CN113591173A - 一种多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，包括，基于多能源系统数字孪生体构建可视化模型并进行生成；对生成的所述可视化模型进行展示；用户通过点击鼠标操作对展示的所述可视化模型进行交互，根据关注对象进行特定的内容展示，得到不同的展示内容和效果。本发明实现对多能源系统数字孪生体数据的可视化展示和友好交互，可广泛应用于区域多能源系统的数字孪生云服务平台，为云服务平台的数据交互提供一种高效的可视化机制，满足多业务应用对可视化的要求。
Description
技术领域
本发明涉及数字孪生体、数据可视化交互的技术领域，尤其涉及一种多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法。
背景技术
区域多能源系统是指含有大量分布式(风、光、燃气、储能)发电单元、可控负荷和复杂控制系统的配电网络，正确认知区域多能源系统是规划设计和运行控制各项决策的先决条件，认知主要包含及时准确地感知系统当前所处的状态，并推演系统接下来可能的发展走势。区域多能源系统的认知难点在于：系统内的设备种类繁多，不同的设备具有非线性、不确定的特点，系统运行方式灵活且具有一定的关联性；系统本身所处的运行环境复杂，始终处于一个高维时变的状态；电网拓扑更新可能存在延迟，线路阻抗参数易受气候环境的影响，量测数据也会存在缺失、异常、不同步等瑕疵，导致系统信息难以准确捕捉。
综上，可以看出非线性、高维、时变等特征是准确认知区域多能源系统所面临的难题，同时，近年来配电网络呈现开放式、扁平化、分散式、边界模糊化的发展趋势，这进一步加剧了区域多能源系统认知的复杂性；由于此类网络的规模庞大、动态特性复杂、建模仿真困难，传统配电网规划设计和运行控制工具已经无法满足针对配电网多种能源、多时间尺度、多业务协同的分析需求。
区域多能源系统的数字孪生体构建与自我优化依赖全域全量的电网数据，这些信息数据具有来源繁多、结构复杂、动态变化和实时及准实时交互的特点，考虑到区域多能源系统的数字孪生底层依托于电力系统建模与电磁暂态仿真技术，且相应的物理实体的监测则依赖于线上的量测设备，上述两个过程在数字孪生运行过程中会产生大量数据。目前的电力系统数据来源分散、结构多样、关系复杂、粒度精细、体量巨大，无法提供全面的数据资源、数据服务。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：无法实现对数据管理平台数据的有效展示和友好交互。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，基于多能源系统数字孪生体构建可视化模型并进行生成；对生成的所述可视化模型进行展示；用户通过点击鼠标操作对展示的所述可视化模型进行交互，根据关注对象进行特定的内容展示，得到不同的展示内容和效果。
作为本发明所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的一种优选方案，其中：所述多能源系统为多能耦合的配电网，所述可视化模型包括，所述多能源系统的拓扑结构和运行数据。
作为本发明所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的一种优选方案，其中：所述拓扑结构包括，将配电网与输电网相连的点设定为树的根节点；所述配电网中的其余馈线设定为所述树的子节点；节点之间的边代表配网中的实际线路，形成描述配网结构的拓扑主树。
作为本发明所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的一种优选方案，其中：所述运行数据包括，对所述多能源系统的数字孪生体执行一次仿真计算，得到仿真数据；将所述拓扑主树中每个节点在实际配网中所包含的场站、设备的量测通道和仿真波形通道设定为以所述节点为根节点而展开的数据通道子树；添加至所述拓扑主树中，生成完整的所述可视化模型。
作为本发明所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的一种优选方案，其中：对生成的所述可视化模型进行展示包括，双层展示；所述双层展示包括，独立展示和配合地理信息展示。
作为本发明所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的一种优选方案，其中：所述独立展示包括，当所述用户不与所述可视化模型交互时，仅展示所述可视化模型的拓扑主树，不展示每个节点的数据通道子树；为了使展示效果富有层次性，将所述拓扑主树从根节点到子节点由上到下分层排布。
作为本发明所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的一种优选方案，其中：所述配合地理信息展示包括，根据每个节点所代表的实际馈线端的地理坐标信息，将所述拓扑主树的每个节点定位在地图中的对应坐标处进行展示。
作为本发明所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的一种优选方案，其中：所述交互包括，点击所述拓扑主树的节点和边；当所述用户点击所述拓扑主树的某个节点时，对所述节点的全部父节点部分做戴维南等值，形成等值电压源，以此等效外部电路，简化网络、快速分析被选中的节点。
作为本发明所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的一种优选方案，其中：还包括，当所述用户点击所述拓扑主树的某条边时，对所述多能源系统的数字孪生体再进行一次仿真，得到仿真波形数据，并显示所述边所对应的多能源系统实际线路的量测功率和仿真功率波形。
