CN112769237A - 变电站数字孪生系统 - Google Patents

Abstract

本发明采用以下技术方案实现：一种变电站数字孪生系统，包括：数据库、数据库组态配置模块、数据入库模块、后台数据处理模块和前端浏览模块；前端浏览模块用于后台数据处理模块发来的数据根据用户选择，以相应的形式进行显示；形式包括基于BIM技术构建变电站的三维模型，并在三维模型中的三维构件中显示相应的实时数据以及状态。与现有技术相比，对变电站三维模型、全景监测数据进行了有机整合，实现变电站资产的三维全景展示和变电站监控数据的获取，提升了日常运维全面监视的空间体验，为后续变电站多维数据的深度挖掘和智能分析提供了扎实的数据平台。

Description

变电站数字孪生系统

技术领域

本发明涉及一种变电站，特别是一种变电站的管理维护检修的变电站数字孪生系统。

背景技术

数字孪生是近几年兴起的非常前沿的新技术，简单说就是利用物理模型、物联网传感器、仿真，通过数字化的手段来构建一个数字世界中一模一样的实体世界在虚拟空间中的映射，以反映相对应的实体装备的全生产过程。变电站将数字孪生与三维设计深度融合，将大幅推动输变电站工程的设计、建设、运维环节的数字化变革，对高质量建设国家电网具有重要意义。变电站日常运维，是保障变电站安全生产和提高设备全生命周期的一个重要手段。在多年的运维实践中，逐渐暴露出了一些问题亟待解决，以提高变电站运维效率。当前变电站存在以下典型问题：1、变电站监控以传统的二维逻辑视图为主，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，不便于故障设备的快速定位；2、变电站主控系统、辅控系统相对独立配置，两套监测数据及监视画面相对独立，不便于运维人员实现变电站主辅设备的全面监视；3、在变电站无人值班模式的发展趋势下，现有运维模式相对滞后，事故发生时，一线运维人员无法即时掌握变电站相关运行关键信息，新技术的优势未能得到充分利用和有效发挥，严重影响运维效率；4、变电站设计和基建环节的信息在运维阶段无法共享。变电站当前存在的问题不利于“数字国网”、“泛在电力物联网”的建设。

发明内容

本发明的目的是提供一种变电站数字孪生系统，要解决的技术问题实现变电站监测数据与三维数字模型的联动显示。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案实现：一种变电站数字孪生系统，包括：数据库、数据库组态配置模块、数据入库模块、后台数据处理模块和前端浏览模块；

数据库与数据库组态配置模块、数据入库模块和后台数据处理模块连接；数据库用于保存数据库组态配置模块存入的三维构件信息、全景监测数据、二维逻辑图数据、三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系、间隔信息、间隔与二维逻辑图的关联关系、间隔与三维构件的关联关系、摄像头信息、摄像头与三维构件的关联信息、变电站一体化监控系统的二维接线图以及数据入库模块存入的告警数据；

数据库组态配置模块用于工程实施人员配置三维构件信息、全景监测数据、三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系、间隔信息、间隔与二维逻辑图的关联关系、间隔与三维构件的关联关系、摄像头信息、摄像头与三维构件的关联信息，并保存至数据库中；

数据入库模块用于解析综合应用服务器发送来的实时数据E文件和告警数据E文件，将告警数据E文件保存到数据库，定时清除之前的实时数据E文件和告警数据E文件；

后台数据处理模块用于根据各模块的请求，从数据库中读取与请求相关的数据并进行发送，数据包括三维构件的信息、全景监测数据、三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系、间隔与二维逻辑图的关联关系、告警历史数据；当后台数据处理模块在处理前端浏览模块发送的请求时，对实时数据E文件进行解析后将该实时数据E文件发送至前端浏览模块进行显示；

前端浏览模块用于人机交互，对后台数据处理模块发来的数据根据用户选择，以相应的形式进行显示；形式包括基于BIM技术构建变电站的三维模型，并在三维模型中的三维构件中显示相应的实时数据以及状态。

