CN117996951A - 一种基于数字孪生的数字电网建模系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的数字电网建模系统，属于数字孪生及智能电网技术领域，其包括：感知终端、智能边缘计算网关、后端云服务器、数据处理模块、数字孪生模型构建模块和电网建模模块，所述感知终端用于获取环境数据和电网基本运行状态数据，所述智能边缘计算网关通过网络化控制系统和云计算技术的结合实现对电网系统的在线辨识与建模，所述后端云服务器用于管理数据，数据处理模块分析传输数据。本发明以多类感知终端为基础，以智能边缘计算网关为核心，以后端云服务器为辅助支撑，构建起一个端、边、云多级协同、远近分级响应的，多维立体化态势感知体系，以方便实时获取电网建模的信息，提升电网建模的准确性和合理性。
Description
技术领域
本发明涉及数字孪生及智能电网技术领域，尤其涉及一种基于数字孪生的数字电网建模系统。
背景技术
随着电力系统的复杂性和规模不断扩大，传统的电网管理和控制方法已经无法满足现代电力系统的需求。为了提高电力系统的运行效率和安全性，需要采用新的技术和方法对电力系统进行建模和管理。数字孪生技术作为一种新兴的数字化技术，可以有效地模拟现实世界中的物理系统，为电力系统的管理和控制提供了新的思路和方法；因此我们提出一种基于数字孪生的数字电网建模系统来解决这个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的数字电网建模系统，以解决上述背景技术中所提出的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于数字孪生的数字电网建模系统，包括：感知终端、智能边缘计算网关、后端云服务器、数据处理模块、数字孪生模型构建模块和电网建模模块，所述感知终端用于获取环境数据和电网基本运行状态数据，所述智能边缘计算网关通过网络化控制系统和云计算技术的结合实现对电网系统的在线辨识与建模，所述后端云服务器用于管理数据，数据处理模块分析传输数据，所述数字孪生模型构建模块用于根据处理后的数据构建数字孪生模型，以反映电力系统的实时状态和动态特性,所述感知终端与智能边缘计算网关连接，所述智能边缘计算网关与后端云服务器连接，所述后端云服务器与数据处理模块、数字孪生模型构建模块和电网建模模块连接，且所述数字孪生模型构建模块和电网建模模块连接。
优选的，所述感知终端包括摄像头、Mic、激光以及各类传感器。
优选的，所述数据处理模块包括数据预处理模块、信息剔除模块、深度处理模块和数据传输模块，所述数据预处理模块用于对感知终端监测到的环境数据和电网基本运行状态数据进行预处理分析并判断出无效信息，所述信息剔除模块用于对数据预处理模块判断出的无效信息进行剔除处理、并将其他信息传递至深度处理模块，由深度处理模块对环境数据和电网基本运行状态数据进行深度对比分析并得到分析结果，所述数据传输模块用于或许分析结果并进行传输。
优选的，所述智能边缘计算网关包括综合管理模块、数据分管模块，分管预处理模块、云端服务器、终端接入模块和协议转换模块，所述综合管理模块用于电网系统数据进行收集和发放，所述数据分管模块用于针对电网系统数据进行区分并确定出有效数据和无效数据，将所述有效数据进行分管预处理模块进行处理后上传至所述云端服务器，将所述无效数据进行过滤删除。
优选的，所述后端云服务器包括处理器、数据库、存储模块，存储模块用于调用数据库信息并传递至处理器内进行分析。
优选的，所述电网建模模包括用于接受和过滤输电网信息并建立输电网模型的输电网建模模块、用于接受和过滤变电网信息并建立变电网模型的变电网建模模块、用于接受和过滤配电网信息并建立配电网模型的配电网建模模块和建模存储模块，所述输电网建模模块、变电网建模模块和配电网建模模块与建模存储模块相连，建模存储模块用于存储输电网建模模块、变电网建模模块和配电网建模模块的建模信息。
优选的，所述感知终端获取的电网基本运行状态数据包括线缆负荷、发电机数据、变压器数据、并联电容电抗器数据、串联电容电抗器数据和开关数据等，所述感知终端获取的环境数据包括温度、湿度、风速、风向、降水量、植被覆盖和水域分布等。
优选的，所述数字孪生模型构建模块采用有限元分析、仿真软件等生成和存储建模信息。
优选的，还包括模型验证优化模块和决策支持模块，所述模型验证优化模块用于对构建的数字孪生模型进行验证和优化。模型验证优化模块可以通过与实际电力系统的对比分析，评估模型的准确性和可靠性，并根据评估结果对模型进行修正和优化，所述决策支持模块用于根据数字孪生模型提供的信息和建议，为电力系统的管理和控制提供决策支持，所述数字孪生模型构建模块与所述模型验证优化模块连接，所述模型验证优化模块与所述决策支持模块相连。
本发明的有益效果在于：
1、本发明中，所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，以多类感知终端为基础(包括但不限于摄像头、Mic、激光以及各类传感器)，以智能边缘计算网关为核心，以后端云服务器为辅助支撑，构建起一个端、边、云多级协同、远近分级响应的，多维立体化态势感知体系，依托各类传感装置、智能终端等，实现多元数据的采集、传输和存储，为数字孪生系统的建设做好数据源构建工作。将采集单元所获取的多元数据，包括环境数据、基本运行状态数据等，与物理模型融合，利用数字孪生技术进行集成化处理，结合规则引擎的机制建设，实现问题的快速发现、精准定位及分析处理，以方便实时获取电网建模的信息；
