CN116341366A - Gis状态感知数字孪生系统构建方法 - Google Patents

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CN116341366A CN202310112296.5A CN202310112296A CN116341366A CN 116341366 A CN116341366 A CN 116341366A CN 202310112296 A CN202310112296 A CN 202310112296A CN 116341366 A CN116341366 A CN 116341366A
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Abstract

本发明公开了GIS状态感知数字孪生系统构建方法，涉及GIS状态感知数字孪生系统技术领域，包括以下步骤：步骤一、对GIS状态感知数字孪生系统构建，A1、基于数字孪生的方法对GIS系统进行建模，A2、进行数字孪生系统分层，步骤二、自校正优化调整器模型的构建，B1、基于响应曲面法构成的自校正优化调整器，B2、进行响应曲面的设计，B3、对响应曲面法模型进行建立与方差分析。本发明相比于单一的机理模型或数据模型，数字孪生模型具有更好的模型精确性、可释性，在研究和应用方面有巨大的潜力，采用响应曲面法可以实现外壳温升及导体温升进行拟合，从而对系统的工作状态进行分析预测，利用响应曲面法，可以有效地对系统进行降维，减少有关因素的影响。

Description

GIS状态感知数字孪生系统构建方法
技术领域
本发明涉及GIS状态感知数字孪生系统技术领域，具体涉及GIS状态感知数字孪生系统构建方法。
背景技术
GIS技术是多种学科交叉的产物，它以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。其基本功能是将表格型数据(无论它来自数据库，电子表格文件或直接在程序中输入)转换为地理图形显示，然后对显示结果浏览，操作和分析，数字孪生(digital twin)是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型。
GIS是以全封闭的形式将变压器以外的高压电器及母线设备集中在金属壳体内，内部通过0.4MPa左右压强的SF6气体保持绝缘。由于组合电器外壳体接地，完整的GIS系统通过接地网、短接线、壳体构成完整的电气回路，在电磁感应的作用下在壳体及接地网中产生循环作用的电流。其中，GIS母线是承担电流的主体，发热故障较多，隔离开关存在接触电阻，发热较为严重，随着GIS设备数量的不断增多以及运行年限的日益增长，各类缺陷逐渐增多，主要表现为发热型缺陷、放电型缺陷和机械型缺陷。其中发热型缺陷是GIS设备的主要缺陷，具体原因主要包括导电回路接触不良、绝缘整体受潮和老化等。GIS母线在运行过程中长期发热，但若母线温度过高，不仅会降低母线通流能力，还会使母线内部绝缘件老化，降低使用寿命，影响母线供电可靠性。
现有技术中对机理模型或数据模型较为单一，不便于对外壳温升及导体温升进行拟合，不便于对系统的工作状态进行分析预测，不方便测试对于外壳温升及外壳温升的影响因素。
于是，有鉴于此，提出一种GIS状态感知数字孪生系统构建方法。
发明内容
本发明提供GIS状态感知数字孪生系统构建方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：GIS状态感知数字孪生系统构建方法，包括以下步骤：
步骤一：对GIS状态感知数字孪生系统构建。
A1、基于数字孪生的方法对GIS系统进行建模。
A2、进行数字孪生系统分层。
步骤二：自校正优化调整器模型的构建。
B1、基于响应曲面法构成的自校正优化调整器。
B2、进行响应曲面的设计。
B3、对响应曲面法模型进行建立与方差分析。
B4、对响应曲面法模型的可信度分析。