进一步地，数据入库模块每隔5分析解析综合应用服务器发送来的实时数据E文件和告警数据E文件。

进一步地，数据入库模块还会判断数据库中实时数据E文件名和告警数据E文件名是否有更新；如果有更新，对实时数据E文件和告警数据E文件解析，读取文件内容后将实时数据E文件和告警数据E文件中所含的全景监测数据进行更行，同时删除之前保存的实时数据E文件和告警数据E文件；否则认为实时数据E文件和告警数据E文件没有更新，不进行实时数据E文件和告警数据E文件解析。

进一步地，后台数据处理模块，对实时数据E文件进行解析后将该实时数据E文件以JSON文件格式发送至前端浏览模块进行显示

进一步地，后台数据处理模块在处理前端浏览模块发送的请求时采用以下方式：前端浏览模块向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块在接收到该请求后，根据前端浏览模块发送的URL及请求参数，在数据库中调用与该请求相应的数据，然后后台数据处理模块将获取到的数据封装为JSON格式并发送至前端浏览模块，前端浏览模式向用户进行显示。

进一步地，前端浏览模块包括：

浏览模块,用于通过后台数据处理模块从数据库中提取三维构件的信息、二维逻辑图数据后基于BIM技术构建三维模型，三维模型以模型树的方式，展示电站数字化移交模型的层级及所有的三维构件；

全景监视模块，用于将实现全景监测数据与三维模型中构件所对应的数据的对接，实现在三维模型中各构件进行实时监测数据显示，从而构建变电站环境、设备、监测数据和管理信息的综合可视化平台；

二维逻辑图管理模块，用于通过后台数据处理模块在数据库中提取变电站一体化监控系统的二维接线图，从数据库读取二维逻辑图元与全景监测数据的关联关系；

告警管理模块，用于定时向后台数据处理模块发送告警信息请求，通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将查询结果返回；

历史查询模块，用于对告警历史数据进行查询，通过按时间段、设备类型、告警等级进行分类查询告警历史数据，通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将查询的告警历史数据返回。

进一步地，告警管理模块还对查询结果中的告警信息按事故、异常、变位、告知进行分级展示并以颜色加以标注。

进一步地，告警管理模块还统计当前已确认、未确认的告警条目数，不同告警等级的比例，告警信息来源比例并显示统计结果。

进一步地，历史查询模块还对查询的告警历史数据按事故、异常、变位、告知进行分级展示并以颜色加以标注。

进一步地，历史查询模块还对查询的告警历史数据进行统计，并显示统计结果；统计类型包括告警等级、告警来源、日告警条数。

本发明与现有技术相比，对变电站三维模型、全景监测数据进行了有机整合，实现变电站资产的三维全景展示和变电站监控数据的获取，提升了日常运维全面监视的空间体验，为后续变电站多维数据的深度挖掘和智能分析提供了扎实的数据平台。

附图说明

图1是本发明的工作过程图。

图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，变电站控制区域分为生产控制大区和管理信息大区。生产控制大区分为安全Ⅰ区和安全Ⅱ区。安全Ⅰ区中的业务系统、其功能模块或子系统(图中未示出)的典型特征为：是电力生产的重要环节，直接实现对电力一次系统的实时监控，纵向使用电力调度数据网络或专用通道，是安全防护的重点与核心。安全Ⅱ区中的业务系统或其功能模块(图中未示出)的典型特征为：是电力生产的必要环节，在线运行但不具备控制功能，使用电力调度数据网络，与安全Ⅰ区中的业务系统或其功能模块联系紧密。管理信息大区指生产控制大区以外的电力企业管理业务系统的集合。