本发明的有益效果：本发明所提出的一种多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，包括可视化模型的生成、可视化模型的展示和可视化模型的交互，打通了前端可视化页面与数据管理平台的隔阂，生成了多能源系统数字孪生体数据的可视化模型，该可视化模型可以结合系统的拓扑结构来分层展示详细的场站和设备，以及其相对应的数据通道，同时用户通过点击鼠标对可视化模型进行操作即可获取想得到的展示内容和效果，实现对多能源系统数字孪生体数据的可视化展示和友好交互；本发明可广泛应用于区域多能源系统的数字孪生云服务平台，为云服务平台的数据交互提供一种高效的可视化机制，满足多业务应用对可视化的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的流程示意图；
图2为本发明第一个实施例所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的拓扑主树示意图；
图3为本发明第一个实施例所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的独立展示示意图；
图4为本发明第一个实施例所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的配合地理信息展示示意图；
图5为本发明第一个实施例所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的点击节点交互示意图；
图6为本发明第一个实施例所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的又一种点击节点交互示意图；
图7为本发明第一个实施例所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的再一种点击节点交互示意图；
图8为本发明第一个实施例所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的点击边交互示意图；
图9为本发明第二个实施例所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的交互效率对比曲线示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
多能源系统数字孪生数据具有来源繁多、结构复杂、动态变化和实时及准实时交互的特点，目前已有的技术主要集中在数据整合、梳理和订阅等底层方面，缺乏数据可视化及交互方法的研究，因此，难以结合多能源系统的拓扑结构直观监控海量数据的实时变化情况，缺乏针对区域多能源系统数字孪生体数据的一套科学完整的展示和交互方案。
参照图1～图8，为本发明的第一个实施例，提供了一种多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，具体包括：
S1：基于多能源系统数字孪生体构建可视化模型并进行生成。其中需要说明的是：
多能源系统为多能耦合的配电网，可视化模型包括，多能源系统的拓扑结构和运行数据；
进一步的，拓扑结构包括：
将配电网与输电网相连的点设定为树的根节点；
配电网中的其余馈线设定为树的子节点；
节点之间的边代表配网中的实际线路，形成描述配网结构的拓扑主树。
参照图2，运行数据包括：
对多能源系统的数字孪生体执行一次仿真计算，得到仿真数据；
将拓扑主树中每个节点在实际配网中所包含的场站、设备的量测通道和仿真波形通道设定为以节点为根节点而展开的数据通道子树；
添加至拓扑主树中，生成完整的可视化模型。
S2：对生成的可视化模型进行展示。本步骤需要说明的是：
对生成的可视化模型进行展示包括，双层展示；
双层展示包括，独立展示和配合地理信息展示；
参照图3，独立展示包括：
当用户不与可视化模型交互时，仅展示可视化模型的拓扑主树，不展示每个节点的数据通道子树；
为了使展示效果富有层次性，将拓扑主树从根节点到子节点由上到下分层排布。
参照图4，配合地理信息展示包括：
根据每个节点所代表的实际馈线端的地理坐标信息，将拓扑主树的每个节点定位在地图中的对应坐标处进行展示。
S3：用户通过点击鼠标操作对展示的可视化模型进行交互，根据关注对象进行特定的内容展示，得到不同的展示内容和效果。其中还需要说明的是：
交互包括，点击拓扑主树的节点和边；
参照图5、图6和图7，当用户点击拓扑主树的某个节点时，对节点的全部父节点部分做戴维南等值，形成等值电压源，以此等效外部电路，简化网络、快速分析被选中的节点；
具体的，先将该节点与其父节点相连的线路断开，并修改数字孪生体，通过仿真计算求出该断点处的开路电压
再将该节点处短路，同样修改数字孪生体，通过仿真计算求出该短路点处的短路电流
根据电路图(图5)可以计算得到等值电压源的等值电压
和等值阻抗Zeq，其中，
显示以该节点作为根节点的拓扑子树；
将该节点数据通道子树的所有节点分层排布，用于显示该节点包括的全部场站、设备的量测数据和仿真数据信息。
参照图8，当用户点击拓扑主树的某条边时，对多能源系统的数字孪生体再进行一次仿真，得到仿真波形数据，并显示边所对应的多能源系统实际线路的量测功率和仿真功率波形。
