基于数字孪生的配电网故障定位与资源调度方法及系统与流程

本发明涉及配电网故障管理的，具体为基于数字孪生的配电网故障定位与资源调度方法及系统。

背景技术：

1、配电网故障诊断技术旨在实现故障的快速、精准识别与定位，核心在于构建多层级的技术体系：首先依靠部署在线路上的智能终端和继电保护装置，实现故障的瞬时感知与初步区段隔离。这构成了诊断的“感知”基础。进而，采用行波测距、阻抗分析等算法，将故障范围从“区段”压缩至“点”，实现米级精确定位。这是诊断迈向精准的关键。当前趋势的核心是数据驱动与智能融合。通过集成scada、故障录波等多源数据，并引入人工智能与大数据技术，系统能够进行更复杂的故障类型识别、原因分析和隐患预测。最终这些诊断结果与调度、运维系统联动，形成从“感知-定位-处置-优化”的完整闭环，显著提升供电可靠性与运维效率；现有的配电网硬件故障监管不能实现智能定位硬件故障与处理硬件故障，也不能基于数字孪生可视反馈配电网硬件故障处理信息。

2、公开号为cn113674106a、公开日期为2021.11.19的中国发明专利申请公开了一种中低压配电网接地故障组合定位方法：通过获得原始样本数据集，将原始样本数据集分别采用随机森林算法、孤立森林算法以及聚类算法训练，分别构建测量点分类随机森林模型、测量点分类孤立森林模型和测量点分类聚类模型；获取每个模型的各自误差并根据误差计算对应的权重；测量点分类随机森林模型、测量点分类孤立森林模型和测量点分类聚类模型分类结果加权权重融合获得测量点组合分类结果；根据配电网拓扑结构和故障测量点来实现邻接矩阵算法，获取故障区段定位结果。确定差异性度量指标，利用差异性度量指标来验证故障区段定位结果并修正。组合多个模型对配网中接地故障定位，对定位结果进行验证并修正，保证了故障定位的准确性。然而以上技术方案不能实现对配电网线路硬件设施进行可视化故障诊断与维护处理。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、为解决上述现有的配电网硬件故障监管不能实现智能定位硬件故障与处理硬件故障，也不能基于数字孪生可视反馈配电网硬件故障处理信息的问题，实现以上精准建立配电线路硬件模型信息和配电线路硬件维护节点位置信息、全方位视角采集配电线路硬件特征图像信息、智能定位配电线路硬件故障、智能调度配电线路硬件故障维护资源、可视化反馈配电线路硬件故障处理信息的目的。

3、（二）技术方案

4、本发明通过以下技术方案予以实现：基于数字孪生的配电网故障定位与资源调度方法，所述方法包括如下步骤：

5、采集配电线路硬件模型信息，基于配电线路硬件模型对配电线路硬件维护的节点位置进行划分处理，得到配电线路硬件维护节点划分模型信息并获取配电线路硬件维护节点位置信息；对配电线路硬件维护节点位置的硬件特征图像进行采集处理，得到配电线路硬件特征图像信息；

6、根据配电线路硬件特征图像对配电线路硬件维护节点位置的硬件故障进行识别处理，得到配电线路硬件故障识别信息；基于配电线路硬件故障识别结果对配电线路硬件维护节点位置的硬件故障处理所需硬件故障维护资源进行调度处理，得到配电线路硬件故障维护资源调度信息；

7、对配电线路中发生硬件故障节点对象进行定位处理，得到配电线路硬件故障节点信息；对配电线路中发生硬件故障节点的位置、故障信息和故障处理信息进行汇总处理，得到配电线路硬件故障定位维护汇总信息；对配电线路中硬件故障定位与故障处理信息的反馈模型进行建模处理，得到配电线路硬件故障定位与处理反馈模型信息并执行配电线路硬件故障维护结果推送作业。

8、优选的，采集配电线路硬件模型信息，基于配电线路硬件模型对配电线路硬件维护的节点位置进行划分处理，得到配电线路硬件维护节点划分模型信息并获取配电线路硬件维护节点位置信息；对配电线路硬件维护节点位置的硬件特征图像进行采集处理，得到配电线路硬件特征图像信息的操作步骤如下：

