数字孪生技术在输变电设备状态评估中的应用现状与发展展望

对输变电设备的运行状态进行评估是保证电力系统安全稳定运行的重要手段。传统输变电设备状态评估存在状态感知不全面、数据质量低、评估模型构建困难等瓶颈问题。数字孪生技术打通了实体—感知—建模—应用的全链路流程,基于新型传感技术实现对输变电设备状态的全面感知,根据输变电设备的运行特征实现传感装置评估、数据深度治理,依靠大数据分析、数据挖掘等构建输变电设备数字孪生体,实现输变电设备的状态差异化评价、故障精准诊断和状态准确预测。数字孪生技术与状态评估技术的深度融合将推动输变电设备的运维管理迈向智慧时代。为此对数字孪生技术在输变电设备状态评估中的应用进行了分析,阐述了包括状态感知、数据治理、模型构建和应用在内的数字孪生技术的具体应用,总结探讨了数字孪生技术在输变电设备状态评估中的应用现状,并对其未来的发展趋势进行了展望。     

数字孪生技术在坚强智能电网中的应用探讨

介绍了数字孪生技术的概念、核心技术及其在坚强智能电网的应用方向,以输变电工程为对象,基于数字孪生技术的核心技术,对数字孪生技术在输变电工程设计、施工和运维等阶段的应用方向进行了研究,并对数字孪生技术的应用前景进行了展望.     

基于Hadoop和HBase的输变电设备数据聚合平台

输变电设备在运行中将产生大量的多态、异构数据,导致在数据集成和利用过程中出现信息孤岛问题,无法实现不同数据源内的数据信息共享互换。如何可靠获取、同步处理并对这些数据信息充分挖掘给电力系统中信息系统的建设及运行维护带来巨大压力。利用本体技术对这些多源、异构、海量信息进行聚合,可以向用户提供更具针对性的信息。针对电网中输变电设备全景数据信息的多源性、多态性、异构性,本文提出了基于Hadoop和HBase的输变电设备大数据聚合平台方案,搭载改进混合本体聚合方法,并设计了Map/Reduce分布式查询和推理流程。该平台运用标准化和开放性建模语言,屏蔽底层异构数据源,具有良好的可扩展性,可用于解决输变电设备数据信息的非结构化、共享性差、难以处理等问题。     

基于主动感知技术的输变电设备物联网建设及应用

针对电网规模不断扩大,输变电设备运维管理难度越来越大的问题,基于新型智能传感、边缘计算、数字孪生、泛在物联等主动感知技术,提出了具有河北电网特色输变电设备物联网建设方案.通过变压器智能化、智慧检测体系构建、物联数据融合应用、运维替代等典型应用场景,验证了基于新型主动感知技术的输变电设备物联网建设方案的可行性.     

基于数字孪生的全钒液流电池储能运维系统

数字孪生是推动电力装备领域数字化、智能化、信息化的关键技术之一,液流电池是一种新型绿色的电化学储能电池。基于数字孪生思想,对全钒液流电池储能运维系统进行研究,提出构建多源异构数据统一融合模型的方法,对全钒液流电池储能运维系统进行建模,并建立实景物理世界和虚拟孪生世界的映射关系。应用基于数字孪生的全钒液流电池储能运维系统,能够监控、诊断、预测物理世界产品的可能状态,实现信息的高度融合。     

基于数字孪生的柔性生产线状态感知

柔性生产线的数字孪生可以实现柔性生产过程运行状态的实时感知,并利用孪生数据优化生产.为此,提出了一种基于数字孪生的柔性生产线状态感知方法.首先建立了该方法的体系架构,并对系统实现中的3大关键技术,基于Unity 3D的数字孪生模型搭建、基于OPC UA的异构设备数据实时获取及基于孪生模型的状态感知分别进行了详细论述.最...     

输变电设备状态评估方法的研究现状

准确评估关键输变电设备的运行状态,及时制定针对性的运维检修策略,对保证电力系统安全、可靠和经济运行具有重要意义。随着智能电网技术、信息技术和智能运维技术的快速发展,输变电设备的状态数据逐渐呈现出体量大、类型多和增长快等大数据特征。如何实现多源异构数据的高效综合利用、各类数据与设备状态间关联关系的深入挖掘、设备在不同运行工况下的差异化和精细化状态评估等已经成为亟待解决的问题。因此介绍了设备状态数据的来源与特点、数据质量提升以及状态参量的提取方法;分析了输变电设备状态评估和故障诊断领域的研究现状;通过实例展示了大数据分析方法在设备状态评估方面的优势并总结了大数据分析方法的特点;最后简要分析了输变电设备状态评估领域面临的难题。     

