一种基于数字孪生的换流阀故障检修方法及终端与流程

1.本发明涉及电气工程技术领域，特别涉及一种基于数字孪生的换流阀故障检修方法及终端。


背景技术：

2.直流输电在长距离、大容量电能输送方面有着明显的优势，目前世界上已经有大量的投运或者在建的直流输电工程，但是，直流输电运行中由于控制或者硬件设备的缺陷所引起的换相失败、直流闭锁或者强迫停运等故障也时有发生。这些故障的发生直接影响着直流输电的可靠性，甚至危及设备安全以及整个大电网的稳定性。整个直流输电工程中的核心是换流站，它完成交流和直流之间的变换，它分为整流站与逆变站，整流站是将发电厂的交流电转化为直流电；逆变站是将直流电转化为交流电，因此，换流站是联络电力系统中交流部分与和直流部分的枢纽，随着我国电力系统中换流站的数量不断增加，换流站的安全可靠运行越来越影响着电能传输的稳定性，进而影响整个电力系统的稳定性，为了做好换流站的安全保护工作，就需要对换流站中的关键设备进行智能监控与运行维护，在正常运行时做到防患于未然，在故障时做到第一时间发现并到场完成抢修。
3.而在换流站内部，其关键部件是换流阀，换流阀是换流站中最为昂贵且脆弱的部分，其包含晶闸管、阻尼电容、均压电容、阻尼电阻、均压电阻、饱和电抗器、晶闸管控制单元等零部件，这些部件的运行状态直接影响到换流阀的稳定性，进而影响到整个系统的运行可靠性。为此，有必要正确有效地监测换流阀运行状态，对换流阀的故障进行准确诊断。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于数字孪生的换流阀故障检修方法及终端，能正确有效地监测换流阀运行状态，对换流阀的故障进行准确诊断。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
6.一种基于数字孪生的换流阀故障检修方法，包括步骤：
7.步骤s1、获取换流阀实体的信息参数和运行状态参数；
8.步骤s2、根据换流阀实体的信息参数和运行状态参数创建换流阀的数字孪生体，并根据换流阀的数字孪生体，生成换流阀的健康状态评估和可靠性分析；
9.步骤s3、根据换流阀的数字孪生模型的健康状态评估和可靠性分析，进行故障预测或报警。
10.为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：一种基于数字孪生的换流阀故障检修终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
11.步骤s1、获取换流阀实体的信息参数和运行状态参数；
12.步骤s2、根据换流阀实体的信息参数和运行状态参数创建换流阀的数字孪生体，并根据换流阀的数字孪生体，生成换流阀的健康状态评估和可靠性分析；
13.步骤s3、根据换流阀的数字孪生模型的健康状态评估和可靠性分析，进行故障预测或报警。
14.本发明的有益效果在于：一种基于数字孪生的换流阀故障检修方法及终端，获取换流阀实体的各个参数，根据参数建立换流阀的数字孪生模型，根据数字孪生模型对换热阀的健康进行监测，并能进行故障的预测和报警，能正确有效地监测换流阀运行状态，对换流阀的故障进行准确诊断。
附图说明
15.图1为本发明实施例一的一种基于数字孪生的换流阀故障检修方法的流程示意图；
16.图2为本发明实施例涉及的换流阀数字孪生模型的建立示意图；
17.图3为本发明实施例涉及的报警流程图；
18.图4为本发明实施例的一种基于数字孪生的换流阀故障检修终端的结构示意图。
19.标号说明：
20.1、一种基于数字孪生的换流阀故障检修终端；2、处理器；3、存储器。
具体实施方式
21.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
22.请参照图1至图3，一种基于数字孪生的换流阀故障检修方法，包括步骤：
23.步骤s1、获取换流阀实体的信息参数和运行状态参数；
24.步骤s2、根据换流阀实体的信息参数和运行状态参数创建换流阀的数字孪生体，并根据换流阀的数字孪生体，生成换流阀的健康状态评估和可靠性分析；
25.步骤s3、根据换流阀的数字孪生模型的健康状态评估和可靠性分析，进行故障预测或报警。
26.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：获取换流阀实体的各个参数，根据参数建立换流阀的数字孪生模型，根据数字孪生模型对换热阀的健康进行监测，并能进行故障的预测和报警，能正确有效地监测换流阀运行状态，对换流阀的故障进行准确诊断。
27.进一步地，所述步骤s2，包括：
28.步骤s21、根据换流阀现实设备的尺寸、形状大小、相对位置等实体的信息参数创建换流阀的三维立体模型，并根据运行状态参数调整三维立体模型的参数，以使得三维立体模型和换流阀实体的物理性能特性保持一致；