B5、进行因素间交互作用的分析。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤一中的A1过程中具体实现步骤为：
a1、建立数据采集模型，用于采集各传感器历史数据及实时数据(电流、温度)。
a2、建立机理模型分析模型，用于对运行数据采集进行优化、验证、校准。
a3、建立数字孪生混合建模，基于外壳温升特性和导体温升特性。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤一中的A2过程中具体实现步骤为：
b1、创建设备物理层，设备层主要对应GIS系统的物理实体，作为系统数据信息源提供系统运行数据及系统环境参数。
b2、数据分析感知层，系统采集的数据应该满足数据处理的相关需求，保证系统功能的完整性和及时性。
b3、虚拟系统层，虚拟系统层是基于设备物理层及虚拟系统层所得到的的多维度数据，结合GIS的工作原理，通过理论模型与数据驱动模型融合的混合建模技术构建电解槽数字孪生体，实现对物理槽体的虚拟映射。
b4、服务应用层。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤二中的B1过程中具体实现步骤为：
c1、根据已知数据构成响应曲面。
c2、已知系统的外壳温度、电流等有关参数。
c3、借助响应曲面判断内部电阻状况。
c4、利用判断的内部电阳状况反推出内部导体的温度。
c5、根据结果判断系统工作状况提出有关意见。
c6、数据进行动态更新or定期验证曲面的可行性。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述基于响应曲面法，对步骤二中的B1步骤进行计算过程为：
d1、把要研究的某一质量特征值y称作响应，与输出变量y对应的是一系列的输入变量，称之为因素。
d2、设某一过程中的因素X＝(x1,x2,…,xn)。
d3、采用回归拟合的方法，在某一区域中拟合一个函数关系式y＝f(x1,x2,…,xn)+ε，其中ε为试验误差。
d4、得到y＝f(X)+ε。
d5、y＝f(X)是坐标空间(x1,x2,…,xn)上的一个曲面，对y＝f(X)进行分析。
d6、寻找使响应输出变量y最优的各因素水平的组合，并对各因素是如何影响响应变量的过程获得了解。
本发明技术方案的进一步改进在于：响应曲面法的一阶回归模型及二阶回归模型如下：
Figure BDA0004077273490000041
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤一内A2中的b4具体实现步骤为：
b4-1、状态感知：根据虚拟系统层构建的GIS数字孪生模型，借助虚拟测量间接推得导体内部的状况，再结合实际值进行误差分析与动态法分析，从而实现GIS内部的状态感知。
b4-2、仿真推演：设备数字孪生模型在孪生数据的驱动下与物理设备同步运行，可形成故障诊断等数据，在此基础上应用响应曲面法对数字孪生模型进行仿真计算与数据分析，通过多次的数据测量实现故障诊断模型的迭代与优化。
b4-3、状态评估：基于数字孪生技术，GIS实体与数字孪生模型间的数据实时交互使数字孪生体能在线感知系统和环境变化，通过某一可测得的参数(外壳温度)，从而实现对导体内部的状态评估。
b4-4、云边协同：借助智能制造云端，进行实时的云端的仿真，从而实现历史数据及响应曲面的实时动态更新。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤二中的B2具体实现步骤为：
e1、对GIS导体及外壳温升的影响因素分析，选取电流，接触电阻，环境温度及压强为影响因素。
e2、利用Design-Expert设计软件，通过中心复合设计得到三种水平的数值。
e3、将五因素三水平的组合数据代入Design-Expert软件，得到46种结构组合。
e4、针对这46种组合分别依次利用comsol软件进行模拟仿真，得到外壳温度及导体温度的上升值分别为△T1及△T2。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤二中的B3具体实现步骤为：
