CN111431284B - 一种基于bim技术的变电站智能化管控系统 - Google Patents

Abstract

一种基于BIM技术的变电站智能化管控系统，包括数据采集装置、网络平台、BIM模块、模型构建模块、故障BPFORM模块和管控模块，数据采集装置用于采集电力设备数据信息，并将电力设备数据信息发送至网络平台；BIM模块存储有电力设备的构造数据；模型构建模块用于采用多模态数据融合算法对构造数据和电力设备数据信息进行融合，构建电力数字信息EDM模型；故障BPFORM模块，用于存储历史故障信息；管控模块，用于基于EDM模型和故障BPFORM模块实现对电力设备的智能巡检、故障定型和人员管控。本发明不仅提高巡检效率，也提高了巡检过程中的设备状态以及故障诊断的准确性，保证了变电站中的电气设备的安全可靠运行。

Description

一种基于BIM技术的变电站智能化管控系统

技术领域

本发明涉及变电站技术领域，尤其涉及一种基于BIM技术的变电站智能化管控系统。

背景技术

随着特高压交直流混合大电网、新一代智能变电站的建设，对电网设备安全和智能运维管理提出了更高的要求。国家电网公司在2019年两会报告中提出要建设运营“泛在电力物联网”，并成为和坚强智能电网相提并论的重点工作，近年来物联网、大数据、BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）等新技术已经在一些重要的电力工程项目中成功应用，为提升变电运维管理提供了新的思路。

但是，当前国内外的研究机构主要偏向于BIM在工程建设阶段的应用及一维数据的分析处理，其功能比较单一，不适用于现阶段对变电站的管控，因此，亟需提出一种基于BIM技术的变电站智能化管控系统以对电力设备进行智能巡检、故障定型和人员管控等，实现电网运检的精益高效。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种使用便捷可靠、检测精度高、泛化能力强、后台信息自动整合的基于BIM技术的变电站智能化管控系统。

本发明的技术方案是：包括数据采集装置、网络平台、BIM模块、模型构建模块、故障BPFORM模块和管控模块，所述数据采集装置与网络平台连接，所述网络平台和BIM模块均与模型构建模块连接，所述故障BPFORM模块与网络平台连接，所述模型构建模块和故障BPFORM模块均与管控模块连接。

所述数据采集装置，用于采集电力设备数据信息，并将电力设备数据信息发送至网络平台；

所述BIM模块，用于存储电力设备的构造数据；

所述模型构建模块，用于采用多模态数据融合算法对所述构造数据和所述电力设备数据信息进行融合，构建电力数字信息EDM模型；

所述故障BPFORM模块，用于存储历史故障信息；

所述管控模块，用于基于所述EDM模型和所述故障BPFORM模块实现对电力设备的智能巡检、故障定型和人员管控。

其还包括显示模块，所述显示模块与管控模块连接，所述显示模块包括：

场景虚拟单元，用于利用虚拟现实技术构建变电站内的虚拟场景；

显示单元，用于在接收到由所述EDM模型和所述故障BPFORM模块融合后的融合数据时，显示与所述融合数据对应的状态。

所述显示单元包括：

预设子单元，所述预设子单元与场景虚拟单元连接，用于根据所述融合数据生成虚拟场景下与融合数据对应的状态；

存储子单元，所述存储子单元与预设子单元连接，用于存储所述预设子单元生成的多个融合数据以及每个融合数据与状态之间的对应关系；

显示子单元，所述显示子单元与管控模块连接以及存储子单元连接，用于在接收到由所述EDM模型和故障BPFORM模块融合后的融合数据时，从存储子单元选择与融合数据对应的状态，并显示状态。

所述故障BPFORM模块包括：

故障数据获取单元，用于存储历史故障信息，所述故障信息包括：电力设备历史运行状态，与所述电力设备运行状态对应的故障类型；

故障BPFORM单元，用于通过人工神经网络算法对所述历史故障信息进行训练，生成所述故障BPFORM单元。

所述数据采集装置包括：

电力设备监测单元，用于获取变压器和气体绝缘金属封闭开关设备的运行数据，并将运行数据发送至所述网络平台；

传感器单元，与所述网络平台连接，包括局部放电传感器、成像传感器、环境监控传感器，用于将获取到的传感器数据发送至所述网络平台；

人员监测单元，与所述网络平台连接，用于实时获取所述人员的巡检任务和位置，并将巡检任务和位置发送至所述网络平台。

所述电力设备监测单元与变压器、气体绝缘金属封闭开关设备通过LoRa、蓝牙、ZIGBEE或S-485进行数据交互。

所述电力设备数据信息包括：电力设备的运行数据、传感器数据和人员信息数据。

所述虚拟场景包括：建筑物、电力设备和人员。

本发明所提供的一种基于BIM技术的变电站智能化管控系统，与现有技术中的管控过程相比，不仅提高巡检效率，也提高了巡检过程中的设备状态以及故障诊断的准确性，保证了变电站中的电气设备的安全可靠运行，而且极大程度降低了人为失误导致的变电站中的电力故障，减少了人力和物力，降低了成本。

