CN114492116A - 一种变压器状态分析方法、系统、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种变压器状态分析方法、系统、设备和存储介质，涉及电力自动化领域。一种变压器状态分析方法，包括：获取变压器的已知数据，并根据所述已知数据实时计算得出缺失数据；将所述已知数据和所述缺失数据映射至三维模型以形成数字孪生体；通过可变周期的数据更新对所述数字孪生体与所述变压器进行实时数据同步；获取所述数字孪生体计算的所述变压器的状态数据，以用于提供控制决策提示。本申请的技术方案可解决数据来源、映射、计算的问题，能够实现数字孪生体对物理模型映射，协助使用者实现对设备的智能运维。

Description

一种变压器状态分析方法、系统、设备和存储介质

技术领域

本申请涉及电力自动化领域，具体而言，涉及一种变压器状态分析方法、系统、设备和存储介质。

背景技术

变压器作为最重要的变电设备，其电流、电压、功率及温度等电网运行数据均有完备的监控措施，部分变电站还装备了在线检测装置、声音监测装置，用于监测局部放电、油中气体、噪音等。然而传统的电网运行数据难以对变压器运行状态完整评估，具体地说，目前的实时监控系统可以收到变压器过负荷告警、气体异常告警等，但无法对变压器状态进行完整的评估。

影响变压器稳定运行的因素包括电气、温度和磁场状态。这些特征量往往来自于多个系统，部分无法直接计算。当电力系统运行方式改变或者变电站内另外一台变压器故障跳闸时，会造成当前变压器过负荷，此时使用者迫切需要知道变压器允许运行的具体时间以便安排处理；但目前变电站自动化系统无法提供变压器允许运行的具体时间，仅能提供提示；当变电站运行人员通过电网运行数据或者在线监测数据发现变压器运行异常时，此时再进行处理往往为时已晚，会影响变压器的正常运行寿命。

发明内容

本申请提供一种变压器状态分析方法、系统、设备和存储介质，可用于解决变压器设备的数据来源、映射、计算的问题，能够实现数字孪生体对物理模型映射，实现对变压器设备的智能运维。

根据本申请的一方面，提供一种变压器状态分析方法，包括：获取变压器的已知数据，并根据所述已知数据实时计算得出缺失数据；将所述已知数据和所述缺失数据映射至三维模型以形成数字孪生体；通过可变周期的数据更新对所述数字孪生体与所述变压器进行实时数据同步；获取所述数字孪生体计算的所述变压器的状态数据，以用于提供控制决策提示。

根据一些实施例，所述已知数据通过外部系统采样并获取，包括所述变压器的静态数据、动态数据和业务数据，具体为采样的电流值、采样的油温、环境温度和变压器结构数据等。

根据一些实施例，所述缺失数据包括电气数据、温度场数据和电磁场数据，具体为等效起始负荷系数、变压器内的分层油温和电磁场分布数据等。

根据一些实施例，根据所述已知数据实时计算得出缺失数据，包括：配置所述已知数据；根据所述采样的电流值计算所述等效起始负荷系数；根据所述采样的油温、所述环境温度和所述等效起始负荷系数，结合所述三维模型，通过有限元分析计算所述变压器内的分层油温；根据所述变压器结构数据，结合所述三维模型，通过有限元分析计算所述电磁场分布数据。

根据一些实施例，所述等效起始负荷系数的计算公式为：

其中，I_*(eqv0)表示所述等效起始负荷系数，I_*(i)表示已知的所述变压器处于正常运行状态时第i+1次采样得出的变压器采样数据的标幺值，i取0至n，n为设定的自然数；Δt₀表示预设的数据采样间隔数据的初始值，当i大于等于1时，Δt_i表示所述变压器处于正常运行状态时第i次采样和第i-1次采样之间的数据采样间隔，t表示预设的初始负荷等效时间。