f1、基于上表的响应曲面设计法优化结果，利用Design-Expert软件对响应值进行分析。
f2、根据所得的值分析模型的可信度。
f3、通过Design-Expert的分析，得到外壳温升及导体温升的最佳回归模型。
由于采用了上述技术方案，本发明相对现有技术来说，取得的技术进步是：
本发明提供GIS状态感知数字孪生系统构建方法，相比于单一的机理模型或数据模型，数字孪生模型具有更好的模型精确性、可释性，在研究和应用方面有巨大的潜力，采用响应曲面法可以实现外壳温升及导体温升进行拟合，从而对系统的工作状态进行分析预测，对于外壳温升及外壳温升的影响因素排序如下：电流(A)>导体电阻(B)≈接触电阻(C)>>压力(D)>环境温度(E)，利用响应曲面法，可以有效地对系统进行降维，从而减少有关因素的影响。
附图说明
图1为本发明的数字孪生系统基本框架结构示意图；
图2为本发明所需的传感器列表图；
图3为本发明的测量导体外壳温度的传感器(即传感器5)所在位置结构示意图；
图4为本发明的数字孪生仿真模型的构建图；
图5为本发明的仿真推演流程结构示意图；
图6为本发明的状态评估流程结构示意图；
图7为本发明的云边协同系统结构示意图；
图8为本发明的自校正优化调整器模型的流程结构示意图；
图9为本发明的响应曲面法流程结构示意图；
图10为本发明中对GIS导体及外壳温升的影响因素分析(选取电流，接触电阻，环境温度及压强为影响因素，利用Design-Expert设计软件)，通过中心复合设计得到三种水平的数值详情图；
图11为本发明中响应曲面法设计及结果列表图；
图12为本发明的外壳温度回归模型的方差分析列表图；
图13为本发明的导体温度回归模型的方差分析列表图；
图14为本发明的响应曲面法模型的可信度分析结构示意图；
图15为本发明的电流与导体电阻交互影响的响应曲面结构示意图；
图16为本发明的电流与接触电阻交互影响的响应曲面结构示意图；
图17为本发明的导体电阻与接触电阻交互影响的响应曲面结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
本发明提供一种技术方案：GIS状态感知数字孪生系统构建方法，包括以下步骤：步骤一：对GIS状态感知数字孪生系统构建。
A1、基于数字孪生的方法对GIS系统进行建模。
A2、进行数字孪生系统分层。
步骤二：自校正优化调整器模型的构建。
B1、基于响应曲面法构成的自校正优化调整器。
B2、进行响应曲面的设计。
B3、对响应曲面法模型进行建立与方差分析。
B4、对响应曲面法模型的可信度分析。
B5、进行因素间交互作用的分析。
实施例1
如图1-6所示，本发明提供了GIS状态感知数字孪生系统构建方法，步骤一中的A1过程中具体实现步骤为：
a1、建立数据采集模型，用于采集各传感器历史数据及实时数据(电流、温度)。
a2、建立机理模型分析模型，用于对运行数据采集进行优化、验证、校准。
a3、建立数字孪生混合建模，基于外壳温升特性和导体温升特性。
在本实施例中，数据采集主要可分为静态参量及实时变量，静态参量可由GIS具体的工作状况决定，可以近似乎认为恒定不变，实时参量的数据则通过电流传感器、温度传感器等传感器实时得到，可用于构建并分析数字孪生体的内部模型，验证模型的准确性并优化，相比于单一的机理模型或数据模型，数字孪生模型具有更好的模型精确性、可释性，在研究和应用方面有巨大的潜力(如图1所示)。
实施例2
如图1-6所示，在实施例1的基础上，本发明提供一种技术方案：优选的，步骤一中的A2过程中具体实现步骤为：
b1、创建设备物理层，设备层主要对应GIS系统的物理实体，作为系统数据信息源提供系统运行数据及系统环境参数，在本实施例中，GIS是以全封闭的形式将变压器以外的高压电器及母线设备集中在金属壳体内，内部通过0.4MPa左右压强的SF6气体保持绝缘，由于组合电器外壳体接地，完整的GIS系统通过接地网、短接线、壳体构成完整的电气回路，在电磁感应的作用下在壳体及接地网中产生循环作用的电流。
