CN109887092A - 利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台 - Google Patents

Abstract

一种利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台，该设计平台搭建于图形工作站中，该图形工作站中安装VR SDK或同类的虚拟现实开发、运行软件，Datebase或同类的数据库软件及光伏电站设计软件；所述设计平台中，安装数字头盔、数据手套运行组件，并通过VR SDK或同类软件搭建设计平台内所需的设备模型库、场景模型库；设计人员通过数字头盔看到场景模型库中虚拟还原的光伏电站场址建设条件，并通过数据手套调用设备数据库中的各种模型，并将模型导入虚拟场景内备用，当没有匹配出相似的模型时，可在设备模型库新建模型，导入虚拟场景而实现光伏电站的设计工作，从而使得设计人员能够在图形工作站上完成光伏电站设计方案的制作、修改及展示。

Description

利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台

技术领域

本发明涉及利用虚拟现实技术搭建的一种适用于复杂地形下光伏电站设计的设计平台的技术领域，具体涉及一种适用于复杂地形下光伏电站设计的设计平台。

背景技术

目前，复杂地形（指陡峭的坡地、多级台阶的梯田、高差起伏大的山地等，全文中复杂地形的概念同此处定义。）下的光伏电站设计模式如下：1）测量光伏电站场区地形并绘制成图；2）设计人员依据相关的光伏电站设计规程规范，采用光伏电站设计软件计算光伏组件倾角、间距等基础参数，在地形图上完成光伏组件排布及其他设计工作；3）校核人员校验设计方案满足光伏电站设计规程规范及设计深度要求后，向施工方交付二维平面设计成品。

在整个设计模式中：设计时，设计人员因为无法直观、立体的看到原始地形，无法按照实际地形情况进行设计，导致设计过程繁琐且设计方案易出现错误，设计方案一旦完成，很难再快速调整设计方案；校核时，校核人员面对平面设计方案，难以了解光伏电站场址具体情况，难以检验设计方案是否满足要求，更难以优化设计方案；施工时，由于地形复杂，设计方案难以契合场址情况，平面图纸指导施工的作用被削弱，施工人员中不但难以完全按照设计人员的设计意图进行施工，而且难以向设计人员反馈施工现场出现的问题。在光伏电站设计过程中，将会涉及多个专业，各个专业仅能从各自专业的角度考虑对光伏电站设计方案进行校验和优化，无法统筹全局，从各个方面考虑光伏电站的设计方案是否合理。

依照现有设计模式下进行设计，由于地形复杂，设计方案和建设方案常常会有出入，设计人员需要反复修改设计方案以满足现场施工需求，施工方需要反复调整施工方案造成设备及材料浪费。方案的反复调整一方面拉长了光伏电站的建设周期，另一方面增大了光伏电站建设成本，不利于实现精细化设计和精细化建设。因此，提供一种能够解决以上问题的设计平台具有实际意义。

发明内容

本发明提供一种利用虚拟现实技术搭建复杂地形下光伏电站的设计平台，提高设计成品的可视性，避免光伏电站设计工作和建设工作频繁反复，缩短光伏电站设计周期，实现光伏电站高效、合理设计。

本发明所采用的的技术方案为：

一种利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台，该设计平台搭建于图形工作站中，该图形工作站中安装VR SDK或同类的虚拟现实开发、运行软件，Datebase或同类的数据库软件及光伏电站设计软件；所述设计平台中，安装数字头盔、数据手套运行组件，并通过VR SDK或同类软件搭建设计平台内所需的设备模型库、场景模型库；设计人员通过数字头盔看到场景模型库中虚拟还原的光伏电站场址建设条件，并通过数据手套调用设备数据库中的各种模型，并将模型导入虚拟场景内备用，当没有匹配出相似的模型时，可在设备模型库新建模型，导入虚拟场景而实现光伏电站的设计工作，从而使得设计人员能够在图形工作站上完成光伏电站设计方案的制作、修改及展示；同时，设计人员能够在设计平台内应用所述的光伏电站设计软件，将设计平台内设计完成的设计方案导入光伏电站设计软件，通过光伏电站设计软件设计方案进行合理性验证，确保设计平台仿真计算结果的正确性。

所述设备模型库包括电气类模型、土建类模型、安装材料类模型三大类；其中电气类模型包含：光伏组件模型、逆变器模型、汇流箱模型、变压器模型、电缆及电缆附件模型，电气类模型还包括各类电气设备的参数及电气设备的外形尺寸；土建类模型包含：光伏支架模型、支架基础模型、电气设备安装基础模型，土建类模型还包含光伏支架和支架基础中所涉及到的材料的尺寸及性质；安装材料类模型包括光伏电站内所必须的安装材料，至少包括接地扁钢、热镀锌保护管、PVC管、防火堵料、防火涂料。

