CN113852204B - 一种基于数字孪生的变电站三维全景监视系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于数字孪生的变电站三维全景监视系统及方法，包括，利用变电站数字孪生体构建变电站三维可视化全景模型；选择变电站三维可视化全景模型，生成变电站监视简化图；将变电站运维中心数据库中的数据导入监视系统中，基于异类原则建立索引划分模型，对数据进行分类；结合哈希散列函数将分类后的数据与生成的变电站监视简化图中节点位置一一对应关联；观察关联后的变电站监视简化图，若图中节点有出现闪烁跳动现象，则视为异常预警。本发明解决过去业务分类后强制捆绑到特定主机方式的问题，避免极端情况可能对主站构成的过载风险，保证系统的平稳性和可靠性，方便工作人员的查看，达到可视化的监视效果。

Description

一种基于数字孪生的变电站三维全景监视系统及方法
技术领域
本发明涉及变电站监视、数字孪生的技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的变电站三维全景监视系统及方法。
背景技术
当前，非线性、高维、时变等特征是准确认知区域变电站配网系统所面临的难题，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变电站配网系统认知的复杂性；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时间尺度、多业务协同的分析需求。
变电站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，考虑到区域变电站配网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。
目前在对变电站运维信息进行监视的过程中，信息处理速度慢，对硬件配置的依赖性较大，不能以微小代价同时运行和维护多个容器，无法达到以毫秒级的成批创建和销毁容器，来对变电站运维信息进行快速处理的目的，不具有在既定条件下自主调整创建时机和细粒度化策略的能力，无法解决过去业务分类后强制捆绑到特定主机方式的问题，不能避免极端情况可能对主站构成的过载风险，从而不能保证系统的平稳性和可靠性，同时不方便工作人员的查看，不能达到智能监视效果。
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。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，利用变电站数字孪生体构建变电站三维可视化全景模型；选择所述变电站三维可视化全景模型，生成变电站监视简化图；将变电站运维中心数据库中的数据导入监视系统中，基于异类原则建立索引划分模型，对所述数据进行分类；结合哈希散列函数将分类后的所述数据与生成的所述变电站监视简化图中节点位置一一对应关联；观察关联后的所述变电站监视简化图，若图中节点有出现闪烁跳动现象，则视为异常预警。
作为本发明所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的一种优选方案，其中：所述变电站数字孪生体是以数字化方式为物理对象创建的虚拟模型，其包括实体变电站和虚拟变电站，所述实体变电站用于负责实际供配电，所述虚拟变电站用于监测所述实体变电站的运行情况；所述变电站三维可视化全景模型包括，所述实体变电站和所述虚拟变电站的网络拓扑结构、运行数据。
作为本发明所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的一种优选方案，其中：生成所述变电站监视简化图包括，通过鼠标点击操作选择所述变电站三维可视化全景模型；点击跳出的对话框，查阅所述实体变电站和所述虚拟变电站的所述网络拓扑结构、所述运行数据是否有误；若无误，则选择生成模式，输出得到所述变电站监视简化图。
作为本发明所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的一种优选方案，其中：所述网络拓扑结构包括，将变电站与配网相连的点设定为树的根节点；所述变电站中的其余馈线设定为所述树的子节点；节点之间的边代表所述变电站与所述配网中的实际线路，形成描述所述变电站结构的拓扑主树；所述运行数据包括，对所述变电站数字孪生体进行仿真计算，得到仿真数据；将所述拓扑主树中每个节点在所述实体变电站中所的场站、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，生成完整的所述运行数据。
作为本发明所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的一种优选方案，其中：所述分类包括，采集所述变电站运维中心数据库中数据信息；对所述数据信息进行标准化处理和标签序列处理；基于所述异类原则建立所述索引划分模型；将处理后的所述数据信息导入所述索引划分模型中进行分类计算处理，根据计算结果输出对应分类区间。
作为本发明所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的一种优选方案，其中：还包括，所述索引划分模型对导入的所述数据信息依次进行计算；若计算结果属于索引值区间，则被划分到索引候选区，若为否，则被移至待定区；对所述索引候选区进行二次计算，若有不同索引值，则分别单独建立放置空间进行存储，若有相同索引值出现，则将其转移在一个放置空间内进行存储。
作为本发明所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的一种优选方案，其中：所述关联包括，将分类后的所述数据信息导入哈希表中，形成数组；将哈希规则中的钥匙通过散列函数转化为一个整型数字；利用所述整型数字对所述数组长度进行取余，取余结果为所述数组的下标，将关键码值存储在数组空间内；将所述变电站监视简化图中节点位置信息导入所述哈希表中进行压缩映射；再次利用所述散列函数将所述压缩映射后的钥匙转换为对应的数组下标，并定位到所述数组空间获取所述关键码值。