根据一些实施例，所述变压器内的分层油温的有限元计算公式为：

其中，λ表示为已知的沿着各坐标的导热系数，

为已知的单位体积的生热率，x、y、z为已知的空间坐标，T为所述变压器内的分层油温。

根据一些实施例，所述电磁场分布数据的有限元计算公式为：

其中，A为轴向矢量磁位即所述电磁场分布数据，

为已知的水平磁阻率，

为已知的垂直磁阻率，J为已知的源电流密度，x、y为已知的空间坐标。

根据一些实施例，将所述已知数据和所述缺失数据映射至三维模型以形成数字孪生体，包括：将所述三维模型划分为有限个互不重叠的单元，在每一个所述单元中，选择一定数量的节点作为所述已知数据和所述缺失数据的计算插值点。

根据一些实施例，通过可变周期的数据更新对所述数字孪生体与所述变压器进行实时数据同步，包括：所述静态数据和所述业务数据可由所述外部系统推送更新或进行每日更新，并保存更新数据至关系库；所述动态数据可根据数据类型设置不同周期单独更新，同时设置统一周期全部更新，并保存更新数据至实时库；所述数字孪生体从所述关系库和所述实时库读取数据，实现与所述变压器的数据同步。

根据一些实施例，所述数字孪生体计算的所述变压器的状态数据，包括：根据所述已知数据和所述缺失数据，获取所述变压器的多个不同状态，以及所述多个不同状态的稳定运行时长；基于所述不同状态的稳定运行时长所述变压器的最终稳定运行时长。

根据一些实施例，所述多个不同状态包括电气状态、热力状态和电磁状态。

根据一些实施例，所述变压器的最终稳定运行时长的计算公式为t＝min(t_e，t_h，t_m)，其中，t_e、t_h、t_m分别为所述电气状态、所述热力状态和所述电磁状态的稳定运行时长，t_e、t_h、t_m的计算方法分别为t_e＝I_*(eqv0)*S_e，t_h＝min(T₁*S_h1，T₂*S_h2，...，T_n*S_hn)，t_m＝min(A₁*S_m1，A₂*S_m2，...，A_n*S_mn)，其中，I_*(eqv0)、T_n、A_n分别为所述等效起始负荷系数、所述变压器内的分层油温和所述电磁场分布数据，S_e、S_h、S_m分别为预设的影响系数。

根据一些实施例，提供控制决策提示包括：根据所述变压器的最终稳定运行时长，设定预警等级并提供对应的提示；根据所述变压器的最终稳定运行时长计算时的不同影响因素，提供对应的处理决策，并设立优先级。

根据一些实施例，设定预警等级并提供对应的提示，包括：根据状态量值设定预警等级并进行提示；所述状态量值计算公式为：

其中，S表示状态量值，等于0表示正常，等于1表示异常，等于2表示告警，t为所述变压器的最终稳定运行时长，t₀为预设的正常临界值，t₁为预设的异常临界值。

根据本申请的一方面，提供一种变压器状态分析系统，包括：数字孪生体，通过变压器的设备状态数据映射至三维模型形成，与所述变压器进行实时数据同步；设备状态模块，用于获取所述变压器的设备状态数据，并与所述数字孪生体进行实时数据同步；智能决策模块，根据所述变压器的设备状态数据，提供控制决策提示。

根据本申请的一方面，提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如前述的方法。

根据本申请的一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现如前述的方法。

根据本申请实施例的技术方案，具有如下一种或多种有益效果：

根据一些实施例，通过集成各个系统的静态数据、动态数据及业务数据，并实时计算缺失的计算出缺失的电气、温度场、电磁场数据，解决数据完整性问题。

根据一些实施例，通过可变周期刷新，结合三维建模，利用有限元分析，能够实现数字孪生体对物理模型映射，解决一般分析方法实时性不足的问题。

根据一些实施例，能够综合分析结果，并实现设备状态的预测，协助使用者对设备的智能运维。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例。

图1示出根据本申请示例实施例的一种变压器状态分析方法流程图。

图2示出根据本申请示例实施例的一种变压器状态分析系统示意图。

图3示出根据本申请示例实施例的数字孪生体数据刷新的流程图。

图4示出根据本申请示例实施例的变压器状态预测流程图。

图5示出根据本申请示例实施例的电子设备的框图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或操作等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第一”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本申请提供一种变压器状态分析方法、系统、设备和存储介质，以数字孪生技术作为解决变压器设备状态评估、预测的手段，实现数字孪生体对物理模型的映射，从而实现对变压器设备的智能运维。