本发明所提出的一种多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，包括可视化模型的生成、可视化模型的展示和可视化模型的交互，打通了前端可视化页面与数据管理平台的隔阂，生成了多能源系统数字孪生体数据的可视化模型，该可视化模型可以结合系统的拓扑结构来分层展示详细的场站和设备，以及其相对应的数据通道，同时用户通过点击鼠标对可视化模型进行操作即可获取想得到的展示内容和效果，实现对多能源系统数字孪生体数据的可视化展示和友好交互；本发明可广泛应用于区域多能源系统的数字孪生云服务平台，为云服务平台的数据交互提供一种高效的可视化机制，满足多业务应用对可视化的要求。
实施例2
参照图9，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法的对比测试，具体包括：
为了更好地对本发明方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择以传统的多能源系统数字孪生体数据展示方法与本发明方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本发明方法所具有的的真实效果。
传统的多能源系统数字孪生体数据展示方法难以结合多能源系统的拓扑结构直观监控海量数据的实时变化情况以进行有效的交互，为验证本发明方法所具有的的交互展示的高效性，本实施例中将采用传统的多能源系统数字孪生体数据展示方法与本发明方法进行实时测试对比。
测试环境：将传统方法与本发明方法的运行程序导入仿真平台模拟运行并模拟数据展示交互状态，分别利用传统方法的数据展示操作进行测试并获得测试结果数据，采用本发明方法，则开启自动化测试设备并运用MATLB软件实现本发明方法的仿真测试，根本实验结果得到仿真数据；每种方法各测试1000组数据，计算获得每组数据的时间，与仿真模拟输入的实际预测值进行误差对比计算。
参照图9，实线为本发明方法输出的曲线，虚线为传统方法输出的曲线，根据图9的示意，能够直观的看出，实线与虚线随着时间的增加，呈现不同的走势，实线相较于虚线，在前期一直呈稳定的上升趋势，虽然后期有所下滑，但是波动不大，且一直在虚线的上方，并保持一定的距离，而虚线则呈现较大的波动趋势，不稳定，由此，实线的效率性状态一直大于虚线，即验证了本发明方法所具有的真实效果。
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限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，其特征在于：包括，
基于多能源系统数字孪生体构建可视化模型并进行生成；
对生成的所述可视化模型进行展示；
用户通过点击鼠标操作对展示的所述可视化模型进行交互，根据关注对象进行特定的内容展示，得到不同的展示内容和效果。
2.根据权利要求1所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，其特征在于：所述多能源系统为多能耦合的配电网，所述可视化模型包括，所述多能源系统的拓扑结构和运行数据。
3.根据权利要求2所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，其特征在于：所述拓扑结构包括，
将配电网与输电网相连的点设定为树的根节点；
所述配电网中的其余馈线设定为所述树的子节点；
节点之间的边代表配网中的实际线路，形成描述配网结构的拓扑主树。
4.根据权利要求2或3所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，其特征在于：所述运行数据包括，
对所述多能源系统的数字孪生体执行一次仿真计算，得到仿真数据；
将所述拓扑主树中每个节点在实际配网中所包含的场站、设备的量测通道和仿真波形通道设定为以所述节点为根节点而展开的数据通道子树；
添加至所述拓扑主树中，生成完整的所述可视化模型。
5.根据权利要求4所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，其特征在于：对生成的所述可视化模型进行展示包括，双层展示；
所述双层展示包括，独立展示和配合地理信息展示。
6.根据权利要求5所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，其特征在于：所述独立展示包括，
当所述用户不与所述可视化模型交互时，仅展示所述可视化模型的拓扑主树，不展示每个节点的数据通道子树；
为了使展示效果富有层次性，将所述拓扑主树从根节点到子节点由上到下分层排布。
7.根据权利要求6所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，其特征在于：所述配合地理信息展示包括，
根据每个节点所代表的实际馈线端的地理坐标信息，将所述拓扑主树的每个节点定位在地图中的对应坐标处进行展示。
8.根据权利要求7所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，其特征在于：所述交互包括，点击所述拓扑主树的节点和边；
当所述用户点击所述拓扑主树的某个节点时，对所述节点的全部父节点部分做戴维南等值，形成等值电压源，以此等效外部电路，简化网络、快速分析被选中的节点。
9.根据权利要求8所述的多能源系统数字孪生体的数据可视化交互方法，其特征在于：还包括，
当所述用户点击所述拓扑主树的某条边时，对所述多能源系统的数字孪生体再进行一次仿真，得到仿真波形数据，并显示所述边所对应的多能源系统实际线路的量测功率和仿真功率波形。
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