作为本发明所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视系统的一种优选方案，其中：包括变电站运维中心数据库，所述变电站运维中心数据库用于存储采集的变电站拓扑结构信息和运行信息；任务资源模块与所述变电站运维中心数据库一端相连接，其包括任务调度模块和资源模块，所述任务调度模块用于分发变电站输送配电各项任务的调度数据，所述资源调度模块用于存储所述变电站和配网中的各项资源数据；数据处理中心模块连接于所述任务资源模块的另一端，所述数据处理中心模块用于搭载所述变电站数字孪生体、所述变电站三维可视化全景模型、所述索引划分模型和所述哈希散列函数的运行程序，并输出计算结果和网络拓扑图。
作为本发明所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视系统的一种优选方案，其中：还包括，可视化模块，所述可视化模块用于展示所述变电站监视简化图，以供运维人员进行检查操作；数据传输模块与各个模块相连接，其用于为各个模块提供输出传输服务。
本发明的有益效果：本发明具有在既定条件下自主调整创建时机和细粒度化策略的能力，解决过去业务分类后强制捆绑到特定主机方式的问题，避免极端情况可能对主站构成的过载风险，从而保证系统的平稳性和可靠性，方便工作人员的查看，达到可视化的监视效果。
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基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的流程示意图；
图2为本发明第一个实施例所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的网络拓扑结构示意图；
图3为本发明第一个实施例所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的监视数据波形示意图；
图4为本发明第二个实施例所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视系统的模块结构示意图。
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
参照图1、图2和图3，为本发明的第一个实施例，提供了一种基于数字孪生的变电站三维全景监视方法，包括：
S1：利用变电站数字孪生体构建变电站三维可视化全景模型。其中需要说明的是：
变电站数字孪生体是以数字化方式为物理对象创建的虚拟模型，其包括实体变电站和虚拟变电站，实体变电站用于负责实际供配电，虚拟变电站用于监测实体变电站的运行情况；
变电站三维可视化全景模型包括，实体变电站和虚拟变电站的网络拓扑结构、运行数据。
S2：选择变电站三维可视化全景模型，生成变电站监视简化图。本步骤需要说明的是，生成变电站监视简化图包括：
通过鼠标点击操作选择变电站三维可视化全景模型；
点击跳出的对话框，查阅实体变电站和虚拟变电站的网络拓扑结构、运行数据是否有误；
若无误，则选择生成模式，输出得到变电站监视简化图。
具体的，网络拓扑结构包括：
将变电站与配网相连的点设定为树的根节点；
变电站中的其余馈线设定为树的子节点；
节点之间的边代表变电站与配网中的实际线路，形成描述变电站结构的拓扑主树；
进一步的，运行数据包括：
对变电站数字孪生体进行仿真计算，得到仿真数据；
将拓扑主树中每个节点在实体变电站中所的场站、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，生成完整的运行数据。
S3：将变电站运维中心数据库中的数据导入监视系统中，基于异类原则建立索引划分模型，对数据进行分类。其中还需要说明的是，建立索引划分模型包括：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，为选择计算的第i个数据输出在总数据中的权重，i为常数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
为样本标签，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为划分向量，m为序列，根据计算出的值使用反向传播算法更新模型权重， 得到数据区间。
具体的，分类包括：
采集变电站运维中心数据库中数据信息；
对数据信息进行标准化处理和标签序列处理；
基于异类原则建立索引划分模型；
将处理后的数据信息导入索引划分模型中进行分类计算处理，根据计算结果输出对应分类区间；
索引划分模型对导入的数据信息依次进行计算；
若计算结果属于索引值区间，则被划分到索引候选区，若为否，则被移至待定区；
对索引候选区进行二次计算，若有不同索引值，则分别单独建立放置空间进行存储，若有相同索引值出现，则将其转移在一个放置空间内进行存储。
S4：结合哈希散列函数将分类后的数据与生成的变电站监视简化图中节点位置一一对应关联。本步骤还需要说明的是，关联包括：
将分类后的数据信息导入哈希表中，形成数组；
将哈希规则中的钥匙通过散列函数转化为一个整型数字；
利用整型数字对数组长度进行取余，取余结果为数组的下标，将关键码值存储在数组空间内；
将变电站监视简化图中节点位置信息导入哈希表中进行压缩映射；
再次利用散列函数将压缩映射后的钥匙转换为对应的数组下标，并定位到数组空间获取关键码值。
S5：观察关联后的所述变电站监视简化图，若图中节点有出现闪烁跳动现象，则视为异常预警。
优选地，为了便于非本技术领域人员对本发明选用哈希表的应用理解，本实施例还需要说明的是，当前的技术手段中，数组容易寻址，却难于进行插入和删除，而链表难于寻址，却易于进行插入和删除；而本实施例为了便于寻址和进行插入、删除，通过哈希散列函数进行融合，得到链表形式的数组，即根据元素的一些特征把元素分配到不同的链表中，并根据这些特征找到正确的链表，再从这些链表中找出这些元素。
不难理解的是，哈希表主要用于信息安全领域中加密算法，其将一些不同长度的信息转化成杂乱的128位的编码,即编码值就是找到一种数据内容和数据存放地址之间的映射关系；例如，数组A中第i个元素里面装的key就是i，那么数字3肯定是在第3个位置，数字10肯定是在第10个位置，哈希表就是利用这种基本的思想，建立一个从key到位置的函数，再进行直接计算查找。