9、通过无人机搭载三维激光扫描仪在线对整条配电线路中所有硬件设备沿着布设线路方向进行三维模型有序建模处理，得到配电线路硬件模型信息，其中硬件设备包括导线、杆塔和绝缘子；

10、通过三维建模平台基于所述配电线路硬件模型信息对应的导线硬件三维模型表面沿着布设线路方向进行等间距设置配电线路硬件维护的节点位置，并生成配电线路硬件维护节点划分模型信息，所述三维建模平台包括solidworks、3dsmax和catia中任一种；

11、通过三维建模平台中测量工具获取所述配电线路硬件维护节点划分模型信息中配电线路硬件维护节点位置的空间坐标信息，并生成配电线路硬件维护节点位置信息集合，其中表示第个配电线路硬件维护节点对应的配电线路硬件维护节点位置信息；所述配电线路硬件维护节点位置信息包括横坐标、纵坐标和竖坐标；

12、依据所述配电线路硬件维护节点划分模型信息、所述配电线路硬件维护节点位置信息集合进行配电线路硬件维护节点位置的硬件特征图像采集处理，得到配电线路硬件特征图像信息集合。

13、优选的，依据所述配电线路硬件维护节点划分模型信息、所述配电线路硬件维护节点位置信息集合进行配电线路硬件维护节点位置的硬件特征图像采集处理，得到配电线路硬件特征图像信息集合的操作步骤如下：

14、将所述配电线路硬件维护节点划分模型信息输入三维建模平台中，三维建模平台基于所述配电线路硬件维护节点位置信息集合中所述配电线路硬件维护节点位置信息按照配电线路硬件维护节点编号有序控制配电线路硬件设备三维模型，以配电线路硬件维护节点位置处的导线为旋转中心旋转360°，旋转360°过程并通过显示屏同步输出，旋转输出过程同步采用截图软件对配电线路硬件维护节点位置的配电线路硬件外部特征图像进行360°全景采集处理，得到配电线路硬件特征图像信息集合，其中表示采集的第个配电线路硬件维护节点对应的配电线路硬件特征图像信息。

15、优选的，根据配电线路硬件特征图像对配电线路硬件维护节点位置的硬件故障进行识别处理，得到配电线路硬件故障识别信息；基于配电线路硬件故障识别结果对配电线路硬件维护节点位置的硬件故障处理所需硬件故障维护资源进行调度处理，得到配电线路硬件故障维护资源调度信息的操作步骤如下：

16、基于所述配电线路硬件特征图像信息集合与配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息矩阵进行配电线路硬件维护节点位置的硬件故障识别处理，得到配电线路硬件故障识别信息集合；

17、依据所述配电线路硬件故障识别信息集合与配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息矩阵进行配电线路硬件维护节点位置的硬件故障处理所需硬件故障维护资源调度处理，得到配电线路硬件故障维护资源调度信息集合。

18、优选的，基于所述配电线路硬件特征图像信息集合与配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息矩阵进行配电线路硬件维护节点位置的硬件故障识别处理，得到配电线路硬件故障识别信息集合的操作步骤如下：

19、建立配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息矩阵，其中表示第种配电线路硬件故障类型对应的配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息，其中配电线路硬件故障类型包括导线断裂、导线表面磨损、导线表面烧伤、绝缘子破裂、绝缘子脱落、杆塔倾斜、杆塔锈蚀和杆塔断裂；所述配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息表示针对不同类型配电线路硬件故障设置的标准配电线路硬件外部特征图像信息；

20、采用‌surf图像搜索算法将所述配电线路硬件特征图像信息集合中所述配电线路硬件特征图像信息按照配电线路硬件维护节点编号有序与所述配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息矩阵中所述配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息进行图像特征匹配，搜索出与所述配电线路硬件特征图像信息相匹配的所有所述配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息对应的配电线路硬件故障类型文本信息，并构建出配电线路硬件故障识别信息集合，其中表示第个配电线路硬件维护节点对应的配电线路硬件故障识别信息，所述配电线路硬件故障识别信息包括导线断裂、导线表面磨损、导线表面烧伤、绝缘子破裂、绝缘子脱落、杆塔倾斜、杆塔锈蚀和杆塔断裂中一种或多种。

