CN113591331A - 一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，通过选定动作特征点和分合闸特征点，并确定每一分合闸特征点的参考位置；获取隔离开关的动作特征点在开关分合闸过程中的运动参数以及分合闸特征点分别在分闸和合闸时的坐标位置；通过预先建立的开关数字孪生模型中，输出开关状态的动作判断结果，通过每一分合闸特征点的坐标位置和参考位置的对比，输出开关状态的分合闸判断结果。通过开关的动作特征点提取速度时间曲线、位移时间曲线、空间位置路径以及数字孪生模型构建进行开关动作状态判断，并通过开合闸特征点判断开合闸状态，实现开关静态和动态特征统一到开关数字孪生模型并进行综合分析判断，实现开关状态更精准的判断。

Description

一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法

技术领域

本发明涉及电气工程和电数据处理技术领域，尤其涉及一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法。

背景技术

数字孪生作为一种新兴技术受到电力系统的极大关注，数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。随着信息电力系统对电力设备提出新的要求，电力设备的数字化技术是未来发展的重要方向。开关作为电力系统中重要的保护设备，电力系统对调控一体化的发展对开关分合闸位置的远程控制与确认提出了新的可靠性要求。

目前，关于开关分合闸动作获取的技术已有一定的发展，包括图像识别、位置传感器等技术已得到一定的应用，但现有技术中，获取的开关分合闸动作的准确性不高。

发明内容

本发明实施例提供一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，通过选定动作特征点，准确判断开关状态。

本发明一实施例提供一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，所述方法包括：

确定隔离开关固定部件和运动部件，并选定动作特征点，构建所述隔离开关的三维坐标模型；

根据所述隔离开关的具体型号的动作特点，选定所述隔离开关的分合闸特征点，并确定每一分合闸特征点分别处于分闸和合闸的参考位置；

获取隔离开关的动作特征点在开关分合闸过程中的运动参数，并获取确定的分合闸特征点分别在分闸和合闸时的坐标位置；

将获取的运动参数输入到预先建立的开关数字孪生模型中，输出开关状态的动作判断结果，其中，预先建立的开关数字孪生模型中包括所述隔离开关正常的运动参数；

通过每一分合闸特征点的坐标位置和参考位置的对比，输出开关状态的分合闸判断结果。

进一步地，所述确定隔离开关固定部件和运动部件，并选定动作特征点，构建所述隔离开关的三维坐标模型，具体包括：

选择所述隔离开关的固定部件作为参考点，根据选择的参考点建立所述三维坐标模型；

选择所述隔离开关的动作部件的首端点和末端点为动作特征点；

确定选择的动作特征点在所述三维坐标模型中的相对坐标位置和空间角度。

优选地，所述获取隔离开关的动作特征点在开关分合闸过程中的运动参数，具体包括：

基于建立的所述三维坐标模型，记录每个动作特征点分合闸过程中的速度、位移和时间；

根据记录的速度、位移和时间，将计算出的每一动作特征点的时间速度曲线、时间位移曲线和空间位置路径作为所述运动参数。

作为一种优选方式，所述开关数字孪生模型的建立过程具体为：

对与所述隔离开关同型号的模型开关进行预设次数正常的分合闸操作，分别记录每一动作特征点的运动参数；

对每一动作特征点的所有运动参数进行平均计算，得到平均空间位置路径、平均时间位移曲线和平均时间速度曲线。

优选地，所述将获取的运动参数输入到预先建立的开关数字孪生模型中，输出开关状态的动作判断结果，具体包括：

对于每一动作特征点的空间位置路径进行判断，将该动作特征点的运动参数中的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径进行比较；当该动作特征点的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径的偏差不大于预设的第一偏差时，判定该动作特征点的路径正常；当该动作特征点的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径的偏差大于所述第一偏差时，判定该动作特征点的动作故障；