安全Ⅱ区设有综合应用服务器，综合应用服务器连接有辅控系统，综合应用服务器经防火墙连接监控主机。

辅控系统(辅助控制系统)位于生产控制大区的安全Ⅱ区，其通过IEC 61850通信协议将对其在安全II区中的业务系统或其它功能模块的监测信息送往综合应用服务器。

综合应用服务器将变电站的全景监测数据，以E文件的方式，经正向隔离送给安全Ⅳ区的变电站数字孪生系统。全景监测数据包括监控主机的监测数据以及辅控系统的的监测数据。

所述监控主机的监测数据包括：

1、电网运行稳态数据：位置状态采集数据、量测量采集数据、电网事故告警信息等；

2、一次设备数据：机构监测数据、设备本体监测数据及告警等；

3、二次设备数据：装置运行工况、装置自检、闭锁、对时状态、通信状态监视和告警信号等。

辅控系统的监测数据包括：

1、一次设备状态监测数据；

2、安防监测数据：电子围栏、门禁等；

3、消防监测数据：火灾报警、烟感、温感等；

4、环境监测数据：温度、湿度、SF6浓度、水浸报警等；

E文件包括数据点表E文件(Map)、实时数据E文件(RtData_yyyymmddhhmm)、告警数据E文件(Alarm_yyyymmddhhmm)。

所述数据点表E文件用于一体化监控系统与变电站数字孪生系统间交换信息点表；所述数据点表E文件初始版本为V1.0，当每次生成新的数据电表E文件时，其版本号的小数点后一位加1；所述数据点表E文件包括：装置信息、遥测信息以及遥信信息；

所述装置信息包括装置ID以及装置名称；遥测信息包括遥测ID、信号名称、该信号所对应的装置ID、系统、单位；遥信信息包括遥信ID、信号名称、该信号所对应的装置ID、系统、单位；

所述实时数据E文件用于一体化监控系统与变电站数字孪生系统间交换实时监测数据值信息，该实时数据E文件每间隔5分钟生成一个新的实时数据E文件。文件名格式：RtData_yyyymmddhhmm.xml，分钟“mm”取整5分钟，如00、05、10、15、--------、50、55。

所述告警数据E文件用于一体化监控系统与变电站数字孪生系统间交换实时告警信息；间隔5分钟生成一个数据文件，包含该5分钟间隔内所有的告警数据。文件名格式：Alarm_yyyymmddhhmm.xml，分钟“mm”取整5分钟，如00、05、10、15、--------、50、55。

监控主机为变电站一体化监控主机，按照全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化的基本要求，通过系统集成优化，实现全站信息统一接入、统一存储和统一展示，实现运行监视、操作与控制、信息综合分析与智能告警、运行管理和辅助应用等功能；

管理信息大区设有变电站数字孪生系统，变电站数字孪生系统连接有安防视频。

变电站数字孪生系统设置在管理信息大区的安全Ⅳ区，其用于加载变电站设备的三维数字化模型，实现对变电站设备的三维全景展示。变电站数字孪生系统获取监控主机、辅助控制系统的实时监测数据，实现变电站全景监测数据与三维数字模型的联动显示。实时监测数据为监控主机、辅助控制系统(辅控系统)的监测数据，每隔5分钟向变电站数字孪生系统传输一次该实时监测数据。

安防视频用于实现对变电站内生产视频的监视、抓拍、轮训、视频分析等功能。

综合应用服务器经正向隔离装置连接至变电站数字孪生系统。

正向隔离装置用于变电站安全区I/II到安全区Ⅳ的单向数据传递。

如图2所示，本发明的变电站数字孪生系统用于根据变电站所生成的与变电站虚拟三维模型，变电站数据孪生系统包括：数据库、数据库组态配置模块、数据入库模块、后台数据处理模块和前端浏览模块。

数据库采用MariaDB关系型数据库管理系统，与数据库组态配置模块、数据入库模块和后台数据处理模块连接。数据库用于保存数据库组态配置模块存入的三维构件信息、全景监测数据、二维逻辑图数据、三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系、间隔信息、间隔与二维逻辑图的关联关系、间隔与三维构件的关联关系、摄像头信息、摄像头与三维构件的关联信息、变电站一体化监控系统的二维接线图以及数据入库模块存入的告警数据。

间隔指变电站设计及建设中，将按照进线、主变高压、主变低压、主变、低压出线等部分分别组合而成，每部分称为一个间隔。比如进线间隔，就是从线路尽头的电缆头开始，以线路侧地刀、线路侧刀闸、开关侧地刀、开关、母线侧刀闸、母线地刀组合而成，所有电气设备组成进线间隔。

