虚拟仿真

随着特高压电网建设的逐步推进和高压直流输电技术的日益成熟，我国特高压输电系统取得了稳步的发展。按照国家电网的发展战略，2020年前后，将建设成以1000kV交流和士800kV直流特高压骨干网架为核心的坚强的国家电网。另外随着中国“一带一路”战略的启动，特高压项目在国外正不断落地，中国首个特高压技术项目是投资18亿元人民币的巴西美丽山士800kV特高压直流项目。拥有一支技术全面经验丰富的特高压系统运行人才队伍是保证特高压电网长期安全运行的必要条件，因此加强相关技术及管理人员的培训显得尤为重要，特别是开发一些英语、葡萄牙语等国际化培训。 一方面，目前大多数学员对特高压设备的认知仅仅停留在课本上，没有见过真实设备，对设备没有直观认识，不能理解内部构造和原理；另一方面，特高压真实设备受空间和经费限制的问题。大多数特高压实体设备体积比较庞大，实训室放置实体设备就受到一定限制。而且该类设备造价较高，如果购买大量特高压设备也需要耗费大量经费。 因此亟待开发出一种集成套实训装置、三维虚拟仿真、与增强现实智能终端于一体的培训系统，打破特高压设备学习的时间和空间的限制以满足培训需+求，提高培训质量和效率。

随着计量采集技术的不断发展，需要不定期的对计量采集人员进行培训。计量采集专业对员工的培训方式，仍为传统的课堂教学及实训模式。培训受人员、场地、时间、教练等各种因素的影响。这种传统的培训模式存在诸多问题，例如培训过程无法实现本质化安全；培训方法过于单一，学员学习兴趣不强；学员的训练次数受耗材成本制约，培训效费比不高等等；在鉴别培训人员的技术水平上，常规的纸质考试存在作聲、误判题目的情况，如何避免人工干预的间题也驱需解决。 虚拟现实（VR）技术作为新型的综合性信息技术，可为使用者营造犹如身临其境般的沉浸感，具体表现为高度仿真的视觉效果和交互操作体验，已被业界证明可在教学培训领域发挥巨大作用。 因此，石家庄公司在计量采集技能培训中引入虚拟现实（VR）技术，建设虚拟仿真培训系统。该系统突破了传统培训手段上的局限，降低了教学成本，提高了教学效益，促进电力技能培训走向现代化，同时为其他电力专业领域引入虚拟技术进行前期实践，积累了经验，进而为全面推进电力专业教育培训的科技实力和技术水平莫定了基础。

该项目属水电数字仿真技术领域，是电力行业和虚拟现实的跨界技术创新融合与集成。项目针对水电行业大型设备复杂隐蔽性对设计制造、生产管理、运行检修维护和教育科研带来的痛难点问题，在水电设备数字化精确建模及处理、沉浸式虚拟仿真软硬件集成及应用、水电数字孪生等方面开展了研究，自主研发了基于沉浸式虚拟现实技术的智慧水电数字孪生仿真平台，建成了首套五面LED-CAVE沉浸式虚拟现实检修仿真平台。 项目成果形成电力行业检修仿真技术标准规范，填补了国内外技术空白，在水电行业生产，制造，高校，设计和科研等单位进行推广，应用于设备数字三维可视化、现场辅助检修及决策、运行维护自主检修、安全应急演练、员工培训评价、三维设计及人机功效分析等业务，具有非常高的经济社会效益，在电力行业智慧化数字化转型升级发展中具有广泛的应用前景和推广价值。

本项目成果实集成了基于虚拟现实的仿真实操培训，基于AR的工作辅助系统、无人机作业演练系统以及基于直播的工作辅助系统。本项目成果截止现在，系统已在广东电网公司阳江供电局、湛江供电局、云浮供电局、培评中心、东莞供电局、梅州供电局、清远供电局、中山供电局、惠州供电局、机巡作业中心应用。目前已组织开展30期培训，1000多人次。成果在数字中国建设成果展、改革开放40周年电力成果展、2018年全国输电新技术应用交流会暨EPTC第六届输电年会、中国电力科普日活动等6次大型活动进行展示，获得行业内外领导和专家的广泛认可。已获得国家发明专利10项，软著6项，部分成果具备成果转化和推广的技术保障。