21、优选的，依据所述配电线路硬件故障识别信息集合与配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息矩阵进行配电线路硬件维护节点位置的硬件故障处理所需硬件故障维护资源调度处理，得到配电线路硬件故障维护资源调度信息集合的操作步骤如下：

22、建立配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息矩阵，其中表示第种配电线路硬件故障类型对应的配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息，所述配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息表示针对不同类型配电线路硬件故障设置的标准配电线路硬件故障维护所需的人员资源信息、设备资源信息以及维护操作方法资源信息；所述配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息包括导线修复维护资源信息、导线更换维护资源信息、绝缘子更换维护资源信息、杆塔加固维护资源信息和杆塔更换维护资源信息；

23、采用‌rabin-karp文本搜索算法将所述配电线路硬件故障识别信息集合中所述配电线路硬件故障识别信息按照配电线路硬件维护节点编号有序与所述配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息矩阵中所述配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息进行配电线路硬件故障类型文本匹配，搜索出与所述配电线路硬件故障识别信息相匹配的所有所述配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息，并构建出配电线路硬件故障维护资源调度信息集合，其中表示第个配电线路硬件维护节点对应的配电线路硬件故障维护资源调度信息；所述配电线路硬件故障维护资源调度信息包括导线修复维护资源信息、导线更换维护资源信息、绝缘子更换维护资源信息、杆塔加固维护资源信息和杆塔更换维护资源信息中一种或多种。

24、优选的，对配电线路中发生硬件故障节点对象进行定位处理，得到配电线路硬件故障节点信息；对配电线路中发生硬件故障节点的位置、故障信息和故障处理信息进行汇总处理，得到配电线路硬件故障定位维护汇总信息；对配电线路中硬件故障定位与故障处理信息的反馈模型进行建模处理，得到配电线路硬件故障定位与处理反馈模型信息并执行配电线路硬件故障维护结果推送作业的操作步骤如下：

25、依据所述配电线路硬件故障识别信息集合与配电线路硬件故障关键词集合进行配电线路中发生硬件故障节点对象定位处理，得到配电线路硬件故障节点信息集合；基于所述配电线路硬件维护节点位置信息集合、所述配电线路硬件故障识别信息集合、所述配电线路硬件故障维护资源调度信息集合和所述配电线路硬件故障节点信息集合进行配电线路中发生硬件故障节点的位置、故障信息和故障处理信息汇总处理，得到配电线路硬件故障定位维护汇总信息集合；

26、根据所述配电线路硬件维护节点划分模型信息、所述配电线路硬件故障定位维护汇总信息集合进行配电线路中硬件故障定位与故障处理信息的反馈模型建模处理，得到配电线路硬件故障定位与处理反馈模型信息并执行配电线路硬件故障维护结果推送作业。

27、优选的，依据所述配电线路硬件故障识别信息集合与配电线路硬件故障关键词集合进行配电线路中发生硬件故障节点对象定位处理，得到配电线路硬件故障节点信息集合；基于所述配电线路硬件维护节点位置信息集合、所述配电线路硬件故障识别信息集合、所述配电线路硬件故障维护资源调度信息集合和所述配电线路硬件故障节点信息集合进行配电线路中发生硬件故障节点的位置、故障信息和故障处理信息汇总处理，得到配电线路硬件故障定位维护汇总信息集合的操作步骤如下：

28、建立配电线路硬件故障关键词集合，其中表示第种配电线路硬件故障类型对应的配电线路硬件故障关键词；

29、采用迭代加搜索算法将所述配电线路硬件故障识别信息集合中所述配电线路硬件故障识别信息按照配电线路硬件维护节点编号有序与所述配电线路硬件故障关键词集合中所述配电线路硬件故障关键词进行文本信息匹配，搜索出与所述配电线路硬件故障关键词相匹配的所述配电线路硬件故障识别信息对应的配电线路硬件维护节点编号文本信息，并构建出配电线路硬件故障节点信息集合，，其中和分别表示第个和第个配电线路硬件故障节点信息，所述配电线路硬件故障节点信息表示配电线路中发生硬件故障节点对象的节点编号文本信息；

