集成边缘计算芯片的电网数字孪生可视化系统的制作方法

本技术涉及电网数据处理，具体地说，涉及集成边缘计算芯片的电网数字孪生可视化系统。

背景技术：

1、随着智能电网的快速发展，电网设备的数量和复杂度不断提升，对电网运行状态的实时监测、数据处理及可视化需求日益迫切；传统的电网数据处理系统多采用集中式架构，即前端采集的数据直接传输至中央处理器进行处理，数据传输量大，易造成网络拥塞，导致处理延迟增加，难以满足实时性要求，通信方式单一，多依赖有线通信或单一无线通信，在复杂电网环境中，易出现信号不稳定或中断问题。

2、公告号为cn118797966a的发明专利中公开了基于云边协同的电网数字孪生建模方法及平台，包括：集成分布式传感器网络，与多个实时监测单元通信连接，监测指标包括电流、电压、温度；部署边缘计算服务器，用以将实时监测数据上传并进行快速故障定位；对边缘计算服务器与云端处理器进行交互，动态调整调度策略，构建电网数字孪生模型；进行局部标记建立多个局部更新空间；匹配多个独立更新周期及优先级机制，自适应触发多个局部更新请求；在运行过程中进行自学习迭代加强，辅助目标电网的运维管理。

3、虽然该发明解决了现有技术的电网调度策略往往难以适应电网运行中的动态变化，缺乏智能化手段，导致资源浪费、系统不稳定的技术问题，但是在利用5g专用网络，对所述边缘计算服务器与云端处理器进行交互时，大量原始数据远程传输易导致延迟，难以满足电网实时调控需求，通信方式单一，在复杂电网环境中易出现通信中断的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供集成边缘计算芯片的电网数字孪生可视化系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、集成边缘计算芯片的电网数字孪生可视化系统，包括数据采集模块、边缘计算芯片、通信模块、中央处理器和结果可视化模块，所述数据采集模块、所述边缘计算芯片和所述通信模块依次电性连接，所述数据采集模块用于获取电网设备电气量和环境量，所述边缘计算芯片用于本地预处理和计算电气参数，所述通信模块包括有线通信单元、无线通信单元和无线信号强度检测单元，所述边缘计算芯片和所述中央处理器之间通过所述有线通信单元和所述无线通信单元信号连接，所述边缘计算芯片根据所述无线信号强度检测单元的检测信号确定信号发送方式，所述结果可视化模块包括显示屏和图形处理单元，所述中央处理器、所述图形处理单元和所述显示屏依次信号连接。

4、作为优选，所述数据采集模块包括电气量采集单元、环境量采集单元、信号放大单元和模数转换单元，所述电气量采集单元包括电压传感器组和电流传感器组，所述环境量采集单元包括温度传感器组、湿度传感器组和振动传感器组，所述电气量采集单元和所述环境量采集单元中的各个传感器组均包含若干个传感器，且若干个传感器分别安装于电网设备各个检测处。

5、作为优选，所述信号放大单元包含若干个信号放大电路，所述模数转换单元包含若干个模数转换芯片，若干个信号放大电路、若干个模数转换芯片、各个传感器一一对应。

6、作为优选，信号放大电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、运算放大器u1、运算放大器u2和运算放大器u3；

7、电阻r1第一端和电阻r2第一端分别接对应传感器的两个输出端，电阻r1第二端接运算放大器u1同相输入端，电阻r2第二端接运算放大器u2同相输入端，电阻r3第一端接运算放大器u1反相输入端，电阻r3第二端接运算放大器u2反相输入端，电阻r4第一端接运算放大器u1反相输入端，电阻r4第二端接运算放大器u1输出端，电阻r5第一端接运算放大器u2反相输入端，电阻r5第二端接运算放大器u2输出端，电阻r6第一端接运算放大器u1输出端，电阻r6第二端接运算放大器u3反相输入端，电阻r7第一端接运算放大器u2输出端，电阻r7第二端接运算放大器u3同相输入端，电阻r8第一端接运算放大器u3反相输入端，电阻r8第二端接运算放大器u3输出端，电阻r9第一端接运算放大器u3同相输入端，电阻r9第二端接地；

8、运算放大器u3输出端接对应模数转换芯片输入端，若干个模数转换芯片输出端分别接所述边缘计算芯片的不同输入端口。

9、此三项设置通过细化数据采集维度，涵盖电气参数与环境因素，配合分布式传感器部署，能全方位捕捉电网设备的实时运行状态及周边环境影响；信号放大电路与模数转换芯片的一一对应设计，可避免不同传感器信号间的相互干扰，确保每个信号独立、精准地被处理；而特定结构的信号放大电路能有效放大微弱信号并抑制共模干扰，显著提升信号质量，为边缘计算芯片的本地处理提供更可靠的原始数据支撑。

