CN113779769A - 一种电缆试验数字孪生系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆试验数字孪生系统及其工作方法，涉及电缆试验领域。目前，电缆试验不能兼顾可靠性和试验效果，且不能预测试验故障。本发明包括感知层、网络层、平台层、应用层；平台层包括数字孪生服务平台、PaaS平台服务模块、IaaS基础设施服务模块；数字孪生服务平台包括数据采集模块、孪生处理模块、孪生数据存储模块，数字孪生服务平台通过数据采集模块获取感知层得到的数据，实时输入到孪生处理模块中得到的仿真数据，并将得到的仿真数据进行处理融合，纳入孪生数据存储模块的知识库和经验库中。本技术方案使试验过程直观，且一旦出现问题，立即对试验过程进行干预，试验过程更为可控；兼顾电缆试验可靠性和试验效果，且能预测故障。
Description
技术领域
本发明涉及电缆试验领域，尤其涉及一种电缆试验数字孪生系统及其工作方法。
背景技术
目前，电缆试验往往是在线下进行，试验过程需要时时关注，试验过程并不直观，使得一些问题不能及时发现，不能兼顾电缆试验可靠性和试验效果，且不能预测试验故障。
新时代数字智能化科技迅猛发展，云计算、人工智能(AI)、大数据、5G等新兴热点技术，为电力行业的创新与变革带来了新的动力。数字智能化概念的兴起使得电力系统各个设备中接入了越来越多的传感器,由此构成层级式的“万物互联网络”,为生产运维单位带来了以全面感知、可靠传送、智能处理为特征的精细化、动态化的生产管理方式。随着电力系统复杂程度的不断增加以及各级设备互联程度的逐步加深,如何将传统电力系统与新兴智能化科技相结合也面临着诸多挑战。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种电缆试验数字孪生系统及其工作方法，以达到兼顾电缆试验可靠性和试验效果，且能预测试验故障的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
一种电缆试验数字孪生系统，包括感知层、网络层、平台层、应用层；其中：
感知层包括采集设备和设备终端，采集设备利用传感器对被试电缆本体和设备终端进行状态数据的采集；采集设备包括电压表、电流表、热电偶、拉力仪、温湿度仪和分布式光纤传感器；所述的被试电缆本体包括电缆样品；所述的设备终端包括直流电压发生器、交流电压发生器、张力弯曲装置、张力扭转装置、穿心变压器和冲击电压发生器；
网络层包括有线网络、无线网络和边缘计算模块，网络层作为物理对象与平台层的数字孪生信息对象的信息交换渠道；物理对象包括被试电缆、试验设备、试验周围环境；
平台层包括数字孪生服务平台、PaaS平台服务模块、IaaS基础设施服务模块；数字孪生服务平台包括数据采集模块、孪生处理模块、孪生数据存储模块，数字孪生服务平台通过数据采集模块获取感知层得到的数据，实时输入到孪生处理模块中得到的仿真数据，并将得到的仿真数据进行处理融合，纳入孪生数据存储模块的知识库和经验库中；PaaS平台服务模块利用云平台上物联网服务子模块和大数据服务子模块，建立全业务数据中心子模块、应用集成服务子模块和云中间服务子模块；IaaS基础设施服务模块利用云上资源建立云计算资源池、云储存资源池和网络资源池，提供数据储存空间；
应用层包括试验状态监测模块、设备故障感知模块、参数精准调节模块、全景三维展示模块、试验风险预测模块；应用层根据平台层处理产生的数据，进行全景三维展示，人工精确控制、故障预测。采用数字孪生的方式，充分利用布置在系统各部分的传感器,对物理实体进行数据分析与建模,形成多学科、多物理量、多时间尺度、多概率的仿真过程,将物理系统在不同真实场景中的全生命周期过程反映出来。借助于各种高性能传感器和高速通信,数字孪生可以通过集成多维物理实体的数据,辅以数据分析和仿真模拟,近乎实时地呈现物理实体的实际情况,并通过虚实交互接口对物理实体进行控制。数字孪生技术与电缆试验系统相结合，可实现对试验系统进行实时监控，故障诊断以及健康度分析等功能，解决试验系统现有设备信息传输能力弱、故障预测能力不强等缺点，能针对电缆型式试验及预鉴定试验中被试样品、测试设备、周边环境等数据进行监测与处理，并对被试样品、设备健康状态的评估，及对样品与设备可能发生的故障进行预测。试验过程通过全景三维展示，过程直观，且一旦出现问题，会立即对试验过程进行干预，并通知对应人员，使试验过程更为可控；兼顾电缆试验可靠性和试验效果，且能预测试验故障。
作为优选技术手段：在电缆试验时，被试电缆和试验设备终端上安装采集设备，将被试电缆的电压值、电流值、线芯及外表皮温度值、环境温湿度值、受力情况，以及试验设备终端的运行状态传输到试验场控制计算机中；试验场控制计算机通过网络层与数字孪生服务平台相连接，将采集的被试电缆运行信息和试验设备终端状态信息通过网络层实时传输到数字孪生服务平台；
