基于数字孪生技术的变电站系统的制作方法

1.本发明涉及数字变电站技术领域，具体为一种基于数字孪生技术的变电站系统。


背景技术：

2.数字孪生变电站是基于数字化标识、自动化感知、网络化连接、普惠化计算、智能化控制、平台化服务的信息技术体系和电网信息模型，在数字空间再造一个与物理电网匹配对应的数字变电站，全息模拟、动态监控、实时诊断、精准预测电网物理实体在现实环境中的状态，推动电网全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化、电网运行管理协同化和智能化，实现物理电网与数字电网协同交互、平行运转。
3.现有的变电站管理系统以传统的视频监控为主，设备的空间布局、空间结构等信息无法直观体现，紧急情况发生时，不便于故障的快速定位和处理。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于数字孪生技术的变电站系统，以实现对变电站设备状态全感知，实现故障的快速定位和处理。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.本发明公开了基于数字孪生技术的变电站系统，包括：感知层、网络层、平台层和应用层，所述的感知层包括各类物联网传感器及网络节点，所述的物联网传感器安装在变电站内对变电站的设备及环境进行数据采集，并通过网络节点将数据汇聚；所述的网络层将数据传输至平台层；所述的平台层构建与变电站孪生的虚拟变电站三维模型，利用网络层上传的数据进行数据共享交互；所述的应用层调用平台层的数据及虚拟变电站场景进行实时监视。
6.进一步的，所述的物联网传感器包括：设备参数传感器，用于感应变电站设备的性能参数；环境辅控监测传感器，用于感应变电站内的环境参数；智能巡检装置，在变电站内巡检以进行视频或图像监控。
7.所述的网络层包括电力无线专网、电力apn通道、电力光纤网中的一种或几种。
8.所述的虚拟变电站包括主变压器、配电装置、继电保护装置、直流系统、站用电系统、消防系统、变电站巡视系统。
9.所述的智能巡检装置包括佩戴在巡视人员身上的北斗定位器，所述的虚拟变电站的变电站巡视系统获取北斗定位器的移动轨迹并实时显示。
10.所述的应用层包括：实时监视模块，对变电站进行实时的视频监视；应急管理模块，对变电站设备的运行工况及环境进行管理，发生设备故障时，应急管理模块控制启动变电站的继电保护装置，当变电站发生火灾时，应急管理模块控制启动变电站的消防系统。
11.进一步的，所述的应用层还包括：统计分析模块，所述的统计分析模块对变电站设备的工况数据进行统计分析，对变电站设备进行故障预测和寿命预测。
12.由于采用了上述结构，本发明具有以下有益效果：本发明在数字孪生系统中构建与现实变电站孪生的虚拟变电站，实现了对设备的空间布局，空间结构等信息的直观体现，
对变电站设备状态全感知、故障预测，便于故障的快速定位和处理，可进一步提升输变电工程的可视化、精细化管理水平和智能决策能力。
附图说明
13.图1是本发明的系统架构图。
14.图2是平台层虚拟变电站三维模型示意图。
具体实施方式
15.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。
16.如图1所示，本发明公开了基于数字孪生技术的变电站系统，包括：感知层、网络层、平台层和应用层。
17.感知层包括各类物联网传感器及网络节点。物联网传感器安装在变电站内对变电站的设备及环境进行数据采集，并通过网络节点将数据汇聚。物联网传感器包括：设备参数传感器，用于感应变电站设备的性能参数。如低功耗传感器(主要接收具有连续传输信息，比如局部超声波、局部特高频率、漏电电流等变电站运检信息)，有线传感器等。
18.环境辅控监测传感器，用于感应变电站内的环境参数，如微功耗无线传感器，主要检测变电站中的温度、湿度以及频率等。
19.智能巡检装置，在变电站内巡检以进行视频或图像监控。智能巡检装置包括佩戴在巡视人员身上的北斗定位器。
20.感知层采用标准化传感技术，实现变电站主设备状态和环境的全面感知，并通过网络节点汇聚，从而实现传感信息采集和汇聚。
21.网络层将数据传输至平台层。网络层包括电力无线专网、电力apn通道、电力光纤网中的一种或几种，为电力设备物联网提供高可靠、高安全、高带宽的数据传输通道。