29.步骤s22、根据换流阀的对外电路建立路模型，根据换流阀实体的运行状态参数建立场模型，结合三维立体模型、路模型和场模型建立多物理场路耦合模型；
30.步骤s23、根据换流阀实体的运行状态参数结合多物理场路耦合模型建立换流阀健康监测模型，并得到换流阀的健康状态评估和可靠性分析。
31.从上述描述可知，根据换流阀的实体参数建立数字孪生模型能够对换流阀的老化、受潮、螺丝松动变形以及其他外部扰动等实时设备情况进行预测，及时给出故障预测或报警。
32.进一步地，还包括：
33.步骤s4、根据换流阀的数字孪生模型的健康检测模型，提出可以优化换流阀的控制策略。
34.从上述描述可知，根据换流阀的数字孪生模型的健康状态，提出可以优化换流阀的控制策略，从而在不影响系统稳定性的前提下，改善换流阀运行应力，延长换流阀运行寿命，增强系统运行可靠性，实现数字孪生体对实体模型的反馈与优化指导。
35.进一步地，所述步骤s3中进行报警包括：
36.根据采集的信息对故障位置进行定位，并分析故障原因；
37.将故障的位置和原因进行发布。
38.从上述描述可知，检修人员根据发布的故障位置和故障原因，立即准备检修工具与设备，在做好相应的准备后立即赶赴现场，在停机检修程序执行完成，确保换流阀安全接地情况下，检修人员进入现场维修，待维修完成后，确保全部人员撤离现场，重启换流阀，该套程序为检修人员停供了故障来源的参考依据，极大的缩短了检修的时间。
39.进一步地，所述换流阀实体的信息参数包括换流阀的尺寸、形状大小和相对位置，所述换流阀实体的运行状态参数包括电压应力、电流应力、机械应力、环境温度、湿度应力。
40.从上述描述可知，尺寸、形状大小和相对位置包含立体结构的各类要素，电压应力、电流应力、机械应力、环境温度、湿度应力是换流阀运行的典型参数。
41.请参照图4，一种基于数字孪生的换流阀故障检修终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
42.步骤s1、获取换流阀实体的信息参数和运行状态参数；
43.步骤s2、根据换流阀实体的信息参数和运行状态参数创建换流阀的数字孪生体，并根据换流阀的数字孪生体，生成换流阀的健康状态评估和可靠性分析；
44.步骤s3、根据换流阀的数字孪生模型的健康状态评估和可靠性分析，进行故障预测或报警。
45.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：获取换流阀实体的各个参数，根据参数建立换流阀的数字孪生模型，根据数字孪生模型对换热阀的健康进行监测，并能进行故障的预测和报警，能正确有效地监测换流阀运行状态，对换流阀的故障进行准确诊断。
46.进一步地，所述步骤s2，包括：
47.步骤s21、根据换流阀现实设备的尺寸、形状大小、相对位置等实体的信息参数创建换流阀的三维立体模型，并根据运行状态参数调整三维立体模型的参数，以使得三维立体模型和换流阀实体的物理性能特性保持一致；
48.步骤s22、根据换流阀的对外电路建立路模型，根据换流阀实体的运行状态参数建立场模型，结合三维立体模型、路模型和场模型建立多物理场路耦合模型；
49.步骤s23、根据换流阀实体的运行状态参数结合多物理场路耦合模型建立换流阀健康监测模型，并得到换流阀的健康状态评估和可靠性分析。
50.从上述描述可知，根据换流阀的实体参数建立数字孪生模型能够对换流阀的老化、受潮、螺丝松动变形以及其他外部扰动等实时设备情况进行预测，及时给出故障预测或报警。
51.进一步地，还包括：
52.步骤s4、根据换流阀的数字孪生模型的健康检测模型，提出可以优化换流阀的控制策略。
53.从上述描述可知，根据换流阀的数字孪生模型的健康状态，提出可以优化换流阀的控制策略，从而在不影响系统稳定性的前提下，改善换流阀运行应力，延长换流阀运行寿命，增强系统运行可靠性，实现数字孪生体对实体模型的反馈与优化指导。
54.进一步地，所述步骤s3中进行报警包括：
55.根据采集的信息对故障位置进行定位，并分析故障原因；
56.将故障的位置和原因进行发布。
57.从上述描述可知，检修人员根据发布的故障位置和故障原因，立即准备检修工具与设备，在做好相应的准备后立即赶赴现场，在停机检修程序执行完成，确保换流阀安全接地情况下，检修人员进入现场维修，待维修完成后，确保全部人员撤离现场，重启换流阀，该套程序为检修人员停供了故障来源的参考依据，极大的缩短了检修的时间。
58.进一步地，所述换流阀实体的信息参数包括换流阀的尺寸、形状大小和相对位置，所述换流阀实体的运行状态参数包括电压应力、电流应力、机械应力、环境温度、湿度应力。
59.从上述描述可知，尺寸、形状大小和相对位置包含立体结构的各类要素，电压应力、电流应力、机械应力、环境温度、湿度应力是换流阀运行的典型参数。
