基于数字孪生的变电站接地网安全评估方法及系统与流程

本申请涉及电力系统安全评估，尤其涉及一种基于数字孪生的变电站接地网安全评估方法及系统。

背景技术：

1、变电站接地网是保障电力系统安全运行的关键基础设施，其作用是在雷击、短路等故障条件下将冲击电流迅速泄放入地，限制地电位升高，保护人员和设备安全。接地网长期埋设于地下，受土壤腐蚀、电化学作用和热应力等因素影响，导体可能发生腐蚀、断裂，接触电阻增大，散流能力下降，导致接触电压和跨步电压超标，危及人员安全。因此，对接地网进行准确的安全评估具有重要意义。

2、现有接地网安全评估方法主要分为两类：一是基于接地电阻测量和地表电位测量的离线检测方法，二是基于数值仿真计算的评估方法。前者仅能反映接地网的整体宏观状态，无法精确定位局部隐患，且测量条件与冲击真实工况存在显著差异；后者通常采用静态参数模型，未考虑冲击过程的瞬态特性，也未能将实测数据与仿真模型有效关联，评估结果的可信度有限。此外，现有方法普遍缺乏对评估结果不确定性的量化分析，难以满足高可靠性安全决策的需求。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于数字孪生的变电站接地网安全评估方法及系统，用于实现对变电站接地网的安全风险分级与闭环管控。

2、第一方面，本申请提供了一种基于数字孪生的变电站接地网安全评估方法，所述方法包括：

3、获取目标接地网的拓扑参数、介质层剖面数据和地表区域数据，构建三域虚拟仿真骨架；

4、采集瞬态冲击下的引下线电流、地表电位和冲击激励波形，并与介质层剖面数据中的介质层电阻率进行关联预处理，生成多速率瞬态状态张量；

5、根据冲击激励波形、拓扑参数和介质层剖面数据，计算三域虚拟仿真骨架中各空间节点的波头穿透灵敏度核，构建可观测性权重矩阵；

6、基于可观测性权重矩阵、多速率瞬态状态张量对应的实测电位残差、支路电流连续约束、介质层边界约束和低可观测区域惩罚项，对介质层等效电阻率、局部接触电阻和导体支路阻抗进行协同反演，获得协同反演结果；

7、将协同反演结果写入三域虚拟仿真骨架，依据冲击激励波形求解电气响应参数；

8、根据协同反演结果的反演后验不确定度、波头穿透灵敏度核和冲击激励波形的波形偏差，生成多个扰动样本输入三域虚拟仿真骨架进行状态仿真，确定风险场可信区间；

9、将风险场可信区间中的电气响应参数极值与目标区域的安全阈值进行比对，确定安全风险分级结果并生成控制指令。

10、第二方面，本申请提供了一种基于数字孪生的变电站接地网安全评估系统，所述系统包括：

11、骨架构建模块，用于获取目标接地网的拓扑参数、介质层剖面数据和地表区域数据，构建三域虚拟仿真骨架；

12、数据预处理模块，用于采集瞬态冲击下的引下线电流、地表电位和冲击激励波形，并与介质层剖面数据中的介质层电阻率进行关联预处理，生成多速率瞬态状态张量；

13、可观测性分析模块，用于根据冲击激励波形、拓扑参数和介质层剖面数据，计算三域虚拟仿真骨架中各空间节点的波头穿透灵敏度核，构建可观测性权重矩阵；

14、协同反演模块，用于根据可观测性权重矩阵、多速率瞬态状态张量对应的实测电位残差、支路电流连续约束、介质层边界约束和低可观测区域惩罚项，对介质层等效电阻率、局部接触电阻和导体支路阻抗进行协同反演，获得协同反演结果；

15、电气响应求解模块，用于将协同反演结果写入三域虚拟仿真骨架，依据冲击激励波形求解电气响应参数；

16、风险评估模块，用于根据协同反演结果的反演后验不确定度、波头穿透灵敏度核和冲击激励波形的波形偏差，生成多个扰动样本输入三域虚拟仿真骨架进行状态仿真，确定风险场可信区间；

17、分级控制模块，用于将风险场可信区间中的电气响应参数极值与目标区域的安全阈值进行比对，确定安全风险分级结果并生成控制指令。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：

19、首先，通过构建三域虚拟仿真骨架，将接地导体的电气连接、土壤分层结构和地表功能分区统一纳入数字化仿真模型，实现了接地网物理实体的精确数字化映射。通过采集瞬态冲击下的多源异构数据并生成多速率瞬态状态张量，解决了不同采样率数据之间的时间对齐问题。然后，提出的波头穿透灵敏度核，综合考虑了冲击激励波形的频谱特性、土壤分层结构、导体邻近效应和电阻率梯度调制效应，能够准确量化各空间节点电阻率变化对地表电位的可观测影响强度。基于该灵敏度核构建可观测性权重矩阵，对介质层等效电阻率、局部接触电阻、导体支路阻抗三类电气参数进行协同反演，有效避免了单独反演导致的参数耦合补偿失真；同时引入低可观测区域惩罚项，抑制了深层和远区参数的物理发散，提高了反演鲁棒性。最后，通过蒙特卡洛扰动仿真量化参数和波形不确定性，确定风险场可信区间，将单一确定性仿真结果拓展为概率性区间，避免了参数估计误差导致的风险误判。将电气响应参数极值与各目标区域安全阈值比对，实现四级风险分级并生成差异化控制指令，为运维决策提供了可操作的闭环管控方案，提高了变电站接地网安全评估的准确性和可靠性。

1.一种基于数字孪生的变电站接地网安全评估方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建三域虚拟仿真骨架，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，生成多速率瞬态状态张量，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建可观测性权重矩阵，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得协同反演结果，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在迭代求解过程中引入低可观测区域惩罚项的方式为：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据冲击激励波形求解电气响应参数，包括：

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定风险场可信区间，包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定安全风险分级结果并生成控制指令，包括：

10.一种基于数字孪生的变电站接地网安全评估系统，用于实现如权利要求1-9中任一项所述的基于数字孪生的变电站接地网安全评估方法，其特征在于，所述系统包括：