三维构件信息包含三维构件名称、构件ID、属性。

二维逻辑图元为变电设备中设备构件的二维平面图。

数据库组态配置模块用于工程实施人员配置三维构件信息、全景监测数据、三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系、间隔信息、间隔与二维逻辑图的关联关系、间隔与三维构件的关联关系、摄像头信息、摄像头与三维构件的关联信息，并保存至数据库中。

工程实施人员将变电站三维构件信息、全景监测数据、二维逻辑图导入至数据库组态配置模块；数据库组态配置模块根据变电站的实际情况，对三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系进行关联配置，并创建变电站间隔信息，再进行间隔与二维逻辑图的关联关系、间隔与三维构件的关联关系关联配置；根据变电站的视频监控系统，创建摄像头信息，进行摄像头与三维构件的关联信息的关联配置。

数据入库模块用于每隔5分钟解析综合应用服务器发送来的实时数据E文件和告警数据E文件，将告警数据E文件保存到数据库，定时清除之前的实时数据E文件和告警数据E文件。数据入库模块还会判断数据库中实时数据E文件名和告警数据E文件名是否有更新。如果有更新，对实时数据E文件和告警数据E文件解析，读取文件内容后将实时数据E文件和告警数据E文件中所含的全景监测数据进行更行，同时删除之前保存的实时数据E文件和告警数据E文件；否则认为实时数据E文件和告警数据E文件没有更新，不进行实时数据E文件和告警数据E文件解析。

后台数据处理模块用于根据各模块的请求，从数据库中读取与请求相关的数据并进行发送，数据包括三维构件的信息、全景监测数据、三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系、间隔与二维逻辑图的关联关系、告警历史数据；当后台数据处理模块在处理前端浏览模块发送的请求时，对实时数据E文件进行解析后将该实时数据E文件以JSON文件格式发送至前端浏览模块进行显示。

后台数据处理模块处理前端浏览模块的请求方式为：前端浏览模块向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块在接收到该请求后，根据前端浏览模块发送的URL及请求参数，在数据库中调用与该请求相应的数据，然后后台数据处理模块将获取到的数据封装为JSON格式并发送至前端浏览模块，前端浏览模式向用户进行显示。

前端浏览模块用于人机交互，对后台数据处理模块发来的数据根据用户选择，以相应的形式进行显示；形式包括基于BIM技术构建变电站的三维模型，并在三维模型中的三维构件中显示相应的实时数据以及状态；在第一次向后台数据处理模块发送请求时，后台数据处理模块会解析实时数据E文件并将实时数据E文件缓存至数据库的缓存中，同时将数据发送至前端浏览模块。前端浏览模块再次向后台数据处理模块发送请求时，后台数据处理模块判断数据库中的实时数据E文件是否有更新。如果有更新，就读取更新后的实时数据E文件的数据，并将读取的数据缓存至数据库的缓存中后将数据发送给前端浏览模块；否则直接将数据库的存储的实时数据E文件的数据发送给前端浏览模块。前端浏览模块作为用户使用变电站数字孪生系统的人机接口，从后台数据处理模块获取数据库中所示存储的三维构件的信息、全景监测数据、三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系、间隔与二维逻辑图的关联关系、告警历史数据，基于现有的BIM技术建立三维模型进行展示，并在三维模型中实时显示相应的全景监测数据，实现变电站监控数据与三维数字模型的联动显示以及告警信息的展示、历史告警信息的查询。

如图2所示，前端浏览模块包括浏览模块、全景监视模块、二维逻辑图管理模块、告警模块和历史查询模块，其中：

浏览模块用于通过后台数据处理模块从数据库中提取三维构件的信息、二维逻辑图数据后基于BIM技术构建三维模型，三维模型以模型树的方式，展示电站数字化移交模型的层级及所有的三维构件。通过勾选或取消不同层级的模型分类，可对模型进行分系统、分类别和分属性查看或隐藏，实现变电站模型的不同场景查看。同时具备变电站模型的中三维构件的隐藏、移动、缩放、旋转、选择功能；在浏览模块中选中其中一个三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据浏览模块的请求地址(URL)将请求地址中的三维构件所对应的三维构件信息(管理参数、设计参数及实时量测信息)进行提取并反馈至浏览模块，浏览模块接收到三维构件信息后对该三维构件信息进行展示、并对页面进行渲染。