下面将参照附图，对根据本申请实施例的一种变压器状态分析方法进行详细说明。

图1示出根据本申请示例实施例的一种变压器状态分析方法流程图。

如图1所示，在S101，获取变压器的已知数据，并根据已知数据实时计算得出缺失数据。

根据一些实施例，已知数据通过外部系统采样并获取，包括静态数据、动态数据和业务数据。

根据静态数据、动态数据和业务数据，计算出缺失数据，包括电气数据、温度场数据和电磁场数据。

在S103，将已知数据和缺失数据映射至三维模型以形成数字孪生体。

将三维模型划分为有限个互不重叠的单元，在每一个单元中，选择一定数量的节点作为已知数据和所述缺失数据的计算插值点。

例如，将三维模型划分为设备模型、建筑模型和环境模型，与已知的静态数据、动态数据、业务数据和计算出的电气数据、温度场数据、电磁场数据建立函数关系，形成数字孪生体。

在S105，通过可变周期的数据更新对数字孪生体与变压器进行实时数据同步。

根据一些实施例，静态数据和业务数据可由外部系统推送更新或进行每日更新，并保存更新数据至关系库。

对于动态数据，可根据数据类型设置不同周期单独更新，同时设置统一周期全部更新，并保存更新数据至实时库。

数字孪生体从关系库和实时库读取数据，实现与变压器的数据同步。

在S107，获取数字孪生体计算的变压器的状态数据，以用于提供控制决策提示。

根据一些实施例，基于已知数据和缺失数据，获取变压器的电气状态、热力状态和电磁状态的稳定运行时长，并根据各状态的稳定运行时长得出变压器的最终运行时长。

其中，变压器的最终运行时长为变压器的电气状态、热力状态和电磁状态的稳定运行时长中的最小值。

根据变压器的电气状态、热力状态和电磁状态的稳定运行时长以及变压器的最终运行时长，进行智能决策，为变压器的运转趋势进行判断及预测。

图2示出根据本申请示例实施例的一种变压器状态分析系统示意图。

如图2所示，首先，获取变压器的已知数据，根据获取的这些数据，计算出缺失数据，将获取的已知数据和计算出的缺失数据，映射至可拆解的三维模型，形成数字孪生体。

根据一些实施例，已知数据由外部系统采样并获取，包括：静态数据、动态数据及业务数据。其中，

静态数据包括：交流侧电压等级、直流侧电压等级、空载损耗、负载损耗、运行状态、短路阻抗、短路前最高工作电流、短路前最高操作电压、短路前功率因数角、换流变网侧最小工作电压、额定功率等。

动态数据包括：馈线电压、A套保护阀侧电压、B套保护阀侧电压、C套保护阀侧电压、局部放电频次、局部放电放电信号峰值、容性监测不平衡电流、容性监测等效电容、容性监测介质损耗、首端套管压力、本体浮杆式油位、夹件接地电流、绕组热点计算温度、铁芯接地电流、本体压力式油位、顶层油温、顶层油温2、油色谱C2H2、油色谱C2H4、油色谱C2H6、油色谱CH4、油色谱CO、油色谱CO2、油色谱H2、油色谱02等。

业务数据包括：故障事件、故障记录、缺陷记录、套管维修测试工作、换流变维修测试工作、套管巡视记录、换流变巡检记录、套管测试、分接开关测试、换流变离线油色谱测试等。

根据一些实施例，缺失数据通过已知数据计算获得，包括：电气数据、温度场数据和电磁场数据。其中，

电气数据包括等效起始负荷系数，通过下列公式计算得出：

其中，I_*(eqv0)表示等效起始负荷系数，I_*(i)表示已知的变压器处于正常运行状态时第i+1次采样得出的变压器采样数据的标幺值，i取0至n，n为设定的自然数；Δt₀表示预设的数据采样间隔数据的初始值，当i大于等于1时，Δt_i表示变压器处于正常运行状态时第i次采样和第i-1次采样之间的数据采样间隔，t表示预设的初始负荷等效时间。