b2、数据分析感知层，系统采集的数据应该满足数据处理的相关需求，保证系统功能的完整性和及时性，在本实施例中，由传感器采集实际系统运行过程中的状态信息，融合设备及环境的静态数据、历史运行数据以及离线试验数据等多维度数据，对运行数据全方位感知，在其与仿真模型输出参数间建立数据动态关联比对分析，修正模型状态参数使模型与实际系统具较高一致性，在其与仿真模型输出参数间建立数据动态关联比对分析，修正模型状态参数使模型与实际系统具较高一致性，系统所需要的传感器如图2所示，在确认壳体温度传感器布置点时，需要对于系统的构造以及环境因素进行充分考虑，由于GIS导体中最容易发生故障的是接触件，接触件故障时产生的接触电阻极易发生故障，发生故障时导体及外壳的温度在接触电阻所在点处均达到最高，结合环境因素，测量导体外壳温度的传感器应当布置在GIS导体接触件的正下方，即图3中传感器5所在的位置。
b3、虚拟系统层，虚拟系统层是基于设备物理层及虚拟系统层所得到的的多维度数据，结合GIS的工作原理，通过理论模型与数据驱动模型融合的混合建模技术构建电解槽数字孪生体，实现对物理槽体的虚拟映射，在本实施例中，在GIS运行过程中，导体温度是决定系统能否正常运行的关键因素，当系统发生故障时，导体温度迅速上升，极易造成整个系统的故障，但是，导体接触电阻阻抗的测量又较为困难，同样的，导体内部温度的测量也比较困难，而外壳温度的测量则可较为准确，因而，借助外壳温度的测量，通过数字孪生体进行反演，即可得到整个GIS系统的工作状态，选择外壳温度为统一变量构建GIS的数字孪生模型，从而为仿真模型的准确性提供保障，其中数据是核心要素，包含物理实体和仿真模型的所有数据，根据输入孪生体的实时数据不断地更新迭代优化所建模型，即通过对传感器测得实际数据与仿真模型输出的仿真数据对比分析，验证模型的准确度，修正模型参数以提高精度，在运行过程中，通过对实时获取的数据进行拟合，同步对比并更新等效电阻抗的数学特征表达式，确保了模型的在线性和准确性。
b4、服务应用层。
需要说明的是，步骤一内A2中的b4具体实现步骤为：
b4-1、状态感知：根据虚拟系统层构建的GIS数字孪生模型，借助虚拟测量间接推得导体内部的状况，再结合实际值进行误差分析与动态法分析，从而实现GIS内部的状态感知，在本实施例中，GIS在发生故障时，往往伴随着内部导体温度的上升，由于GIS的设备具有复杂性，在实际的工程应用中，内部的导体温度，接触电阻的温度等有关因素无法进行直接测量，因而难以对接触件过热等有关问题进行有效的诊断，考虑到在导体电阻及接触电阻一定时，导体温度与外壳温度直接相关且存在一定的映射关系，从而可以根据虚拟系统层构建的GIS数字孪生模型，借助虚拟测量间接推得导体内部的状况，再结合实际值进行误差分析与动态法分析，从而实现GIS内部的状态感知。
b4-2、仿真推演：设备数字孪生模型在孪生数据的驱动下与物理设备同步运行，可形成故障诊断等数据，在此基础上应用响应曲面法对数字孪生模型进行仿真计算与数据分析，通过多次的数据测量实现故障诊断模型的迭代与优化，在本实施例中，如图5所示，基于数字孪生技术一体化感知监测体系，通过对GIS的物理实体的运行状态与环境数据实时感知，实现对GIS运行状况的实时监测，设备数字孪生模型在孪生数据的驱动下与物理设备同步运行，可形成故障诊断等数据，在此基础上应用响应曲面法对数字孪生模型进行仿真计算与数据分析，通过多次的数据测量实现故障诊断模型的迭代与优化，与此同时，通过对实时计算所得的数据信息进行分析，将有关指令反馈给物理实体设备，从而快速地实现对物理设备的缺陷诊断与故障预警。
b4-3、状态评估：基于数字孪生技术，GIS实体与数字孪生模型间的数据实时交互使数字孪生体能在线感知系统和环境变化，通过某一可测得的参数(外壳温度)，从而实现对导体内部的状态评估，在本实施例中，如图6所示，采用数字孪生技术，可综合大量历史数据和实测数据，利用持续性的参数整定优化GIS运行状态模型，基于数字孪生技术，GIS实体与数字孪生模型间的数据实时交互使数字孪生体能在线感知系统和环境变化，通过某一可测得的参数(外壳温度)，从而实现对导体内部的状态评估。