全景监视模块用于将实现全景监测数据与三维模型中构件所对应的数据的对接，实现在三维模型中各构件进行实时监测数据显示，从而构建变电站环境、设备、监测数据和管理信息的综合可视化平台。可实现现场的一次设备子系统监视、智能设备子系统监视、继电保护及安全自动装置子系统监视、一体化电源子系统监视、安全防范子系统监视、水冷子系统监视、暖通空调子系统监视、给排水子系统监视、动力照明子系统浏览、防雷接地子系统浏览、通信子系统浏览、电能计量采集子系统浏览、火灾报警子系统浏览、水喷淋子系统浏览、视频设备子系统浏览。

在对一次设备子系统监视时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的一次设备子系统的三维构件信息、告警信息以及所对应的全景监测数据进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立对应一次设备子系统的三维模型后，全景监视模块根据告警信息、全景监测数据在三维模型的对应构件位置实时显示相应的信息，浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息、告警信息、全景监测数据返回至浏览模块以及全景监视模块；浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。全景监视模块对返回的告警信息进行告警等级、告警来源统计，并展示最近10条告警信息。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数及实时量测信息)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示；鼠标右键一次设备子系统中的间隔时，选择“切换至二维逻辑图”，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块发送获取请求二维逻辑图数据，浏览模块在接收到二维逻辑图数据后加载该二维逻辑图并展示；浏览模块还支持按电压等级、间隔、三维构件查看一次设备子系统近7日的告警数据，及告警等级比例。

对智能设备子系统监视时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的智能设备子系统的三维构件信息、告警信息以及所对应的全景监测数据进行提取，并跟别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立对应智能设备子系统的三维模型后，全景监视模块根据告警信息、全景监测数据在三维模型的对应构件位置实时显示相应的信息，浏览模块以及全景模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息、告警信息、全景监测数据返回至浏览模块以及全景监视模块；浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。全景监视模块对返回的告警信息进行告警等级、告警来源统计，并展示最近10条告警信息。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数及实时量测信息)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示；鼠标右键智能设备子系统中的间隔时，选择“切换至二维逻辑图”，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块发送获取请求二维逻辑图数据，浏览模块在接收到二维逻辑图数据后加载该二维逻辑图并展示。

对继电保护及安全自动装置子系统监视时，浏览模块和全景监视模块向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的继电保护及安全自动装置子系统的三维构件信息、告警信息以及全景监测数据进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立继电保护及安全自动装置子系统的三维模型后，全景监视模块根据告警信息、全景监测数据在三维模型的对应构件位置实时显示相应的信息浏览模块以及全景监视模块，浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息、告警信息、全景监测数据返回至浏览模块以及全景监视模块；浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。对返回的告警信息进行告警等级、告警来源统计，并展示最近10条告警信息。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数及实时量测信息)，浏览模块在接收到后台数据处理模块反回的该三维构件信息后对其进行页面选然后展示。鼠标右键继电保护及安全自动装置子系统中的间隔时，选择“切换至二维逻辑图”，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块发送获取请求二维逻辑图数据，浏览模块在接收到二维逻辑图数据后加载该二维逻辑图并展示。

对一体化电源子系统监视时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的一体化电源子系统的三维构件信息、告警信息以及所对应的全景监测数据进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立一体化电源子系统的三维模型后，全景监视模块根据告警信息、全景监测数据在三维模型的对应构件位置实时显示相应的信息，浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息、告警信息、全景监测数据返回至浏览模块以及全景监视模块；浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。对返回的告警信息进行告警等级、告警来源统计，并展示最近10条告警信息。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数及实时量测信息)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示；鼠标右键一体化电源子系统时，选择“切换至二维逻辑图”，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块发送获取请求二维逻辑图数据，浏览模块在接收到二维逻辑图数据后加载该二维逻辑图并展示。鼠标在三维构件中右键一体化电源时，选择“切换至二维逻辑图”，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块发送获取请求二维逻辑图数据，，浏览模块在接收到二维逻辑图数据后加载该二维逻辑图并展示。