根据一些实施例，温度场数据包括变压器内的分层油温，通过下列有限元分析公式并结合三维模型计算得出：

其中，λ表示为已知的沿着各坐标的导热系数，

为已知的单位体积的生热率，x、y、z为已知的空间坐标，T即为变压器内的分层油温。

根据一些实施例，电磁场数据包括电磁场分布数据，通过下列有限元分析公式并结合三维模型计算得出：

其中，A为轴向矢量磁位即电磁场分布数据，

为已知的水平磁阻率，

为已知的垂直磁阻率，J为已知的源电流密度，x、y为已知的空间坐标。

进一步地，将三维模型划分为有限个互不重叠的单元，在每一个单元中，选择一定数量的节点作为已知数据和缺失数据的计算插值点。

根据一些实施例，三维模型包括设备模型、建筑模型和环境模型，其中，节点数量不设限制，只与计算机性能相关。

其次，根据不同的数据类型，进行可变周期的数据更新，实现数字孪生体与物理对象(变压器)的同步。

根据一些实施例，对于静态数据和业务数据，如果外部系统能够提供订阅功能，则将外部系统推送的更新数据保存至关系库。

如果外部系统无法提供订阅功能，则将外部系统的更新数据进行每日更新并保存至关系库。

例如，静态数据包括变压器的出厂配置信息等，可通过变压器信息系统获取。

业务数据包括变压器日常维护数据、测试数据及日志等，可通过变压器测试系统获取。

根据一些实施例，对于动态数据，根据不同类型的数据设置不同的更新周期单独更新至实时库，并同时在统一的周期进行全部类型数据的更新，并保存至实时库。

例如，动态数据包括变压器的动态参数如油温等。

数字孪生体从关系库和实时库读取数据，实现与变压器的数据同步。

最后，根据获得的已知数据和计算出的缺失数据，得出变压器的电气状态、热力状态和电磁状态，并计算出变压器的最终稳定运行时长，同时给出控制决策提示。

根据一些实施例，通过已知数据和缺失数据，分别计算出电气状态、热力状态和电磁状态的稳定运行时长。其中，电气状态的稳定运行时长可通过下列公式计算求得：

t_e＝I_*(eqv0)*S_e

其中，I_*(eqv0)为所述等效起始负荷系数，S_e为预设的影响系数。

热力状态的稳定运行时长可通过下列公式计算求得：

t_h＝min(T₁*S_h1，T₂*S_h2，...，T_n*S_hn)

其中，T_n为变压器内的分层油温，S_h为预设的影响系数。

电磁状态的稳定运行时长可通过下列公式计算求得：

t_m＝min(A₁*S_m1，A₂*S_m2，…，A_n*S_mn)

其中，A_n为电磁场分布数据，S_m为预设的影响系数。

变压器的最终稳定运行时长为电气状态、热力状态和电磁状态的稳定运行时长中的最小值，即：

t＝min(t_e，t_h，t_m)

其中，t_e、t_h、t_m分别为电气状态、热力状态和电磁状态的稳定运行时长。

根据由数字孪生体获取的电气状态、热力状态和电磁状态的稳定运行时长，以及变压器的最终稳定运行时长，对变压器运转的趋势进行预测，根据不同的稳定运行时长，提供不同等级方式的提示；根据稳定运行时长计算时的电气、热力和电磁等影响因素，提供不同的处理决策，并根据电气状态、热力状态和电磁状态的稳定时长设定优先级。