对每一动作特征点的时间速度曲线进行判断，将该动作特征点的运动参数中的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线进行比较；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差不大于预设的第二偏差时，判定该动作特征点为速度正常；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差在所述第二偏差到预设的第三偏差范围内时，判定该动作特征点为速度注意；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差在所述第三偏差到预设的第四偏差范围内时，判定该动作特征点为速度严重；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差大于所述第四偏差时，判定该动作特征点为速度故障，其中，所述第四偏差不小于所述第三偏差，所述第三偏差不小于所述第二偏差；

对每一动作特征点的时间位移曲线进行判断，将该动作特征点的运动参数中的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线进行比较；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差不大于预设的第五偏差时，判定该动作特征点为位移正常；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差在所述第五偏差到预设的第六偏差范围内时，判定该动作特征点为位移注意；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差在所述第六偏差到预设的第七偏差范围内时，判定该动作特征点的位移严重；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均位移速度曲线的偏差大于所述第七偏差时，判定该动作特征点的位移故障；其中，所述第七偏差不小于所述第六偏差，所述第六偏差不小于所述第五偏差；

获得所有动作特征点的时间速度曲线、时间位移曲线和空间位置路径的判断结果；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果中有路径故障结果时，输出动作故障，并输出空间位置路径的判断结果为路径故障的动作特征点为故障动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常时，输出动作正常；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度注意或位移注意的动作特征点；且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常或速度注意，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常或位移注意时，输出动作注意，并输出判定结果为速度注意的动作特征点和判定结果为位移注意的动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度严重或位移严重的动作特征点；且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常、速度注意或速度注意严重，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常、位移注意或位移严重时，输出动作严重，并输出判定结果为速度严重的动作特征点和判定结果为位移严重的动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度故障或位移故障的动作特征点时，输出动作故障，并输出判定结果为速度故障的动作特征点和判定结果为位移故障的动作特征点。

作为一种优选方式，所述通过每一分合闸特征点的坐标位置和参考位置的对比，输出开关状态的分合闸判断结果，具体包括：

分别判断每一分合闸特征点在分闸时的位置坐标与该分合闸特征点的分闸时的参考坐标的偏差；

当所有分合闸特征点分闸时的偏差均不大于预设的第八偏差时，输出分闸到位；当存在分闸时的偏差大于所述第八偏差的分合闸特征点时，输出分闸不到位，并输出分闸时的偏差大于所述第八偏差的分合闸特征点；

分别判断每一分合闸特征点在合闸时的位置坐标与该分合闸特征点的合闸时的参考坐标的偏差；

当所有分合闸特征点合闸时的偏差均不大于预设的第九偏差时，输出合闸到位；当存在合闸时的偏差大于所述第九偏差的分合闸特征点时，输出合闸不到位，并输出合闸时的偏差大于所述第九偏差的分合闸特征点。

本发明实施例提供一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，通过确定隔离开关固定部件和运动部件，并选定动作特征点，构建所述隔离开关的三维坐标模型；根据所述隔离开关的具体型号的动作特点，选定所述隔离开关的分合闸特征点，并确定每一分合闸特征点分别处于分闸和合闸的参考位置；获取隔离开关的动作特征点在开关分合闸过程中的运动参数，并获取确定的分合闸特征点分别在分闸和合闸时的坐标位置；将获取的运动参数输入到预先建立的开关数字孪生模型中，输出开关状态的动作判断结果，其中，预先建立的开关数字孪生模型中包括所述隔离开关正常的运动参数；通过每一分合闸特征点的坐标位置和参考位置的对比，输出开关状态的分合闸判断结果。通过开关的动作特征点提取速度时间曲线、位移时间曲线、空间位置路径，并通过构建的数字孪生模型构建进行开关动作状态判断，并通过开合闸特征点判断开合闸状态，实现开关静态和动态特征统一到开关数字孪生模型并进行综合分析判断，实现开关状态更精准的判断。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例提供的一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法的流程示意图，所述方法包括步骤S1~S5：