孪生处理模块根据电缆试验数字孪生模型实时仿真电缆试验系统在虚拟空间中的运行状态；所述的电缆试验数字孪生模型根据试验项目及试验要求进行搭建；数字孪生模型在仿真过程中，对仿真数据进行实时判断，当仿真结果表明试验出现异常时，则自动调整试验参数，并通过应用层对操作人员发出警报；调整后的试验参数通过网络层传输回试验场控制计算机，并由试验场控制计算机调整试验设备的试验参数；试验参数包括电压值、电流值。实现自动化的监测，提高试验的可靠性，避免出现错漏。
作为优选技术手段：孪生处理模块产生的仿真数据传输到知识库及经验库中，扩充不同类型电缆试验数据，并为电缆试验大数据库及专家库积累数据；孪生处理模块产生的仿真数据传输至PaaS平台服务模块和IaaS基础设施服务模块，PaaS平台服务模块搭建各类试验终端设备信息台账，监控试验终端设备运行状态，评估设备耗品使用寿命，评价试验设备完备率及健康度；PaaS平台服务模块的所有数据均能传输到IaaS基础设施服务模块进行储存。数据得到不断的扩充，提高判断的准确性，且能实现数据的共享。电缆试验数字孪生模型是利用专业建模软件，基于实际电缆试验被试电缆型号、试验设备、试验回路、试验环境建立的仿真模型。
作为优选技术手段：孪生处理模块仿真得出的数字孪生数据利用应用层中全景三维展示模块与操作人员进行人机交互，展示电缆试验本体状态和试验设备终端状态；应用层设有电缆试验数字孪生模型设置模块，使操作人员能通过应用层的电缆试验数字孪生模型设置模块对电缆试验数字孪生模型设置进行调整。
作为优选技术手段：被试电缆和试验设备终端的物理数据与电缆试验数字孪生模型的仿真数据通过网络层实时交互和迭代，使电缆试验系统状态始终符合电缆试验标准要求的正常运行水平。当设备更替等情况发生后，通过与电缆试验数字孪生模型交互和迭代，使参数等得到修正，有利提高工作的稳定性及准确性。
本发明的另一个目的是提供一种电缆试验数字孪生系统的工作方法；电缆试验数字孪生系统的工作方法，包括以下步骤：
1)电缆试验开始前，在被试电缆和试验设备终端上安装信息采集设备，在电缆试验过程中，将被试电缆的电压值、电流值、线芯及外表皮温度值、环境温湿度值、受力情况，以及试验设备终端的运行状态传输到试验场控制计算机中；
2)试验场控制计算机通过网络层与数字孪生服务平台相连接，将采集的被试电缆运行信息和试验设备终端状态信息通过网络层实时传输到数字孪生服务平台；
3)数字孪生服务平台的孪生处理模块根据电缆试验数字孪生模型实时仿真电缆试验系统在虚拟空间中的运行状态；数字孪生模型在仿真过程中，对仿真数据进行实时对比；
4)判断试验参数与预设参数的相似度是否超过设定阈值；若是，则认为电缆试验正常，并进入步骤8)；若否，则进入步骤5)；
5)调整试验参数；调整后的试验参数通过网络层传输回试验场控制计算机，并由试验场控制计算机调整试验设备的试验参数；
6)孪生处理模块仿真电缆试验系统运行状态；
7)数字孪生系统控制模块判断电缆是否发生故障，若是，则进入步骤9)；若否，则进入步骤8)；
8)孪生对象继续正常运行；
9)孪生处理模块通过应用层对操作人员发出警报；
10)应用层分析故障原因，并给出优化控制方法；
11)当故障原因排除后，保存处理过程和及相关数据在PaaS平台。
第一个判断主要是模拟数据与实际数据相对比，用于修正数字孪生系统中模拟计算的偏差，使数字孪生系统运行数据与实际运行数据接近。
第二个判断主要是实际数据与模拟数据差距过大，且电压、电流、受力等传感器给出的数据已大幅偏离正常运行的可能值，实际系统可能发生故障。
有益效果：
借助于各种高性能传感器和高速通信,数字孪生通过集成多维物理实体的数据,辅以数据分析和仿真模拟,实时地呈现物理实体的实际情况,并通过虚实交互接口对物理实体进行控制。
数字孪生技术与电缆试验系统相结合，可实现对试验系统进行实时监控，故障诊断以及健康度分析等功能，解决试验系统现有设备信息传输能力弱、故障预测能力不强等缺点，能针对电缆型式试验及预鉴定试验中被试样品、测试设备、周边环境等数据进行监测与处理，并对被试样品、设备健康状态的评估，及对样品与设备可能发生的故障进行预测。
试验过程通过全景三维展示，过程直观，且一旦出现问题，会立即对试验过程进行干预，并通知对应人员，使试验过程更为可控；兼顾电缆试验可靠性和试验效果，且能预测试验故障。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的流程图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明包括感知层、网络层、平台层、应用层；服务系统与应用层相关系；数字孪生信息对象与平台层和网络层相关联；物理对象与感知层相关联；其中：
