CN115457213A - 一种电网设备数字孪生体构建方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网设备数字孪生体构建方法及系统，包括：针对目标电网中的典型设备，构建设备的数字孪生体标准模型；建立设备实物与所述数字孪生体标准模型之间的映射关系；根据所述映射关系，实现设备实物到所述数字孪生体标准模型的映射；以城市为基础地理背景，构建所述数字孪生体标准模型的三维虚拟场景，通过所述三维虚拟场景，展示目标电网的实景信息；通过配网拓扑图，提供所述数字孪生体标准模型在不同尺度下的可视化渲染样式；通过所述数字孪生体标准模型，实现配网网架的三维可视化，以实时反映电网的运行状态。实现电网设备数字孪生体的构建、组网、更新、展示全自动在线完成，促进电网管理的质效。
Description
技术领域
本发明涉及电网设备管理领域，具体涉及一种电网设备数字孪生体构建方法及系统。
背景技术
传统配网基于GIS系统的地理沿布图与基于PMS2.0系统的各类专题图，以二维、扁平、静态的形式刻画了电网运行与设备运维的基本形态，但是在动态可视化、用户友好性上表现极其不足。例如，CN114067234A的专利，公开了一种电网数字孪生体数据嵌入方法，实现了感知信息与数字孪生体之间灵活的自适应映射，提高了感知信息与数字孪生体的适配能力，但技术方案并未涉及到电网三维场的动态展示方面。电网资源业务中台为构建“电网一张图”提供了基础、稳定的平台，同时为多源信息的叠加、动态信息的融合、三维场景的展示开辟了实现途径，为更大限度地发挥配网状态的数字化成像能力、空间表现能力提供了基础支撑。但是，如果在电网运行状态可视化方面依然沿用传统的GIS系统导图和成图服务，而未能构建基于“电网一张图”更生动、更多样、更加用户友好的高级应用，从根本上没有解决二维、静态专题图依然存在的模式，也未能提升电网运行管理水平。
发明内容
本发明针对电网公司设备种类繁多，网架结构复杂，运行工况多样，难以开展实时分析等难题，本发明提供一种电网设备数字孪生体构建方法，包括：
针对目标电网中的典型设备，构建设备的数字孪生体标准模型；
建立设备实物与所述数字孪生体标准模型之间的映射关系；根据所述映射关系，实现设备实物到所述数字孪生体标准模型的映射；
以城市为基础地理背景，构建所述数字孪生体标准模型的三维虚拟场景，通过所述三维虚拟场景，展示目标电网的实景信息；
通过配网拓扑图，提供所述数字孪生体标准模型在不同尺度下的可视化渲染样式；
通过所述数字孪生体标准模型，实现配网网架的三维可视化，以实时反映电网的运行状态。
进一步的，针对目标电网中的典型设备，构建设备的数字孪生体标准模型，包括：
构建设备的数字孪生体标准模型，其中，物理模型包括：每种设备的平面图例、三维简化图模、简模、可分解的精细模型；量测模型包括：设备的电气量、状态量以及环境量；
构建设备数字孪生体与电网资源业务中台数据模型关联，形成电网设备数字孪生体的三维模型库；
针对电网中实际运行的设备，构建基于三维模型库的数字孪生体，在此基础上叠加设备的实际运行信息和状态信息，以统一标准命名规则管理电网相关设备的数字孪生体。
进一步的，所述目标电网中的典型设备，包括下述中的一种或多种：
线路、开关、变压器。
进一步的，建立设备实物与所述数字孪生体标准模型之间的映射关系；根据所述映射关系，实现设备实物到所述数字孪生体标准模型的映射，包括：
以集合体设施为整体，根据三维模型库的基本单元，分析各类集合体设施的构成和集合体设施内的各数字孪生体的连接关系、位置分布；
针对集合体设施设备组成、层次关系、连接关系构建实物到数字孪生模型之间的映射表。
进一步的，以城市为基础地理背景，构建所述数字孪生体标准模型的三维虚拟场景，通过所述三维虚拟场景，展示目标电网的实景信息，包括：
实现城市级行政区划数据、河流水系数据、路网数据、重要兴趣点数据的加载显示；
通过本地建筑模型数据导入的方式实现建筑物通过三维立体白模的方式呈现；
实现三维场景的拖动、漫游，镜头缩放、倾斜、旋转；
形成以时间为坐标的三维虚拟场景变化更新库；
调用三维虚拟场景变化更新库，实时展示目标电网的实景信息。
进一步的，通过配网拓扑图，提供所述数字孪生体标准模型在不同尺度下的可视化渲染样式，包括：
以配网侧馈线为单位，通过电网拓扑中心应用服务分析馈线联通区域形成设备树，设备树中包括全局统一的设备ID；
