CN113988633A - 一种数字孪生变电站防误操作*** - Google Patents
一种数字孪生变电站防误操作*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种数字孪生变电站防误操作***，包括设备监控单元、人员监控单元、物联网基站以及管理后台，监控单元对多个监测点的电力设备数据、环境数据、实景数据以及图像数据进行实时采集；人员监控单元实时采集变电站内人员的运动路径、身份识别以及生命体征相关数据；物联网基站用于实时数据流的收发传输；管理后台，对接处理采集的数据流，判断变电站的电气设备是否运行异常，管理后台可建立3D模型，划分工作区域与非工作区域，生成操作票信息。本发明形成整体性的监控统一管理，对人员进行训练模拟，规划人员工作路线，其运维成本低，可分层展示防误，促进变电站的五防能力，保护电气设备和人身安全，保障电网稳定安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及电力物联网安全技术领域，具体涉及一种数字孪生变电站防误操作***。
背景技术
随着人工智能、5G、IOT技术的应用，世界能源发展呈现出智能高效的新趋势。需要顺应时代，大力推动能源技术革命，带动产业升级，因此，智能电网已成为我国未来电网发展的方向。数字孪生是通过充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。
现有技术中，多集中针对于变电站的设备进行监测及运维，为监控电力设备的运行工况、通信状态、健康状况提供途径，如“CN202011557328.5”公开了“一种变电站综自装置健康诊断及监视***和方法”，其***可以直接从变电站综自装置获取原始数据进行实时监测，并通过数据处理进行健康诊断，提早发出告警信号，有助于变电站综自装置的健康诊断及监视，但其调控管理端难以对变电站及其相关设备做到全局性的把控，一方面，存在人员调控优化空间，对人员实际工作缺乏，投入成本较高，缺乏人员防误的控制能力，其防误操作能力不足，整体***的安全性低，另一方面，实景仅能通过视频数据反馈，难以对变电站及其相关设备做到全方位的定点位监控，调控管理端对故障点找准界定存在一定障碍。
发明内容
为解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供了一种数字孪生变电站防误操作***，可形成整体性的监控区域，其运维成本低，反映设备生命周期，可有效保护设备和人身安全，保障电网安全稳定运行。
本发明提供如下技术方案:
一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于，包括：
设备监控单元，对所述变电站内一次设备与二次设备及变电站所处环境进行识别与数据采集；
人员监控单元，对所述变电站内人员的运动路径、身份识别以及生命体征相关数据进行实时采集；
物联网基站，用于实时数据流的收发传输，其通信地耦合连接所述设备监控单元与所述人员监控单元，以反馈采集到的数据流；
管理后台，对接处理采集的数据流，以查阅、存储和回放所述变电站的运行状态信息以及人员的状态信息，判断变电站的电气设备是否运行异常，所述管理后台与所述人员监控单元进行双向交互；
防误终端，耦合连接所述变电站内一次设备与二次设备，以对一次设备与二次设备执行分合操作，所述防误终端通信连接所述管理后台。
优选地，所述一次设备与所述二次设备上设置有多个监测点，设备监控单元用于对多个监测点的电力设备数据、环境数据、实景数据以及图像数据进行实时采集，设备监控单元包括：
传感器检测模组，其配置有对多个监测点分别进行监测的电压检测模块、电流检测模块以及温度检测模块，所述电压检测模块获取多个监测点的电压信息，所述电流检测模块获取多个监测点的电流信息，所述温度检测模块获取多个监测点的温度信息；
