CN107832533A - 一种基于三维信息模型的变电站实时监测展示方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于三维信息模型的变电站实时监测展示方法和***，方法包括：获取变电站待监测设备及其需展示的属性类型信息；建立设备数据库，用于存储待展示设备的运行数据信息；从变电站现场设备中实时获取待展示设备及其属性类型相对应的设备运行数据，并将设备运行数据写入设备数据表中；利用Bentley Navigator平台建立变电站的i‑Model三维模型，并根据设备数据库中设备运行数据的实时变化更新变电站i‑Model三维模型及其展示；识别用户对所展示的i‑Model三维模型中设备的点击动作，将被点击设备在设备数据表中的属性数据予以展示。本发明可实现对变电站静态数据和动态数据的综合展示，以实时集中的反映变电站设备的各种静态数据信息以及动态运行信息，方便设备故障的及时预知，提高变电站的运检效率。
Description
技术领域
本发明涉及变电站监测技术领域，特别是一种基于三维信息模型的变电站实时监测展示***。
背景技术
变电站三维数字化设计及三维数字信息模型数字化交付，在国内外已经广泛开展。与传统二维设计相比，采用数字化三维设计，可以减少设计成品中的问题（电气与土建专业空间碰撞、尺寸和材料量误差、材料设备统计错误），可以优化站内空间的布置、保证安全间距、提高空间利用效率，可以提高设计、建设效率（快速准确统计物资，提高招标精度），还可以将设计数据传递给技经***，快速完成项目概预算；可以将设计数据传递给施工和运维部门，在日常的巡视和设备检修时应用。
国内已经开展变电站三维数字化设计成果的移交试点工作，但目前多数关注的是变电站静态数据的交付及应用，包括设备的设计数据、工程图纸、三维信息模型、工程量清单、安全记录等。国外在变电站设备运营维护方面，也在开展了变电站数据模型的研究与应用，在设备运捡维护上，提出以设备可靠性为基础的运捡机制，根据对设备综合数据信息的监测分析，在阈值之前对设备进行维护保养，以确保设备运行的安全。
国外在变电站设备运营维护方面也在开展变电站数据模型的研究与应用，在设备运捡维护上，提出以设备可靠性为基础的运捡机制，根据对设备综合数据信息的监测分析，提前发现设备运行的可靠性趋势，在阀值之前对设备进行维护保养，以确保设备运行的安全。
目前国内外的三维变电站数字模型及相应的应用展示***，只能展示变电站的空间位置信息及设备设计参数、相关图纸、文档等静态信息，不能及时反映设备当前的运行状态及运行数据。现有的运行监控***，多是通过平面拓扑逻辑视图来反映设备的运行状态及数据，缺少三维虚拟环境的表现。在出现运行突发事件时，无法快速了解现场的环境状况，不利于快速准确的做出应急方案。
发明内容
本发明的目的是，基于三维涉及信息模型技术，结合三维可视化环境和变电站SCADA动态运行数据集成，实现对变电站静态数据和动态数据的综合展示，以实时集中的反映变电站设备的各种静态数据信息以及动态运行信息，方便设备故障的及时预知，提高变电站的运检效率。
本发明采取的技术方案为：一种基于三维信息模型的变电站实时监测展示方法，包括：
S1，获取变电站待监测设备及其需展示的属性类型信息；
S2，根据S1获取的信息，建立设备、设备点号与设备属性三者之间的映射关系表；
S3，建立设备数据库，在设备数据库中建立多个分别对应不同设备的设备数据表，各设备数据表中包括相应设备的多个不同属性；
S4，从变电站现场设备中实时获取与步骤S1所述待监测设备及其需展示属性类型相对应的设备运行数据；
S5，按照S2所述映射关系表中设备、设备点号与设备属性三者之间的映射关系，将S4获取的设备运行数据写入S3建立的相应设备的设备数据表中；
S6，基于设备数据库中的设备运行数据和变电站设备空间位置数据，利用BentleyNavigator平台建立变电站的i-Model三维模型；
S7，发布并展示已建立的变电站i-Model三维模型，并根据设备数据库中设备运行数据的实时变化更新变电站i-Model三维模型及其展示；
S8，识别用户对所展示的i-Model三维模型中设备的点击动作，将被点击设备在设备数据库中相应设备数据表中的属性数据予以展示。