通过所获得的设备ID，关联获取设备类型、电压等级以及详细参数，从已建立的模型库中获取其数字孪生体；
以拓扑分析、地理信息，以设备树为基础，设备数字孪生体为基本要素，基于物理电网的拓扑关系，实现完整的电网连接拓扑图。
进一步的，通过所述数字孪生体标准模型，实现配网网架的三维可视化，以实时反映电网的运行状态，包括：
在地理背景条件下，标记变电站地理位置，展示电力走线形式，实现配网网架的三维可视化；
通过电网资源业务中台建立动态数据和数字孪生设备之间的响应事件，在三维空间上叠加实时量测信息与控制指令信息实时反映电网的运行状态。
本发明同时提供一种电网设备数字孪生体构建系统，包括：
标准模型构建单元，用于针对目标电网中的典型设备，构建设备的数字孪生体标准模型；
映射单元，用于建立设备实物与所述数字孪生体标准模型之间的映射关系；根据所述映射关系，实现设备实物到所述数字孪生体标准模型的映射；
三维虚拟场景构建单元，用于以城市为基础地理背景，构建所述数字孪生体标准模型的三维虚拟场景，通过所述三维虚拟场景，展示目标电网的实景信息；
渲染单元，用于通过配网拓扑图，提供所述数字孪生体标准模型在不同尺度下的可视化渲染样式；
可视化单元，用于通过所述数字孪生体标准模型，实现配网网架的三维可视化，以实时反映电网的运行状态。
本发明提供的一种电网设备数字孪生体构建方法及系统，针对电网公司设备种类繁多，网架结构复杂，运行工况多样，难以开展实时分析等难题，在电网公司已建成的数据中台、业务中台、物联网平台以及云平台的基础上，通过构建电网数字孪生管理系统，实现电网设备数字孪生体的构建、组网、更新、展示全自动在线完成，支撑电网公司各类实时、准实时以及人机交互业务，促进电网管理的质效。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种电网设备数字孪生体构建方法的流程示意图；
图2是本发明实施例涉及的数字孪生系统总体架构图；
图3是本发明实施例提供的一种电网设备数字孪生体构建系统的结构示意图。
具体实施方式
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。但是本发明能够以很多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的限制。
实施例1
下面结合图1，对本发明实施例提供的方法进行详细说明。
步骤S101，针对目标电网中的典型设备，构建设备的数字孪生体标准模型。
本发明针对电网公司设备种类繁多，网架结构复杂，运行工况多样，难以开展实时分析等难题，在电网公司已建成的数据中台、业务中台、物联网平台以及云平台的基础上，通过构建电网数字孪生管理系统，实现电网设备数字孪生体的构建、组网、更新、展示全自动在线完成，支撑电网公司各类实时、准实时以及人机交互业务，促进电网管理的质效。
本发明提供的电网设备数字孪生体构建方法，主要由电网设备数字孪生体建模、设备实物与数字孪生体映射、城市背景三维虚拟场景构建、基于拓扑连接关系的数字孪生电网自动构建，电网运行可视化以及电网高级分析应用等环节，通过数字孪生体标准模型，实现电网设备实物到数字孪生体的映射及三维可视化。如图1所示，电网设备数字孪生体建模，针对线路、开关、变压器等典型设备，构建设备的数字孪生体标准模型，包括：
构建设备的数字孪生体标准模型，其中，物理模型包括：每种设备的平面图例、三维简化图模、简模、可分解的精细模型；量测模型包括：设备的电气量、状态量以及环境量；
构建设备数字孪生体与电网资源业务中台数据模型关联，形成电网设备数字孪生体的三维模型库；
针对电网中实际运行的设备，构建基于三维模型库的数字孪生体，在此基础上叠加设备的实际运行信息和状态信息，以统一标准命名规则管理电网相关设备的数字孪生体。
步骤S102，建立设备实物与所述数字孪生体标准模型之间的映射关系；根据所述映射关系，实现设备实物到所述数字孪生体标准模型的映射。
针对馈线、开关柜、站房等设备集合体设施，基于设备组成、连接关系、结构层次、地理位置信息等，建立实物-孪生模型之间的映射表。
设备组成分析，以集合体设施为整体，按照前述三维模型库的基本单元，分析各类集合体设施的构成，包括组成部分、数量。
以集合体设施为整体，根据三维模型库的基本单元，分析各类集合体设施的构成和集合体设施内的各数字孪生体的连接关系、位置分布；