摄像模组，其配置有实景采集模块、图像采集模块、气温采集模块，所述实景采集模块对所述一次设备与所述二次设备及其所处环境进行用于构建3D模型的多角度实景采集，所述图像采集模块用于采集记录所述一次设备与所述二次设备及其所处环境、所述变电站内人员的图像数据，所述图像采集模块具有自动调整拍摄视距和焦距的能力，所述气温采集模块用于采集变电站所处环境的气压与温度数据。
优选地，所述人员监控单元包括：
人员穿戴模块，用于记录人员的运动路径以及生命体征，通过管理后台收集的数据流对人员身体状态进行诊断
人脸识别模块，用于识别人员的身份信息；
通道门模块，用于验证人员的工作，所述人脸识别模块耦合连接所述通道门模块，所述管理后台具有对所述通道门模块的通行授予能力；
通讯模块，所述通讯模块为双向通信。
优选地，所述管理后台配置有评价模块，所述评价模块根据对多个监测点关联的数据流进行评价分析所述一次设备与所述二次设备的健康度与负荷率，以对所述一次设备与所述二次设备的检修提供决策依据。
优选地，所述管理后台通过服务器双向通信连接所述物联网基站，所述服务器可连接多个物联网基站，所述服务器处于长时间的响应工作模式。
优选地，所述防误终端用于控制所述一次设备与所述二次设备的分合操作，所述防误终端包括电气锁、接地锁、网门锁以及刀闸锁，所述管理后台可发出分合指令对所述防误终端进行控制。
优选地，所述管理后台配置有：
防误展示模块，用于分层显示防误终端的工作状态以及运行参数信息，所述防误展示模块具有二维操作界面与三维操作界面；
预警模块，用于对接所述人员监控单元，分析判断人员的运动路径，当人员的运动路径进入非工作区域，预警模块及时发出预警指令至人员监控单元；
所述预警模块可对接所述设备监控单元，当设备监控单元监测到变电站数据异常时，预警模块及时发出预警指令至人员监控单元；
所述预警模块可对接所述防误展示模块，当防误终端的工作状态异常时，所述管理后台通过预警模块进行响应示警。
优选地，所述管理后台配置有模拟仿真模块，所述模拟仿真模块用于配置变电站的电气设备的工作状态、逻辑运行参数以及显示方式，所述模拟仿真模块可对人员进行电力、环境以及实景的训练模拟，可根据操作票信息规划模拟人员的工作路线。
优选地，所述管理后台内设置有存储器，所述存储器配置有所述管理后台的执行程序。
优选地，所述管理后台可根据数据流建立3D模型，划分工作区域与非工作区域，生成操作票信息，所述管理后台包括：
3D建模模块，基于所述摄像模组采集的实景数据与图像数据，并对接传感器检测模组采集的电力设备数据，建立变电站***的3D模型，以复原变电站工作场景。
优选地，所述一次设备包括断路器、隔离开关、临时接地以及电气设备仓门。
优选地，所述二次设备包括软压板、硬压板、切换端子、控制开关、解锁开关以及低压断路器。
本发明的有益效果为：
通过设备监控单元配合人员监控单元将变电站和人员进行统一调控管理，构建整体性的监控区域，并可查阅变电站的运行状态信息以及人员的状态信息，判断变电站的电气设备是否运行异常，管理后台根据数据流建立3D模型，划分工作区域与非工作区域，生成操作票信息，规划人员的工作路线，大大提高工作效率；
管理后台可与人员监控单元进行双向交互，通过人员监控单元对人员健康进行智能诊断，利用评价模块对设备运行状况与评价精准，有效反映设备生命周期，利用预警模块发送预警指令至人员监控单元；利用防误终端对人员的误操作进行管控，防误展示模块进行分层展示防误关联的电气设备及其操作、状态，促进变电站的五防能力，防误终端通信对接管理后台，可有效降低人为操作错误，有效防止误操作事故发生；可降低变电站运维成本，保障电网安全稳定运行，保护设备和人身安全；
人员可通过模拟仿真模块在管理后台上进行模拟预演、实际操作和仿真培训，促进人员熟悉变电站相关电力***及其操作流程。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明实施例之一的工作原理图；
图2为本发明实施例之二的工作原理图；