还利用虚拟现实技术构建三维场景对EDM的运行过程进行可视化显示。首先根据变电站的真实数据构建变电站虚拟场景，场景包括建筑物、设备、人员等模型信息；其次是将模型信息与相关数据信息进行关联，并设置出不同状态的显示结果；最后是接入数据信息，对电力设备的运行状态、故障类型、人员位置等进行三维可视化显示，对系统的各个功能模块的执行结果进行真实高效的显示。

另外，该管控系统具有使用便捷可靠、检测精度高、泛化能力强、后台信息自动整合分类等诸多优点，能够实现纠正和监督变电站人员的行为规范，减少了因人为失误而导致的电力故障，提高了人员的安全。

附图说明

图1是本发明的系统框图，

图2是显示模块的原理框图，

图3是故障BPFORM模块的原理框图，

图4是数据采集装置的原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对发明进行清楚、完整的描述。

如图1所示，该系统包括：数据采集装置1、网络平台2、BIM模块3、模型构建模块4、故障BPFORM模块5和管控模块6，所述数据采集装置1与所述网络平台2连接，所述网络平台2和所述BIM模块3均与所述模型构建模块4连接，所述故障BPFORM模块5与所述网络平台2连接，所述管控模块6与所述模型构建模块4和所述故障BPFORM模块5连接。

所述数据采集装置1用于采集电力设备数据信息，并将电力设备数据信息发送至所述网络平台2，所述电力设备数据信息包括：电力设备的运行数据、传感器数据和人员信息数据。

其中，电力设备包括：变压器和GIS（即气体绝缘金属封闭开关设备），人员信息包括巡检人员的巡检任务和巡检人员的位置。

在一种可能的实现方式中，如图4所示，所述数据采集装置1包括：

电力设备监测单元，分别与变压器、GIS和所述网络平台2连接，用于获取所述变压器和所述GIS的运行数据，并将所述运行数据发送至所述网络平台2；

传感器单元，与所述网络平台2连接，包括局部放电传感器、成像传感器、环境监控传感器，用于将获取到的传感器数据发送至所述网络平台2；

人员监测单元，与所述网络平台2连接，用于实时获取所述人员的巡检任务和位置，并将所述巡检任务和所述位置发送至所述网络平台2。

其中，电力设备监测单元包括集成感知阵列和电源，该集成感知阵列主要集成红外、视频、局放、声音、气味传感功能，实现对变电站设备的非接触式测量，集成感知阵列通过LoRa、蓝牙、ZIGBEE或S-485与变压器和GIS进行数据交互，当采用LoRa或蓝牙的连接方式时，该电力设备监测单元还包括电源，该电源为检修电源或者poe（power over ethernet)供电，从而保证LoRa、蓝牙等本地无线网络的稳定性。另外，集成感知阵列还可以包括多个集成感知子单元，每个子单元通过以太网络或全球定位系统实现数据分布式同步采样，从而实现对异常设备所在区域和人员入侵危险区域的定位。

所述BIM模块3存储有所述电力设备的构造数据；

BIM是以建筑工程项目中的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，本发明专利中，BIM中存储有电力设备的构造数据，该构造数据包括标准运行数据。

模型构建模块4用于采用多模态数据融合算法对所述构造数据和所述电力设备数据信息进行融合，构建电力数字信息EDM模型。

由于变电站中电力设备的构成复杂，且设备与设备、设备与环境之间的影响较大，且影响因素较多，需要对不同类型的单一模态数据进行融合，即多源单一模态数据融合处理。多元多模态数据融合是对不只一种模态类型的数据进行分析，在对多源多模态数据进行分析的时候，有的时候也需要先对单一模态数据类型进行分析，然后对多模态数据进行融合分析以及对多源数据进行关联挖掘，因此，模型构建模块4用于采用多模态数据融合算法对采集到的多源多模态数据，即所述构造数据和所述电力设备数据信息进行深度融合。

