CN114862620A - 基于数字孪生的变电站智慧管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及变电站管理技术领域，具体是一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，包括日常运维监管模块、模拟仿真预测模块、教培沉浸式学习模块和模拟仿真规划模块；所述日常运维监管模块包括数字孪生综合监控系统、操作票模拟系统、外围防护系统、视频监控系统、异物监控系统、消防监管系统、火灾监控系统、动环监控系统、照明监管系统、能量场可视化系统、巡检机器人监控系统和水位水浸监控系统；所述模拟仿真预测模块包括负荷能耗监测系统；所述教培沉浸式学习模块包括数字孪生教培系统；所述模拟仿真规划模块包括应急模拟系统。本系统可实现对变电站生产过程中的全息回溯、全局监管、预测仿真。
Description
技术领域
本发明涉及变电站管理技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统。
背景技术
变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力设施，它通过其变压器将各级电压的电网联系起来。由于变电站的特殊性，现有的变电站存在如下问题：
1、常运营过程中，监管、调度、运维、服务等无法实现直观、高效、主动的问题；
2、日超教培过程中，内容不直观、参与感弱、准确度低以及复杂或特殊场景操作无法模拟的问题；
3、对于一些突发事件无法把握，或一些希望预知内容的无法提前分析和部署问题；
4、规划过程中决策支撑不足，以及综合分析不全面、不准确、不预见的问题。
因此，急需一种新的技术方案来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，本系统将采用数字孪生的技术为基础，结合人工智能、物联网、大数据、同态加密等技术，从数据层、支撑层、应用层多个维度设计，构建起一套满足电力系统日常运维监管、模拟仿真预测、教培沉浸式学习以及模拟仿真规划于一体的新型智慧化电力运维管理系统；以物联网技术为基础，以模拟仿真、大数据、人工智能技术为支撑，以虚拟现实技术为表达的电力系统综合应用体，其作用是将电力系统离散的数据，通过数字孪生的技术进行具象化、准确化、聚合化的表达，提高数据的可读性、可用性、可溯性，从而实现电力系统生产过程中的全息回溯、全局监管、预测仿真。
上述目的是通过以下技术方案来实现：
一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，包括日常运维监管模块、模拟仿真预测模块、教培沉浸式学习模块和模拟仿真规划模块；
所述日常运维监管模块包括数字孪生综合监控系统、操作票模拟系统、外围防护系统、视频监控系统、异物监控系统、消防监管系统、火灾监控系统、动环监控系统、照明监管系统、能量场可视化系统、巡检机器人监控系统和水位水浸监控系统；
所述模拟仿真预测模块包括负荷能耗监测系统；
所述教培沉浸式学习模块包括数字孪生教培系统；
所述模拟仿真规划模块包括应急模拟系统；
所述数字孪生综合监控系统以数字孪生建立变电站三维场景，对所述变电站三维场景及邻域进行实时监控，并可对所述操作票模拟系统、所述外围防护系统、所述视频监控系统、所述异物监控系统、所述消防监管系统、所述火灾监控系统、所述动环监控系统、所述照明监管系统、所述能量场可视化系统、所述巡检机器人监控系统和所述水位水浸监控系统反馈的状态数据进行可视化显示。
进一步地，所述操作票模拟系统用于在变电站三维场景内模拟操作票的操作流程，并对错误操作自动提醒；
所述外围防护系统用于所述对所述变电站三维场景的邻域进行防护监控，并可发出告警信息；
所述视频监控系统用于对所述变电站三维场景及邻域进行视觉识别，并可发出告警信息；
所述异物监控系统用于对进入变电站三维场景内物件进行识别与溯源，并可发出告警信息；
所述消防监管系统用于监控变电站三维场景内消防设施的实时状态，发生异样时可与所述应急模拟系统联动，并可发出告警信息；
所述火灾监控系统用于对所述变电站三维场景内的烟雾与温度进行实时监控，发生异样时可与所述应急模拟系统联动，并可发出告警信息；
所述动环监控系统用于与变电站三维场景内及邻域的气象信息进行监控，包括温度、湿度、风向、风力、静电，并可发出告警信息；
所述照明监管系统用于对所述变电站三维场景内路灯状态进行监控，并可发出告警信息；