30、基于所述配电线路硬件故障节点信息集合中所述配电线路硬件故障节点信息至分别在所述配电线路硬件维护节点位置信息集合、所述配电线路硬件故障识别信息集合和所述配电线路硬件故障维护资源调度信息集合的内部，搜索出所述配电线路硬件故障节点信息至对应的所述配电线路硬件维护节点位置信息、所述配电线路硬件故障识别信息和所述配电线路硬件故障维护资源调度信息，并经过数据组合标识生成配电线路硬件故障定位维护汇总信息集合，其中和分别表示第个和第个配电线路硬件故障节点对应的配电线路硬件故障定位维护汇总信息，所述配电线路硬件故障定位维护汇总信息包括配电线路中发生硬件故障节点的位置坐标信息、硬件故障类型信息和硬件故障处理调度资源信息。

31、优选的，根据所述配电线路硬件维护节点划分模型信息、所述配电线路硬件故障定位维护汇总信息集合进行配电线路中硬件故障定位与故障处理信息的反馈模型建模处理，得到配电线路硬件故障定位与处理反馈模型信息并执行配电线路硬件故障维护结果推送作业的操作步骤如下：

32、将所述配电线路硬件维护节点划分模型信息输入三维建模平台中，通过三维建模平台中3d文本编辑工具按照配电线路硬件维护节点编号信息将所述配电线路硬件故障定位维护汇总信息集合中所述配电线路硬件故障定位维护汇总信息至对应的文本信息，编辑为配电线路硬件故障定位维护汇总3d文本信息，并有序映射到配电线路硬件维护节点划分模型表面，构建出配电线路硬件故障定位与处理反馈模型信息，所述配电线路硬件故障定位与处理反馈模型信息表示在配电线路硬件模型中发生硬件故障节点位置建立关于硬件故障的位置坐标信息、硬件故障类型信息和硬件故障处理调度资源信息的3d可视文本信息；

33、将所述配电线路硬件故障定位与处理反馈模型信息通过三维建模平台并配合显示屏进行输出执行配电线路硬件故障维护结果推送作业。

34、基于数字孪生的配电网故障定位与资源调度系统，用于实现所述基于数字孪生的配电网故障定位与资源调度方法，所述系统包括配电网基本信息处理模块、配电网故障定位与处理模块、配电网故障维护可视化反馈模块；

35、所述配电网基本信息处理模块包括配电线路硬件模型建立单元、配电线路硬件维护节点划分模型建立单元、配电线路硬件维护节点位置获取单元、配电线路硬件特征图像采集单元；

36、所述配电线路硬件模型建立单元，通过无人机搭载三维激光扫描仪采集配电线路硬件模型信息；所述配电线路硬件维护节点划分模型建立单元，基于所述配电线路硬件模型信息并配合三维建模平台进行配电线路硬件维护的节点位置划分处理，得到配电线路硬件维护节点划分模型信息；所述配电线路硬件维护节点位置获取单元，依据所述配电线路硬件维护节点划分模型信息并配合三维建模平台中测量工具获取配电线路硬件维护节点位置信息；所述配电线路硬件特征图像采集单元，依据所述配电线路硬件维护节点划分模型信息、所述配电线路硬件维护节点位置信息并配合三维建模平台、显示屏和截图软件进行配电线路硬件维护节点位置的硬件特征图像采集处理，得到配电线路硬件特征图像信息；

37、所述配电网故障定位与处理模块包括配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息存储单元、配电线路硬件故障识别单元、配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息存储单元、配电线路硬件故障维护资源调度单元；

38、所述配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息存储单元，用于存储配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息；所述配电线路硬件故障识别单元，基于所述配电线路硬件特征图像信息与配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息进行配电线路硬件维护节点位置的硬件故障识别处理，得到配电线路硬件故障识别信息；所述配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息存储单元，用于存储配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息；所述配电线路硬件故障维护资源调度单元，依据所述配电线路硬件故障识别信息与配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息进行配电线路硬件维护节点位置的硬件故障处理所需硬件故障维护资源调度处理，得到配电线路硬件故障维护资源调度信息；