进一步的，本发明还包括S9，设置设备属性的报警阈值，将S4得到的设备数据库中的设备属性值与相应的报警阈值进行对比，若超过报警阈值，则展示输出相应设备的报警信息。报警的展示可采用相应设备的圈选结合报警音等方式，当用户点击报警中的设备模型时，展示界面即显示该设备的当前运行数据，展示内容还可扩展有与报警阈值之间的差值等信息。
S1中，待监测展示的设备和属性类型根据变电站运检部门的具体需求确定，列出变电站三维实时监测展示***需要显示的设备类型清单以及每一类设备的属性清单，每一类属性值显示的格式和类型，这些最终决定了展示***的数据存储和展示界面。
进一步的，S2包括为各待监测设备分别设置唯一编号，S3中各设备编号分别对应一个设备数据表，S2中映射关系表包括设备编号、设备点号与设备属性三者之间的映射关系。
S4所述的变电站现场设备包括变电站已有的直流监控***、交流监控***以及视频监控***，其中交/直流监控***布置在安全Ⅰ区，视频监控***布置在安全Ⅱ区。
优选的，S3中设备数据库采用SQL Server 数据库，S4在从安全Ⅰ区的直流监控***和交流监控***中获取到实时设备运行数据后，将设备运行数据转换为E文件格式，然后在步骤S5时将E文件中的设备运行数据写入设备数据表。
本发明采用SQL Server 的设备数据库是可定义扩展的，其中各设备数据表的定义参考变电站信息点表的定义，可通过梳理变电站信息点表，根据其中的遥测和遥信点号，在映射关系表中相应设备编号下添加一一对应的设备点号和设备属性字段，然后即可根据点号与属性的映射关系，将E文件数据写入对应的设备数据表。
本发明采用E文件作为中间数据格式，与变电站SCADA***数据和输变电线路调度数据实现数据获取，E文件是一种通用的电力***数据标记语言，是在IEC 61970–301电力***公用数据模型CIM（Common Information Model）的面向对象抽象基础上，针对CIM在以XML方式进行描述时的效率缺陷所制定的一种新型高效的电力***数据标记语言。该文件格式易读易扩展，能适应各种遥测、遥信数据的传递，基于国家电网公司企业标准 Q/GDW215―2008电力***数据标记语言-E语言规范。
优选的，设备数据库的容量为，使得各设备数据表可至少存储设备三个月的运行数据。由此，本发明在设备数据展示时可展示多个时间的运行数据，提高展示效率，同时方便工作人员对设备运行状态趋势的估计，以及时预知设备故障。
本发明S6中，Bentley Navigator是一个成熟的三维检视平台，其提供了强大的二次开发接口。本发明的设备运行数据展示部分采用Navigator的插件技术，当程序启动时，会自动加载展示插件，当浏览点击某设备的三维模型时，展示窗口将以图表形式显示出该设备的各种设计信息、扩展属性、附件以及各种动态数据。
本发明还公开一种基于三维信息模型的变电站实时监测展示***，包括：
设备运行数据获取模块，实时获取待监测设备的运行数据信息；设备运行数据信息包括设备点号及相应的属性；
设备数据库模块，包括设备映射关系表和对应各待监测设备的设备数据表，设备映射关系表中包括各设备与设备点号、设备属性之间的映射关系信息，各设备数据表用于存储相应待监测设备的设备点号及其相应的属性；
三维模型建立模块，基于设备数据库中的设备运行数据和变电站设备空间位置数据，利用Bentley Navigator平台建立变电站的i-Model三维模型；
展示模块，包括三维模型展示单元和属性信息展示单元，三维模型展示单元发布并展示已建立的变电站i-Model三维模型，并根据设备数据库中设备运行数据的实时变化更新变电站i-Model三维模型及其展示；属性信息展示单元识别用户对所展示的i-Model三维模型中设备的点击动作，将被点击设备在设备数据库中相应设备数据表中的属性数据予以展示。
本发明还包括报警模块，报警模块中预设有对应各设备各点号的属性报警阈值，报警模块根据设备数据表中的实时属性值与相应的属性报警阈值进行对比，若超过属性报警阈值，则输出相应设备的报警信息。报警信息的展示可通过展示模块实现。
优选的，设备数据库模块中，各待监测设备分别设置有唯一编号，映射关系表包括设备编号、设备点号与设备属性三者之间的映射关系，各设备编号分别对应一个设备数据表。
本发明中，利用Bentley Navigator平台建立变电站的i-Model三维模型为现有技术，利用其中的插件技术加载模型成员属性信息（即本发明的设备属性数据）亦为现有技术。
有益效果