S1，确定隔离开关固定部件和运动部件，并选定动作特征点，构建所述隔离开关的三维坐标模型；

S2，根据所述隔离开关的具体型号的动作特点，选定所述隔离开关的分合闸特征点，并确定每一分合闸特征点分别处于分闸和合闸的参考位置；

S3，获取隔离开关的动作特征点在开关分合闸过程中的运动参数，并获取确定的分合闸特征点分别在分闸和合闸时的坐标位置；

S4，将获取的运动参数输入到预先建立的开关数字孪生模型中，输出开关状态的动作判断结果，其中，预先建立的开关数字孪生模型中包括所述隔离开关的运动参数与若干开关状态的对应关系；

S5，通过每一分合闸特征点的坐标位置和参考位置的对比，输出开关状态的分合闸判断结果。

在本实施例具体实施时，通过确定的隔离开关的固定部件和运动部件，选定动作特征点，并构建三维坐标模型；

通过构建的三维坐标模型进行开关动作特征的识别和动作的提取，并构建数字孪生模型，并进行后续开关状态识别；

根据所述隔离开关的具体型号的动作特点，选定所述隔离开关的分合闸特征点，根据开关的具体型号，明确开关在分合闸过程中开关的空间坐标确定的特征，如轴的旋转轴、触头触指的卡扣等，定位并提取分合闸特征点，并确定每一分合闸特征点分别处于分闸和合闸的参考位置；

启用所述隔离开关，测试隔离开关的实际运动状态，并获取隔离开关的动作特征点在开关分合闸过程中的运动参数，并获取确定的分合闸特征点分别在分闸和合闸时的坐标位置；

将获取的运动参数输入到预先建立的开关数字孪生模型中，输出开关状态的动作判断结果，其中，预先建立的开关数字孪生模型中包括所述隔离开关的正常的运动参数；通过获取的运动参数与隔离开关的正常的运动参数相比，能够确定隔离开关的动作状态；

通过每一分合闸特征点的坐标位置和参考位置的对比，输出开关状态的分合闸判断结果。

通过构建所述隔离开关的三维坐标模型，提取开关动作特征的运动参数和开合闸的位置定位，通过预先建立的开关数字孪生模型能够分析隔离开关的动作状态进行判断，通过选定所述隔离开关的分合闸特征点，并根据分合闸特征点分别在分闸和合闸时的坐标位置对分合闸状态进行判断，实现开关分合闸状态的判断，判断结果更加准确。

在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S1具体包括：

选择所述隔离开关的固定部件作为参考点，根据选择的参考点建立所述三维坐标模型；

选择所述隔离开关的动作部件的首端点和末端点为动作特征点；

确定选择的动作特征点在所述三维坐标模型中的相对坐标位置和空间角度。

在本实施例具体实施时，选定隔离开关的固定部件作为参照点建立三维坐标模型，通过三维坐标模型确定隔离开关分合闸运动时，各主要运动部件的相对位置（相对位移，空间角度），并将位置结果记录在参照坐标系中，分合闸位置定位用于判断隔离开关的动作；选择所述隔离开关的动作部件的首端点和末端点为动作特征点；确定选择的动作特征点在所述三维坐标模型中的相对坐标位置和空间角度。

