基于数字孪生的物联网工业运维系统

现如今,物联网技术已经得到了长足的发展,以物联网技术为基础的各类应用充满于我们的生活。建立了一个基于数字孪生的物联网工业运维系统,该系统通过数字孪生技术将实际场景中的工业设备与虚拟场景进行了数字映射,将真实的物理场景的静态特征和动态特征同步在虚拟场景中,再通过逻辑脚本实现将孪生模型和由传感器获得的孪生数据进行联动。通过物联网技术、MQTT通信协议技术、数据库技术和前端界面技术实现了工业运维系统,维保人员无需实际到达实际现场便实现对工业设备进行可视化云巡线、云调试和云监控。     

基于HoloLens的变电站运维仿真培训系统

HoloLens增强现实(Augmented Reality, AR)眼镜为现实世界叠加了逼真的3D全息影像,因此其常被采用为平台来开发基于增强现实技术的变电设备运维仿真培训系统。以HoloLens的主相机作为变电站图像采集设备,采用ASIFT设备局部特征识别方法、人工编码标识识别方法和基于光学字符识别技术（OCR）的设备标牌识别方法相结合,实现变电站不同大小和不同形状设备的可靠识别;通过视觉方法寻找人工标识特征点或设备特征点对目标设备进行精确定位和初始化注册,并利用HoloLens的空间锚点（Anchor）技术,实现目标设备的快速跟踪和注册;构建基于增强现实的变电设备运维学习、训练和考核环境,并进行示范验证。本文通过拓展现有实训系统的功能,提升了现有实训系统的实用性、交互性与体验感,提高了培训的效果和效率。     

基于大数据的变电设备状态多维感知及智能诊断系统的研究

针对现行状态检修方法在变电设备状态感知单一、系统信息孤岛、状态检修效率低下等方面的问题,本文基于大数据技术,提出变电设备状态多维感知及智能诊断系统。系统通过打造边端变电设备多维感知体系,实现设备多维、实时、全景感知,并构建统一边缘物联代理,完成感知数据就地预处理,在此基础上融合设备状态多源异构数据,搭建云端大数据平台,开展设备状态大数据智能分析诊断,实现设备精准检修。文章首先对基于大数据的变电设备状态多维感知及智能诊断系统整体框架进行介绍,然后详细阐述了系统边端多维感知和云端智能诊断部分的设计及功能。最后,选取主变压器油温-油位关联状态量为例进行状态分析评价的算例分析,算例结果证明了所提系统功能的有效性和实用性,为提高变电设备运检效率提供有效技术支撑。     

基于数字孪生技术的三维智能化系统设计

为了提升三维智能化水平,设计基于数字孪生技术的三维智能化系统。通过现场层管理数字孪生体映射的物理实体与监测对象,为三维智能化系统提供需要的基础数据;感知层利用温度传感器与颜色传感器等,感知现场层管理的物理实体相关数据;数据存储层利用分布式文件与关系型数据库,存储感知的数据;功能层利用数据预处理模块缺失值处理存储的数据;层次化建模模块,依据缺失值处理后的数据,建立物理实体的几何模型与属性模型,融合几何模型与属性模型,得到孪生体模型;孪生体模型驱动单元,利用三维模型驱动方法,驱动孪生体模型,实现物理实体与孪生体的同步映射,得到孪生数据;仿真与预测模块依据孪生数据,可视化监测与分析物理实体的工作状态;通过应用层为用户实时呈现物理实体的动作仿真与实时监控结果。实验证明：该系统可有效感知物理实体的相关数据,建立孪生体模型;该系统可有效实现物理实体的可视化管理,提升三维智能化水平。     