针对集合体设施的设备组成、层次关系、连接关系构建实物到数字孪生模型之间的映射表。
步骤S103，以城市为基础地理背景，构建所述数字孪生体标准模型的三维虚拟场景，通过所述三维虚拟场景，展示目标电网的实景信息。
构建城市为基础地理背景的三维虚拟场景，通过建筑、路网、水系等基本图层要素，三维展示目标电网的实景信息，包括：
实现城市级行政区划数据、河流水系数据、路网数据、重要兴趣点数据的加载显示；
通过本地建筑模型数据导入的方式实现建筑物通过三维立体白模的方式呈现；
可通过鼠标实现三维场景的拖动、漫游，镜头缩放、倾斜、旋转；
形成以时间为坐标三维虚拟场景变化更新库，可以随时调用所需时段的虚拟场景。
步骤S104，通过配网拓扑图，提供所述数字孪生体标准模型在不同尺度下的可视化渲染样式。
基于配网拓扑图的孪生场景自动构建，通过配网拓扑图自动构建大范围的孪生场景，提供不同尺度下的可视化渲染样式。设备信息主要来源于电网资源业务中台的电网资产中心、电网资源中心、电网拓扑中心和电网图形中心。
以配网侧馈线为单位，通过电网拓扑中心应用服务分析馈线联通区域形成设备树，设备树是以馈线为起始，满足电能流通的全体设备集合，设备树中包括全局统一的设备ID；
通过所获得的设备ID，关联获取设备类型、电压等级以及详细参数，从已建立的模型库中获取其数字孪生体；
以拓扑分析、地理信息，以设备树为基础，设备数字孪生体为基本要素，基于物理电网的拓扑关系，实现完整的电网连接拓扑图。
步骤S105，通过所述数字孪生体标准模型，实现配网网架的三维可视化，以实时反映电网的运行状态。
在地理背景条件下，标记变电站地理位置，展示电力走线形式，实现配网网架的三维可视化；通过电网资源业务中台建立动态数据和设数字孪生设备之间的响应事件，在三维空间上叠加实时量测信息与控制指令信息实时反映电网的运行状态，具体包括：
基于前述的数字孪生场景自动构建，在三维地理简图背景下，完成设备位置、高度的标识。通过实时渲染技术、模型软件网格对象展示技术多细节层次技术形成网架三维可视化。
基于设备数字孪生模型，设备实时数据，以三维直观的方式呈现配网侧设备的健康状态，实现设备全寿命周期管理，实现设备健康状态的常态化管控。
实施例2
数字孪生系统与企业中台、IOT平台连接，从上述平台获取数据，通过实施例1的步骤，构建的数字孪生系统，支持电网运行控制、设备状态分析、运维抢修研判等功能，数字孪生系统的总体架构如附图2所示，数字孪生系统主要包括三维可视化框架，电网数字孪生和数字孪生管理模块，其中，三维可视化框架主要完成三维建模、可视化交互功能；电网数据孪生用于设备数字孪生体、网架数字孪生体和作业数字孪生体的映射功能；数字孪生管理模块，用于完成数字孪生体的创建、更新、作废等管理功能。
基于同一发明构思，本发明同时提供一种电网设备数字孪生体构建系统300，如图3所示，包括：
标准模型构建单元310，用于针对目标电网中的典型设备，构建设备的数字孪生体标准模型；
映射单元320，用于建立设备实物与所述数字孪生体标准模型之间的映射关系；根据所述映射关系，实现设备实物到所述数字孪生体标准模型的映射；
三维虚拟场景构建单元330，用于以城市为基础地理背景，构建所述数字孪生体标准模型的三维虚拟场景，通过所述三维虚拟场景，展示目标电网的实景信息；
渲染单元340，用于通过配网拓扑图，提供所述数字孪生体标准模型在不同尺度下的可视化渲染样式；
可视化单元350，用于通过所述数字孪生体标准模型，实现配网网架的三维可视化，以实时反映电网的运行状态。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种电网设备数字孪生体构建方法，其特征在于，包括：
针对目标电网中的典型设备，构建设备的数字孪生体标准模型；
建立设备实物与所述数字孪生体标准模型之间的映射关系；根据所述映射关系，实现设备实物到所述数字孪生体标准模型的映射；
以城市为基础地理背景，构建所述数字孪生体标准模型的三维虚拟场景，通过所述三维虚拟场景，展示目标电网的实景信息；
通过配网拓扑图，提供所述数字孪生体标准模型在不同尺度下的可视化渲染样式；
通过所述数字孪生体标准模型，实现配网网架的三维可视化，以实时反映电网的运行状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对目标电网中的典型设备，构建设备的数字孪生体标准模型，包括：