对安全防范子系统监视时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的安全防范子系统的三维构件信息、告警信息以及全景监测数据进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立安全防范子系统的三维模型后，全景监视模块根据告警信息、全景监测数据通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息、告警信息、全景监测数据返回至浏览模块以及全景监视模块；浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。全景监视模块对返回的告警信息进行告警等级、告警来源统计，并展示最近10条告警信息。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数及实时量测信息)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示；鼠标右键安全防范子系统时，选择“切换至二维逻辑图”，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块发送获取请求二维逻辑图数据，浏览模块在接收到二维逻辑图数据后加载该二维逻辑图并展示。

对水冷子系统监视时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的水冷子系统的三维构件信息、告警信息以及所对应的全景监测数据进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立水冷子系统的三维模型后，全景监视模块根据告警信息、全景监测数据在三维模型的对应构件位置实时显示相应的信息，浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息、告警信息、全景监测数据返回至浏览模块以及全景监视模块。浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。全景监视模块对返回的告警信息进行告警等级、告警来源统计，并展示最近10条告警信息。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数及实时量测信息)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示；。鼠标右键水冷子系统时，选择“切换至二维逻辑图”，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块发送获取请求二维逻辑图数据，浏览模块在接收到二维逻辑图数据后加载该二维逻辑图并展示。

对暖通空调子系统监视时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的暖通空调子系统的三维构件信息、告警信息以及所对应的全景监测数据进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立暖通空调子系统的三维模型后，全景监视模块根据告警信息、全景监测数据在三维模型的对应构件位置实时显示相应的信息，浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将查询结果返回。全景监视模块将数据库中对应的三维构件信息、告警信息、全景监测数据返回至浏览模块以及全景监视模块，浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。全景监视模块对返回的告警信息进行告警等级、告警来源统计，并展示最近10条告警信息。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数及实时量测信息)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示。鼠标右键暖通空调子系统时，选择“切换至二维逻辑图”，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块发送获取请求二维逻辑图数据，浏览模块在接收到二维逻辑图数据后加载该二维逻辑图并展示。

对给排水子系统监视时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的排水子系统的三维构件信息、告警信息以及所对应的全景监测数据进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立给排水子系统的三维模型后，全景监视模块根据告警信息、全景监测数据在三维模型的对应构件位置实时显示相应的信息，浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息、告警信息、全景监测数据返回至浏览模块以及全景监视模块。浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。全景监视模块对返回的告警信息进行告警等级、告警来源统计，并展示最近10条告警信息。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数及实时量测信息)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示。鼠标右键给排水子系统时，选择“切换至二维逻辑图”，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块发送获取请求二维逻辑图数据，浏览模块在接收到二维逻辑图数据后加载该二维逻辑图并展示。

对动力照明子系统浏览时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的动力照明子系统的三维构件信息进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立动力照明子系统的三维模型后。浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息返回至浏览模块以及全景监视模块。全景监视模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示。

对防雷接地子系统浏览时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的防雷接地子系统的三维构件信息进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立防雷接地子系统的三维模型。浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息返回至浏览模块以及全景监视模块。浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示。

对通信子系统浏览时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的通信子系统的三维构件信息进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立通信子系统的三维模型。浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息返回至浏览模块以及全景监视模块。浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示。

对电能计量采集子系统浏览时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的电能计量采集子系统的三维构件信息进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立电能计量采集子系统的三维模型。浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息返回至浏览模块以及全景监视模块。浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示。

对火灾报警子系统浏览时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的火灾报警子系统的三维构件信息进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立火灾报警子系统的三维模型。浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息返回至浏览模块以及全景监视模块。浏览模块所展示的三维模型(模型)，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示。