感知层包括采集设备和设备终端，采集设备利用传感器对被试电缆本体和设备终端进行状态数据的采集；采集设备包括电压表、电流表、热电偶、拉力仪、温湿度仪和分布式光纤传感器；被试电缆本体包括电缆样品；设备终端包括直流电压发生器、交流电压发生器、张力弯曲装置、张力扭转装置、穿心变压器和冲击电压发生器；
网络层包括有线网络、无线网络和边缘计算模块，网络层作为物理对象与平台层的数字孪生信息对象的信息交换渠道；物理对象包括被试电缆、试验设备、试验周围环境；
平台层包括数字孪生服务平台、PaaS平台服务模块、IaaS基础设施服务模块；数字孪生服务平台包括数据采集模块、孪生处理模块、孪生数据存储模块，数字孪生服务平台通过数据采集模块获取感知层得到的数据，实时输入到孪生处理模块中得到的仿真数据，并将得到的仿真数据进行处理融合，纳入孪生数据存储模块的知识库和经验库中；PaaS平台服务模块利用云平台上物联网服务子模块和大数据服务子模块，建立全业务数据中心子模块、应用集成服务子模块和云中间服务子模块；IaaS基础设施服务模块利用云上资源建立云计算资源池、云储存资源池和网络资源池，提供数据储存空间；
应用层包括试验状态监测模块、设备故障感知模块、参数精准调节模块、全景三维展示模块、试验风险预测模块；应用层根据平台层处理产生的数据，进行全景三维展示，人工精确控制、故障预测。操作者可以需要进入不同的模块进行相应的查看操作，如试验状态监测、设备故障感知、参数精准调节、全景三维展示、试验风险预测。
在本技术方案中，采用数字孪生的方式，充分利用布置在系统各部分的传感器,对物理实体进行数据分析与建模,形成多学科、多物理量、多时间尺度、多概率的仿真过程,将物理系统在不同真实场景中的全生命周期过程反映出来。借助于各种高性能传感器和高速通信,数字孪生可以通过集成多维物理实体的数据,辅以数据分析和仿真模拟,近乎实时地呈现物理实体的实际情况,并通过虚实交互接口对物理实体进行控制。数字孪生技术与电缆试验系统相结合，可实现对试验系统进行实时监控，故障诊断以及健康度分析等功能，解决试验系统现有设备信息传输能力弱、故障预测能力不强等缺点，能针对电缆型式试验及预鉴定试验中被试样品、测试设备、周边环境等数据进行监测与处理，并对被试样品、设备健康状态的评估，及对样品与设备可能发生的故障进行预测。试验过程通过全景三维展示，过程直观，且一旦出现问题，会立即对试验过程进行干预，并通知对应人员，使试验过程更为可控；兼顾电缆试验可靠性和试验效果，且能预测试验故障。
在电缆试验时，被试电缆和试验设备终端上安装采集设备，将被试电缆的电压值、电流值、线芯及外表皮温度值、环境温湿度值、受力情况，以及试验设备终端的运行状态传输到试验场控制计算机中；试验场控制计算机通过网络层与数字孪生服务平台相连接，将采集的被试电缆运行信息和试验设备终端状态信息通过网络层实时传输到数字孪生服务平台；
孪生处理模块根据电缆试验数字孪生模型实时仿真电缆试验系统在虚拟空间中的运行状态；电缆试验数字孪生模型根据试验项目及试验要求进行搭建；数字孪生模型在仿真过程中，对仿真数据进行实时判断，当仿真结果表明试验出现异常时，则自动调整试验参数，并通过应用层对操作人员发出警报；调整后的试验参数通过网络层传输回试验场控制计算机，并由试验场控制计算机调整试验设备的试验参数；试验参数包括电压值、电流值；电缆试验数字孪生模型可通过网络层传输来的电缆本体实时数据、设备运行数据、环境数据、以及其他相关物理量，实时仿真电缆试验系统在虚拟空间中的运行状态，从而实现自动化的监测，提高试验的可靠性，避免出现错漏。
孪生处理模块产生的仿真数据传输到知识库及经验库中，扩充不同类型电缆试验数据，并为电缆试验大数据库及专家库积累数据；孪生处理模块产生的仿真数据传输至PaaS平台服务模块和IaaS基础设施服务模块，PaaS平台服务模块搭建各类试验终端设备信息台账，监控试验终端设备运行状态，评估设备耗品使用寿命，评价试验设备完备率及健康度；PaaS平台服务模块的所有数据均能传输到IaaS基础设施服务模块进行储存。数据得到不断的扩充，提高判断的准确性，且能实现数据的共享。
孪生处理模块仿真得出的数字孪生数据利用应用层中全景三维展示模块与操作人员进行人机交互，展示电缆试验本体状态和试验设备终端状态；应用层设有电缆试验数字孪生模型设置模块，使操作人员能通过应用层的电缆试验数字孪生模型设置模块对电缆试验数字孪生模型设置进行调整。
被试电缆和试验设备终端的物理数据与电缆试验数字孪生模型的仿真数据通过网络层实时交互和迭代，使电缆试验系统状态始终符合电缆试验标准要求的正常运行水平。当设备更替等情况发生后，通过与电缆试验数字孪生模型交互和迭代，使参数等得到修正，有利提高工作的稳定性及准确性。
