基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统的制作方法

本发明涉及电力控制，特别涉及一种基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统。

背景技术：

1、现有的新能源场站的控制保护系统多数是非集中式的，各子系统各自配置一套控制保护系统，近年来也出现了新能源场站的集中式控制保护系统，不同于传统的分散式控制保护系统，可实现子系统同步采样和存储。当出现故障或者事件时，系统会全景记录事件发生时所有测点的数据，能够为事故反演和研究提供全面的数据。

2、针对区域联合的新能源场站，通常采用集中式控制保护系统，一般在其出厂前一般通过实时仿真平台对其进行测试及实验，如不满足需求，需要在此阶段调整控制参数和保护定值。但控制保护装置在现场调试运行期间将不再随意改动控制参数和保护定值，如需改动，需要开展离线仿真实验充分验证后方可手动更改，无法自适应调整，离线仿真系统只能在实验室开展，便携性差，整个流程耗时较长。一般利用离线仿真系统分析故障时，首先需要人工收集现场的运行数据，核对现场参数和状态等，然后结合收资修改仿真模型，开展故障复现和分析，过程耗时长，故障分析不够高效。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，通过设置数字孪生仿真系统，建立新能源场站一二次系统的数字孪生仿真模型，可实现仿真模型与现场统一、现场运行数据自动获取，便于快速准确的运行分析、故障预判和故障定位；设置可数字孪生模型参数自动同步系统，可对控制参数和保护定值进行实时校核和在线调整，实现对电力系统的安全校验；设置全景监测系统，具有故障数据全记录和回看功能，将系统实际运行参数与系统数字孪生仿真实时交互，数字孪生仿真系统可自动获取现场运行数据，为系统故障分析提供全方位数据支撑；以提升新能源场站的运行可靠性和运维效率。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，包括：若干个子系统、集中式控制保护模块、全景监测模块、数字孪生仿真模块及模型参数自动同步模块；

3、所述若干个子系统分别包括分布式传感器和动作模块，所述分布式传感器和动作模块获取所述子系统的数据信号和动作信号并分别上传至所述集中式控制保护模块和全景监测模块，所述动作模块依据所述集中式控制保护模块中的控制参数和保护定值进行动作；

4、所述全景监测模块接收所述若干个子系统的数据信号和动作信号，并传送给所述数字孪生仿真模块进行仿真，进行运行分析、故障预判和故障定位；

5、当需要调整控制参数和保护定值时，所述数字孪生仿真模块通过所述模型参数自动同步模块发送指令修改所述集中式控制保护模块的控制参数和保护定值。

6、进一步地，所述分布式传感器和动作模块通过光纤将所述数据信号和动作信号同步传输到所述集中式控制保护模块和所述全景监测模块。

7、进一步地，所述分布式传感器和动作模块获取的所述数据信号和动作信号采用同步采样和存储方式，并在所述全景监测模块中实时显示和存储所述数据信号和动作信号；

8、当发生故障时，集中式控制保护模块全面记录所有子系统的过程状态，也可将历史记录的状态量进行回放，进行故障分析。

9、进一步地，所述数字孪生仿真模块包含故障预警单元、故障分析单元和参数验证单元，结合所述全景监测模块传输的数据作为输入，通过在线仿真实现故障分析和快速定位，并将故障分析结果反馈至所述集中式控制保护模块。

10、进一步地，所述故障预警单元通过实时仿真，与采集的结果进行对比，当采集结果偏离预设阈值范围时，发送预警信息至所述故障分析单元和所述集中式控制保护模块。

11、进一步地，所述故障分析单元在接收到所述故障预警单元发出的预警信息后，依据预设故障分析策略对故障进行分析，完成故障定位，并通过所述模型参数自动同步模块发送至所述集中式控制保护模块；

12、其中，所述预设故障分析策略为依据系统中预设关键电路节点的典型正常参数，分析提出各节点参数之间的联动关系，再通过典型故障仿真预演，获取各种故障下各节点的电压和电流等参数故障特征库，结合预设每个设备的保护定值，当出现故障或有故障趋势时，将电路关键节点的实际运行波形与预设的典型故障波形对比，快速定位故障点和故障类型。