面向智能矿山与新工科的数字孪生技术研究

将数字孪生与人工智能(AI)技术相结合,提出了基于数字孪生+AI的智能矿山建设新思路。探索了智能矿山技术发展路径,研究了数字孪生技术的特征、应用领域及发展趋势,指出数字孪生是数字化矿山发展的必然趋势。提出了基于数字孪生+AI的智能矿山理论架构,构建了矿山数字孪生模型,模型自下而上分别为矿山全要素物理实体、矿山信息物理融合层、矿山数字孪生模型、矿山孪生数据交互层、矿山应用智能服务层,据此实现智能矿山的泛在感知、协同控制和智能决策与优化。从应用实际需求出发,探讨了智能矿山模型构建技术、智能开采数字孪生体技术、矿山智能控制技术、矿山设备故障预测、基于数字孪生的人机交互等关键技术。通过研究数字孪生在智能矿山中的应用,为AI技术在智能矿山应用落地提供思路,为未来智能矿山新工科建设提供理论借鉴。     

基于多维度业务数据融合的继电保护移动运维系统设计及实现

针对继电保护设备台账多端维护及信息与现场不一致、巡检记录繁琐易出错、人工定值校核工作量大且易漏核、智能变电站光纤回路及信号无法可视化展示等运维问题。本文通过构建基于多维度业务数据融合的继电保护移动运维系统,与统计分析系统融合实现台账数据单端维护、多系统共享;与状态检修系统融合实现巡检内容标准化、报告整理智能化;与二次设备在线监视系统及OMS定值整定系统融合实现定值校核智能化,提高校核效率;与SCD管控系统融合实现智能设备虚回路、虚端子及回路关系图形化直观展示。通过上述分析本系统实现变电站继电保护信息自动采集、智能整理、交互融合和网络共享,在降低运维成本的同时,有效提升继电保护设备及二次回路现场运行、检修的作业水平和管理水平。     

数据挖掘在变电站设备运维中的应用

为解决变电运维工作中所获得的大量设备数据未能得到充分利用的问题,本文在搭建变电站云平台已成为可能的条件下,主要结合数据挖掘技术对运行人员从现场获得的数据进行分析处理。这些数据包括设备压力、泄漏电流、动作次数、以及设备台账等,可以用来提高工作效率和质量、进行业务决策,避免形成数据孤岛,提高变电运维的智能化水平。一是利用了趋势外推法进行数据拟合来指导设备巡视维护工作,二是采用多元线性回归法分析设备状态的影响因素并进行缺陷预测和故障诊断,三是通过人工神经网络深度学习进行电网停电承载力分析。合理利用大数据技术将推动变电站向集约化管控、专业化运维方向转变,通过数据挖掘技术可以极大地提升变电运维工作的智能化水平,从而优化人力配置,使工作更精准高效。     

输变电设备运维知识图谱的构建及应用

针对电网公司在开展输变电设备运维检修过程中存在的非结构化文本数据难以利用、全口径数据难以深度融合、数据应用手段仍处于简单统计状态等难题,本文研究设计了基于知识图谱的输变电设备运维知识问答系统的总体框架,以打破传统信息获取方式的局限性。首先,从多源输变电设备数据中提取出实体、关系、属性等元素,涵盖的数据既有结构化也有非结构化的数据。在此过程中,使用不同的技术和方法来提取这些元素。其次,利用图形数据库Neo4j将这些元素组合在一起,构建一个完整的输电变电设备运维知识图谱,从而将不同类型和业务数据整合并形成一个连贯统一的知识网络。最后,基于Neo4j +Python平台搭建输变电设备运维知识问答系统,为运维人员提供一种新的方法。     

实时在线监控系统的三维可视化方案

为解决核反应堆辐射及不可接近环境下工人运维的技术难题,融合新一代信息技术,将数字孪生技术与工业互联技术相结合,提出了一套三维数据可视化实现方案,解决了数字孪生应用中三维模型呈现、实时数据对接、模型算法软件对接,以及数据可视化等关键问题。首先,利用3D Studio Max、SolidWorks等建模软件构建三维模型,并结合前端设计、虚拟场景渲染等技术,实现数字孪生可视化场景构建;其次,基于Node. js运行环境搭建WebSocket服务器,并通过Node-EPICS事件驱动读取实验物理和工业控制系统（EPICS）的过程变量,实现对设备支持层数据更新事件的监听;最后,利用Socket. io套接字创建双向数据通道实现服务器到Unity客户端的实时数据传输。使用该方案构建的反应堆三维监控系统现已应用于中国科学院（CAS）钍基熔盐堆（TMSR）核能项目,该系统实现了核反应设备结构及物理特性在虚拟环境中的数字映射,具备网络通信、数据显示等功能,且数据更新周期达到100 ms,有助于监控人员掌握现场实际情况与指导运维检修。     

