目前，变电站培训系统主要采用两种形式，即软件仿真培训和硬件模拟培训[23]。软件仿真主要是对变电站中设备的图片、视频和平面二维接线进行模拟仿真，此方法投资小、显示直观、操作方便，但是缺乏整体性和交互性，并不能锻炼运行人员实际问题处理能力和突发情况应对能力。硬件模拟主要是对变电站物理设备进行操作模拟，虽然操作人员能够因此掌握设备的运行过程和动作原理，但是硬件设备投资巨大且需为培训单独准备场地、维护困难、可移植性差。

三维虚拟数字化变电站仿真系统可以有效解决以上矛盾并综合两者的优势，即在得到真实培训体验的同时节省投资、简化培训。本课题设计的三维变电站仿真系统需要实现以下可视化功能：

（1）直观展现变电站现场的具体情况，包括变电站设备的分布、接线逻辑、排列方式等，使操作人员更加清晰地了解作业现场，为检修人员的合理安排提供技术支持；

（2）能对设备的运行状态进行查看和操作，通过三维虚拟变电站可视化模式支持变电站的运行、管理工作；

（3）具有良好的人机交互界面，能根据需求调整视口的远近和视线的角度，获得真实的漫游体验。

2。2  系统总体设计

本课题拟开发一个110kV三维虚拟数字化变电站仿真系统，首先要完成110kV数字化变电站一次侧电气设计，对变电站内部设备布局进行合理规划；其次，利用三维建模软件对变电站内主要一次设备进行建模；在此基础上，利用OSG引擎完成场景模型的载入和渲染，生成一个具有交互性的变电站虚拟场景。图2。1展示了110kV数字化变电站仿真系统构建流程。

图2。1  变电站仿真系统构建流程

2。2。1  110kV数字化变电站电气部分设计

110kV数字化变电站电气部分设计是实现三维变电站仿真系统的基础，其主要设计包括电气主接线的确定、变压器选型、无功补偿配置、主要高压电气设备选型等。通过对电气部分进行设计，可以确定变电站内设备的布局、设备的个数以及线路的连接情况，为下一步生成三维变电站场景做好准备。

2。2。2  变电站三维建模

要生成一个变电站的三维场景，首先要对变电站组件进行建模，变电站模型主要包括设备模型和场景模型[24]。设备模型包括变压器、断路器、隔离开关等，场景模型包括围墙、道路、草地等。三维变电站模型组件如图2。2所示。论文网

图2。2  三维变电站场景模型

本系统采用3D Studio MAX软件对上述设备和场景分别进行建模，在OSGExp插件的作用下，将创建的模型导出为。ive格式的文件供场景编程使用。

2。2。3  三维变电站仿真场景生成

变电站一次电气设计已经给出变电站设备的布局和线路的连接方式，利用OSG引擎将创建的变电站模型载入、移动和组装就可以生成一个静态的变电站三维场景。在此基础上，结合OSG的渲染功能，添加场景漫游和碰撞检测功能可以进一步增强仿真场景的交互性。图2。3展示了变电站场景仿真设计。

图2。3  三维变电站仿真场景

2。3  系统设计关键技术

2。3。1  三维模型开发

随着三维图形技术的发展，利用三维技术和虚拟现实技术可以大大增强软件仿真的真实性，使之同时具有灵活性、可扩展性、经济性和感观的真实性[25]。

3D Studio MAX（简称3ds max）是Autodesk公司出品的基于PC系统的三维动画制作和渲染软件，具有集成化的操作环境和图形化的窗口界面[26]。它的功能强大，操作简易，配合VRAY渲染器可以制作出逼真的材质和光影效果，被广泛应用于仿真培训、游戏、建筑、动画等领域。利用3ds max进行建模，具有以下优点：