电力虚拟仿真培训系统关键技术研究与应用项目属于电网培训与计算机软件开发的交叉学科，主要技术领域包括电网主网、配网硬件及其运维知识的管理与应用以及计算机软件开发中的3D建模、基于虚拟现实的仿真技术。 该成果针对技术密集型产业，传统电力实操培训成本高，培训基地资源有限，部分设备事故处理培训无法在真实设备上进行等现象，引入计算机仿真、人工智能、VR/AR、云计算技术、无人机仿真技术和3D建模技术，围绕知识管理、培训体验、仿真认证、工作辅助四大模块开展研发，解决电网员工在故障发生等紧急情况下的安全意识、应急意识、技能水平和作业流程熟练，并对一线员工的检修试验作业、现场和远程的多维度监护等业务工作进行辅助支撑，推动公司建设本质安全型企业。 成果首先在资源层上开发了包含电网设备和电网场景的3D模型库和课程课件库，结合3D类硬件资源打造了电力仿真培训所需的资源层。其次，开发了基于虚拟现实和增强现实的电力仿真培训四大职能。知识管理中心是公司常规网络培训的主要载体，依托公司远程教育系统，打造网页版、移动APP与微信公众号三位一体、数据互通的学习与知识管理平台。培训体验中心以提高员工技能实操培训体验度为指引，通过VR/AR和移动互联技术以及3D激光扫描仪、3D打印机、VR摄像机等设备精确逼真重构实训场并整合开发对应教育资源，为员工提供跨距离全场景全过程的学习平台。仿真认证中心以实现基于VR/AR的培训与评价认证一体化为目标，以大场景培训与考评系统为载体，集合多种数据源进行分析和建模，建立培训系统实现模拟仿真培训和考评，为无人机、带电作业、高空作业等高危业务提供从理论学习、仿真培训到考评认证全过程的解决方案。工作辅助中心以基于增强现实技术的工作辅助支持系统为载体，通过图像显示技术支持智能化的调取和推送相关的工作辅助资源，并支持用户交互，在时间、空间和内容三个维度上将员工培训和实际工作一体化，实现“学为做，做即学”，革新主营业务线条的现场作业模式，提升现场的工作效率。

我国火力发电机组经过前些年的跨越式发展，已经发展成为世界最大装机容量的国家之一。近些年随着人工智能、工业互联网、虚拟仿真、大数据等新兴技术的迅猛发展，传统的火力发电行业如何融合新技术革命提高设备管理水平和安全生产水平，促进火力发电厂的智能化改造和产业升级，这已经成为火电行业急需解决的重要课题。 数字李生是指针对物理世界中的物体，通过数字化的手段来构建一个数字世界中相同的实体，藉此来实现对物理实体的了解、分析和优化。自概念提出以来，数字李生技术在不断的快速演化，无论是对产品设备的设计、制造或维检，都产生了巨大的推动作用。 数字李生通过设计工具、仿真工具、物联网、虚拟现实等各种数字化的手段，将物理设备的各种属性映射到虛拟空间中，形成可拆解、可复制、可转移、可修改、可删除、可重复操作的数字镜像，这极大的加速了技术人员对物理实体的了解，可以让很多原来由于物理条件限制、必须依赖于真实的物理实体而无法完成的操作，如模拟仿真、批量复制、虛拟装配等，成为触手可及的工具，更能激发人们去探索新的途径来优化设计、制造和服务。

本项目围绕中国特色国际领先的能源互联网企业战略，把握信息技术革命带来的机遇，依托大数据与AI技术构筑电网虚拟仿真安全培训体系，充分发挥科技对安全管理的支撑作用，推进安全培训创新模式，有效服务电网发展。 “一平台”。应用VR/AR、大数据、人工智能技术，构建虚拟仿真的安全作业环境和作业行为平台，以数字孪生理念为基础，让受训者在电网虚拟仿真安全培训系统仿真环境中接受安全管理、安全作业培训。 “多功能”。系统整体包括安全培训、考核、事故警示体验等功能。 “一基准”。系统能够对实训中发现的习惯性违章行为进行大数据分析，增强安全管理针对性，为管理者对于人员水平的了解提供一个基准，也为领导对于系统性培训方案、培训方向提供一个整体把握。 “多场景”。行为分析融合前沿的大数据技术与人工智能技术，具有高度的可扩展性，随着数据规模的不断扩大，分析系统能够充分发挥更加优秀的性能。 本项目能提高作业人员安全培训智能化水平，有效助力员工完成“要我安全”到“我要安全”的意识转变，在切实提升培训质效的同时大幅降低安全培训成本，解除场地、时间对安全培训的限制，避免集中培训带来的疫情风险。本项目转变企业传统安全培训方式，构建国际领先的电网安全培训系统，有效服务电网安全生产，具有显著的安全效益和经济效益。

本成果创新构建“对外诱捕、对内引流”的黑客诱捕系统，实现“诱敌深入、延缓攻击、黑客画像、反制擒拿”于一体的主动防御体系，已在5家单位试点应用，提升全网网络安全防护水平。2021年国家网络安全攻防演习期间，黑客诱捕系统累计遭受攻击2万余次，上报防守方成果报告20余份，成功捕获多名黑客真实身份信息，为国网公司获得1650分高额加分。项目关键技术经查新在国内外相关文献中未见报道，申请发明专利3项，获省部级奖励5项，受到国网互联网部的认可与肯定，在各行业网络安全工作中均有很高的推广价值。 本成果可通过对外映射诱饵引诱黑客访问“陷阱”，并通过高交互的虚拟仿真页面拖延黑客攻击时间。同时，对内部署“哨兵”实现对内部攻击横向探测实时感知。通过引导攻击者下载运行定制化文件，反向控制攻击者主机，并结合多源情报库溯源分析获取黑客身份。可节约人力物力，减少溯源反制人员数量，大大提升公司网络安全工作的自动化程度。

数字孪生技术架构包含物理空间、数字空间和信息过程三个部分，以物联网底层技术和虚拟仿真为依托，实现真实空间与虚拟空间之间的双向数据互通、指令控制、虚实联动。为了满足这些要求，必须依靠5种关键技术。