所述设计平台内搭建有气象资源数据库，其包括光资源数据，水文气象数据；从气象资源数据库调用光伏电站场址区域内的相关气象数据并导入虚拟场景内，通过数字头盔，设计人员可以仿真分析光伏电站各个时间的日照辐射情况，同时能够分析各个组件之间是否存在相互遮挡的情况，检验光伏支架和支架基础是否能满足各类极端运行工况；并通过数据手套调整光伏电站布置方案，实现设计方案的调整和优化。

设计人员能够在设计平台内快速仿真光伏电站从第一年至第二十五年的运行情况，通过仿真分析光伏组件表面的年日照辐射量，计算光伏电站理论发电量，然后考虑阴雨天气情况的影响、光伏组件表面灰尘附着情况、光伏电站环境温度变化、光伏电站空气流通状态、光伏电站内各类设备的损耗这些外部因素的影响，推算出光伏电站实际的并网电量，用并网电量除以光伏电站理论发电量，可计算出光伏电站的系统效率。

所述数据头盔有多个，供多位设计人员同时使用数据头盔，协同校验方案，同步优化，在设计平台内确定最终设计方案。

所述数据头盔向校核人员开放，设计人员和校核人员共享设计平台内的数据，校核人员借助数据头盔在虚拟场景进行巡游，并仿真光伏电站在各类可能出现的极端工作条件下的运行状态，分析设计方案是否合理、是否满足要求。

所述数据头盔向施工人员开放，设计人员将设计平台内的数据提供给施工人员，由于设计平台直观的向施工人员展现了设计方案，而且施工设计方案和施工方案一致性高。当施工出现问题时，设计人员和施工人员可通过各自的数据头盔同时进入虚拟场景内，分析方案可行性，并可在虚拟空间内实时调整方案，优化设计成果。

本发明采用虚拟现实技术搭建的设计平台进行复杂地形下光伏电站的设计时，虽然前期构建虚拟场景较原有设计方案耗费了更多时间，但是通过平台内的虚拟空间能够直观、立体展现建设方案，并能够在虚拟空间内模拟分析光伏电站发电量和运行情况，并检验设计方案的合理性和可靠性，同时利用虚拟现实技术提供的设计成品，能够为清晰的展示设计方案和设计理念，设计成品指导现场施工的能力更强，避免由于方案反复调整造成设备及材料的浪费，缩短施工周期。通过设计平台能够将多种光伏电站设计软件（如：PVsystem、RETscreen、3Ds等设计软件）统一应用于一个虚拟空间内，在虚拟空间内可同时仿真各类气象条件和运行环境下光伏电站设备的运行情况及光伏电站支架、基础的稳定性，可实现同时从多维度对光伏电站方案进行设计和校验，一方面实现了光伏电站的多专业协同设计，另一方面，能够保证设计成品更加契合光伏电站站址实际运行环境，提高了方案的可行性。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

具体实施方式

下面结合采用设计平台开展复杂地形下光伏电站设计工作的设计流程对发明作进一步描述。以下实施例仅用于更清晰地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本新型的保护范围。

如图1，一种利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台，该设计平台搭建于图形工作站中, 该图形工作站中除系统软件外同时包含VR SDK或同类的虚拟现实开发、运行软件，Datebase或同类的数据库软件及PVsystem、RETscreen、3Ds等光伏电站设计软件。该设计平台中，安装数字头盔、数据手套运行组件，并通过VR SDK或同类软件搭建设计平台内所需的设备模型库、场景模型库；设计人员通过数字头盔看到场景模型库中虚拟还原的光伏电站场址建设条件，并通过数据手套调用设备数据库中的各种模型，并将模型导入虚拟场景内备用，当没有匹配出相似的模型时，可在设备模型库新建模型，导入虚拟场景而实现光伏电站的设计工作，从而使得设计人员能够在图形工作站上完成光伏电站设计方案的制作、修改及展示；同时，设计人员能够在设计平台内应用所述的光伏电站设计软件，将设计平台内设计完成的设计方案导入光伏电站设计软件，通过光伏电站设计软件对设计方案进行合理性验证，确保设计平台仿真计算结果的正确性。