本发明充分利用三维可视化环境和变电站SCADA动态运行数据集成，实现了变电站静态数据和动态数据的综合展示。在全站三维设计信息模型基础上，本发明集成了设备在线运行监测***、视频监控***的实时数据，利用变电站三维数字模型，及时展示、监控关键设备的运行状态、动态数据及运行数据发展趋势，在虚拟现实的环境中，集中展示变电站设备的各种静态数据信息和动态运行信息，可帮助提高变电站的运检管理效率、应急方案的精确性，可以提高变电站的综合管理水平。
附图说明
图1所示为本发明变电站三维实时监测展示方法实现逻辑拓扑示意图；
图2所示为本发明变电站三维实时监测展示***实现流程原理示意；
图3所示为站区关键设备实时监控界面示意图；
图4所示为设备设计参数和运行参数查询展示界面示意图；
图5所示为仪表动态参数展示界面示意图；
图6所示为线路潮流动态参数展示界面示意图；
图7所示为线路潮流数据曲线展示界面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
本发明中，利用Bentley Navigator平台建立变电站的i-Model三维模型为现有技术，利用其中的插件技术加载模型成员属性信息（即本发明的设备属性数据）亦为现有技术。
实施例1
参考图1和图2，一种基于三维信息模型的变电站实时监测展示方法，包括：
S1，获取变电站待监测设备及其需展示的属性类型信息；
S2，根据S1获取的信息，建立设备、设备点号与设备属性三者之间的映射关系表；
S3，建立设备数据库，在设备数据库中建立多个分别对应不同设备的设备数据表，各设备数据表中包括相应设备的多个不同属性；
S4，从变电站现场设备中实时获取与步骤S1所述待监测设备及其需展示属性类型相对应的设备运行数据；
S5，按照S2所述映射关系表中设备、设备点号与设备属性三者之间的映射关系，将S4获取的设备运行数据写入S3建立的相应设备的设备数据表中；
S6，基于设备数据库中的设备运行数据和变电站设备空间位置数据，利用BentleyNavigator平台建立变电站的i-Model三维模型；
S7，发布并展示已建立的变电站i-Model三维模型，并根据设备数据库中设备运行数据的实时变化更新变电站i-Model三维模型及其展示；
S8，识别用户对所展示的i-Model三维模型中设备的点击动作，将被点击设备在设备数据库中相应设备数据表中的属性数据予以展示。
进一步的，方法还包括S9，设置设备属性的报警阈值，将S4得到的设备数据库中的设备属性值与相应的报警阈值进行对比，若超过报警阈值，则展示输出相应设备的报警信息。报警的展示可采用相应设备的圈选结合报警音等方式，当用户点击报警中的设备模型时，展示界面即显示该设备的当前运行数据，展示内容还可扩展有与报警阈值之间的差值等信息。
S1中，待监测展示的设备和属性类型根据变电站运检部门的具体需求确定，列出变电站三维实时监测展示***需要显示的设备类型清单以及每一类设备的属性清单，每一类属性值显示的格式和类型，这些最终决定了展示***的数据存储和展示界面。
S2包括为各待监测设备分别设置唯一编号，S3中各设备编号分别对应一个设备数据表，S2中映射关系表包括设备编号、设备点号与设备属性三者之间的映射关系。
S4所述的变电站现场设备包括变电站已有的直流监控***、交流监控***以及视频监控***，其中交/直流监控***布置在安全Ⅰ区，视频监控***布置在安全Ⅱ区。
优选的，S3中设备数据库采用SQL Server 数据库，S4在从安全Ⅰ区的直流监控***和交流监控***中获取到实时设备运行数据后，将设备运行数据转换为E文件格式，然后在步骤S5时将E文件中的设备运行数据写入设备数据表。也即，本发明开发的数据获取接口在通过横向隔离装置获取设备运行数据后，对数据进行E文件格式的转换，然后将转换后的数据存入设备数据库。
本发明采用SQL Server 的设备数据库是可定义扩展的，其中各设备数据表的定义参考变电站信息点表的定义，可通过梳理变电站信息点表，根据其中的遥测和遥信点号，在映射关系表中相应设备编号下添加一一对应的设备点号和设备属性字段，然后即可根据点号与属性的映射关系，将E文件数据写入对应的设备数据表。
设备数据库的容量为，使得各设备数据表可至少存储设备三个月的运行数据。由此，本发明在设备数据展示时可展示多个时间的运行数据，提高展示效率，同时方便工作人员对设备运行状态趋势的估计，以及时预知设备故障。