22.平台层构建与变电站孪生的虚拟变电站三维模型，利用网络层上传的数据进行数据共享交互，以实现各类传感器及网络节点装备的管理、协调与监控，承担数据获取、状态分析和实时预警等任务，实现多源异构数据的开放式接入和海量数据存储。如图2所示，采用建模软件建成虚拟变电站三维模型。
23.虚拟变电站包括主变压器、配电装置、继电保护装置、直流系统、站用电系统、消防系统、变电站巡视系统。变电站巡视系统获取北斗定位器的移动轨迹并实时显示。
24.孪生的变电站的模型要求如下详述。
25.(1)主变压器
26.变电站建设范围：主变压器、中性点接地刀闸、有载调压分接开关及无激磁调压分接开关、冷却系统，包括所属的二次控制、保护、信号及测量回路。
27.三维模型孪生程度：变压器采用合理的数学模型，在运行中能正确反映分接开关对电压和潮流的影响；变压器温度随负荷和环境温度的变化；冷却系统的投入或退出对变压器温升的影响；空载变压器合闸的励磁涌流等；能对变压器回路及主要部件进行巡视检查。
28.(2)配电装置
29.变电站建设范围：电气主接线、各电压等级的母线、进出线、电压互感器、电流互感器、避雷器、电抗器、电容器、高压熔断器、阻波器、滤波器、站用变压器等设备的主要功能及相关的二次控制、保护、信号及测量回路。
30.三维模型孪生程度：能正确反映正常和事故情况下，各种电气设备的运行工况和潮流。当运行人员发出操作指令后，相关设备应有正确的响应；若发出的是误操作指令，则应按“五防”规则闭锁并提示错误。解锁后操作有效，能正确反映误操作的各种后果。
31.(3)继电保护及自动装置
32.按定值动作的保护及装置：保护的动作以潮流计算、短路电流和整定计算值为依据；按逻辑动作的保护及装置：保护的动作按逻辑判断。继电保护及自动装置应保证其动作特性、复归特性和时间特性与实际装置一致；发生故障或设备异常时，保护装置应能正确反映动作的选择性，并考虑相邻元件的保护配合；每套保护所具有的整定值、动作机理与实际现场一致；继电保护或自动装置的运行操作、启停切换、定值调整、信号指示、信号复归、动作报告等功能及其操作界面与实际装置一致。操作熔丝、小开关、压板、端子、键盘、按钮等与实际装置一致；当保护装置退出运行(操作熔丝或压板未投入)时，发生故障，该保护装置应不动作(拒动)；在正常、异常或事故情况下装置的信号、掉牌、表计和液晶显示与现场一致。
33.(4)直流系统
34.变电站建设范围：直流屏，硅整流屏、直流蓄电池、高频开关电源，可控硅整流、充电设备、直流系统及绝缘监察。
35.三维模型孪生程度：高频开关电源，可控硅整流及浮充电设备的运行特性与实际设备相同；能进行操作切换，模拟对蓄电池组充电和浮充电运行方式；调节直流母线电压、蓄电池充放电或断路器合闸等，表计显示正确；能反映直流系统运行情况；设置直流系统故障(直流回路断线、直流接地等)时，绝缘监察装置表计指示正确。对直流控制屏屏面用多媒体画面对实际设备进行仿真，包括盘面上仪表，光字信号，转换开关，切换开关等。
36.(5)站用电系统
37.变电站建设范围：站用变压器、站用电系统及母线(包括出线开关，主变压器的冷却器电源系统等)，分段开关备自投功能，主控制室灯光信号控制等。
38.三维模型孪生程度：：能正确反映站用变压器的电磁关系，变压器的并联运行、母线电压波动及负荷分配符合实际情况；站用电系统的操作和切换符合现场情况，能仿真站用系统故障、母线失压和备用电源自动投入等。
39.(6)消防系统
40.变电站建设范围:自动灭火水喷淋系统、气体灭火系统、烟感、温感报警系统，消防水管道。
41.三维模型孪生程度：:能根据设置的事故自动或人工设定是否启动灭火装置，能仿真水喷淋系统、气体灭火系统动作后情景，正确仿真各阀门的开启方向、水流方向，正确显示运行人员所必须进行的操作界面和报警信号。
42.(7)变电站巡视
43.根据巡视人员佩戴的北斗定位器，系统实时显示巡视人员移动轨迹。
44.应用层调用平台层的数据及虚拟变电站场景进行实时监视。应用层包括：实时监
视模块、应急管理模块、统计分析模块。实时监视模块对变电站进行实时的视频监视。应急管理模块，对变电站设备的运行工况及环境进行管理，发生设备故障时，应急管理模块控制启动变电站的继电保护装置，当变电站发生火灾时，应急管理模块控制启动变电站的消防系统。统计分析模块对变电站设备的工况数据进行统计分析，对变电站设备进行故障预测和寿命预测。此外，应用层还可以包括三维视频融合、作业管理、虚拟巡视、缺陷管理、设备管理等模块。
45.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。