2、本发明中，所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，利用高精度传感器和数据采集设备，可以实时获取电网的各项运行数据，包括电流、电压、功率等。这些数据通过云计算和大数据技术进行处理和分析，建立电网的数字模型，并对电网的运行状态进行实时监测和预测，数字孪生的数字电网建模系统可以实现与物理电网之间的实时双向交互，使得对电网的管理和控制更加精准和高效，数字孪生的数字电网建模系统旨在构建物理电网的数字孪生体，以实现虚实相融共生的目标。这种结构可以帮助更好地理解和优化电网的运行状态，基于数字孪生基础设施的电网数字化转型方法，可以实现数据驱动的全局、全生命周期的数字孪生体，从而达到不断改善的应用目的；
3、本发明中，所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，通过利用电力系统物理模型、先进计量基础设施的在线量测数据、电力系统历史运行数据，并集成电气、计算机、通信、气候、经济等多学科知识，进行的多物理量、多时空尺度、多概率的仿真，提升了电网模型建立的准确性。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于数字孪生的数字电网建模系统的系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
参照图1，一种基于数字孪生的数字电网建模系统，包括：感知终端、智能边缘计算网关、后端云服务器、数据处理模块、数字孪生模型构建模块和电网建模模块，感知终端用于获取环境数据和电网基本运行状态数据，智能边缘计算网关通过网络化控制系统和云计算技术的结合实现对电网系统的在线辨识与建模，后端云服务器用于管理数据，数据处理模块分析传输数据，数字孪生模型构建模块用于根据处理后的数据构建数字孪生模型，以反映电力系统的实时状态和动态特性,感知终端与智能边缘计算网关连接，智能边缘计算网关与后端云服务器连接，后端云服务器与数据处理模块、数字孪生模型构建模块和电网建模模块连接，且数字孪生模型构建模块和电网建模模块连接。
本实施例中，感知终端包括摄像头、Mic、激光以及各类传感器。
本实施例中，数据处理模块包括数据预处理模块、信息剔除模块、深度处理模块和数据传输模块，数据预处理模块用于对感知终端监测到的环境数据和电网基本运行状态数据进行预处理分析并判断出无效信息，信息剔除模块用于对数据预处理模块判断出的无效信息进行剔除处理、并将其他信息传递至深度处理模块，由深度处理模块对环境数据和电网基本运行状态数据进行深度对比分析并得到分析结果，数据传输模块用于或许分析结果并进行传输。
本实施例中，智能边缘计算网关包括综合管理模块、数据分管模块，分管预处理模块、云端服务器、终端接入模块和协议转换模块，综合管理模块用于电网系统数据进行收集和发放，数据分管模块用于针对电网系统数据进行区分并确定出有效数据和无效数据，将有效数据进行分管预处理模块进行处理后上传至云端服务器，将无效数据进行过滤删除。
本实施例中，后端云服务器包括处理器、数据库、存储模块，存储模块用于调用数据库信息并传递至处理器内进行分析。
本实施例中，电网建模模包括用于接受和过滤输电网信息并建立输电网模型的输电网建模模块、用于接受和过滤变电网信息并建立变电网模型的变电网建模模块、用于接受和过滤配电网信息并建立配电网模型的配电网建模模块和建模存储模块，输电网建模模块、变电网建模模块和配电网建模模块与建模存储模块相连，建模存储模块用于存储输电网建模模块、变电网建模模块和配电网建模模块的建模信息。
本实施例中，感知终端获取的电网基本运行状态数据包括线缆负荷、发电机数据、变压器数据、并联电容电抗器数据、串联电容电抗器数据和开关数据等，感知终端获取的环境数据包括温度、湿度、风速、风向、降水量、植被覆盖和水域分布等。
本实施例中，数字孪生模型构建模块采用有限元分析、仿真软件等生成和存储建模信息。
本实施例中，还包括模型验证优化模块和决策支持模块，模型验证优化模块用于对构建的数字孪生模型进行验证和优化。模型验证优化模块可以通过与实际电力系统的对比分析，评估模型的准确性和可靠性，并根据评估结果对模型进行修正和优化，决策支持模块用于根据数字孪生模型提供的信息和建议，为电力系统的管理和控制提供决策支持，数字孪生模型构建模块与模型验证优化模块连接，模型验证优化模块与决策支持模块相连。
本实施例中，以多类感知终端为基础(包括但不限于摄像头、Mic、激光以及各类传感器)，以智能边缘计算网关为核心，以后端云服务器为辅助支撑，构建起一个端、边、云多级协同、远近分级响应的，多维立体化态势感知体系，依托各类传感装置、智能终端等，实现多元数据的采集、传输和存储，为数字孪生系统的建设做好数据源构建工作。将采集单元所获取的多元数据，包括环境数据、基本运行状态数据等，与物理模型融合，利用数字孪生技术进行集成化处理，结合规则引擎的机制建设，实现问题的快速发现、精准定位及分析处理，以方便实时获取电网建模的信息，利用高精度传感器和数据采集设备，可以实时获取电网的各项运行数据，包括电流、电压、功率等。这些数据通过云计算和大数据技术进行处理和分析，建立电网的数字模型，并对电网的运行状态进行实时监测和预测，数字孪生的数字电网建模系统可以实现与物理电网之间的实时双向交互，使得对电网的管理和控制更加精准和高效，数字孪生的数字电网建模系统旨在构建物理电网的数字孪生体，以实现虚实相融共生的目标。这种结构可以帮助更好地理解和优化电网的运行状态，基于数字孪生基础设施的电网数字化转型方法，可以实现数据驱动的全局、全生命周期的数字孪生体，从而达到不断改善的应用目的；