13、进一步地，所述参数验证单元通过离线仿真，在需要调整控制参数及保护定值时，通过典型工况验证确定相应参数值，并通过所述模型参数自动同步模块发送至所述集中式控制保护模块。

14、进一步地，所述数字孪生仿真模块通过降阶处理实现实时仿真，所述降阶处理的过程如下：

15、针对仿真目标设备的运行机理特点，选取预设影响因子相应的参数，构建数据矩阵；

16、对所述数据矩阵进行特征值分解，获取每个工况下设备的模态系数和对应函数的模态集合；

17、分析各种模态贡献度和关联度，精简所需的核心模态数，建立降阶处理后的所述数字孪生仿真模块；

18、通过各种典型工况下的物理实验对比，建立相应的误差评估体系，判断降阶模型的精度是否能够匹配实际标准；

19、若误差突破限值，则重新执行构建数据矩阵的步骤；若误差未突破限值，则判定所述降阶模型具备较高的结果可信度。

20、进一步地，所述数据信号包括：电压值、电流值、有功功率值、无功功率值、温度值、断路器状态和/或开关状态；

21、所述动作信号包括：断路器动作信号、避雷器动作信号和/或继电器保护动作信号。

22、进一步地，当需要调整控制参数和保护定值时，所述全景监测模块接收新的控制参数和保护定值并发送至所述数字孪生仿真模块，并将所述数字孪生仿真模块的仿真结果与预设的动态和稳态运行指标进行对比；

23、当所述仿真结果满足指标要求时，所述全景监测模块发送指令修改所述集中式控制保护模块的控制参数和保护定值；

24、当所述仿真结果不满足指标要求时，发送“重新调整参数”指令给所述集中式控制保护模块，并重新接收新的控制参数和保护定值以重新进行仿真及与指标进行对比，至所述仿真结果满足指标要求。

25、本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

26、通过设置数字孪生仿真系统，建立新能源场站一二次系统的数字孪生仿真模型，可实现仿真模型与现场统一、现场运行数据自动获取，便于快速准确的运行分析、故障预判和故障定位；设置可数字孪生模型参数自动同步系统，可对控制参数和保护定值进行实时校核和在线调整，实现对电力系统的安全校验；设置全景监测系统，具有故障数据全记录和回看功能，将系统实际运行参数与系统数字孪生仿真实时交互，数字孪生仿真系统可自动获取现场运行数据，为系统故障分析提供全方位数据支撑；以提升新能源场站的运行可靠性和运维效率。

技术特征：

1.一种基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，其特征在于，包括：若干个子系统、集中式控制保护模块、全景监测模块、数字孪生仿真模块及模型参数自动同步模块；

2.根据权利要求3所述的基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，其特征在于，

7.根据权利要求4所述的基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，其特征在于，

8.根据权利要求5-7任一所述的基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，其特征在于，

9.根据权利要求5-7任一所述的基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，其特征在于，

10.根据权利要求5-7任一所述的基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于数字孪生技术的新能源场站区域联合控制保护系统，包括：若干个子系统、集中式控制保护模块、全景监测模块、数字孪生仿真模块及模型参数自动同步模块；若干个子系统分别包括有分布式传感器和动作模块，分布式传感器和动作模块获取子系统的数据信号和动作信号并分别上传至集中式控制保护模块和全景监测模块，动作模块依据集中式控制保护模块中的控制参数和保护定值进行动作；全景监测模块接收若干个子系统的数据信号和动作信号，并传送给数字孪生仿真模块进行仿真，进行运行分析、故障预判和故障定位；当需要调整控制参数和保护定值时，数字孪生仿真模块通过模型参数自动同步模块发送指令修改集中式控制保护模块的控制参数和保护定值。

技术研发人员：刘子涵,程海峰,安健,陶英佳,韩春梅,赵蒙元,马千凯,蒋亚金,申鼎发,王德友,欧旭宇,田彦,毛攀攀
受保护的技术使用者：上海勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16