如图2所示，电缆试验数字孪生系统的工作方法，包括以下步骤：
1)电缆试验开始前，在被试电缆和试验设备终端上安装信息采集设备，在电缆试验过程中，将被试电缆的电压值、电流值、线芯及外表皮温度值、环境温湿度值、受力情况，以及试验设备终端的运行状态传输到试验场控制计算机中；
2)试验场控制计算机通过网络层与数字孪生服务平台相连接，将采集的被试电缆运行信息和试验设备终端状态信息通过网络层实时传输到数字孪生服务平台；
3)数字孪生服务平台的孪生处理模块根据电缆试验数字孪生模型实时仿真电缆试验系统在虚拟空间中的运行状态；数字孪生模型在仿真过程中，对仿真数据进行实时对比；
4)判断试验参数与预设参数的相似度是否超过设定阈值；若是，则认为电缆试验正常，并进入步骤8)；若否，则进入步骤5)；
5)调整试验参数；调整后的试验参数通过网络层传输回试验场控制计算机，并由试验场控制计算机调整试验设备的试验参数；
6)孪生处理模块仿真电缆试验系统运行状态；
7)数字孪生系统控制模块判断电缆是否发生故障，若是，则进入步骤9)；若否，则进入步骤8)；
8)孪生对象继续正常运行；
9)孪生处理模块通过应用层对操作人员发出警报；
10)应用层分析故障原因，并给出优化控制方法；
11)当故障原因排除后，保存处理过程和及相关数据在PaaS平台。
以上图1、2所示的一种电缆试验数字孪生系统及其工作方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行等同修改，均在本方案的保护范围之列。
Claims (7)
1.一种电缆试验数字孪生系统，其特征在于：包括感知层、网络层、平台层、应用层；其中：
感知层包括采集设备和设备终端，采集设备利用传感器对被试电缆本体和设备终端进行状态数据的采集；采集设备包括电压表、电流表、热电偶、拉力仪、温湿度仪和分布式光纤传感器；所述的被试电缆本体包括电缆样品；所述的设备终端包括直流电压发生器、交流电压发生器、张力弯曲装置、张力扭转装置、穿心变压器和冲击电压发生器；
网络层包括有线网络、无线网络和边缘计算模块，网络层作为物理对象与平台层的数字孪生信息对象的信息交换渠道；物理对象包括被试电缆、试验设备、试验周围环境；
平台层包括数字孪生服务平台、PaaS平台服务模块、IaaS基础设施服务模块；数字孪生服务平台包括数据采集模块、孪生处理模块、孪生数据存储模块，数字孪生服务平台通过数据采集模块获取感知层得到的数据，实时输入到孪生处理模块中得到的仿真数据，并将得到的仿真数据进行处理融合，纳入孪生数据存储模块的知识库和经验库中；PaaS平台服务模块利用云平台上物联网服务子模块和大数据服务子模块，建立全业务数据中心子模块、应用集成服务子模块和云中间服务子模块；IaaS基础设施服务模块利用云上资源建立云计算资源池、云储存资源池和网络资源池，提供数据储存空间；
应用层包括试验状态监测模块、设备故障感知模块、参数精准调节模块、全景三维展示模块、试验风险预测模块；应用层根据平台层处理产生的数据，进行全景三维展示，人工精确控制、故障预测。
2.根据权利要求1所述的一种电缆试验数字孪生系统，其特征在于：在电缆试验时，被试电缆和试验设备终端上安装采集设备，将被试电缆的电压值、电流值、线芯及外表皮温度值、环境温湿度值、受力情况，以及试验设备终端的运行状态传输到试验场控制计算机中；试验场控制计算机通过网络层与数字孪生服务平台相连接，将采集的被试电缆运行信息和试验设备终端状态信息通过网络层实时传输到数字孪生服务平台。
3.根据权利要求2所述的一种电缆试验数字孪生系统，其特征在于：孪生处理模块根据电缆试验数字孪生模型实时仿真电缆试验系统在虚拟空间中的运行状态；所述的电缆试验数字孪生模型根据试验项目及试验要求进行搭建；数字孪生模型在仿真过程中，对仿真数据进行实时判断，当仿真结果表明试验出现异常时，则自动调整试验参数，并通过应用层对操作人员发出警报；调整后的试验参数通过网络层传输回试验场控制计算机，并由试验场控制计算机调整试验设备的试验参数；试验参数包括电压值、电流值。
4.根据权利要求3所述的一种电缆试验数字孪生系统，其特征在于：孪生处理模块产生的仿真数据传输到知识库及经验库中，扩充不同类型电缆试验数据，并为电缆试验大数据库及专家库积累数据；孪生处理模块产生的仿真数据传输至PaaS平台服务模块和IaaS基础设施服务模块，PaaS平台服务模块搭建各类试验终端设备信息台账，监控试验终端设备运行状态，评估设备耗品使用寿命，评价试验设备完备率及健康度；PaaS平台服务模块的所有数据均能传输到IaaS基础设施服务模块进行储存。
