一种基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法与流程

1.本发明涉及变电站维管技术领域，具体地说，涉及一种基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法。


背景技术：

2.用于改变电压的场所称之为变电站。随着科技的不断发展及日常生活生产对用电量、用电质量的需求不断攀升，变电站的业务压力越来越大。变电站占地面积广、涉及设备多、电路连接繁多且复杂，导致其日常的维护管理的工作尤为繁重。为了降低人工工作量，电网模拟系统应运而生。然而，目前的变电站维管过程中，仍然存在较多局限，如：
3.1.现有电网模拟系统难以准确进行故障点分析排查，易造成故障长时间存在，且变电站故障排查繁琐，经常进行重复工作，无法对检修工作进行流程管控及调度；
4.2.新进变电人员对于变电站突发故障，难以分析故障原因位置；
5.3.目前变电站后台展示主要还是利用二维化图形显示，表现力模糊。
6.4.变电站内电缆穿行构造复杂，电缆沟内发生缺陷时，由于地形位置等障碍，部分故障难以发现。
7.鉴于此，我们提出了一种基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
9.为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法，包括如下步骤：
10.s1、构建虚拟变电站系统：利用数字孪生技术，对变电站一次系统进行模拟仿真，构造出变电站数字孪生系统；利用采集到的各种数据，进行多引擎快速构建；运用三维建模技术，形成高清的3d图像；通过数字建模技术、立体合成技术、交互技术模拟变电站中的虚拟运行情况；
11.s2、制作三维故障定位系统：采取多装置数据实现运行方式即时构建，将各个装置从一次设备采集的海量数据进行汇总建模；运用边缘计算技术，集成一个三维空间变电站、设备位置信息及物理参数显示为一体的三维故障定位系统；采用虚拟高效建模，智能化实时显示，进行高性能故障定位，并进行故障反推演；
12.s3、进行数据可视化显示：各类数据瞬时搭建，多元数据实时集成，数据实时响应整合，依据变电站网关采集的数据生成大数据平台；支持多设备接口接入、支持各类型通信协议，可实现自动化数据萃取，分布式进行数据存储，为虚拟变电站提供全面的可视化数据支持；
13.s4、进行电网态势推算：建立复式数字网络，依据即时数据设立未来函数，对电网运行方式进行计算预演；在现有电网运行方式中，结合多个变电站进行电力潮流预演，对于
电网运行方式转变进行辅助决策。
14.作为本技术方案的进一步改进，所述s1中构建的虚拟变电站系统展现构架为：以一次土建结构图为基准，用一次电缆做连接线，用二次电缆辅助连接；其中，一次电缆即动力缆，二次电缆即交直流电缆，且交直流分开。
15.作为本技术方案的进一步改进，所述s2中，通过三维故障定位系统进行故障定位的具体方法为：先在三维故障定位系统汇总各个保护装置的参数，参数包括但不限于电压、电流、频率等；如果参数发生数值突变或者异样(例如长时间不变的“死数”)，则发出故障信号，并对出现参数异常的保护装置在三维空间变电站中的位置进行标记展示。
16.作为本技术方案的进一步改进，所述s2中，故障反推演的具体方法为：首先将故障处理方式进行分类处理；其次收集故障处理方式并建立故障处理方法数据库；当类似情形故障发生时，可以直接从故障处理方法数据库中获取对应的故障管理方法，并进行故障处理方式展示。
17.作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，多元数据实时集成可以通过应用边缘计算来实现。
18.作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，电网态势推算即用复式数字网络形成的数据，依据电网潮流计算公式进行潮流推算；其中，电网潮流计算公式包括但不限于牛顿-拉夫逊法、pq分解法。
19.作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，复式数字网络主要包括三层结构，分别为：电气设备形成的主架构图；一、二次电缆形成的连接图；各种保护设备采集到的电气参数形成的“水流”图。
20.作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，在现有电网运行方式中，结合多个变电站进行电力潮流预演的具体方法为：首先将各个变电站形成的数据，进行统一汇总保存；再依次将每一个变电站转化为一个点；然后分别记录每个点的输入输出值；最后通过每个点输出输入值的波动来体现其潮流态势。
21.本发明的目的之二在于，提供了一种基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位装置，用于装载上述的虚拟变电站系统、三维故障定位系统等，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现上述的基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法的步骤。
22.本发明的目的之三在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法的步骤。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果：
24.1.该基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法能将变电站运行方式可视化，可以对变电站现行运行状况进行展示并进行预测模拟推演；
25.2.该基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法可以快速、精准定位变电站一二次故障位置，并进行故障反推演，省去繁琐的变电站故障排查工作，避免重复工作，可以对检修工作进行流程管控，并可以针对新进经验不足的电力检修人员提供辅助决策；
26.3.该基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法基于时间空间数据等多个维度进行态势监测预警、可视化分析，可协同调度、检修、运维专业部门进行大规模联动
配合工作，可以辅助决策电网方式转变、潮流态势给变电站带来的影响。
附图说明
27.图1为本发明中示例性的方法原理架构框图；