高压设备数字孪生体构建及状态分析技术研究

针对目前高压电力设备存在的设备感知可靠性差、评估准确性低的问题，提出高压设备数字孪生体系构建技术及基于数字孪生的高压设备状态评估方法。文中在数字孪生技术框架基础上提出了基于特征匹配的设备数字孪生几何体构建技术与基于语义匹配的数字孪生体数据嵌入方法，能够实现高压设备数字孪生体的快速构建。根据高压设备数字孪生体可融合多维度多时间尺度的数据的特点，提出了基于谱图的设备状态分析技术及设备风险评估矩阵构建技术方法，实现高压设备的故障诊断和风险评估。最后进行了数字孪生体构建及状态评估技术的验证，结果表明提出的方法能够快速构建高压设备的数字孪生体并能够很好地完成设备的状态分析评估，为设备智能运维提供支撑。     

基于电力GIS的多源数据通信研究

电力GIS与MIS的异构系统中存在的数据孤立问题一直难以得到有效解决,在电力GIS平台的基础上采用多源数据通信技术可实现各应用软件系统的数据共享.设计了GIS与MIS之间的应用接口模型.构建基于XML的数据交换平台,解决了跨平台的异构数据交换.提出了基于中间件技术与XML数据标准的多源数据通信策略,利用具有面向对象技术和组件式思想的中间件技术,通过可视化软件开发工具,将各系统的不同组件统一,最终形成多源数据通信平台.基于多源数据的理论线损计算和电网GIS专题图分析两个应用实例说明以上多源数据通信策略和算法的合理性.     

基于多源信息感知和光学图像处理的电力装备数字化运维技术研究

将数字孪生技术引入新型电力系统高端电力设备,依据其孪生模型进行现场运维模拟试验和大电流、高电压、多谐波载荷下的功能性响应分析。从机械振动、气体成分、光学视觉、电气参量四个传感维度分析了新型电力系统装备智能感知技术提升,并实现了现场运行参数与数字孪生模型数据之间的交互联动。另一方面,提出了支撑数字孪生多源感知技术的GPU算力拓展技术,可有效支撑10-5~103 s设备动态行为仿真监测,并提出了高端装备运行寿命评估策略。研究结果可为数字孪生技术应用于高端电力设备场景提供理论指导和技术参考,有效支撑“双高特征”为主的新型电力系统安全稳定运行。     

数字孪生在卫星星座系统中的应用探索

数字孪生是针对复杂产品多物理、多尺度、多领域集成的高保真度仿真,能够对物理世界进行忠实映射及交互融合。随着大数据、工业互联网以及数字化设计技术的融合与发展,数字孪生在复杂产品与系统中的应用潜力得到越来越多的关注。针对卫星星座系统规模庞大且技术多样,设计难度大等问题,探索数字孪生在卫星星座系统设计中的应用。首先对数字孪生的概念、应用及技术发展进行了总结分析,基于数字孪生理论,提出了基于数字孪生的卫星星座系统应用框架;然后分析了应用实施过程中的需突破的关键技术与问题;最后基于统一标准,展示了卫星星座系统数字孪生模型的多领域集成建模,为未来数字孪生在卫星星座系统中的进一步落地应用提供理论与方法参考。     

基于数字孪生技术的变电设备管理评价系统设计

针对当前变电设备管控工作中的问题和不足,提出了基于数字孪生技术的变电设备管理评价系统,详细阐释了变电设备孪生模型的建模过程以及系统功能、商业模式和软硬件架构.系统能通过对变电设备各项数据进行采集分析,建立虚拟设备模型,进而评估并预测设备状态,辅助管理决策、提供咨询服务,具有广泛的应用前景.     

输变电设备全景信息的多源异构数据聚合方法

针对输变电设备全景信息多源、异构特性不利于数据的高效整合和深度挖掘利用的问题,提出一种基于改进混合本体的多源异构数据聚合方法。通过构建数据源的局部本体以及全局本体,利用本体的语义特性,解决数据聚合中关键性的语义异构问题;采用网络本体语言本体构造和语义网络规则语言规则结合的方式,建立全局本体和局部本体之间的映射,实现映射的重用和共享。输变电设备状态评估信息和环境信息2种典型异构数据源的数据聚合结果表明:该方法可以屏蔽底层异构数据源的语义差异性,实现对异构数据源层的透明访问、有效聚合及后期数据挖掘利用,因其本体建模采用标准化和开放性建模语言而具有较好的可维护性和扩展性,利于更多新业务带来的异构数据源的接入和聚合,有助于推动输变电设备物联网的全景信息集成平台建设。     