5.根据权利要求4所述的一种电缆试验数字孪生系统，其特征在于：孪生处理模块仿真得出的数字孪生数据利用应用层中全景三维展示模块与操作人员进行人机交互，展示电缆试验本体状态和试验设备终端状态；应用层设有电缆试验数字孪生模型设置模块，使操作人员能通过应用层的电缆试验数字孪生模型设置模块对电缆试验数字孪生模型设置进行调整。
6.根据权利要求5所述的一种电缆试验数字孪生系统，其特征在于：被试电缆和试验设备终端的物理数据与电缆试验数字孪生模型的仿真数据通过网络层实时交互和迭代，使电缆试验系统状态始终符合电缆试验标准要求的正常运行水平。
7.采用权利要求1-6任一权利要求所述的一种电缆试验数字孪生系统的工作方法，其特征在于包括以下步骤：
1)电缆试验开始前，在被试电缆和试验设备终端上安装信息采集设备，在电缆试验过程中，将被试电缆的电压值、电流值、线芯及外表皮温度值、环境温湿度值、受力情况，以及试验设备终端的运行状态传输到试验场控制计算机中；
2)试验场控制计算机通过网络层与数字孪生服务平台相连接，将采集的被试电缆运行信息和试验设备终端状态信息通过网络层实时传输到数字孪生服务平台；
3)数字孪生服务平台的孪生处理模块根据电缆试验数字孪生模型实时仿真电缆试验系统在虚拟空间中的运行状态；数字孪生模型在仿真过程中，对仿真数据进行实时对比；
4)判断试验参数与预设参数的相似度是否超过设定阈值；若是，则认为电缆试验正常，并进入步骤8)；若否，则进入步骤5)；
5)调整试验参数；调整后的试验参数通过网络层传输回试验场控制计算机，并由试验场控制计算机调整试验设备的试验参数；
6)孪生处理模块仿真电缆试验系统运行状态；
7)数字孪生系统控制模块判断电缆是否发生故障，若是，则进入步骤9)；若否，则进入步骤8)；
8)孪生对象继续正常运行；
9)孪生处理模块通过应用层对操作人员发出警报；
10)应用层分析故障原因，并给出优化控制方法；
11)当故障原因排除后，保存处理过程和及相关数据在PaaS平台。
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|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114429092A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-05-03 | 温州电力建设有限公司 | 一种基于数字孪生的继电保护设备数字化仿真系统 |
| CN114520781A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-05-20 | 中国科学技术大学 | 基于数字孪生的网络技术和协议测试平台及其测试方法 |
| CN115167530A (zh) * | 2022-09-08 | 2022-10-11 | 国网浙江省电力有限公司金华供电公司 | 基于多维传感的带电作业勘察数据处理方法及系统 |
| CN115932476A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-04-07 | 触景无限科技（北京）有限公司 | 基于数字孪生的故障定位方法、装置、电子设备及介质 |
| CN116186987A (zh) * | 2022-12-16 | 2023-05-30 | 西安航天动力试验技术研究所 | 一种数字孪生试验监测管理系统 |
| CN116684769A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-09-01 | 深圳市天昕朗科技有限公司 | 基于光通讯场景下数字孪生的数据获取方法及系统 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130253898A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Power Analytics Corporation | Systems and methods for model-driven demand response |
| WO2018111368A1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Configuration and parameterization of energy control system |
| CN111365232A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-03 | 武汉理工大学 | 一种齿轮泵实验平台及齿轮损伤检测方法 |