28.图2为本发明中示例性的整体方法流程图；
29.图3为本发明中示例性的电子计算机平台装置结构图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例1
32.如图1-图3所示，本实施例提供了一种基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法，包括如下步骤：
33.s1、构建虚拟变电站系统：利用数字孪生技术，对变电站一次系统进行模拟仿真，构造出变电站数字孪生系统；利用采集到的各种数据，进行多引擎快速构建；运用三维建模技术，形成高清的3d图像；通过数字建模技术、立体合成技术、交互技术模拟变电站中的虚拟运行情况；
34.s2、制作三维故障定位系统：采取多装置数据实现运行方式即时构建，将各个装置从一次设备采集的海量数据进行汇总建模；运用边缘计算技术，集成一个三维空间变电站、设备位置信息及物理参数显示为一体的三维故障定位系统；采用虚拟高效建模，智能化实时显示，进行高性能故障定位，并进行故障反推演；
35.s3、进行数据可视化显示：各类数据瞬时搭建，多元数据实时集成，数据实时响应整合，依据变电站网关采集的数据生成大数据平台；支持多设备接口接入、支持各类型通信协议，可实现自动化数据萃取，分布式进行数据存储，为虚拟变电站提供全面的可视化数据支持；
36.s4、进行电网态势推算：建立复式数字网络，依据即时数据设立未来函数，对电网运行方式进行计算预演；在现有电网运行方式中，结合多个变电站进行电力潮流预演，对于电网运行方式转变进行辅助决策。
37.具体地，即针对目前智能变电站、常规变电站的各类保护设备，提取其各类数据进行一种虚拟变电站构造模拟，从而便于故障分析及态势预测。
38.本实施例中，s1中构建的虚拟变电站系统展现构架为：以一次土建结构图为基准，用一次电缆做连接线，用二次电缆辅助连接；其中，一次电缆即动力缆，二次电缆即交直流电缆，且交直流分开；
39.即以变电站土建结构图、变电站二次施工图为基础，采用数字孪生技术生成虚拟变电站，虚拟变电站分别采集保护设备、自动化设备的数据，经模拟仿真、故障定位分析处理后，输出运行状态电网态势。
40.本实施例中，s2中，通过三维故障定位系统进行故障定位的具体方法为：先在三维
故障定位系统汇总各个保护装置的参数，参数包括但不限于电压、电流、频率等；如果参数发生数值突变或者异样(例如长时间不变的“死数”)，则发出故障信号，并对出现参数异常的保护装置在三维空间变电站中的位置进行标记展示。
41.具体地，通俗的举例即，将能获取到的电力参数比作水流，一段水流到某个地方消失，则将水流断裂位置进行标记展示；
42.其思路是用已有的数字孪生技术，建立起数字虚拟变电站，将“水流”进行三维化显示，然后在“水流”发生异常的情况下，在异常位置进行标记。
43.进一步地，s2中，故障反推演的具体方法为：首先将故障处理方式进行分类处理；其次收集故障处理方式并建立故障处理方法数据库；当类似情形故障发生时，可以直接从故障处理方法数据库中获取对应的故障管理方法，并进行故障处理方式展示。
44.本实施例中，s3中，多元数据实时集成可以通过应用边缘计算来实现。
45.本实施例中，s4中，电网态势推算即用复式数字网络形成的数据，依据电网潮流计算公式进行潮流推算；其中，电网潮流计算公式包括但不限于牛顿-拉夫逊法、pq分解法。
46.进一步地，s4中，复式数字网络主要包括三层结构，分别为：电气设备形成的主架构图；一、二次电缆形成的连接图；各种保护设备采集到的电气参数形成的“水流”图。
47.进一步地，s4中，在现有电网运行方式中，结合多个变电站进行电力潮流预演的具体方法为：首先将各个变电站形成的数据，进行统一汇总保存；再依次将每一个变电站转化为一个点；然后分别记录每个点的输入输出值；最后通过每个点输出输入值的波动来体现其潮流态势。
48.具体地，将上述方法应用于现有的变电站进行故障排查，则实施步骤包括如下：
49.1、依据一次土建基础图，一、二次电缆图，建立变电站三维建模，形成主框架图；
50.2、获取保护设备的电气参数，模拟电流通道；
51.3、进行一二次联动，表明电压、电流参数的获取源头即某个设备(名称、编号或在三维建模中的位置)；
52.4、建立数据库(包括基础数据库、参数数据库、故障数据库、故障处理方法数据库等)；
53.5、导入通信协议、进行数据传输；
54.6、形成虚拟变电站；
55.7、故障发生时，会发生参数突变或异常，则标记该位置；
56.8、从故障数据库中寻找类似情形的故障，给出故障示例，从故障处理方法数据库获取对应的故障处理方式并展示。
57.如图3所示，本实施例还提供了一种基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位装置，用于装载上述的虚拟变电站系统、三维故障定位系统等，该装置包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序。
58.处理器包括一个或一个以上处理核心，处理器通过总线与存储器相连，存储器用于存储程序指令，处理器执行存储器中的程序指令时实现上述的基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法的步骤。
59.可选的，存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(sram)，电可擦除可编程只读存储器(eeprom)，可擦除可编程只
读存储器(eprom)，可编程只读存储器(prom)，只读存储器(rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
60.此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法的步骤。
61.可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面基于数字孪生技术的虚拟变电站故障排查定位方法的步骤。
62.本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例的全部或部分步骤的过程可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
63.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。