所述动作特征点可为开关触和拐臂轴承。

基于建立的三维坐标模型确定，各主要运动部件的相对位置和相对移动，对于动作的捕捉更加准确，开关状态的判断更加准确。

在本发明提供的又一实施例中，所述获取隔离开关的动作特征点在开关分合闸过程中的运动参数，具体包括：

基于建立的所述三维坐标模型，记录每个动作特征点开合闸过程中的速度、位移和时间；

根据记录的速度、位移和时间，将计算出的每一动作特征点的时间速度曲线、时间位移曲线和空间位置路径作为所述运动参数。

在本实施例具体实施时，获取每一动作特征点在开合闸过程中的运动轨迹，并提取出每一动作特征点的速度、位移和时间；

构建每一动作特征点的速度时间曲线构建、位移时间曲线构建、空间位置路径构建。

在本发明提供的又一实施例中，所述开关数字孪生模型的建立过程具体为：

对与所述隔离开关同型号的模型开关进行预设次数正常的分合闸操作，分别记录每一动作特征点的运动参数；

对每一动作特征点的所有运动参数进行平均计算，得到每一动作特征点的平均空间位置路径、平均时间位移曲线和平均时间速度曲线。

在本实施例具体实施时，将动作特征点在开关断口方向上投影（以隔离开关为例说明即为量绝缘支柱端点的连线），通过测量开关100次正常开合，记录每个动作特征点在断口投影方向上的速度、位移和时间，根据测试结果：时间（X轴）位移（Y轴）曲线，确定所有动作特征点平均运动轨迹，获得开关正常状态下的平均空间位置路径，对时间平均，得到正常状态下平均空间位置路径、平均时间位移曲线；对时间位移曲线取导，得到正常状态下平均时间速度曲线。

需要说明的是，本实施例中，进行100次分合闸操作得到平均空间位置路径、平均时间位移曲线和平均时间速度曲线，在其他实施例中，也可通过提高分合闸操作次数，提高开关状态判断的准确率。

在本发明提供的又一实施例中，所述步骤S4具体包括：

对于每一动作特征点的空间位置路径进行判断，将该动作特征点的运动参数中的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径进行比较；当该动作特征点的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径的偏差在预设的第一偏差范围内时，判定该动作特征点的路径正常；当该动作特征点的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径的偏差超出所述第一偏差范围内时，判定该动作特征点的动作故障；

对每一动作特征点的时间速度曲线进行判断，将该动作特征点的运动参数中的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线进行比较；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差不大于预设的第二偏差时，判定该动作特征点为速度正常；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差在所述第二偏差到预设的第三偏差范围内时，判定该动作特征点为速度注意；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差在所述第三偏差到预设的第四偏差范围内时，判定该动作特征点为速度严重；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差大于所述第四偏差时，判定该动作特征点为速度故障，其中，所述第四偏差不小于所述第三偏差，所述第三偏差不小于所述第二偏差；

对每一动作特征点的时间位移曲线进行判断，将该动作特征点的运动参数中的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线进行比较；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差不大于预设的第五偏差时，判定该动作特征点为位移正常；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差在所述第五偏差到预设的第六偏差范围内时，判定该动作特征点为位移注意；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差在所述第六偏差到预设的第七偏差范围内时，判定该动作特征点的位移严重；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均位移速度曲线的偏差大于所述第七偏差时，判定该动作特征点的位移故障；其中，所述第七偏差不小于所述第六偏差，所述第六偏差不小于所述第五偏差；

获得所有动作特征点的时间速度曲线、时间位移曲线和空间位置路径的判断结果；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果中有路径故障结果时，输出动作故障，并输出空间位置路径的判断结果为路径故障的动作特征点为故障动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常时，输出动作正常；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度注意或位移注意的动作特征点；且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常或速度注意，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常或位移注意时，输出动作注意，并输出判定结果为速度注意的动作特征点和判定结果为位移注意的动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度严重或位移严重的动作特征点；且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常、速度注意或速度注意严重，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常、位移注意或位移严重时，输出动作严重，并输出判定结果为速度严重的动作特征点和判定结果为位移严重的动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度故障或位移故障的动作特征点时，输出动作故障，并输出判定结果为速度故障的动作特征点和判定结果为位移故障的动作特征点。

在本实施例具体实施时，所述第一偏差、第二偏差和第五偏差可预设为5%；

所述第三偏差和第六偏差预设为10%，所述第四偏差和第七偏差预设为20%；

对于每一动作特征点的空间位置路径进行判断，将该动作特征点的运动参数中的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径进行比较；当该动作特征点的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径的偏差不大于5%时，判定该动作特征点的路径正常；当该动作特征点的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径的偏差大于5%时，判定该动作特征点的动作故障；

对每一动作特征点的时间速度曲线进行判断，将该动作特征点的运动参数中的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线进行比较；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差不大于5%时，判定该动作特征点为速度正常；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差在（5%，10%]内时，判定该动作特征点为速度注意；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差在（10%，20%]时，判定该动作特征点为速度严重；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差大于20%时，判定该动作特征点为速度故障；