S6中，Bentley Navigator是一个成熟的三维检视平台，其提供了强大的二次开发接口。本发明的设备运行数据展示部分采用Navigator的插件技术，当程序启动时，会自动加载展示插件，当浏览点击某设备的三维模型时，展示窗口将以图表形式显示出该设备的各种设计信息、扩展属性、附件以及各种动态数据。
实施例2
一种基于三维信息模型的变电站实时监测展示***，包括：
设备运行数据获取模块，实时获取待监测设备的运行数据信息；设备运行数据信息包括设备点号及相应的属性；
设备数据库模块，包括设备映射关系表和对应各待监测设备的设备数据表，设备映射关系表中包括各设备与设备点号、设备属性之间的映射关系信息，各设备数据表用于存储相应待监测设备的设备点号及其相应的属性；
三维模型建立模块，基于设备数据库中的设备运行数据和变电站设备空间位置数据，利用Bentley Navigator平台建立变电站的i-Model三维模型；
展示模块，包括三维模型展示单元和属性信息展示单元，三维模型展示单元发布并展示已建立的变电站i-Model三维模型，并根据设备数据库中设备运行数据的实时变化更新变电站i-Model三维模型及其展示；属性信息展示单元识别用户对所展示的i-Model三维模型中设备的点击动作，将被点击设备在设备数据库中相应设备数据表中的属性数据予以展示。
本发明还包括报警模块，报警模块中预设有对应各设备各点号的属性报警阈值，报警模块根据设备数据表中的实时属性值与相应的属性报警阈值进行对比，若超过属性报警阈值，则输出相应设备的报警信息。报警信息的展示可通过展示模块实现。
设备数据库模块中，各待监测设备分别设置有唯一编号，映射关系表包括设备编号、设备点号与设备属性三者之间的映射关系，各设备编号分别对应一个设备数据表。
实施例3
在本实施例中，变电站三维实时监测展示***布置在安全III区，位于安全I区的直流监控***和交流监控***的实时数据，通过E文件形式，经过横向安全隔离装置发布到位于安全III区的独立服务器上，对实时数据进行数据库存储。现场监控视频***布置在安全II区，当需要查看某个现场视频画面时，通过安全II区的视频***，直接将视频信号发布到安全III区的三维实时监测展示***服务器进行展示。当Bentley Navigator平台启动打开发布后的i-Model三维模型后，将同时加载实时数据，展示模块加载后，将启动内部的计时器，按设定的时间间隔与设备在线监控***进行通讯，获取最新的动态数据，两个***之间的数据以E文件中间交换格式，展示模块获取数据后，将数据存入展示***的后台数据库。当点击某个设备后，***将从三维模型里获取到当前设备的编码，在后台数据库查询该设备的运行数据，并将最新的数据以各种自定义方式在展示窗口中显示。
在本实施例中，变电站三维实时监测展示***采用Windows后台服务程序多线程方式采集数据技术，把接收数据的功能放到后台服务中，使用不同的线程定时去获取站内和输电线路潮流数据，当某部分数据读取有问题时，不会影响其他数据的读取，而且提高了数据读取的效率，可以实现不间断数据采集。
在本实施例中，变电站三维实时监测展示***采用SQL Server数据库，考虑到实时数据的展示频率，以保存三个月数据为例，数据表将会保存大量的数据，为了***的展示效率，数据库本身的运行效率和性能是一个重要指标，同时兼顾数据库本身的管理易用性，最终选择了微软SQL Server数据库。
在本实施例中，变电站三维实时监测展示***采用E文件中间数据格式与变电站SCADA***数据和输电线路调度数据实现数据通信交互。E文件是一种通用的电力***数据标记语言，该文件格式易读易扩展，能适应各种遥测、遥信数据的传递。
在本实施例中，变电站三维实时监测展示***后台数据库表是可定义扩展的，设备数据表的定义依赖变电站信息点表的定义，通过梳理变电站信息点表，根据遥测和遥信点号，在属性映射表添加点号和设备数据表属性字段一一对应，后台服务根据点号和属性的映射关系，把E文件数据写入对应的设备数据表，这种库表结构可以支持任意设备和属性的定义扩展，而不需要去修改***软件本身。
参考图3至图7，在本实施例中，变电站三维实时监测展示***前台展示程序根据后台可扩展的数据表，定义了一种动态的数据容器对象来加载不同的设备数据，然后根据设备属性描述表、显示配置表来实现界面显示，设备属性描述表决定了属性列表和提示窗口属性名称、属性描述、单位等信息的显示，显示配置表决定了设备数据是否需要显示曲线，哪些属性将展示到相同的标签页，哪些属性需要设置阈值报警。