参照图3，为本实施例的传统方法与本发明方法进行对比测试的波形数据示意图，本实施例以云南地区某一变电站8月份供配电为例，采用传统的运维监视方法与本发明方法进行对比验证，通过仿真平台的模拟输出，得到如图3所示的波形图；根据图3的示意，能够直观的看出，本发明方法输出的波形位于传统方法输出波形的上方，即验证了本发明对于监视系统的稳定性更好。
实施例2
参照图4，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，提供了一种基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的变电站三维全景监视系统，具体包括：
变电站运维中心数据库100，变电站运维中心数据库100用于存储采集的变电站拓扑结构信息和运行信息。
任务资源模块与变电站运维中心数据库100一端相连接，其包括任务调度模块201和资源模块202，任务调度模块201用于分发变电站输送配电各项任务的调度数据，资源调度模块202用于存储变电站和配网中的各项资源数据。
数据处理中心模块300连接于任务资源模块的另一端，数据处理中心模块300用于搭载变电站数字孪生体、变电站三维可视化全景模型、索引划分模型和哈希散列函数的运行程序，并输出计算结果和网络拓扑图。部分运行代码如下所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
可视化模块400，可视化模块400用于展示变电站监视简化图，以供运维人员进行检查操作。
数据传输模块500与各个模块相连接，其用于为各个模块提供输出传输服务。
优选地，现有的变电站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，考虑到区域变电站配网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，无法提供全面的数据资源、数据服务，而本实施例提供的监视系统则通过搭载实施例1所述方法的运行程序进行运作，解决了来源分散、结构多样、关系复杂、粒度精细和体量巨大的问题。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组（例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互）的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
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 (3)

1.一种基于数字孪生的变电站三维全景监视方法，其特征在于：包括，
利用变电站数字孪生体构建变电站三维可视化全景模型；
选择所述变电站三维可视化全景模型，生成变电站监视简化图；
将变电站运维中心数据库中的数据导入监视系统中，基于异类原则建立索引划分模型，对所述数据进行分类；
结合哈希散列函数将分类后的所述数据与生成的所述变电站监视简化图中节点位置一一对应关联；
观察关联后的所述变电站监视简化图，若图中节点有出现闪烁跳动现象，则视为异常预警；
所述变电站数字孪生体是以数字化方式为物理对象创建的虚拟模型，其包括实体变电站和虚拟变电站，所述实体变电站用于负责实际供配电，所述虚拟变电站用于监测所述实体变电站的运行情况；
所述变电站三维可视化全景模型包括，所述实体变电站和所述虚拟变电站的网络拓扑结构、运行数据；
生成所述变电站监视简化图包括，
通过鼠标点击操作选择所述变电站三维可视化全景模型；
点击跳出的对话框，查阅所述实体变电站和所述虚拟变电站的所述网络拓扑结构、所述运行数据是否有误；
若无误，则选择生成模式，输出得到所述变电站监视简化图；
所述网络拓扑结构包括，
将变电站与配网相连的点设定为树的根节点；
所述变电站中的馈线设定为所述树的子节点；
节点之间的边代表所述变电站与所述配网中的实际线路，形成描述所述变电站结构的拓扑主树；
所述运行数据包括，
对所述变电站数字孪生体进行仿真计算，得到仿真数据；
将所述拓扑主树中每个节点在所述实体变电站中的场站、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，生成完整的所述运行数据；
建立索引划分模型包括：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 501232DEST_PATH_IMAGE002
，为选择计算的第i个数据输出在总数据中的权重，i为常数，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为样 本标签，
Figure 518867DEST_PATH_IMAGE004
为划分向量，m为序列，根据计算出的值使用反向传播算法更新模型权重，得到 数据区间；
所述索引划分模型对导入的所述数据信息依次进行计算；
若计算结果属于索引值区间，则被划分到索引候选区，若为否，则被移至待定区；
对所述索引候选区进行二次计算，若有不同索引值，则分别单独建立放置空间进行存储，若有相同索引值出现，则将其转移在一个放置空间内进行存储。
2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法，其特征在于：所述分类包括，
采集所述变电站运维中心数据库中数据信息；
对所述数据信息进行标准化处理和标签序列处理；
基于所述异类原则建立所述索引划分模型；
将处理后的所述数据信息导入所述索引划分模型中进行分类计算处理，根据计算结果输出对应分类区间。
3.根据权利要求1或2所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法，其特征在于：所述关联包括，
将分类后的所述数据信息导入哈希表中，形成数组；
将哈希规则中的钥匙通过所述哈希散列函数转化为一个整型数字；
利用所述整型数字对所述数组长度进行取余，取余结果为所述数组的下标，将关键码值存储在数组空间内；
将所述变电站监视简化图中节点位置信息导入所述哈希表中进行压缩映射；
再次利用所述哈希散列函数将所述压缩映射后的钥匙转换为对应的数组下标，并定位到所述数组空间获取所述关键码值。
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