图3示出根据本申请示例实施例的数字孪生体数据刷新的流程图。

如图3所示，通过外部系统获取包括静态数据、业务数据和动态数据在内的已知数据，并对已知数据进行数据更新。

对于静态数据和业务数据，如外部系统支持数据更新订阅，可通过外部系统数据更新的实时推送，触发系统的数据更新。

如外部系统不支持数据更新订阅，则可设定外部系统数据更新的周期(如每日或每周等)，并以固定周期进行系统的数据更新。

根据一些实施例，静态数据和业务数据的更新数据均保存至关系库。

对于动态数据，可根据数据的类型，设置对应的更新周期单独更新至实时库，例如，变压器的电流、电压和功率数据，需实时更新至实时库；油中气体检测数据，可设置为每小时更新至实时库。

同时，在统一的周期(如每日或每周)进行动态数据中全部类型数据的更新，并保存至实时库。

数字孪生体实时读取关系库和实时库中的数据，并以此为依据计算得出变压器的状态。

图4示出根据本申请示例实施例的变压器状态预测流程图。

如图4所示，首先，数字孪生体根据已知数据和缺失数据计算出变压器的电气状态、热力状态和电磁状态，并转换为对应状态的稳定运行时长。

根据一些实施例，可分别通过电气状态的稳定运行时长计算公式、热力状态的稳定运行时长计算公式和电磁状态的稳定运行时长计算公式获取变压器的电气状态、热力状态和电磁状态各自的稳定运行时长。

进一步地，取变压器的电气状态、热力状态和电磁状态各自的稳定运行时长中的最小值作为变压器的最终稳定运行时长，并根据变压器的最终稳定运行时长，设定预警等级并提供对应的提示。

根据一些实施例，通过状态量值设定预警等级并提供对应的提示。

状态量值计算公式为：

其中，S表示状态量值，等于0表示正常，等于1表示异常，等于2表示告警，t为变压器的最终稳定运行时长，t₀为预设的正常临界值，t₁为预设的异常临界值。

影响变压器的最终稳定运行时长的因素包括电气影响因素、热力影响因素和电磁影响因素，根据不同的影响因素提供对应的处理决策，并设立优先级。

例如，经过电气影响因素计算得到的变压器的最终稳定运行时长为1小时，预设的异常临界值为3小时，此时预警级别为告警，需要立刻处理，处理决策为降低功率，从而降低变压器负载。

再例如，经过热力影响因素计算得到的变压器的最终稳定运行时长为2小时，预设的异常临界值为3小时，此时预警级别为告警，需要立刻处理，处理决策为降低功率，启动消防预案。

图5示出根据本申请示例实施例的电子设备的框图。

如图5所示，电子设备600仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

如图5所示，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备600的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同系统组件(包括存储单元620和处理单元610)的总线630、显示单元640等。其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书描述的根据本申请各种示例性实施方式的方法。例如，处理单元610可以执行如图1中所示的方法。

存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(RAM)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(ROM)6203。

存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口650进行。并且，电子设备600还可以通过网络适配器660与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器660可以通过总线630与电子设备600的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备600使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施例可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。根据本申请实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端或者网络设备等)执行根据本申请实施例的方法。

软件产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时，使得该计算机可读介质实现前述功能。

本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中，也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

根据本申请的一些实施例，通过集成各个系统的已知数据并实时计算缺失的计算出缺失的数据，以及可变周期刷新，结合三维建模，利用有限元分析，实现数字孪生体对物理模型映射，可解决数据完整性及一般分析方法实时性不足的问题。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (17)

1.一种变压器状态分析方法，其特征在于，包括：

获取变压器的已知数据，并根据所述已知数据实时计算得出缺失数据；

将所述已知数据和所述缺失数据映射至三维模型以形成数字孪生体；

通过可变周期的数据更新对所述数字孪生体与所述变压器进行实时数据同步；

获取所述数字孪生体计算的所述变压器的状态数据，以用于提供控制决策提示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述已知数据通过外部系统采样并获取，包括所述变压器的静态数据、动态数据和业务数据，具体为采样的电流值、采样的油温、环境温度和变压器结构数据等。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述缺失数据包括电气数据、温度场数据和电磁场数据，具体为等效起始负荷系数、变压器内的分层油温和电磁场分布数据等。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述已知数据实时计算得出缺失数据，包括：