对每一动作特征点的时间位移曲线进行判断，将该动作特征点的运动参数中的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线进行比较；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差不大于5%时，判定该动作特征点为位移正常；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差在（5%，10%]时，判定该动作特征点为位移注意；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差在（10%，20%]时，判定该动作特征点的位移严重；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均位移速度曲线的偏差大于20%时，判定该动作特征点的位移故障；

获得所有动作特征点的时间速度曲线、时间位移曲线和空间位置路径的判断结果；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果中有路径故障结果时，输出动作故障，并输出空间位置路径的判断结果为路径故障的动作特征点为故障动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常时，输出动作正常；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度注意或位移注意的动作特征点；且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常或速度注意，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常或位移注意时，输出动作注意，并输出判定结果为速度注意的动作特征点和判定结果为位移注意的动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度严重或位移严重的动作特征点；且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常、速度注意或速度注意严重，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常、位移注意或位移严重时，输出动作严重，并输出判定结果为速度严重的动作特征点和判定结果为位移严重的动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度故障或位移故障的动作特征点时，输出动作故障，并输出判定结果为速度故障的动作特征点和判定结果为位移故障的动作特征点。

对于特定开关，结合试验和运行经验，将开关状态划分为正常、注意、严重和故障状态，并确定不同状态对应的时间位移曲线和时间速度曲线相对于正常的平均时间速度曲线和平均时间位移曲线的偏差。

根据实际测试的特征点的运动状态与正常的平均时间位移曲线和平均时间电流曲线进行比对，进而判断开关的状态，取两曲线比对更严重的状态结果作为判断结果。

本实施例具体实施时，所述步骤S5具体包括：

分别判断每一分合闸特征点在分闸时的位置坐标与该分合闸特征点的分闸时的参考坐标的偏差；

当所有分合闸特征点分闸时的偏差均不大于预设的第八偏差时，输出分闸到位；当存在分闸时的偏差大于所述第八偏差的分合闸特征点时，输出分闸不到位，并输出分闸时的偏差大于所述第八偏差的分合闸特征点；

分别判断每一分合闸特征点在合闸时的位置坐标与该分合闸特征点的合闸时的参考坐标的偏差；

当所有分合闸特征点合闸时的偏差均不大于预设的第九偏差时，输出合闸到位；当存在合闸时的偏差大于所述第九偏差的分合闸特征点时，输出合闸不到位，并输出合闸时的偏差大于所述第九偏差的分合闸特征点。

在本实施例具体实施时，所述第九偏差和所述第八偏差预设为5%，也可设置为不同值；

分合闸特征点在分/合闸的坐标位置和参考位置的偏差在±5%以内，判定为分/和闸到位，否则不到位：

需要说明的是，动作特征点的运动轨迹判断为分合闸状态判断的前置条件，当动作特征点的运动轨迹不符合预先建立的轨迹范围则立刻判断为故障状态。

在本发明提供的又一实施例中，提供一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法的实施例；

步骤1：构建隔离开关三维数字模型，确定设备固定部件和运动部件，确定动作特征点和分合闸特征点，本例中运动部件为隔离开关折叠刀臂，动作特征点选取为动触头和刀臂拐点，开合闸特征点确定为隔离开关旋转轴、触头触指和卡扣等微观特征。

步骤2：对隔离开关进行分合闸操作，获得动触头和刀臂拐点的空间位置路径、时间位移曲线和时间速度曲线。

获取确定的分合闸特征点（隔离开关旋转轴、触头触指和卡扣）分别在分闸和合闸时的坐标位置；

步骤3：依照固定部件建立空间坐标系，并将动触头和刀臂拐点，以动触头和刀臂拐点的位置、时间作为相应的输入参数。数字孪生模型运动部件位置与输入参数实时关联。

每一动作特征点的实际空间位置路径偏差超过±5%则为动作故障；在实际空间位置路径偏差不超过±5%的动作正常下，时间位移曲线相对于平均时间位移曲线的偏差在±5%内为位移正常、±5到10%为位移注意、±10到20%为位移严重，超过±20%为位移故障；时间速度曲线偏差在±5%内为速度正常、±5到10%为速度注意、±10到20%为速度严重，超过±20%为速度故障。