通过利用电力系统物理模型、先进计量基础设施的在线量测数据、电力系统历史运行数据，并集成电气、计算机、通信、气候、经济等多学科知识，进行的多物理量、多时空尺度、多概率的仿真，提升了电网模型建立的准确性。
以上对本发明所提供的一种基于数字孪生的数字电网建模系统进行了详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种基于数字孪生的数字电网建模系统，其特征在于，包括：感知终端、智能边缘计算网关、后端云服务器、数据处理模块、数字孪生模型构建模块和电网建模模块，所述感知终端用于获取环境数据和电网基本运行状态数据，所述智能边缘计算网关通过网络化控制系统和云计算技术的结合实现对电网系统的在线辨识与建模，所述后端云服务器用于管理数据，数据处理模块分析传输数据，所述数字孪生模型构建模块用于根据处理后的数据构建数字孪生模型，以反映电力系统的实时状态和动态特性,所述感知终端与智能边缘计算网关连接，所述智能边缘计算网关与后端云服务器连接，所述后端云服务器与数据处理模块、数字孪生模型构建模块和电网建模模块连接，且所述数字孪生模型构建模块和电网建模模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，其特征在于，所述感知终端包括摄像头、Mic、激光以及各类传感器。
3.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，其特征在于，所述数据处理模块包括数据预处理模块、信息剔除模块、深度处理模块和数据传输模块，所述数据预处理模块用于对感知终端监测到的环境数据和电网基本运行状态数据进行预处理分析并判断出无效信息，所述信息剔除模块用于对数据预处理模块判断出的无效信息进行剔除处理、并将其他信息传递至深度处理模块，由深度处理模块对环境数据和电网基本运行状态数据进行深度对比分析并得到分析结果，所述数据传输模块用于或许分析结果并进行传输。
4.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，其特征在于，所述智能边缘计算网关包括综合管理模块、数据分管模块，分管预处理模块、云端服务器、终端接入模块和协议转换模块，所述综合管理模块用于电网系统数据进行收集和发放，所述数据分管模块用于针对电网系统数据进行区分并确定出有效数据和无效数据，将所述有效数据进行分管预处理模块进行处理后上传至所述云端服务器，将所述无效数据进行过滤删除。
5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，其特征在于，所述后端云服务器包括处理器、数据库、存储模块，存储模块用于调用数据库信息并传递至处理器内进行分析。
6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，其特征在于，所述电网建模模包括用于接受和过滤输电网信息并建立输电网模型的输电网建模模块、用于接受和过滤变电网信息并建立变电网模型的变电网建模模块、用于接受和过滤配电网信息并建立配电网模型的配电网建模模块和建模存储模块，所述输电网建模模块、变电网建模模块和配电网建模模块与建模存储模块相连，建模存储模块用于存储输电网建模模块、变电网建模模块和配电网建模模块的建模信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，其特征在于，所述感知终端获取的电网基本运行状态数据包括线缆负荷、发电机数据、变压器数据、并联电容电抗器数据、串联电容电抗器数据和开关数据等，所述感知终端获取的环境数据包括温度、湿度、风速、风向、降水量、植被覆盖和水域分布等。
8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，其特征在于，所述数字孪生模型构建模块采用有限元分析、仿真软件等生成和存储建模信息。
9.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的数字电网建模系统，其特征在于，还包括模型验证优化模块和决策支持模块，所述模型验证优化模块用于对构建的数字孪生模型进行验证和优化，模型验证优化模块可以通过与实际电力系统的对比分析，评估模型的准确性和可靠性，并根据评估结果对模型进行修正和优化，所述决策支持模块用于根据数字孪生模型提供的信息和建议，为电力系统的管理和控制提供决策支持，所述数字孪生模型构建模块与所述模型验证优化模块连接，所述模型验证优化模块与所述决策支持模块相连。
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