多路视频流边缘智能识别设备设计

变电站是电网运行的重要环节,其运维巡检质量关系变电站的安全稳定,变电设备数量增长和人员相对短缺的矛盾导致人工巡检往智能巡检方式转变。变电站视频设备数量众多,视频数据多通过光纤统一传输到后台服务器分析处理,为了解决传输通道带宽压力大,应用服务端计算性能要求高等问题,提高图像识别效率,基于人工智能与边缘计算技术,研制了变电站多路视频流边缘智能识别设备,分别从总体架构、主控软件、以及算法模型等方面开展了设计与开发,使用变电图像数据库,测试了缺陷智能识别算法的精度,并面向变电站智能运维场景开展试点应用验证,模型精度测试与实际应用结果表明,该设备智能识别精度可满足变电智能巡视业务需求,能够在边缘侧实现变电多路视频流的实时采集、在线智能识别、优化推流等功能,可显著提升变电站智能运维水平。     

虹桥220kV智能变电站设计与应用

智能变电站在线监测与故障诊断系统主要分为三个部分:过程层(包括现场监测终端、现场处理单元)、间隔层(包括IED及主IED)以及站控层(CAC)。其系统结构框图如下图所示,变压器油色谱在线监测、GIS局部放电监测、SF6气体、微水监测、容性设备(含避雷器监测)在线监测诊断等装置分别采集相应设备的状态数据,通过状态信息接入器汇总,再通过IEC61850协议发送到指定监控中心。虹桥220kV智能变电站的实施,提高了变电站运行的安全性和可靠性。     

数字孪生驱动的汇流行星排故障预测研究综述

为了在第四次工业革命中抢占制高点,各国紧锣密鼓地进行着自己的信息化建设,数字孪生技术作为关键技术之一,可以实现物理世界与信息世界的交互,将该技术应用到装甲车辆汇流行星排的故障预测,可以实时预测车辆运行状态,有效降低了事故发生的概率,大大提高了车辆的安全性,对提高战斗力有重要意义;在综述数字孪生技术于故障预测研究方面的发展历程的基础上,针对装甲车辆汇流行星排实际工作过程中难以及时预测故障的问题,提出了4层数字孪生框架,即物理实体层、信息交互层、数据互动层和人机交互层,并阐述了每一层的具体功能要求,预期实现装甲车辆汇流行星排在发生故障前及时预警,从而达到提高设备使用寿命及驾驶安全性的目的 .     

基于轮廓线与特征融合的电网变电设备三维自动化运检方法

因工作环境的复杂性,变电设备成为智能电网中故障频率最高的装置之一,易发生设备接地故障、保险熔断故障、绝缘材料老化等问题,为提高电网变电设备三维自动化运检精度,提出基于轮廓线与特征融合的电网变电设备三维自动化运检方法研究。采集电网变电设备三维图像,获取电网变电设备三维图像初始轮廓点,筛选变电设备轮廓点,依照顺序连接提取出的关键轮廓点,得到变电设备三维图像轮廓线,结合形态学滤波算法,对图像进行开、闭运算,依据轮廓线的闭合情况,分割出目标图像与背景图像,提取包括HOG特征与LBP特征的变电设备目标图像特征,经过特征融合后,构造最优分类超平面,制定电网变电设备三维自动化运检规则,判定变电设备运维情况,最终实现变电设备的三维自动化运检。实验数据显示：该方法识别出变电设备的正常与异常状态,在不同实验工况背景下,应用提出方法获得的变电设备运检精度达到了96%。提高了变电设备的自动化运检的识别及运检精度,满足现今变电设备的运检需求。     