所述能量场可视化系统通过对所述变电站三维场景内及邻域能量的采集，以可视化的状态在变电站三维场景内及邻域进行显示，并可发出告警信息；
所述巡检机器人监控系统用于对所述变电站三维场景内及邻域进行动态巡视及异常状况的上报，并以可视化信息在变电站三维场景内及邻域进行告警；
所述水位水浸监控系统用于对对所述变电站三维场景储水区域的水位进行实时监控，发生异样时可与所述应急模拟系统联动，并可发出告警信息。
进一步地，所述监控通过布置于所述变电站三维场景及邻域的摄像头与传感器实现。
进一步地，所述负荷能耗监测系统通过对各线路历史用电数据进行数据拟合，预测出各时段、各线路用电量范围，实现对用电高峰提前预警。
进一步地，所述数字孪生教培系统通过模拟孪对变电站内的可操作性设施设备，结合标准操作规范，通过模拟操作进行操作培训。
进一步地，所述应急模拟系统通过对变电站内的历史事件数据进行规则建模，模拟电站内事故、事件类型和具体情况，模拟应急场景发生时的发展态势和处置过程，智能调度规划模拟应急处置。
有益效果
本发明所提供的一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，具有如下优点：
1、所有的模型均可拆解拼装，支持组态化调用和组合配置；同时支持与物联网数据实现单元化映射；
2、支持将摄像头所识别的结构化数据有机的融合进数字孪生的虚拟场景中，用于全局性的展示数据融合效果，提升数据价值；
3、支持热力场、电磁场、风力场、气压场数据的有机场景融合，构建起环境与力场交互的融合动环检测场景；
4、通过数字孪生的技术，将物理真实空间不可见、不易见、不显现的数据内容(诸如毁灭性试验数据、隐蔽工程数据、低频率发生数据等等)在虚拟的数字孪生的空间中进行表示和表达，从而以虚拟空间作为数据供给的主要载体，在数字孪生的空间中，可以运用各类便捷的算法和方式，大量的生成机器学习所需要的图像或视频素材，用于进行机器学习基础算法模型的训练和输出；
5、整个系统支持开放的模型文件、模型配置、算法融合、业务融合，可以再其之上无限叠加业务场景和表现内容，从而逐步构建起越来越全面的数字孪生监控及模拟场景；
6、以采集物联网及环境数据为基础，结合模拟仿真引擎，实现对观测物或环境的趋势分析和未来场景预测，从而辅助决策者制定策略；
7、将物联网数据结合环境数据和其他相关数据进行有机的融合，从而实现对过往历史的全息回溯，便于管理者宏观把握问题所发生的起因及动向。
附图说明
图1为本发明所述一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统的架构图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，包括日常运维监管模块、模拟仿真预测模块、教培沉浸式学习模块和模拟仿真规划模块；
所述日常运维监管模块包括数字孪生综合监控系统、操作票模拟系统、外围防护系统、视频监控系统、异物监控系统、消防监管系统、火灾监控系统、动环监控系统、照明监管系统、能量场可视化系统、巡检机器人监控系统和水位水浸监控系统；
所述模拟仿真预测模块包括负荷能耗监测系统；
所述教培沉浸式学习模块包括数字孪生教培系统；
所述模拟仿真规划模块包括应急模拟系统；
所述数字孪生综合监控系统以数字孪生建立变电站三维场景，对所述变电站三维场景及邻域进行实时监控，并可对所述操作票模拟系统、所述外围防护系统、所述视频监控系统、所述异物监控系统、所述消防监管系统、所述火灾监控系统、所述动环监控系统、所述照明监管系统、所述能量场可视化系统、所述巡检机器人监控系统和所述水位水浸监控系统反馈的状态数据进行可视化显示。
具体的，本系统结合其所包含的物联网中台内核和机器学习算法，将现有系统内的层级架构、逻辑单元、常用功能进行重新分布，结合数字孪生的表现形式，实现对过程的即视化操作，即通过物理世界向虚拟世界映射的数字孪生技术，实现所欲即所见、所见即所得的视觉呈现及交互操作体验；结合其所包含的物联网中台内核，通过接口化、容器化、虚拟化、数据化等方式，将多源的数据进行汇总融合，从而支撑复杂的大数据分析业务场景、人工智能业务场景、数字孪生展示展现业务场景，并为综合决策库、知识库提供相应的支持；结合环境学仿真、经济学仿真、社会学仿真等多维算法基础，构建起一个电力系统模拟规划设计工具，从而可以在以GIS信息为基础的地图上，全面的、直观的、预见性的规划未来的电力系统的区域整体布局设计，并可以结合各种模拟仿真技术，进行对应的推演和