将开关分合闸位置状态识别算法和开关动作特征提取分析算法固化到数字孪生模型中，同时进行开关动作特征提取分析；将动触头和刀臂拐点的时间位移曲线和时间速度曲线与正常平均曲线进行对比，输出开关状态判断结果。

步骤4：结合此型号的隔离开关的设计和运行经验得到分合闸特征点的分闸时的参考坐标，通过视频图像识别或传感器提取分合闸特征点的位置坐标，通过每一分合闸特征点的坐标位置和参考位置的对比，输出开关状态的分合闸判断结果，内置固化的判断程序进行状态判断。

首先根据动触头和刀臂拐点的输入进行空间位置路径实时判断，超过±5%，立即判断为故障，并输出开关状态判断结果；

动触头和刀臂拐点的输入进行空间位置路径在±5%以内，动触头和刀臂拐点运动停止后进行开关分合闸位置定位判断：

（1）合闸：定位判断不合格，输出合闸不到位；定位判断合格，输出合闸到位。

（2）分闸：定位判断不合格，输出分闸不到位，定位判断合格，输出分闸到位。

本发明实施例提供一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，通过确定隔离开关固定部件和运动部件，并选定动作特征点，构建所述隔离开关的三维坐标模型；根据所述隔离开关的具体型号的动作特点，选定所述隔离开关的分合闸特征点，并确定每一分合闸特征点分别处于分闸和合闸的参考位置；获取隔离开关的动作特征点在开关分合闸过程中的运动参数，并获取确定的分合闸特征点分别在分闸和合闸时的坐标位置；将获取的运动参数输入到预先建立的开关数字孪生模型中，输出开关状态的动作判断结果，其中，预先建立的开关数字孪生模型中包括所述隔离开关正常的运动参数；通过每一分合闸特征点的坐标位置和参考位置的对比，输出开关状态的分合闸判断结果。通过开关的动作特征点提取速度时间曲线、位移时间曲线、空间位置路径，并通过构建的数字孪生模型构建进行开关动作状态判断，并通过开合闸特征点判断开合闸状态，实现开关静态和动态特征统一到开关数字孪生模型并进行综合分析判断，实现开关状态更精准的判断。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，其特征在于，所述方法包括：

确定隔离开关固定部件和运动部件，并选定动作特征点，构建所述隔离开关的三维坐标模型；

根据所述隔离开关的具体型号的动作特点，选定所述隔离开关的分合闸特征点，并确定每一分合闸特征点分别处于分闸和合闸的参考位置；

获取隔离开关的动作特征点在开关分合闸过程中的运动参数，并获取确定的分合闸特征点分别在分闸和合闸时的坐标位置；

将获取的运动参数输入到预先建立的开关数字孪生模型中，输出开关状态的动作判断结果，其中，预先建立的开关数字孪生模型中包括所述隔离开关正常的运动参数；

通过每一分合闸特征点的坐标位置和参考位置的对比，输出开关状态的分合闸判断结果。

2.如权利要求1所述的基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，其特征在于，所述确定隔离开关固定部件和运动部件，并选定动作特征点，构建所述隔离开关的三维坐标模型，具体包括：

选择所述隔离开关的固定部件作为参考点，根据选择的参考点建立所述三维坐标模型；

选择所述隔离开关的动作部件的首端点和末端点为动作特征点；

确定选择的动作特征点在所述三维坐标模型中的相对坐标位置和空间角度。

3.如权利要求2所述的基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，其特征在于，所述获取隔离开关的动作特征点在开关分合闸过程中的运动参数，具体包括：

基于建立的所述三维坐标模型，记录每个动作特征点开合闸过程中的速度、位移和时间；

根据记录的速度、位移和时间，将计算出的每一动作特征点的时间速度曲线、时间位移曲线和空间位置路径作为所述运动参数。

4.如权利要求3所述的基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，其特征在于，所述开关数字孪生模型的建立过程具体为：