数字孪生下的继电保护装置故障远程VR在线诊断系统设计

为了远程、在线交互地诊断继电保护装置故障,保证异常信号的完整性和监测过程的效率,设计数字孪生下的继电保护装置故障远程VR在线诊断系统。采用数字孪生技术构建继电保护装置诊断系统,通过感知层的感知设备、地面激光雷达采集继电保护装置电流电压数据以及点云数据,经网络层传输至平台层后,平台层利用运检管控平台管理、协调以及储存继电保护装置相关数据。应用层调用平台层整合后数据,运用小波信号检测理论检测继电保护装置的信号异常点,并通过故障诊断模块对比异常点数据与预期数据,VR远程监测模块将设备三维模型引入VR设备,可视化展现继电保护装置实时监控和检修作业情况,并通过统一视频平台完成与用户的虚拟交互。实验结果表明：该系统操作流畅、画面清晰,能够清晰监测继电保护装置的故障,迅速获取继电保护装置的异常信号。     

基于神经棒的电力变压器离线图像识别研究与应用

为解决智能移动设备在电力变压器等设备的巡检、运维工作的图像识别中难以适用于无网络的离线环境问题,本文综合考虑电力设备巡检、运维工作的实际需求和真实情况,设计一种基于神经棒的电力变压器离线图像识别系统。首先,引入卷积神经网络算法,构建深度学习图像识别模型,并利用真实图片数据集对模型进行训练调优;然后,创新地将模型集成到神经计算加速棒中,搭建电力变压器离线图像识别系统,进一步解决网络对系统的束缚;最后将本文的基于神经棒的电力变压器离线图像识别系统与现有的4G网环境下移动设备识别系统、离线环境下移动设备识别系统在贵州电网贵阳局城北分局提供的真实图片数据集上进行对比验证,结果表明本文提出的基于神经棒的电力变压器离线图像识别系统具有较高的识别准确率和稳定性。     

基于多智能体的数字孪生及其在工业中应用的综述

数字孪生是一种将物理实体数字化的技术,通过建立虚拟的数字孪生模型模拟实际的物理过程,以便进行模拟仿真、数据分析和优化设计等操作.鉴于此,分析数字孪生技术在复杂工业生产中的发展历程和研究现状,并重点讨论其概念、国家相关重点研究的政策,以及数字孪生使能技术在各行业的应用.主要途径是分析和综述基于多智能体的数字孪生、基于数字孪生的设计、制造和运维、数字孪生的集成在智能制造中的应用相关的研究成果.此外,提出高炉连续生产数字孪生方案和大飞机多智能体离散制造方案,高炉模型包括成分场大模型和增量学习小模型,该模型可以为数字孪生在复杂流程工业中的应用提供带有增量补偿的机理与计算机视觉相结合的解决方案.在复杂工业制造中,数字孪生和多智能体技术可以提高生产效率和质量,减少能源消耗和废品产生,同时也能够降低复杂度、安全风险和成本.     

基于电力物联网和GIS融合的变电智能运检系统研究

为了解决变电站数量剧增和变电运检人员逐渐减少形成的供需矛盾,同时也为了改变传统人工作业方式实现变电智能化运检的要求。本文以电力物联网感知层、传输层、数据层、应用层四个层级框架为基础,引入移动GIS和WebGIS,两者通过移动专网和通信协议融合,与分布式布置的服务器和数据库系统形成交互,解决了移动作业中系统定位和追踪、请求和反馈的问题,为移动作业的数据交互奠定基础。同时系统将变电运检业务梳理后的纸质版表单电子化后集成到移动终端,移动终端经电力4G专网和安全接入平台与办公系统、PMS系统、绩效系统三大国网内部网络互联,解决了人工纸质作业耗时、耗力、耗材的问题。变电业务办理均可在该系统中进行,降低了整体工作量和工作用时,实现了无纸化作业和实时移动办公。