配置所述已知数据；

根据所述采样的电流值计算所述等效起始负荷系数；

根据所述采样的油温、所述环境温度和所述等效起始负荷系数，结合所述三维模型，通过有限元分析计算所述变压器内的分层油温；

根据所述变压器结构数据，结合所述三维模型，通过有限元分析计算所述电磁场分布数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述等效起始负荷系数的计算公式为：

其中，I_*(eqv0)表示所述等效起始负荷系数，I_*(i)表示已知的所述变压器处于正常运行状态时第i+1次采样得出的变压器采样数据的标幺值，i取0至n，n为设定的自然数；Δt₀表示预设的数据采样间隔数据的初始值，当i大于等于1时，Δt_i表示所述变压器处于正常运行状态时第i次采样和第i-1次采样之间的数据采样间隔，t表示预设的初始负荷等效时间。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述变压器内的分层油温的有限元计算公式为：

其中，λ表示为已知的沿着各坐标的导热系数，

为已知的单位体积的生热率，x、y、z为已知的空间坐标,T为所述变压器内的分层油温。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电磁场分布数据的有限元计算公式为：

其中，A为轴向矢量磁位即所述电磁场分布数据，

为已知的水平磁阻率，

为已知的垂直磁阻率，J为已知的源电流密度，x、y为已知的空间坐标。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述已知数据和所述缺失数据映射至三维模型以形成数字孪生体，包括：

将所述三维模型划分为有限个互不重叠的单元，在每一个所述单元中，选择一定数量的节点作为所述已知数据和所述缺失数据的计算插值点。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过可变周期的数据更新对所述数字孪生体与所述变压器进行实时数据同步，包括：

所述静态数据和所述业务数据可由所述外部系统推送更新或进行每日更新，并保存更新数据至关系库；

所述动态数据可根据数据类型设置不同周期单独更新，同时设置统一周期全部更新，并保存更新数据至实时库；

所述数字孪生体从所述关系库和所述实时库读取数据，实现与所述变压器的数据同步。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数字孪生体计算的所述变压器的状态数据，包括：

根据所述已知数据和所述缺失数据，获取所述变压器的多个不同状态，以及所述多个不同状态的稳定运行时长；

基于所述不同状态的稳定运行时长所述变压器的最终稳定运行时长。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述多个不同状态包括电气状态、热力状态和电磁状态。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述变压器的最终稳定运行时长的计算公式为

t＝min(t_e，t_h，t_m)

其中，t_e、t_h、t_m分别为所述电气状态、所述热力状态和所述电磁状态的稳定运行时长，t_e、t_h、t_m的计算方法分别为

t_e＝I_*(eqv0)*S_e

t_h＝min(T₁*S_h1，T₂*S_h2，...，T_n*S_hn)

t_m＝min(A₁*S_m1，A₂*S_m2，...，A_n*S_mn)

其中，I_*(eqv0)、T_n、A_n分别为所述等效起始负荷系数、所述变压器内的分层油温和所述电磁场分布数据，S_e、S_h、S_m分别为预设的影响系数。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供控制决策提示包括：

根据所述变压器的最终稳定运行时长，设定预警等级并提供对应的提示；

根据所述变压器的最终稳定运行时长计算时的不同影响因素，提供对应的处理决策，并设立优先级。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，设定预警等级并提供对应的提示，包括：

根据状态量值设定预警等级并进行提示；

所述状态量值计算公式为：

其中，S表示状态量值，等于0表示正常，等于1表示异常，等于2表示告警，t为所述变压器的最终稳定运行时长，t₀为预设的正常临界值，t₁为预设的异常临界值。

15.一种变压器状态分析系统，其特征在于，包括：

数字孪生体，通过变压器的设备状态数据映射至三维模型形成，与所述变压器进行实时数据同步；

设备状态模块，用于获取所述变压器的设备状态数据，并与所述数字孪生体进行实时数据同步；

智能决策模块，根据所述变压器的设备状态数据，提供控制决策提示。

16.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如权利要求1-14中任一所述的方法。

17.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-14中任一所述的方法。

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