上述图形工作站为操作系统基于Windows/Intel架构的新型NT工作站，主机采用塔式服务器，硬盘总容量为4T及以上，内存总容量为128G及以上，显存为8G及以上，处理器为两个Intel Xeon 可扩展系列处理器，每个处理器可达28个核心；显示屏采用最佳分辨率1920 x 1080，亮度为250 cd/m²，对比度为1000:1，点距为0.282mm，色数为16.7M；除操作系统软件外同时需包含VR SDK或同类的虚拟现实开发、运行软件，Datebase或同类的数据库软件，PVsystem、RETscreen、3Ds等光伏电站设计软件。

所述设备模型库包括电气类模型、土建类模型、安装材料类模型三大类；其中电气类模型包含：光伏组件模型、逆变器模型、汇流箱模型、变压器模型、电缆及电缆附件模型，电气类模型还包括各类电气设备的参数及电气设备的外形尺寸；土建类模型包含：光伏支架模型、支架基础模型、电气设备安装基础模型，土建类模型还包含光伏支架和支架基础中所涉及到的材料的尺寸及性质；安装材料类模型包括光伏电站内所必须的安装材料，至少包括接地扁钢、热镀锌保护管、PVC管、防火堵料、防火涂料。

所述设计平台内搭建有气象资源数据库，其包括光资源数据，水文气象数据；从气象资源数据库调用光伏电站场址区域内的相关气象数据并导入虚拟场景内，通过数字头盔，设计人员可以仿真分析光伏电站各个时间的日照辐射情况，同时能够分析各个组件之间是否存在相互遮挡的情况，检验光伏支架和支架基础是否能满足各类极端运行工况；并通过数据手套调整光伏电站布置方案，实现设计方案的调整和优化。

设计人员能够在设计平台内快速仿真光伏电站从第一年至第二十五年的运行情况，通过仿真分析光伏组件表面的年日照辐射量，计算光伏电站理论发电量，然后考虑阴雨天气情况的影响、光伏组件表面灰尘附着情况、光伏电站环境温度变化、光伏电站空气流通状态、光伏电站内各类设备的损耗这些外部因素的影响，推算出光伏电站实际的并网电量，用并网电量除以光伏电站理论发电量，可计算出光伏电站的系统效率。

本发明工作具体流程如下：（1）测量光伏电站场区地形并绘制成图，在设计平台内将地形图制作成为虚拟的光伏站址场景，并将虚拟场景保存至场景模型库，并调用模型库内的模型，进一步完善虚拟场景，完善后的虚拟场景能够高度还原光伏电站场址的地形、地貌，设计人员可在任何时间、任何地点通过设计平台的数字头盔看到虚拟还原的光伏电站场址建设条件，令设计人员身临其境。

（2）设计人员通过数据手套调用设计平台内设备数据库内的光伏组件、逆变器、汇流箱、箱变、电缆、光伏支架、支架基础模型，并将模型导入虚拟场景内备用，当没有匹配出相似的模型时，可在数据库模型新建模型，导入虚拟场景。

（3）设计人员通过数字头盔进入设计平台，数字头盔能够直观的向设计人员展示场区地形地貌和建设情况。借助数据手套，设计人员在虚拟场景内布置光伏组件、逆变器、汇流箱、箱变，并为设备配置支架和基础，然后采用电缆将各个电气设备逐个、逐级连接，并从安装材料类模型中调用相关安装材料，完成光伏电站接地网敷设和设备安装设计，进而在虚拟场景内完成光伏电站初步方案的设计工作。

（4）从气象资源数据库调用将光伏电站场址区域内的内的相关气象数据并导入虚拟场景内，通过数字头盔，设计人员可以仿真分析光伏电站各个时间的日照辐射情况，同时能够分析各个组件之间是否存在相互遮挡的情况，并通过数据手套调整光伏电站布置方案，实现设计方案的调整和优化，此外设计人员能够在虚拟空间内快速仿真光伏电站从第一年至第二十五年的运行情况，并计算光伏电站发电量和系统效率。

（5）设计人员在虚拟场景内模拟各类极端气候条件，检验光伏电站支架和基础模型是否满足要求，当模型无法满足抗风、抗震、抗拔等要求时，通过数据手套修正支架和基础模型，优化方案设计。

（6）多位设计人员同时使用数据头盔，协同校验方案，同步优化，在平台内确定最终设计方案。

（7）设计人员向校核人员共享虚拟平台内的数据，校核人员通过在虚拟场景进行巡游，并仿真光伏电站在各类可能出现的极端工作条件下的运行状态，检查设计方案是否合理、是否满足要求。