本发明在全站三维设计信息模型基础上，集成变电站已有的设备在线运行监测***、辅助控制***、视频监控***的实时数据，实现变电站三维数字模型，以监控、展示关键设备的运行状态、动态数据及运行数据发展趋势。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于三维信息模型的变电站实时监测展示方法，其特征是，包括：
S1，获取变电站待监测设备及其需展示的属性类型信息；
S2，根据S1获取的信息，建立设备、设备点号与设备属性三者之间的映射关系表；
S3，建立设备数据库，在设备数据库中建立多个分别对应不同设备的设备数据表，各设备数据表中包括相应设备的多个不同属性；
S4，从变电站现场设备中实时获取与步骤S1所述待监测设备及其需展示属性类型相对应的设备运行数据；
S5，按照S2所述映射关系表中设备、设备点号与设备属性三者之间的映射关系，将S4获取的设备运行数据写入S3建立的相应设备的设备数据表中；
S6，基于设备数据库中的设备运行数据和变电站设备空间位置数据，利用BentleyNavigator平台建立变电站的i-Model三维模型；
S7，发布并展示已建立的变电站i-Model三维模型，并根据设备数据库中设备运行数据的实时变化更新变电站i-Model三维模型及其展示；
S8，识别用户对所展示的i-Model三维模型中设备的点击动作，将被点击设备在设备数据库中相应设备数据表中的属性数据予以展示。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，还包括S9，设置设备属性的报警阈值，将S4得到的设备数据库中的设备属性值与相应的报警阈值进行对比，若超过报警阈值，则展示输出相应设备的报警信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，S2包括为各待监测设备分别设置唯一编号，S3中各设备编号分别对应一个设备数据表，S2中映射关系表包括设备编号、设备点号与设备属性三者之间的映射关系。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征是， S3中设备数据库采用SQL Server 数据库，S4在从安全Ⅰ区的直流监控***和交流监控***中获取到实时设备运行数据后，将设备运行数据转换为E文件格式，然后在步骤S5时将E文件中的设备运行数据写入设备数据表。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，设备数据库的容量为，使得各设备数据表可至少存储设备三个月的运行数据。
6.一种基于三维信息模型的变电站实时监测展示***，其特征是，包括：
设备运行数据获取模块，实时获取待监测设备的运行数据信息；设备运行数据信息包括设备点号及相应的属性；
设备数据库模块，包括设备映射关系表和对应各待监测设备的设备数据表，设备映射关系表中包括各设备与设备点号、设备属性之间的映射关系信息，各设备数据表用于存储相应待监测设备的设备点号及其相应的属性；
三维模型建立模块，基于设备数据库中的设备运行数据和变电站设备空间位置数据，利用Bentley Navigator平台建立变电站的i-Model三维模型；
展示模块，包括三维模型展示单元和属性信息展示单元，三维模型展示单元发布并展示已建立的变电站i-Model三维模型，并根据设备数据库中设备运行数据的实时变化更新变电站i-Model三维模型及其展示；属性信息展示单元识别用户对所展示的i-Model三维模型中设备的点击动作，将被点击设备在设备数据库中相应设备数据表中的属性数据予以展示。
7.根据权利要求6所述的基于三维信息模型的变电站实时监测展示***，其特征是，还包括报警模块，报警模块中预设有对应各设备各点号的属性报警阈值，报警模块根据设备数据表中的实时属性值与相应的属性报警阈值进行对比，若超过属性报警阈值，则输出相应设备的报警信息。
8.根据权利要求6所述的基于三维信息模型的变电站实时监测展示***，其特征是，设备数据库模块中，各待监测设备分别设置有唯一编号，映射关系表包括设备编号、设备点号与设备属性三者之间的映射关系，各设备编号分别对应一个设备数据表。
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