| CN111537173A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-08-14 | 武汉大学 | 一种基于数字孪生的微电子产品跌落冲击可靠性评估方法 |
| CN111814302A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-10-23 | 嘉兴市恒光电力建设有限责任公司 | 一种变压器绝缘油温度采集传输回路故障排除系统及方法 |
| CN112162543A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-01-01 | 上海海事大学 | 一种基于数字孪生的叶片转子试验台预测性维修方法及系统 |
| EP3779621A1 (de) * | 2019-08-13 | 2021-02-17 | Sick Ag | Verfahren und system zur herstellung eines sensors |
| CN112684379A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-04-20 | 江苏科技大学 | 一种基于数字孪生的变压器故障诊断系统及其方法 |
| US20210116505A1 (en) * | 2019-10-22 | 2021-04-22 | Wenzhou University | Digital-twin modeling method for automated testing pipeline for circuit breakers |
| CN112731887A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-30 | 南京理工大学 | 石化无人值守装卸线数字孪生智能监控系统及方法 |
| CA3158765A1 (en) * | 2019-11-25 | 2021-06-03 | Strong Force Iot Portfolio 2016, Llc | Intelligent vibration digital twin systems and methods for industrial environments |
| CN113011010A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-06-22 | 常州英集动力科技有限公司 | 基于结构机理和运行数据的锅炉故障诊断方法及诊断系统 |
| CN113050455A (zh) * | 2021-03-27 | 2021-06-29 | 上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司 | 一种用于智能网联汽车的数字孪生测试系统及控制方法 |
-
2021
- 2021-08-18 CN CN202110949915.7A patent/CN113779769A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130253898A1 (en) * | 2012-03-23 | 2013-09-26 | Power Analytics Corporation | Systems and methods for model-driven demand response |
| WO2018111368A1 (en) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Configuration and parameterization of energy control system |
| EP3779621A1 (de) * | 2019-08-13 | 2021-02-17 | Sick Ag | Verfahren und system zur herstellung eines sensors |
| US20210116505A1 (en) * | 2019-10-22 | 2021-04-22 | Wenzhou University | Digital-twin modeling method for automated testing pipeline for circuit breakers |
| CA3158765A1 (en) * | 2019-11-25 | 2021-06-03 | Strong Force Iot Portfolio 2016, Llc | Intelligent vibration digital twin systems and methods for industrial environments |