（8）设计人员将平台内的数据提供给施工人员，由于设计平台直观的向施工人员展现了设计方案，施工人员所见即将建，施工设计方案和施工方案一致性高，而且当施工出现问题时，设计人员和施工人员可通过各自的数据头盔同时进入虚拟场景内，讨论分析方案可行性，并可在虚拟空间内实时调整方案，优化设计成果。在以上流程中，除测绘过程外，整个光伏电站设计、方案调整过程均能够在设计平台的虚拟空间中完成。

Claims (7)

1.一种利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台，其特征在于，该设计平台搭建于图形工作站中，该图形工作站中安装VR SDK或同类的虚拟现实开发、运行软件，Datebase或同类的数据库软件及光伏电站设计软件；所述设计平台中，安装数字头盔、数据手套运行组件，并通过VR SDK或同类软件搭建设计平台内所需的设备模型库、场景模型库；设计人员通过数字头盔看到场景模型库中虚拟还原的光伏电站场址建设条件，并通过数据手套调用设备数据库中的各种模型，并将模型导入虚拟场景内备用，当没有匹配出相似的模型时，可在设备模型库新建模型，导入虚拟场景而实现光伏电站的设计工作，从而使得设计人员能够在图形工作站上完成光伏电站设计方案的制作、修改及展示；同时，设计人员在设计平台内应用所述的光伏电站设计软件，将设计平台内设计完成的设计方案导入光伏电站设计软件，通过光伏电站设计软件对设计方案进行合理性验证，确保设计平台仿真计算结果的正确性。

2.根据权利要求1所述的一种利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台，其特征在于，所述设备模型库包括电气类模型、土建类模型、安装材料类模型三大类；其中电气类模型包含：光伏组件模型、逆变器模型、汇流箱模型、变压器模型、电缆及电缆附件模型，电气类模型还包括各类电气设备的参数及电气设备的外形尺寸；土建类模型包含：光伏支架模型、支架基础模型、电气设备安装基础模型，土建类模型还包含光伏支架和支架基础中所涉及到的材料的尺寸及性质；安装材料类模型包括光伏电站内所必须的安装材料，至少包括接地扁钢、热镀锌保护管、PVC管、防火堵料、防火涂料。

3.根据权利要求1所述的一种利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台，其特征在于，所述设计平台内搭建有气象资源数据库，其包括光资源数据，水文气象数据；从气象资源数据库调用光伏电站场址区域内的相关气象数据并导入虚拟场景内，通过数字头盔，设计人员可以仿真分析光伏电站各个时间的日照辐射情况，同时能够分析各个组件之间是否存在相互遮挡的情况，检验光伏支架和支架基础是否能满足各类极端运行工况；并通过数据手套调整光伏电站布置方案，实现设计方案的调整和优化。

4.根据权利要求3所述的一种利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台，其特征在于，设计人员能够在设计平台内快速仿真光伏电站从第一年至第二十五年的运行情况，通过仿真分析光伏组件表面的年日照辐射量，计算光伏电站理论发电量，然后考虑阴雨天气情况的影响、光伏组件表面灰尘附着情况、光伏电站环境温度变化、光伏电站空气流通状态、光伏电站内各类设备的损耗这些外部因素的影响，推算出光伏电站实际的并网电量，用并网电量除以光伏电站理论发电量，可计算出光伏电站的系统效率。

5.根据权利要求1-4所述的任一种利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台，其特征在于，所述数据头盔有多个，供多位设计人员同时使用数据头盔，协同校验方案，同步优化，在设计平台内确定最终设计方案。

6.根据权利要求1-4所述的任一种利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台，其特征在于，所述数据头盔向校核人员开放，设计人员和校核人员共享设计平台内的数据，校核人员借助数据头盔在虚拟场景进行巡游，并仿真光伏电站在各类可能出现的极端工作条件下的运行状态，分析设计方案是否合理、是否满足要求。

7.根据权利要求1-4所述的任一种利用虚拟现实技术搭建的复杂地形下光伏电站的设计平台，其特征在于，所述数据头盔向施工人员开放，设计人员将设计平台内的数据提供给施工人员，由于设计平台直观的向施工人员展现了设计方案，而且施工设计方案和施工方案一致性高。当施工出现问题时，设计人员和施工人员可通过各自的数据头盔同时进入虚拟场景内，分析方案可行性，并可在虚拟空间内实时调整方案，优化设计成果。