分析，从而优化方案，提升实施可行性和价值；通过数字孪生的虚实映射的展现方式，以最直观的、最全面的展示方式，将数据有机的表达出来，从而使原本冰冷的数据被还原成其在这个世界上最真实的模样，同时结合数字孪生的增强表达技术，还可以实现对物理世界不可见的内容的可视化表达，从而增强了物理世界的可读性；通过数字孪生所构建的虚拟现实培训中心，不光可以精准的还原物理世界的场景、环境，还可以模拟各类在物理世界中需要发生或不易发生的动作或事件、演示过程或特殊情况过程，同时提供真实的互动操作，多人协同操作，从而营造一个最真实的感知环境，让受训人员可以直观的、全面的了解知识，获得最深刻的参与感和体悟；通过数字孪生所构建的虚拟单元，结合机器学习算法所构建的知识库、决策库，模拟仿真引擎，可以很好的通过经验预判、模拟推演、仿真分析、结果穷尽等手段，实现对问题的多方位的分析和预测，并给予分析者相关决策建议，从而提高其对问题分析的把握和效率；通过数字孪生作为数据承载的最优基础，可以很好的将多源数据进行融合汇聚，宏观展现、直观表达，从而实现以类似时空记录方式，将过往所发生的事情，通过多维数据融合以数字孪生的方式展现出来，提高了对事件全局的可读性，帮助我们更好的追溯问题、定位问题、解决问题；通过物联网中台所提供的规则引擎，结合事件决策库和知识库，可以实现对问题的快速定位、快速处理、快速下发，从而提高了事件的处理效率和准确性，也基于此构建了一套可以自学习，自完善的事件知识挖掘、整理、积累、应用机制，与数字孪生系统形成了一个很好的表里运行系统。
作为本系统的进优化，所述数字孪生综合监控系统以数字孪生的现实展示全域、指定位置、指定设备的各项资源的监控状态；如果区域内有任何地点发生问题，系统将自动聚焦到对应位置，并可通过快速导航定位问题；并可以展示全域内各个单元的关系，以及宏观层面内全局的逻辑和关系；以及以多种图层的形式展示不同场、不同时段、不同环境的数字孪生状态；对于可调度资源在即视状态下，实现高效调动；
所述操作票模拟系统通过第一视角沉浸式操作方式，将操作票的操作流程在三维场景内进行操作，操作流程可视化，操作过程可视化，操作结果可视化，并且对于操作错误步骤自动提醒，提高安全效率；
所述外围防护系统通过周界电子围栏、红外对射实时数据，结合视频监控系统图像识别技术，对外破行为进行综合防护，对于非法闯入、异物越界、违章停车等行为进行识别，关联驱鸟器及声光警报等设备，及时处置并发出告警信息；
所述视频监控系统采用内外场各类摄像头，结合行为识别、人脸识别、物品识别等图像识别算法进行分析，实现对变电站内部及周边区域的安防、预警、跟踪、应急等功能，并在有异常时及时发出告警信息；
所述异物监控系统用于对进入变电站三维场景内物件进行识别与溯源，并可发出告警信息；
所述消防监管系统和所述火灾监控系统通过采集消防设施数据，实时监测消火栓水压巡检信息，结合视频监控、烟雾报警器及热敏传感器，识别到明火或识别到高温，自动报警，同时识别到消防设施隐患，自动发起隐患报警，消防设施信息与应急系统联动；
所述动环监控系统通过采集温度、湿度、风向、风力、静电等气象传感器，对变电站内及周边环境进行实时监控，有雷电天气发生之前进行雷电预警，有暴雨或暴风极端天气前，自动作出防汛及暴风预警，对极端恶劣天气作出提前防范，将灾害影像扼杀在萌芽中，并且在发生雷击或水浸事件时，第一时间进行告警，在已发事件开始时及时进行处置，将事故的影响面最小化；
所述照明监管系统用于对所述变电站三维场景内路灯状态进行监控，并可发出告警信息；
所述能量场可视化系统通过采集变电站内部及周边气象、电场、磁场、温度等数据，结合不同能量场算法模型，将不可见的能量场叠加到三维场景内进行可视化展示，使不可见的数据可见，实现电磁场、热力场、风力场等能量场可视化，并且对能量场的发展趋势作出预判；
所述巡检机器人监控系统通过对变电站外场、内场的巡检机器人采集的数据进行动态跟踪，监控巡检路线上的设备情况及巡检机器人的运行情况，记录巡检信息并支持随时回放，提取关键信息进行综合分析，发现异常情况反馈至数字孪生场景内实时进行告警提醒；
所述水位水浸监控系统通过对集水井水位及站内其他位置的水位、水浸传感器进行数据监测，实现对变电站内防汛、设备维护、工作调配等辅助，对实时水位信息进行宏观了解。
所述监控通过布置于所述变电站三维场景及邻域的摄像头与传感器实现。
所述负荷能耗监测系统包括：
负荷监控-通过对各线路历史用电数据进行数据拟合，预测出各时段、各线路用电量范围，对用电高峰提前预警；