b4-4、云边协同：借助智能制造云端，进行实时的云端的仿真，从而实现历史数据及响应曲面的实时动态更新，在本实施例中，如图7所示，边缘设备端为GIS控制系统物理实体，借助有关传感器进行实时的数据采集，在边缘平台系统中，借助过往所得的历史数据，通过响应曲面法对系统实时的运行状态进行判断，并发出相对应的控制指令，考虑到随着时间的变化，系统的状态会发生响应的变化，借助智能制造云端，进行实时的云端的仿真，从而实现历史数据及响应曲面的实时动态更新。
实施例3
如图1-6所示，在实施例1、实施例2的基础上，本发明提供一种技术方案：优选的，步骤二中的B1过程中具体实现步骤为：
c1、根据已知数据构成响应曲面。
c2、已知系统的外壳温度、电流等有关参数。
c3、借助响应曲面判断内部电阻状况。
c4、利用判断的内部电阳状况反推出内部导体的温度。
c5、根据结果判断系统工作状况提出有关意见。
c6、数据进行动态更新or定期验证曲面的可行性。
在本实施例中，如图8所示，本节中构成的自校正优化调整器主要基于响应曲面法，系统首先借助现有已知的数据构建响应曲面模型，将传感器所测量的外壳温度，电流等有关参数代入曲面模型中，可以借此以判断系统内部电阻的状况，在此基础上，结合传感器测量的数据以判断内部导体的温度状况，并以此判断系统的工作状况，从而给出有关的运维意见，系统所得到的的数据实时传输动态更新响应曲面，从而保证了系统的实时性与可行性。
实施例4
如图1-6所示，在实施例1、实施例2、实施例3的基础上，本发明提供一种技术方案：优选的，基于响应曲面法，对步骤二中的B1步骤进行计算过程为：
d1、把要研究的某一质量特征值y称作响应，与输出变量y对应的是一系列的输入变量，称之为因素。
d2、设某一过程中的因素X＝(x1,x2,…,xn)。
d3、采用回归拟合的方法，在某一区域中拟合一个函数关系式y＝f(x1,x2,…,xn)+ε，其中ε为试验误差。
d4、得到y＝f(X)+ε。
d5、y＝f(X)是坐标空间(x1,x2,…,xn)上的一个曲面，对y＝f(X)进行分析。
d6、寻找使响应输出变量y最优的各因素水平的组合，并对各因素是如何影响响应变量的过程获得了解。
其中，响应曲面法的一阶回归模型及二阶回归模型如下：
Figure BDA0004077273490000111
在本实施例中，如图9所示，利用响应曲面法得到的样本数据共X组，抽取其中Y组作为训练数据，X-Y组作为测试数据构造第一个神经网络，运用数据建立模型前，为了加快神经网络梯度下降求最优解的速度和精度，对所有样本数据进行归一化处理，将所有数据范围压缩在0～1范围内。
实施例5
如图1-6所示，在实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的基础上，本发明提供一种技术方案：优选的，步骤二中的B2具体实现步骤为：
e1、对GIS导体及外壳温升的影响因素分析，选取电流，接触电阻，环境温度及压强为影响因素。
e2、利用Design-Expert设计软件，通过中心复合设计得到三种水平的数值。
e3、将五因素三水平的组合数据代入Design-Expert软件，得到46种结构组合。
e4、针对这46种组合分别依次利用comsol软件进行模拟仿真，得到外壳温度及导体温度的上升值分别为△T1及△T2。
在本实施例中，根据上文对GIS导体及外壳温升的影响因素分析，选取电流，接触电阻，环境温度及压强为影响因素，利用Design-Expert设计软件，通过中心复合设计得到三种水平的数值，如图10所示，然后将五因素三水平的组合数据代入Design-Expert软件，得到46种结构组合，针对这46种组合分别依次利用comsol软件进行模拟仿真，得到外壳温度及导体温度的上升值分别为△T1及△T2，具体数值如图11所示。