对与所述隔离开关同型号的模型开关进行预设次数正常的分合闸操作，分别记录每一动作特征点的运动参数；

对每一动作特征点的所有运动参数进行平均计算，得到平均空间位置路径、平均时间位移曲线和平均时间速度曲线。

5.如权利要求4所述的基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，其特征在于，所述将获取的运动参数输入到预先建立的开关数字孪生模型中，输出开关状态的动作判断结果，具体包括：

对于每一动作特征点的空间位置路径进行判断，将该动作特征点的运动参数中的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径进行比较；当该动作特征点的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径的偏差不大于预设的第一偏差时，判定该动作特征点的路径正常；当该动作特征点的空间位置路径与该动作特征点的平均空间位置路径的偏差大于所述第一偏差时，判定该动作特征点的动作故障；

对每一动作特征点的时间速度曲线进行判断，将该动作特征点的运动参数中的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线进行比较；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差不大于预设的第二偏差时，判定该动作特征点为速度正常；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差在所述第二偏差到预设的第三偏差范围内时，判定该动作特征点为速度注意；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差在所述第三偏差到预设的第四偏差范围内时，判定该动作特征点为速度严重；当该动作特征点的时间速度曲线与该动作特征点的平均时间速度曲线的偏差大于所述第四偏差时，判定该动作特征点为速度故障，其中，所述第四偏差不小于所述第三偏差，所述第三偏差不小于所述第二偏差；

对每一动作特征点的时间位移曲线进行判断，将该动作特征点的运动参数中的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线进行比较；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差不大于预设的第五偏差时，判定该动作特征点为位移正常；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差在所述第五偏差到预设的第六偏差范围内时，判定该动作特征点为位移注意；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均时间位移曲线的偏差在所述第六偏差到预设的第七偏差范围内时，判定该动作特征点的位移严重；当该动作特征点的时间位移曲线与该动作特征点的平均位移速度曲线的偏差大于所述第七偏差时，判定该动作特征点的位移故障；其中，所述第七偏差不小于所述第六偏差，所述第六偏差不小于所述第五偏差；

获得所有动作特征点的时间速度曲线、时间位移曲线和空间位置路径的判断结果；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果中有路径故障结果时，输出动作故障，并输出空间位置路径的判断结果为路径故障的动作特征点为故障动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常时，输出动作正常；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度注意或位移注意的动作特征点；且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常或速度注意，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常或位移注意时，输出动作注意，并输出判定结果为速度注意的动作特征点和判定结果为位移注意的动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度严重或位移严重的动作特征点；且所有动作特征点的时间速度曲线的判断结果为速度正常、速度注意或速度注意严重，且所有动作特征点的时间位移曲线的判断结果为位移正常、位移注意或位移严重时，输出动作严重，并输出判定结果为速度严重的动作特征点和判定结果为位移严重的动作特征点；

当所有动作特征点的空间位置路径的判断结果均为路径正常时，且所有动作特征点的判定结果中存在速度故障或位移故障的动作特征点时，输出动作故障，并输出判定结果为速度故障的动作特征点和判定结果为位移故障的动作特征点。

6.如权利要求4所述的基于数据孪生的开关分合闸状态判断方法，其特征在于，所述通过每一分合闸特征点的坐标位置和参考位置的对比，输出开关状态的分合闸判断结果，具体包括：

分别判断每一分合闸特征点在分闸时的位置坐标与该分合闸特征点的分闸时的参考坐标的偏差；

当所有分合闸特征点分闸时的偏差均不大于预设的第八偏差时，输出分闸到位；当存在分闸时的偏差大于所述第八偏差的分合闸特征点时，输出分闸不到位，并输出分闸时的偏差大于所述第八偏差的分合闸特征点；

分别判断每一分合闸特征点在合闸时的位置坐标与该分合闸特征点的合闸时的参考坐标的偏差；

当所有分合闸特征点合闸时的偏差均不大于预设的第九偏差时，输出合闸到位；当存在合闸时的偏差大于所述第九偏差的分合闸特征点时，输出合闸不到位，并输出合闸时的偏差大于所述第九偏差的分合闸特征点。

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