对水喷淋子系统浏览时，浏览模块和全景监视模块分别向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求将数据库中对应的水喷淋子系统的三维构件信息进行提取，并分别反馈至浏览模块和全景监视模块，浏览模块根据三维构件信息采用基于BIM技术建立水喷淋子系统三维模型后。浏览模块以及全景监视模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将数据库中对应的三维构件信息返回至浏览模块以及全景监视模块。浏览模块所展示的三维模型(模型)展示三维构件信息，支持对模型的移动、缩放、旋转、选择功能。当选中三维模型中的三维构件时，浏览模块通过ajax函数向后台数据处理模块请求该三维构件信息(管理参数、设计参数)，浏览模块在接收到后台数据处理模块返回的该三维构件信息后对其进行页面渲染后展示。

对视频设备子系统浏览时，浏览模块以及全景监视模块向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块根据请求在数据库中对应的视频设备子系统的摄像头信息进行提取，并反馈至浏览模块，浏览器模块在三维模型中标注出该摄像头的所在位置，并在列出视频设备的导航树；浏览模块通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将将数据库中对应的摄像头信息返回至浏览器模块。当在对应的摄像头的所在位置上鼠标右键该摄像头，可通过后台数据处理模块调取视频设备当前实时的视频图像。

二维逻辑图管理模块用于通过后台数据处理模块在数据库中提取变电站一体化监控系统的二维接线图，从数据库读取二维逻辑图元与全景监测数据的关联关系。定时向后台数据处理模块请求全景监测数据，通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块在数据库中查询相应的数据然后将查询结果返回，二维逻辑图管理模块刷新二维接线图中一次设备状态值，二维接线图维变电站主线图SVG文件。

告警管理模块用于定时向后台数据处理模块发送告警信息请求，通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将查询结果返回，告警管理模块对后台数据处理模块返回的告警信息按事故、异常、变位、告知进行分级展示并以颜色加以标注：事故-红色，异常-黄色，变位-蓝色，告知-系统色。支持对告警信息按告警等级、系统类型过滤条件，进行检索。告警管理模块还统计当前已确认、未确认的告警条目数，不同告警等级的比例，告警信息来源比例并显示统计结果。统计结果以柱状图、饼图等形式进行可视化展示。通过选择需要确认的告警信息，进行告警确认，告警管理模块将告警信息从未确认状态变确认状态。

历史查询模块用于对告警历史数据进行查询，通过按时间段、设备类型、告警等级进行分类查询告警历史数据，通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将查询的告警历史数据返回，历史查询模块对后台数据处理模块返回的告警历史数据按事故、异常、变位、告知进行分级展示并以颜色加以标注：事故-红色，异常-黄色，变位-蓝色，告知-系统色。历史查询模块还对查询的告警历史数据进行统计，并显示统计结果。统计类型包括告警等级、告警来源、日告警条数；统计结果，支持以折线图、饼图、柱状图等形式展示。

本发明基于变电站BIM技术，对变电站BIM模型、电网运行监测数据、主设备监测数据、辅设备监测数据、视频数据进行了有机整合，构建变电站数字孪生系统，实现了建设向运维方的变电站数字化移交，有助于管理者能更准确地掌握变电站的空间特性和设备的分布状况，为运维方能更迅速地作出决策提供了切实的帮助，是变电站建设和管理领域的一项革新技术。

Claims (10)

1.一种变电站数字孪生系统，其特征在于：包括：数据库、数据库组态配置模块、数据入库模块、后台数据处理模块和前端浏览模块；

数据库与数据库组态配置模块、数据入库模块和后台数据处理模块连接；数据库用于保存数据库组态配置模块存入的三维构件信息、全景监测数据、二维逻辑图数据、三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系、间隔信息、间隔与二维逻辑图的关联关系、间隔与三维构件的关联关系、摄像头信息、摄像头与三维构件的关联信息、变电站一体化监控系统的二维接线图以及数据入库模块存入的告警数据；

数据库组态配置模块用于工程实施人员配置三维构件信息、全景监测数据、三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系、间隔信息、间隔与二维逻辑图的关联关系、间隔与三维构件的关联关系、摄像头信息、摄像头与三维构件的关联信息，并保存至数据库中；