构建设备的数字孪生体标准模型，所述数字孪生体标准模型，包括：物理模型和量测模型，其中，物理模型包括：每种设备的平面图例、三维简化图模、简模、可分解的精细模型；量测模型包括：设备的电气量、状态量以及环境量；
构建设备数字孪生体与电网资源业务中台数据模型关联，形成电网设备数字孪生体标准模型的三维模型库；
针对电网中实际运行的设备，构建基于三维模型库的数字孪生体，在此基础上叠加设备的实际运行信息和状态信息，以统一标准命名规则管理电网相关设备的数字孪生体。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标电网中的典型设备，包括下述中的一种或多种：
线路、开关、变压器。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，建立设备实物与所述数字孪生体标准模型之间的映射关系；根据所述映射关系，实现设备实物到所述数字孪生体标准模型的映射，包括：
以集合体设施为整体，根据三维模型库的基本单元，分析各类集合体设施的构成和集合体设施内的各数字孪生体的连接关系、位置分布；
针对集合体设施的设备组成、层次关系、连接关系构建实物到数字孪生模型之间的映射表。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以城市为基础地理背景，构建所述数字孪生体标准模型的三维虚拟场景，通过所述三维虚拟场景，展示目标电网的实景信息，包括：
实现城市级行政区划数据、河流水系数据、路网数据、重要兴趣点数据的加载显示；
通过本地建筑模型数据导入的方式实现建筑物通过三维立体白模的方式呈现；
实现三维场景的拖动、漫游，镜头缩放、倾斜、旋转；
形成以时间为坐标的三维虚拟场景变化更新库；
调用三维虚拟场景变化更新库，实时展示目标电网的实景信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过配网拓扑图，提供所述数字孪生体标准模型在不同尺度下的可视化渲染样式，包括：
以配网侧馈线为单位，通过电网拓扑中心应用服务分析馈线联通区域形成设备树，设备树中包括全局统一的设备ID；
通过所获得的设备ID，关联获取设备类型、电压等级以及详细参数，从已建立的模型库中获取其数字孪生体；
以拓扑分析、地理信息，以设备树为基础，设备数字孪生体为基本要素，基于物理电网的拓扑关系，实现完整的电网连接拓扑图。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述数字孪生体标准模型，实现配网网架的三维可视化，以实时反映电网的运行状态，包括：
在地理背景条件下，标记变电站地理位置，展示电力走线形式，实现配网网架的三维可视化；
通过电网资源业务中台建立动态数据和数字孪生设备之间的响应事件，在三维空间上叠加实时量测信息与控制指令信息实时反映电网的运行状态。
8.一种电网设备数字孪生体构建系统，其特征在于，包括：
标准模型构建单元，用于针对目标电网中的典型设备，构建设备的数字孪生体标准模型；
映射单元，用于建立设备实物与所述数字孪生体标准模型之间的映射关系；根据所述映射关系，实现设备实物到所述数字孪生体标准模型的映射；
三维虚拟场景构建单元，用于以城市为基础地理背景，构建所述数字孪生体标准模型的三维虚拟场景，通过所述三维虚拟场景，展示目标电网的实景信息；
渲染单元，用于通过配网拓扑图，提供所述数字孪生体标准模型在不同尺度下的可视化渲染样式；
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| CN116630564B (zh) * | 2023-07-19 | 2023-09-15 | 北京智汇云舟科技有限公司 | 针对大规模全要素场景的三维地理编码方法 |
| CN117670242A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-03-08 | 格瑞利(江苏)智能科技有限公司 | 一种基于数字孪生的智慧城市管理方法及系统 |
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