39、所述配电网故障维护可视化反馈模块包括配电线路硬件故障关键词存储单元、配电线路硬件故障节点位置定位单元、配电线路硬件故障定位与处理汇总单元、配电线路硬件故障定位与处理反馈模型建立单元、配电线路硬件故障维护结果推送单元；

40、所述配电线路硬件故障关键词存储单元，用于存储配电线路硬件故障关键词；所述配电线路硬件故障节点位置定位单元，依据所述配电线路硬件故障识别信息与配电线路硬件故障关键词进行配电线路中发生硬件故障节点对象定位处理，得到配电线路硬件故障节点信息；所述配电线路硬件故障定位与处理汇总单元，基于所述配电线路硬件维护节点位置信息、所述配电线路硬件故障识别信息、所述配电线路硬件故障维护资源调度信息和所述配电线路硬件故障节点信息进行配电线路中发生硬件故障节点的位置、故障信息和故障处理信息汇总处理，得到配电线路硬件故障定位维护汇总信息；所述配电线路硬件故障定位与处理反馈模型建立单元，根据所述配电线路硬件维护节点划分模型信息、所述配电线路硬件故障定位维护汇总信息并结合三维建模平台、三维建模平台中3d文本编辑工具进行配电线路中硬件故障定位与故障处理信息的反馈模型建模处理，得到配电线路硬件故障定位与处理反馈模型信息；所述配电线路硬件故障维护结果推送单元，基于所述配电线路硬件故障定位与处理反馈模型信息并结合三维建模平台、显示屏执行配电线路硬件故障维护结果推送作业。

41、（三）有益效果

42、本发明提供了基于数字孪生的配电网故障定位与资源调度方法及系统。具备以下有益效果：

43、一、通过无人机搭载三维激光扫描仪精准建立配电线路硬件模型信息；基于配电线路硬件模型信息并配合三维建模平台进行配电线路硬件维护节点位置科学划分，科学搭建配电线路硬件维护节点划分模型，为基于数字孪生反馈配电网硬件故障定位与维护资源调度结果提供可靠数据支持；依据配电线路硬件维护节点划分模型信息并配合三维建模平台中测量工具准确建立配电线路硬件维护节点位置信息，实现精细化定位配电网硬件设备故障；依据配电线路硬件维护节点划分模型信息、配电线路硬件维护节点位置信息并配合三维建模平台、显示屏和截图软件进行配电线路硬件维护节点位置硬件外部特征图像全景精细化采集，实现配电网硬件外部结构信息数字化捕捉，提高配电网硬件故障定位与维护资源调度的科学性。

44、二、基于配电线路硬件特征图像信息结合智能搜索算法与基于大数据存储的配电线路硬件故障标准硬件特征图像信息进行配电线路硬件维护节点位置硬件故障智能识别，实现配电网硬件设备外部用结构故障智能高效识别，提高配电网故障定位的质量；依据配电线路硬件故障识别信息结合智能搜索算法与科学存储的配电线路硬件故障标准硬件故障维护资源信息进行配电线路硬件维护节点位置硬件故障维护资源智能全面调度处理，实现配电网硬件设备故障维护资源定制化调度，提高电网故障处理的智能化。

45、三、依据配电线路硬件故障识别信息结合智能识别算法与标准设置的配电线路硬件故障关键词进行配电线路中发生硬件故障节点自主高效定位；基于数据分析高效收集配电线路中发生硬件故障节点的位置、故障信息和故障处理信息，实现配电网故障点的位置、故障类型与故障维护调度资源信息高效定位收集；根据配电线路硬件维护节点划分模型信息、配电线路硬件故障定位维护汇总信息并结合三维建模平台、三维建模平台中3d文本编辑工具进行配电线路中硬件故障定位与故障处理信息的反馈模型智能建模，实现配电网硬件故障点的位置、故障类型与故障维护调度资源信息进行3d视角准确搭建；基于配电线路硬件故障定位与处理反馈模型信息并结合三维建模平台、显示屏高效直观执行配电线路硬件故障维护结果推送作业，实现基于数字孪生可视化定位配电网故障点的位置、故障类型与故障维护调度资源信息，提高配电网故障定位与维护资源调度的适用性与可靠性。