数据入库模块用于解析综合应用服务器发送来的实时数据E文件和告警数据E文件，将告警数据E文件保存到数据库，定时清除之前的实时数据E文件和告警数据E文件；

后台数据处理模块用于根据各模块的请求，从数据库中读取与请求相关的数据并进行发送，数据包括三维构件的信息、全景监测数据、三维构件与全景监测数据关联关系、二维逻辑图元与全景监测数据关联关系、间隔与二维逻辑图的关联关系、告警历史数据；当后台数据处理模块在处理前端浏览模块发送的请求时，对实时数据E文件进行解析后将该实时数据E文件发送至前端浏览模块进行显示；

前端浏览模块用于人机交互，对后台数据处理模块发来的数据根据用户选择，以相应的形式进行显示；形式包括基于BIM技术构建变电站的三维模型，并在三维模型中的三维构件中显示相应的实时数据以及状态。

2.根据权利要求1所述的变电站数字孪生系统，其特征在于：数据入库模块每隔5分析解析综合应用服务器发送来的实时数据E文件和告警数据E文件。

3.根据权利要求1或2所述的变电站数字孪生系统，其特征在于：数据入库模块还会判断数据库中实时数据E文件名和告警数据E文件名是否有更新；如果有更新，对实时数据E文件和告警数据E文件解析，读取文件内容后将实时数据E文件和告警数据E文件中所含的全景监测数据进行更行，同时删除之前保存的实时数据E文件和告警数据E文件；否则认为实时数据E文件和告警数据E文件没有更新，不进行实时数据E文件和告警数据E文件解析。

4.根据权利要求3所述的变电站数字孪生系统，其特征在于：后台数据处理模块，对实时数据E文件进行解析后将该实时数据E文件以JSON文件格式发送至前端浏览模块进行显示。

5.根据权利要求3所述的变电站数字孪生系统，其特征在于：后台数据处理模块在处理前端浏览模块发送的请求时采用以下方式：前端浏览模块向后台数据处理模块发送请求，后台数据处理模块在接收到该请求后，根据前端浏览模块发送的URL及请求参数，在数据库中调用与该请求相应的数据，然后后台数据处理模块将获取到的数据封装为JSON格式并发送至前端浏览模块，前端浏览模式向用户进行显示。

6.根据权利要求1所述的变电站数字孪生系统，其特征在于：前端浏览模块包括：

浏览模块,用于通过后台数据处理模块从数据库中提取三维构件的信息、二维逻辑图数据后基于BIM技术构建三维模型，三维模型以模型树的方式，展示电站数字化移交模型的层级及所有的三维构件；

全景监视模块，用于将实现全景监测数据与三维模型中构件所对应的数据的对接，实现在三维模型中各构件进行实时监测数据显示，从而构建变电站环境、设备、监测数据和管理信息的综合可视化平台；

二维逻辑图管理模块，用于通过后台数据处理模块在数据库中提取变电站一体化监控系统的二维接线图，从数据库读取二维逻辑图元与全景监测数据的关联关系；

告警管理模块，用于定时向后台数据处理模块发送告警信息请求，通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将查询结果返回；

历史查询模块，用于对告警历史数据进行查询，通过按时间段、设备类型、告警等级进行分类查询告警历史数据，通过将请求的URL以及参数发送给后台数据处理模块，后台数据处理模块将查询的告警历史数据返回。

7.根据权利要求6所述的变电站数字孪生系统，其特征在于：告警管理模块还对查询结果中的告警信息按事故、异常、变位、告知进行分级展示并以颜色加以标注。

8.根据权利要求7所述的变电站数字孪生系统，其特征在于：告警管理模块还统计当前已确认、未确认的告警条目数，不同告警等级的比例，告警信息来源比例并显示统计结果。

9.根据权利要求7所述的变电站数字孪生系统，其特征在于：历史查询模块还对查询的告警历史数据按事故、异常、变位、告知进行分级展示并以颜色加以标注。

10.根据权利要求9所述的变电站数字孪生系统，其特征在于：历史查询模块还对查询的告警历史数据进行统计，并显示统计结果；统计类型包括告警等级、告警来源、日告警条数。

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