| CN111365232A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-03 | 武汉理工大学 | 一种齿轮泵实验平台及齿轮损伤检测方法 |
| CN111537173A (zh) * | 2020-04-21 | 2020-08-14 | 武汉大学 | 一种基于数字孪生的微电子产品跌落冲击可靠性评估方法 |
| CN111814302A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-10-23 | 嘉兴市恒光电力建设有限责任公司 | 一种变压器绝缘油温度采集传输回路故障排除系统及方法 |
| CN112162543A (zh) * | 2020-09-23 | 2021-01-01 | 上海海事大学 | 一种基于数字孪生的叶片转子试验台预测性维修方法及系统 |
| CN112684379A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-04-20 | 江苏科技大学 | 一种基于数字孪生的变压器故障诊断系统及其方法 |
| CN112731887A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-04-30 | 南京理工大学 | 石化无人值守装卸线数字孪生智能监控系统及方法 |
| CN113011010A (zh) * | 2021-03-01 | 2021-06-22 | 常州英集动力科技有限公司 | 基于结构机理和运行数据的锅炉故障诊断方法及诊断系统 |
| CN113050455A (zh) * | 2021-03-27 | 2021-06-29 | 上海智能新能源汽车科创功能平台有限公司 | 一种用于智能网联汽车的数字孪生测试系统及控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 张素明，岳梦云: "基于数字孪生的火箭测试与发射过程健康管理技术研究", 计算机测量与控制, vol. 29, no. 5, pages 8 - 10 * |
| 陈铭，周丹婷: "变压器多维状态感知及数字孪生技术应用研究", 电力技术与软件工程, no. 15, pages 222 - 223 * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114429092A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-05-03 | 温州电力建设有限公司 | 一种基于数字孪生的继电保护设备数字化仿真系统 |
| CN114520781A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-05-20 | 中国科学技术大学 | 基于数字孪生的网络技术和协议测试平台及其测试方法 |
| CN114520781B (zh) * | 2022-04-21 | 2022-09-30 | 中国科学技术大学 | 基于数字孪生的网络技术和协议测试平台及其测试方法 |
| CN115167530A (zh) * | 2022-09-08 | 2022-10-11 | 国网浙江省电力有限公司金华供电公司 | 基于多维传感的带电作业勘察数据处理方法及系统 |
| CN115932476A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-04-07 | 触景无限科技（北京）有限公司 | 基于数字孪生的故障定位方法、装置、电子设备及介质 |
| CN115932476B (zh) * | 2022-12-12 | 2023-08-29 | 触景无限科技（北京）有限公司 | 基于数字孪生的故障定位方法、装置、电子设备及介质 |
| CN116186987A (zh) * | 2022-12-16 | 2023-05-30 | 西安航天动力试验技术研究所 | 一种数字孪生试验监测管理系统 |
| CN116684769A (zh) * | 2023-07-20 | 2023-09-01 | 深圳市天昕朗科技有限公司 | 基于光通讯场景下数字孪生的数据获取方法及系统 |
| CN116684769B (zh) * | 2023-07-20 | 2023-10-03 | 深圳市天昕朗科技有限公司 | 基于光通讯场景下数字孪生的数据获取方法及系统 |
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