基于多域并发的时间窗数据采集方法与应用

针对工业数据采集中所涉参数繁多、数据结构复杂、采集频率高但数据质量难以保证等问题,提出了一种基于多域并发的时间窗数据采集方法,该方法基于滑动时间窗口的划分构建数据域模型,以多线程数据域并发的方法实时采集多源异构数据,针对高维度的多源异构数据进行扁平化处理,采用字节数据连接的方式对多源异构数据进行集成存储,实现了工业多源异构数据的采集与集成。通过仿真实验验证了该方法对于实时数据采集与集成存储的有效性,并在冶金起重机多维健康监测系统中应用该方法进行多源异构数据采集,实际运行结果显示,该方法能够提高冶金起重机多维健康数据的采集实时性,保证采集数据的质量,增加多维健康数据的集成度,是一种有效的实时数据采集集成方法。     

电网调控大数据平台体系架构及关键技术

以数字化技术和能源互联网理念为驱动的"数字新基建"对现有调度自动化系统的数字化转型提出新的挑战,该文考虑调控数据存储规模、数据加工复杂度和数据服务多样化的需求,提出电网调控大数据平台的体系架构.在此基础上,研究了多源调控数据集成与融合、异构数据库分层统一存储、调控数据资产管理、大数据算法引擎等关键技术,实现全业务、全场景的电网调控数据汇集、加工和资产管理.该技术方案为调控云智能分析应用提供了存储、数据和算法的有力支撑.     

能源互联网中的数字孪生技术体系、应用与挑战

随着传统能源互联系统逐步向能源互联网升级转化,仅基于机理建模的方法难以描述其高维性、非线性以及多能耦合性等特征。数字孪生技术可将真实系统精准映射到虚拟空间,对实现能源互联网的特征描述、运行分析、监控优化以及智能决策具有重要意义。首先,从数字孪生技术的发展出发,对能源互联网中的数字孪生技术体系进行分析,提出了涵盖“多源数据采集-模型构建-平台支撑-智能交互”的分层技术体系框架,细化了数字孪生技术在能源互联网中的应用价值;其次,详细阐述了数字孪生技术在能源互联网中的典型应用以及需要突破的难点,并给出了其当前的发展瓶颈;最后,对数字孪生技术在能源互联网中的发展路线进行了总结与展望。     

面向高压设备数字孪生的虚拟传感器设计与应用技术

针对高压设备数字孪生的模型构建、信息交互、动态仿真等需求,对虚拟传感器的设计与应用技术进行了分析,虚拟传感器是具有传感器行为的计算机仿真系统,能够基于功能、结构和服务要求对复杂数字孪生系统进行解耦,降低工程应用的复杂性。文中提出虚拟传感器在高压设备数字孪生工程应用上的设计要求,给出了观测虚拟传感器、参量计算虚拟传感器和预测告警传感器的设计方法及其应用方式。研究结果表明：虚拟传感器具备组件化、服务化、易重构、可进化等优点,可作为数字孪生单元级功能组件的设计手段,解决目前工程应用中数据获取和融合困难、仿真预测算法耦合复杂等问题,支撑设备状态全面感知、趋势精准预测、风险提前预警和设备全寿命精益管理等应用。     

融合实测数据的配网断路器投切暂态过电压建模方法

数字孪生技术的发展使配网中设备在线监测数据的获取愈加方便,利用实测数据对设备的运行情况进行安全性分析是数字孪生技术的一个重要应用。该文提出一种融合实测数据的配网断路器投切暂态过电压的建模方法,该方法通过采集10 kV配网断路器的实际运行数据,提取断路器的关键运行参数,可以对数值模型进行迭代修正,从而实现仿真模型对设备当前运行状态的跟随,提高分析结果的可靠性。仿真结果表明:所提模型计算得到的投切过电压水平标幺值最大为3.88,相较传统模型与实测值更为相近。该模型可用于配网真空断路器的运行安全分析。     

实景建模技术在电网数字孪生系统中的应用分析

三维模型是电网本体映射到数字孪生系统的基础,能否实现发输变配用电设备、配电楼的高保真建模和全息映射事关电网数字孪生系统的建设好坏。相较传统建模方法在模型精度和数据交互上的不足,实景建模技术为电网数字孪生系统的设备3D模型构建和成果展示提供一种新的技术手段。介绍实景建模的技术原理和发展历程,对比突出实景建模与传统建模方法的先进性,并以某在建变电站为研究对象,阐述实景建模的应用流程,对建模效果进行展示分析,最后对实景建模技术的应用推广进行思考。