步骤二中的B3具体实现步骤为：
f1、基于上表的响应曲面设计法优化结果，利用Design-Expert软件对响应值进行分析。
f2、根据所得的值分析模型的可信度。
f3、通过Design-Expert的分析，得到外壳温升及导体温升的最佳回归模型。
在本实施例中，基于上表的响应曲面设计法优化结果(如图11所示)，利用Design-Expert软件对响应值进行分析，三相母线求解结果如下表所示，表中P值表示模型显著性，若P<0.05，则说明所建立的目标函数受该因素影响显著，拟合效果较佳，如图12和图13所示，由于模型的整体P值<0.0001，为显著值；且失拟项值分别为0.7241和0.6748，为非显著值，故所选模型的可信度较高，且非常显著，考虑到P<0.05时，所建立的目标函数受该因素影响较为显著，因而对于外壳温升而言，其主要受到电流、导体电阻及接触电阻的影响较大；对于到导体温升而言，除受到电流及接触电阻的影响之外，还容易受到压力的影响，通过Design-Expert的分析，得到外壳温升及导体温升的最佳回归模型分别为：
△T1＝0.7149+0.1787A-0.0666B+0.0799C-0.0483A2
△T2＝31.42+6.55A-2.15B+2.99C-3.81D-1.96A2
即
△T1＝0.7149+0.1787I-0.0666R+0.0799r-0.0483I2
△T2＝31.42+6.55I-2.15R+2.99r-3.81P-1.96I2
外壳温升及导体温升的响应曲面预测值与实际值的对比图如图14所示，从左右两图中斜线表示的实际值和预测值的吻合度可以看出，该预测模型的预测值基本落在了实验数据点的周围，大致分布在直线y＝x的附近，进一步说明了该响应曲面的有效性。
最后，考虑到对于外壳温升，电流，导体及接触电阻为主要影响因素，借助Design-Expert软件，对其两两对应进行因素间相互作用的分析，在横坐标一定时，纵坐标变化的幅度越大，可知，该影响因素的重要程度越大，得到的结果如图15、图16、图17所示，由上述三图可知，在电流与导体电阻及电流与接触电阻交互影响响应曲面图中，可以明显地看出，电流一侧的曲面更为陡峭，因而电流的对于外壳温升的影响相较于导体电阻及接触电阻更为明显，而在导体电阻与接触电阻交互影响的响应曲面图中，导体电阻一侧及接触电阻一侧的曲面的坡度近似乎相等，因而可以认为二者的影响程度近似相等。
上文一般性的对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对于技术领域的一般技术人员是显而易见的。因此，在不脱离本发明思想精神的修改或改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.GIS状态感知数字孪生系统构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对GIS状态感知数字孪生系统构建；
A1、基于数字孪生的方法对GIS系统进行建模；
A2、进行数字孪生系统分层；
步骤二：自校正优化调整器模型的构建；
B1、基于响应曲面法构成的自校正优化调整器；
B2、进行响应曲面的设计；
B3、对响应曲面法模型进行建立与方差分析；
B4、对响应曲面法模型的可信度分析；
B5、进行因素间交互作用的分析。
2.根据权利要求1所述的GIS状态感知数字孪生系统构建方法，其特征在于，所述步骤一中的A1过程中具体实现步骤为：
a1、建立数据采集模型，用于采集各传感器历史数据及实时数据(电流、温度)；
a2、建立机理模型分析模型，用于对运行数据采集进行优化、验证、校准；
a3、建立数字孪生混合建模，基于外壳温升特性和导体温升特性。
3.根据权利要求1所述的GIS状态感知数字孪生系统构建方法，其特征在于，所述步骤一中的A2过程中具体实现步骤为：
b1、创建设备物理层，设备层主要对应GIS系统的物理实体，作为系统数据信息源提供系统运行数据及系统环境参数；