能耗监控-通过对站内能源进行监控管理，整体把控水电等能耗信息，回溯历史数据，辅助监管；
所述数字孪生教培系统以数字孪生的形式全面的展示指定区域的状态信息；从宏观层面介绍当下布局的思路和意义及介绍未来规划的思路和意义；针对指定作业流程的全过程、特定的操作票行为、指定设备的详细的操作使用过程、规范要求的安全生产、指定环境的场地、布局、设施分布、模拟应急情况进行数字孪生虚拟培训及仿真模拟考核及评估。
所述应急模拟系统通过对变电站内的历史事件数据进行规则建模，变电站内的应急场景进行总结归纳，模拟电站内事故、事件类型和具体情况，模拟应急场景发生时的发展态势和处置过程，智能调度规划模拟应急处置。
以上所述仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，其特征在于，包括日常运维监管模块、模拟仿真预测模块、教培沉浸式学习模块和模拟仿真规划模块；
所述日常运维监管模块包括数字孪生综合监控系统、操作票模拟系统、外围防护系统、视频监控系统、异物监控系统、消防监管系统、火灾监控系统、动环监控系统、照明监管系统、能量场可视化系统、巡检机器人监控系统和水位水浸监控系统；
所述模拟仿真预测模块包括负荷能耗监测系统；
所述教培沉浸式学习模块包括数字孪生教培系统；
所述模拟仿真规划模块包括应急模拟系统；
所述数字孪生综合监控系统以数字孪生建立变电站三维场景，对所述变电站三维场景及邻域进行实时监控，并可对所述操作票模拟系统、所述外围防护系统、所述视频监控系统、所述异物监控系统、所述消防监管系统、所述火灾监控系统、所述动环监控系统、所述照明监管系统、所述能量场可视化系统、所述巡检机器人监控系统和所述水位水浸监控系统反馈的状态数据进行可视化显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，其特征在于，所述操作票模拟系统用于在变电站三维场景内模拟操作票的操作流程，并对错误操作自动提醒；
所述外围防护系统用于所述对所述变电站三维场景的邻域进行防护监控，并可发出告警信息；
所述视频监控系统用于对所述变电站三维场景及邻域进行视觉识别，并可发出告警信息；
所述异物监控系统用于对进入变电站三维场景内物件进行识别与溯源，并可发出告警信息；
所述消防监管系统用于监控变电站三维场景内消防设施的实时状态，发生异样时可与所述应急模拟系统联动，并可发出告警信息；
所述火灾监控系统用于对所述变电站三维场景内的烟雾与温度进行实时监控，发生异样时可与所述应急模拟系统联动，并可发出告警信息；
所述动环监控系统用于与变电站三维场景内及邻域的气象信息进行监控，包括温度、湿度、风向、风力、静电，并可发出告警信息；
所述照明监管系统用于对所述变电站三维场景内路灯状态进行监控，并可发出告警信息；
所述能量场可视化系统通过对所述变电站三维场景内及邻域能量的采集，以可视化的状态在变电站三维场景内及邻域进行显示，并可发出告警信息；
所述巡检机器人监控系统用于对所述变电站三维场景内及邻域进行动态巡视及异常状况的上报，并以可视化信息在变电站三维场景内及邻域进行告警；
所述水位水浸监控系统用于对对所述变电站三维场景储水区域的水位进行实时监控，发生异样时可与所述应急模拟系统联动，并可发出告警信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，其特征在于，所述监控通过布置于所述变电站三维场景及邻域的摄像头与传感器实现。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，其特征在于，所述负荷能耗监测系统通过对各线路历史用电数据进行数据拟合，预测出各时段、各线路用电量范围，实现对用电高峰提前预警。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，其特征在于，所述数字孪生教培系统通过模拟孪对变电站内的可操作性设施设备，结合标准操作规范，通过模拟操作进行操作培训。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于数字孪生的变电站智慧管理系统，其特征在于，所述应急模拟系统通过对变电站内的历史事件数据进行规则建模，模拟电站内事故、事件类型和具体情况，模拟应急场景发生时的发展态势和处置过程，智能调度规划模拟应急处置。
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