60.本发明应用于对换流站内部的换流阀进行健康状态的检测与故障的预估和报警。
61.请参照图1至图3，本发明的实施例一为：
62.一种方法，包括以下步骤：
63.步骤s1、获取换流阀实体的信息参数和运行状态参数。
64.具体的，换流阀实体的信息参数包括换流阀的尺寸、形状大小和相对位置，换流阀实体的运行状态参数包括电压应力、电流应力、机械应力、环境温度、湿度应力。
65.步骤s2、根据换流阀实体的信息参数和运行状态参数创建换流阀的数字孪生体，并根据换流阀的数字孪生体，生成换流阀的健康状态评估和可靠性分析。
66.具体的，请参照图2，步骤s2包括：
67.步骤s21、根据换流阀现实设备的尺寸、形状大小、相对位置等实体的信息参数创建换流阀的三维立体模型，并根据运行状态参数调整模型的参数，以使得三维立体模型和换流阀实体的物理性能特性保持一致。
68.三维立体建模可以帮助场站工作人员在电脑上操作鼠标来进行虚拟巡检，其效果与实际巡检是一样的，并且可以做到更安全，数据更丰富，能够显示相应设备的运行数据信息，从而极大降低了巡检人员在高压环境下的作业风险。
69.步骤s22、根据换流阀的对外电路建立路模型，根据换流阀实体的运行状态参数建立场模型，结合三维立体模型、路模型和场模型建立多物理场路耦合模型。
70.换流阀的孪生数字模型除了三维立体建模以外，还包括对外电路进行合理的等效形成的路模型，以及换流阀内部电应力、温度应力、机械应力等内部典型参数建立基于有限元仿真的“电-热-机”多物理场模型，最后并将场模型与路模型进一步进行结合，形成能够分析换流阀多运行场景的多物理场路耦合模型，从而根据多物理场路耦合模型对换流阀进行老化失效演化，分析换流阀的老化情况。
71.步骤s23、根据换流阀实体的运行状态参数结合多物理场路耦合模型建立换流阀健康监测模型，并得到换流阀的健康状态评估和可靠性分析。
72.具体的，应用多种物理设备如各类传感器进行数据的实时感知，得到换流阀实体的运行状态参数，根据换流阀实体的信息参数得到换流阀设备的老化和受潮，螺丝松动变形以及其他外部扰动等实时设备情况，利用换流阀通态压降、反向恢复时间等内部复杂运行工况的在线监测技术中对换流阀的设备进行状态监测与可靠性评估，并给出各个部件的特征参数，进而与健康情况下的数值范围进行比较，判定健康状态。对特征参数的时间演变进行进一步分析研究得出能为多物理场模拟仿真提供换流阀老化失效演化规律，并在此基础上建立换流阀健康监测模型。从而根据健康监测模型与健康状态进行查表对比或函数分析给出换流阀的健康状态评估和可靠性分析。
73.步骤s3、根据换流阀的数字孪生模型的健康状态评估和可靠性分析，进行故障预测或报警。
74.具体的，请参照图3换流阀数字孪生模型仿真结果中融入换流阀故障判据和寿命老化机理，通过研究不同故障的特性及其物理规律，得到换流阀的未来状态以及发生故障概率的判断方法，从而借助数字孪生模型对换流阀的故障进行预测或者报警，当进行故障报警时，根据采集的信息对故障位置进行定位，并分析故障原因，接着将故障的位置和原因进行发布，接受发布的接收端包括控制系统、维修人员、系统运行服务器等，控制系统识别到该故障发布以后，立刻响应停机程序，按预定的程序进行停机，准备进入检修，检修人员根据发布的故障位置和故障原因，立即准备检修工具与设备，在做好相应的准备后立即赶赴现场，在停机检修程序执行完成，确保换流阀安全接地情况下，检修人员进入现场维修，待维修完成后，确保全部人员撤离现场，重启换流阀，该套程序为检修人员停供了故障来源的参考依据，极大的缩短了检修的时间，且整个过程能全部由系统运行的服务器进行记录与储存，以备后续查验。
75.请参照图2，本发明的实施例二为：
76.一种基于数字孪生的换流阀故障检修方法，其在实施例一的基础上，还包括：
77.根据换流阀的数字孪生模型的健康检测模型，提出可以优化换流阀的控制策略。
78.根据换流阀的数字孪生模型的健康状态，提出可以优化换流阀的控制策略，从而在不影响系统稳定性的前提下，改善换流阀运行应力，延长换流阀运行寿命，增强系统运行可靠性，实现数字孪生体对实体模型的反馈与优化指导。
79.请参照图4，本发明的实施例三为：
80.一种基于数字孪生的换流阀故障检修终端1，包括存储器3、处理器2及存储在存储器3上并可在处理器2上运行的计算机程序，处理器2执行计算机程序时实现上述实施例一的步骤。
81.综上所述，本发明提供的一种基于数字孪生的换流阀故障检修方法及终端，建立了换流阀的数字孪生模型，对换流阀的健康状态和可靠性进行分析和预警，并根据健康状态模型对换流阀进行控制，实现数字孪生体对实体模型的反馈与优化指导。
82.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。