10、作为优选，还包括存储模块，所述存储模块与所述中央处理器信号连接，所述中央处理器包括有线收发单元、无线收发单元和数据处理单元，所述有线收发单元与所述有线通信单元信号连接，所述无线收发单元与所述无线通信单元通过无线信号连接，所述数据处理单元基于所述存储模块中的历史数据和所述通信模块发送的电网设备数据构建数字孪生模型，所述图形处理单元用于将所述数据处理单元中的数字孪生模型转化为可视化图形。

11、此项设置通过存储模块存储历史数据，为中央处理器构建数字孪生模型提供长期数据参考，助力模型更精准地还原电网的历史运行特征与变化规律；中央处理器的有线与无线收发单元分别与通信模块对应单元适配，保障了数据传输的双向稳定性；数据处理单元融合实时采集数据与历史数据构建的数字孪生模型，能动态映射电网的真实运行状态，图形处理单元将模型转化为可视化图形后，可让工作人员更直观、快速地理解电网状态，为决策提供清晰依据。

12、作为优选，所述有线通信单元包括收发芯片u5、电容c1、电阻r10、电阻r11和电阻r12，收发芯片u5的型号为sp3485；

13、收发芯片u5的ro和di引脚分别与所述边缘计算芯片的信号接收和发送引脚连接，收发芯片u5的和de引脚同时接所述边缘计算芯片的控制引脚，电容c1第一端接3.3v电源，电容c1第二端接地，收发芯片u5的vcc引脚接3.3v电源，收发芯片u5的gnd引脚接地，收发芯片u5的b和a引脚分别接所述有线收发单元的信号端口，电阻r11第一端接地，电阻r11第二端接收发芯片u5的b引脚，电阻r12第一端接收发芯片u5的a引脚，电阻r12第二端接地，电阻r10第一端接电阻r11第二端，电阻r10第二端接电阻r12第一端。

14、作为优选，所述无线通信单元包括电阻r15、电阻r16、光耦u7和无线通讯芯片u8；

15、电阻r15第一端接3.3v电源，电阻r15第二端接光耦u7的阳极，光耦u7的负极接所述边缘计算芯片的控制引脚，电阻r16第一端接vcc电源，电阻r16第二端接光耦u7的集电极，光耦u7的发射极接地；

16、无线通讯芯片u8的en引脚接电阻r16第二端，无线通讯芯片u8的txd和rxd引脚分别与所述边缘计算芯片的rxd和txd引脚连接。

17、作为优选，所述无线信号强度检测单元包括接收天线、电阻r13、电容c2、检测芯片u6、电阻r14、电容c3、电容c4、电容c5和电容c6，检测芯片u6的型号为ltc5596；

18、电阻r13第一端接所述边缘计算芯片的控制引脚，电阻r13第二端接检测芯片u6的en引脚，电容c2第一端接地，电容c2第二端接电阻r13第二端，接收天线输出端接检测芯片u6的rfin引脚，电阻r14第一端接3.3v电源，电阻r14第二端接电容c3第一端，电容c3第二端接地，检测芯片u6的vcc引脚接电阻r14第二端，电容c4第一端接检测芯片u6的out引脚，电容c4第二端接检测芯片u6的fltr引脚，电容c5第一端接电容c4第一端，电容c5第二端接地，电容c6第一端接电容c4第一端，电容c6第二端接地，检测芯片u6的out引脚还接所述边缘计算芯片的模数转换引脚。

19、此三项设置有线通信单元通过收发芯片u5及配套电路设计，能在有线传输场景下实现高效、稳定的数据交互，尤其适用于对传输可靠性要求高的场景；无线通信单元通过光耦u7实现边缘计算芯片与无线通讯芯片u8的电气隔离，可有效隔绝外界干扰信号，保护芯片稳定工作，确保无线传输的安全性；无线信号强度检测单元基于检测芯片u6搭建，能精准检测无线信号强度并将数据反馈至边缘计算芯片，为通信方式的智能切换提供准确依据，三者协同作用，让系统在复杂电网环境中始终保持高效的数据传输能力。

20、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

21、1.该实用新型通过设置多维度数据采集模块，涵盖电气量和环境量，并采用分布式传感器部署，实现了对电网设备多参数、全方位的状态监测，相比单一设备监测系统，显著提升了数据的全面性与关联性，为电网整体状态评估提供了丰富依据。

22、2.该实用新型通过集成边缘计算芯片，在本地完成数据预处理与参数计算，有效减少了上传至中央处理器的数据量，降低了传输带宽压力与延迟，同时减轻了中央端的处理负荷，使电网状态分析与响应更具实时性。

23、3.该实用新型通过通信模块的有线与无线双模式设计，结合无线信号强度检测单元实现通信方式自适应选择，在有线通信稳定区域优先保障数据传输可靠性，在布线困难或信号干扰区域自动切换无线通信，确保复杂电网环境下数据传输的连续性，解决了单一通信方式的局限性。