多模态数据融合算法基于改进的深度学习算法建立了多模态数据融合知识库，以对采集到的数据集进行深度融合，将多元多模态的数据转化为真实的具有精确时空属性、动态属性和交互属性的EDM（Engineering Design Model，电力数字模型），以实现从多源多模态数据的采集、多源多模态数据的存储、多源多模态数据的分析。

故障BPFORM模块5，用于存储历史故障信息，在一种可能的实现方式中，如图3所示，故障BPFORM模块5包括：故障数据库单元，用于存储历史故障信息，所述故障信息包括：电力设备历史运行状态，与所述电力设备运行状态对应的故障类型；故障BPFORM单元：用于通过人工神经网络算法对所述历史故障信息进行训练，生成所述故障BPFORM单元。

即，BPFORM单元是通过人工神经网络算法对大量不同的故障案例的数据进行训练，从而得到具备对变压器故障/异常诊断与定位、GIS设备的故障/异常诊断与定位功能的单元。

所述管控模块6，用于基于所述EDM模型和所述故障BPFORM模块5实现对所述电力设备的智能巡检、故障定型和人员管控。

管控模块6将EDM中的数据与故障BPFORM模块5中的数据进行对比，并与故障BPFORM模块5中的故障的电力的设备状态及故障数据进行比对分析，最终确定设备的当下运行状态是否良好，并在确定电力设备出现故障时，确定电力设备的故障类型、以及作业人员的危险行为并给与实时预警，

针对智能巡检和故障定型，变电站的设备发生故障时，设备会从初始状态或正常状态转变为故障状态，可以利用多种传感器探测设备是运行时状态的动态变化，当出现故障状态时系统会提取出故障状态数据中的特征信息，并将这些特征信息进行强化，从而实现对电力设备的智能巡检和故障定型。

针对人员管控，由于变电站设备集中，带电区和安全区毗邻，因此巡检作业人员安全管控问题突出，利用EDM的精确时空性、交互性，能够实现设备与人员的精确定位。在作业人员安全管控方面，通过作业人员佩戴的移动终端获取人员的实时位置。为保证人员位置的真实性和实时性，首先通过获取人员与临近定位设备间的绝对距离，对作业人员进行精确的三维定位，通过EDM数据的分析能够对人员的安全作业范围进行精确的布防，并对人员越界给与警告。

例如，管控模块6能够完成但不限于下述三个功能：

第一种、通过不断采集、融合、对比等数据操作实现电力设备的自动巡检，得到设备的故障类型。

第二种、系统自动识别已经发生故障的电力设备，生成包含巡检上述发生故障的电力设备的巡检任务，并该该巡检任务发送至控制室，以便控制室中的控制人员查看该巡检任务并分派巡检人员，同时，当有巡检人员执行上述巡检任务时，还可以通过控制人员的输入，生成巡检任务和巡检人员的对应信息。

第三种、系统根据巡检人员的任务、位置、视频、图片等信息对巡检人员进行实时检测，当发现危险行为时及时对巡检人员进行预警提示。

本发明实施例提供的基于BIM技术的变电站智能化管控系统，与现有技术中的管控过程相比，不仅提高巡检效率，也提高了巡检过程中的设备状态以及故障诊断的准确性，保证了变电站中的电气设备的安全可靠运行，而且极大程度降低了人为失误导致的变电站中的电力故障，减少了人力和物力，降低了成本。

在一种可能的实现方式中，如图2所示，该管控系统还包括：显示模块；所述显示模块与所述管控模块6连接，所述显示模块包括：场景虚拟单元，用于利用虚拟现实技术构建所述变电站内的虚拟场景，所述虚拟场景包括：建筑物、电力设备和人员；显示单元，用于在接收到由所述EDM模型和所述故障BPFORM模块5融合后的融合数据时，显示与融合数据对应的状态。

其中，所述显示单元包括：预设子单元，所述预设子单元与所述场景虚拟单元连接，用于根据所述融合数据生成所述虚拟场景下与所述融合数据对应的状态；存储子单元，所述存储子单元与所述预设子单元连接，用于存储所述预设子单元生成的多个融合数据和每个所述融合数据与状态之间的对应关系；显示子单元，分别与所述管控模块6连接和所述存储子单元连接，用于在接收到由所述EDM模型和所述故障BPFORM模块5融合后的融合数据时，从所述存储子单元选择与所述融合数据对应的状态，并显示所述状态。