b2、数据分析感知层，系统采集的数据应该满足数据处理的相关需求，保证系统功能的完整性和及时性；
b3、虚拟系统层，虚拟系统层是基于设备物理层及虚拟系统层所得到的的多维度数据，结合GIS的工作原理，通过理论模型与数据驱动模型融合的混合建模技术构建电解槽数字孪生体，实现对物理槽体的虚拟映射；
b4、服务应用层。
4.根据权利要求1所述的GIS状态感知数字孪生系统构建方法，其特征在于，所述步骤二中的B1过程中具体实现步骤为：
c1、根据已知数据构成响应曲面；
c2、已知系统的外壳温度、电流等有关参数；
c3、借助响应曲面判断内部电阻状况；
c4、利用判断的内部电阳状况反推出内部导体的温度；
c5、根据结果判断系统工作状况提出有关意见；
c6、数据进行动态更新or定期验证曲面的可行性。
5.根据权利要求4所述的GIS状态感知数字孪生系统构建方法，其特征在于：所述基于响应曲面法，对步骤二中的B1步骤进行计算过程为：
d1、把要研究的某一质量特征值y称作响应，与输出变量y对应的是一系列的输入变量，称之为因素；
d2、设某一过程中的因素X＝(x1,x2,…,xn)；
d3、采用回归拟合的方法，在某一区域中拟合一个函数关系式y＝f(x1,x2,…,xn)+ε，其中ε为试验误差；
d4、得到y＝f(X)+ε；
d5、y＝f(X)是坐标空间(x1,x2,…,xn)上的一个曲面，对y＝f(X)进行分析；
d6、寻找使响应输出变量y最优的各因素水平的组合，并对各因素是如何影响响应变量的过程获得了解。
6.根据权利要求5所述的GIS状态感知数字孪生系统构建方法，其特征在于：响应曲面法的一阶回归模型及二阶回归模型如下：
Figure FDA0004077273480000031
Figure FDA0004077273480000032
7.根据权利要求3所述的GIS状态感知数字孪生系统构建方法，其特征在于：所述步骤一内A2中的b4具体实现步骤为：
b4-1、状态感知：根据虚拟系统层构建的GIS数字孪生模型，借助虚拟测量间接推得导体内部的状况，再结合实际值进行误差分析与动态法分析，从而实现GIS内部的状态感知；
b4-2、仿真推演：设备数字孪生模型在孪生数据的驱动下与物理设备同步运行，可形成故障诊断等数据，在此基础上应用响应曲面法对数字孪生模型进行仿真计算与数据分析，通过多次的数据测量实现故障诊断模型的迭代与优化；
b4-3、状态评估：基于数字孪生技术，GIS实体与数字孪生模型间的数据实时交互使数字孪生体能在线感知系统和环境变化，通过某一可测得的参数(外壳温度)，从而实现对导体内部的状态评估；
b4-4、云边协同：借助智能制造云端，进行实时的云端的仿真，从而实现历史数据及响应曲面的实时动态更新。
8.根据权利要求1所述的GIS状态感知数字孪生系统构建方法，其特征在于：所述步骤二中的B2具体实现步骤为：
e1、对GIS导体及外壳温升的影响因素分析，选取电流，接触电阻，环境温度及压强为影响因素；
e2、利用Design-Expert设计软件，通过中心复合设计得到三种水平的数值；
e3、将五因素三水平的组合数据代入Design-Expert软件，得到46种结构组合；
e4、针对这46种组合分别依次利用comsol软件进行模拟仿真，得到外壳温度及导体温度的上升值分别为△T1及△T2。
9.根据权利要求1所述的GIS状态感知数字孪生系统构建方法，其特征在于：所述步骤二中的B3具体实现步骤为：
f1、基于上表的响应曲面设计法优化结果，利用Design-Expert软件对响应值进行分析；
f2、根据所得的值分析模型的可信度；
f3、通过Design-Expert的分析，得到外壳温升及导体温升的最佳回归模型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117807823A (zh) * 2023-12-12 2024-04-02 大连理工大学 面向数字孪生建模的复杂曲面传感器布局方法

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