、blender game engine、virtools和torque game builder等，unity的编辑器可以在windows和mac os x下运行，并且制作出来的动画和软件可以运行在包括windows、mac、wii、iphone和android等多种平台上，并且通过unity web player插件支持在网页上运行和浏览。本实施例中三维模型开发平台为建模软件autobesk 3ds max。
28.建模过程中，根据gim文件提取的层级结构关系进行变电站设备的模型的构建，将提取到的gim文件的属性参数映射至模型上。
29.对变电站现场设备按照系统进行逐一构建，系统包括：主变压器、配电系统、继电
保护及自动系统、直流系统、站用电系统、消防系统及变电站巡视系统。
30.变电站的模型要求如下详述。
31.(1)主变压器
32.变电站建设范围：主变压器、中性点接地刀闸、有载调压分接开关及无激磁调压分接开关、冷却系统，包括所属的二次控制、保护、信号及测量回路。
33.三维模型孪生程度：变压器采用合理的数学模型，在运行中能正确反映分接开关对电压和潮流的影响；变压器温度随负荷和环境温度的变化；冷却系统的投入或退出对变压器温升的影响；空载变压器合闸的励磁涌流等；能对变压器回路及主要部件进行巡视检查。
34.(2)配电装置
35.变电站建设范围：电气主接线、各电压等级的母线、进出线、电压互感器、电流互感器、避雷器、电抗器、电容器、高压熔断器、阻波器、滤波器、站用变压器等设备的主要功能及相关的二次控制、保护、信号及测量回路。
36.三维模型孪生程度：能正确反映正常和事故情况下，各种电气设备的运行工况和潮流。当运行人员发出操作指令后，相关设备应有正确的响应；若发出的是误操作指令，则应按“五防”规则闭锁并提示错误。解锁后操作有效，能正确反映误操作的各种后果。
37.(3)继电保护及自动装置
38.按定值动作的保护及装置：保护的动作以潮流计算、短路电流和整定计算值为依据；按逻辑动作的保护及装置：保护的动作按逻辑判断。继电保护及自动装置应保证其动作特性、复归特性和时间特性与实际装置一致；发生故障或设备异常时，保护装置应能正确反映动作的选择性，并考虑相邻元件的保护配合；每套保护所具有的整定值、动作机理与实际现场一致；继电保护或自动装置的运行操作、启停切换、定值调整、信号指示、信号复归、动作报告等功能及其操作界面与实际装置一致。操作熔丝、小开关、压板、端子、键盘、按钮等与实际装置一致；当保护装置退出运行(操作熔丝或压板未投入)时，发生故障，该保护装置应不动作(拒动)；在正常、异常或事故情况下装置的信号、掉牌、表计和液晶显示与现场一致。
39.(4)直流系统
40.变电站建设范围：直流屏，硅整流屏、直流蓄电池、高频开关电源，可控硅整流、充电设备、直流系统及绝缘监察。
41.三维模型孪生程度：高频开关电源，可控硅整流及浮充电设备的运行特性与实际设备相同；能进行操作切换，模拟对蓄电池组充电和浮充电运行方式；调节直流母线电压、蓄电池充放电或断路器合闸等，表计显示正确；能反映直流系统运行情况；设置直流系统故障(直流回路断线、直流接地等)时，绝缘监察装置表计指示正确。对直流控制屏屏面用多媒体画面对实际设备进行仿真，包括盘面上仪表，光字信号，转换开关，切换开关等。
42.(5)站用电系统
43.变电站建设范围：站用变压器、站用电系统及母线(包括出线开关，主变压器的冷却器电源系统等)，分段开关备自投功能，主控制室灯光信号控制等。
44.三维模型孪生程度：能正确反映站用变压器的电磁关系，变压器的并联运行、母线电压波动及负荷分配符合实际情况；站用电系统的操作和切换符合现场情况，能仿真站用
系统故障、母线失压和备用电源自动投入等。
45.(6)消防系统
46.变电站建设范围:自动灭火水喷淋系统、气体灭火系统、烟感、温感报警系统，消防水管道。
47.三维模型孪生程度：能根据设置的事故自动或人工设定是否启动灭火装置，能仿真水喷淋系统、气体灭火系统动作后情景，正确仿真各阀门的开启方向、水流方向，正确显示运行人员所必须进行的操作界面和报警信号。
48.(7)变电站巡视
49.根据巡视人员佩戴的北斗定位器，系统实时显示巡视人员移动轨迹。
50.变电站的现场设备上安装有物联网传感器，物联网传感器采集变电站的设备的运行参数，并通过三维模型开发平台将三维模型和采集的运行参数相结合，在三维模型的显示终端显示出来。物联网传感器还采集变电站的环境参数，并通过三维模型开发平台将三维模型和采集的环境参数相结合，当变电站内环境参数不在正常环境信息范围内时，形成报警信息在三维模型的显示终端显示出来。
51.如图2所示，三维模型开发平台设置有基础设备库，基础设备库内构建各类电力设备的基础模型，并为基础模型设置标签，标签内记载设备名称、所属厂家、所属型号及性能参数。在三维模型开发平台建模时，在基础设备库中检索标签以调用匹配的基础模型。根据标签设置设备类型、设备厂家和设备型号，对于同一类的设备，在基础设备库中自动检索出匹配的基础模型，提高了同型设备模型的复用率，以提高建模的效率和便利性。
52.s4.通过拓补软件，将模型从高模转成低模，用烘焙软件把高模的模型细节转移到低模。将建好的模型进行材质贴图渲染，在三维模型的显示终端立体显示出来。
53.本实施例中将建好的模型导入quixel suitel里面做材质贴图，如模型需要从高模转低模则需要通过拓补软件topogun转成低模，然后在用烘焙软件marmoset toolbag把高模的模型细节转移到低模以上操作完成后，则转出obj格式导入3d max中添加贴图，制作完成。
54.s5.互动设计，以应用分析为主导，在场景、物品的图元信息上建立数据交互和状态互动。互动设计包括ui交互、小地图、模型交互、数据查询、视频图片调用、配音中的一种或几种。
55.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。