本发明实施例提供的基于BIM技术的变电站智能化管控系统，利用虚拟现实技术构建三维场景对EDM的运行过程进行可视化显示。首先根据变电站的真实数据构建变电站虚拟场景，场景包括建筑物、设备、人员等模型信息。其次是将模型信息与相关数据信息进行关联，并设置出不同状态的显示结果。最后是接入数据信息，对电力设备的运行状态、故障类型、人员位置等进行三维可视化显示，对系统的各个功能模块的执行结果进行真实高效的显示。

另外，该管控系统具有使用便捷可靠、检测精度高、泛化能力强、后台信息自动整合分类等诸多优点，能够实现纠正和监督变电站人员的行为规范，减少了因人为失误而导致的电力故障，提高了人员的安全。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于BIM技术的变电站智能化管控系统，其特征在于，包括数据采集装置、网络平台、BIM模块、模型构建模块、故障BPFORM模块和管控模块，所述数据采集装置与网络平台连接，所述网络平台和BIM模块均与模型构建模块连接，所述故障BPFORM模块与网络平台连接，所述模型构建模块和故障BPFORM模块均与管控模块连接；

所述数据采集装置，用于采集电力设备数据信息，并将电力设备数据信息发送至网络平台；

所述BIM模块，用于存储电力设备的构造数据；

所述模型构建模块，用于采用多模态数据融合算法对所述构造数据和所述电力设备数据信息进行融合，构建电力数字信息EDM模型；

所述故障BPFORM模块，用于存储历史故障信息；

所述管控模块，用于基于所述EDM模型和所述故障BPFORM模块实现对电力设备的智能巡检、故障定型和人员管控；

所述故障BPFORM模块包括：

故障数据获取单元，用于存储历史故障信息，所述故障信息包括：电力设备历史运行状态，与所述电力设备运行状态对应的故障类型；

故障BPFORM单元，用于通过人工神经网络算法对所述历史故障信息进行训练，生成所述故障BPFORM单元；BPFORM单元是通过人工神经网络算法对大量不同的故障案例的数据进行训练，从而得到具备对变压器故障/异常诊断与定位、GIS设备的故障/异常诊断与定位功能的单元。

2.根据权利要求1所述的基于BIM技术的变电站智能化管控系统，其特征在于，其还包括显示模块，所述显示模块与管控模块连接，所述显示模块包括：

场景虚拟单元，用于利用虚拟现实技术构建变电站内的虚拟场景；

显示单元，用于在接收到由所述EDM模型和所述故障BPFORM模块融合后的融合数据时，显示与所述融合数据对应的状态。

3.根据权利要求2所述的基于BIM技术的变电站智能化管控系统，其特征在于，所述显示单元包括：

预设子单元，所述预设子单元与场景虚拟单元连接，用于根据所述融合数据生成虚拟场景下与融合数据对应的状态；

存储子单元，所述存储子单元与预设子单元连接，用于存储所述预设子单元生成的多个融合数据以及每个融合数据与状态之间的对应关系；

显示子单元，所述显示子单元与管控模块连接以及存储子单元连接，用于在接收到由所述EDM模型和故障BPFORM模块融合后的融合数据时，从存储子单元选择与融合数据对应的状态，并显示状态。

4.根据权利要求1所述的基于BIM技术的变电站智能化管控系统，其特征在于，所述数据采集装置包括：

电力设备监测单元，用于获取变压器和气体绝缘金属封闭开关设备的运行数据，并将运行数据发送至所述网络平台；

传感器单元，与所述网络平台连接，包括局部放电传感器、成像传感器、环境监控传感器，用于将获取到的传感器数据发送至所述网络平台；

人员监测单元，与所述网络平台连接，用于实时获取所述人员的巡检任务和位置，并将巡检任务和位置发送至所述网络平台。

5.根据权利要求4所述的基于BIM技术的变电站智能化管控系统，其特征在于，所述电力设备监测单元与变压器、气体绝缘金属封闭开关设备通过LoRa、蓝牙、ZIGBEE或S-485进行数据交互。

6.根据权利要求1所述的基于BIM技术的变电站智能化管控系统，其特征在于，所述电力设备数据信息包括：电力设备的运行数据、传感器数据和人员信息数据。

7.根据权利要求2所述的基于BIM技术的变电站智能化管控系统，其特征在于，所述虚拟场景包括：建筑物、电力设备和人员。

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