图3为本发明实施例中防误终端的工作原理图；
图4为本发明变电站的结构示意图；
图5为本发明防误展示终端工作界面的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的实施例作详细说明。
本发明应用于电力***的变电站及其相关的管控操作，促进变电站的安全能力，保障电力***供配电的可靠运行，为组建智能电网，节约人力成本提供思路。
实施例1：
请参阅图1-图5，本实施例提供了一种数字孪生变电站防误操作***，***包括：
设备监控单元，对变电站内一次设备与二次设备及变电站所处环境进行识别与数据采集，一次设备与二次设备上设置有多个监测点，设备监控单元用于对多个监测点的电力设备数据、环境数据、实景数据以及图像数据进行实时采集；
人员监控单元，对变电站内人员的运动路径、身份识别以及生命体征相关数据进行实时采集；
物联网基站，用于实时数据流的收发传输，其通信地耦合连接设备监控单元与人员监控单元，以反馈采集到的数据流；
管理后台，对接处理采集的数据流，以查阅、存储和回放变电站的运行状态信息以及人员的状态信息，判断变电站的电气设备是否运行异常，管理后台根据数据流建立3D模型，划分工作区域与非工作区域，生成操作票信息，管理后台与人员监控单元进行双向交互；
管理后台通过服务器双向通信连接物联网基站，服务器可连接多个物联网基站，服务器处于长时间的响应工作模式；
防误终端，耦合连接变电站内一次设备与二次设备，以对一次设备与二次设备执行分合操作，防误终端通信连接管理后台。
其管理后台配置有：
防误展示模块，用于分层显示防误终端的工作状态以及运行参数信息，防误展示模块具有二维操作界面与三维操作界面，以对接变电站的电气设备，对智能锁具及设备门、通道门开闭状态进行显示，其二维界面可设置为电气设备的接线图；
变电站配置有对接物联网基站进行通信的智能锁具，具体根据实际应用场合设置，可通过智能锁具管控变电站内设置的通道门的开闭状态，防误展示模块可相应对接显示该智能锁具的工作运行状态。
预警模块，用于对接人员监控单元，分析判断人员的运动路径，当人员的运动路径进入非工作区域，预警模块及时发出预警指令至人员监控单元；预警模块可对接设备监控单元，当设备监控单元监测到变电站数据异常时，预警模块及时发出预警指令至人员监控单元；预警模块可对接防误展示模块，当防误终端的工作状态异常时，管理后台通过预警模块进行响应示警。
***可通过防误展示模块显示临时接地锁的状态，当显示接地线挂接出现异常情况，出现带电挂接地线时或出现带地线送电时，管理后台及时发出示警指令进行响应报警，通知相关工作人员，立即停止作业。
其中，管理后台内设置有存储器，存储器内配置有管理后台的执行程序。
防误终端用于控制一次设备与二次设备的分合状态，防误终端包括电气锁、接地锁、网门锁以及刀闸锁，管理后台发出分合指令对防误终端进行控制，通过防误终端对人员的误操作进行管理控制，避免影响变电站正常运行；需要说明的是，电气锁为开关电气锁，以实现电气节点处的闭锁接点和开关分合，接地锁为接地桩/临时接地桩、地线挂接，其包括接地刀闸，网门锁为网门锁具与设备仓门，实现电气设备间等网门的开闭，刀闸锁为刀闸锁具与刀闸，其刀闸包括电动刀闸和手动刀闸。
管理后台配置有模拟仿真模块，模拟仿真模块用于配置变电站的电气设备的工作状态、逻辑运行参数以及显示方式，模拟仿真模块可对人员进行电力、环境以及实景的训练模拟，可根据操作票信息规划模拟人员的工作路线，其引入模拟仿真模式，可实现操作仿真、可视化监视，用户人员可在仿真模式下进行模拟操作，配置电气设备的工作运行参数，以进行灵活的仿真培训。
在一些实施方式中，管理后台配置有评价模块，评价模块根据对多个监测点关联的数据流进行评价，获取变电站的运行状态信息，再与预先存储设备工作参数进行比对，得到变电站设备的健康状况信息，以具体分析一次设备与二次设备的健康度与负荷率，以对一次设备与二次设备的检修提供决策依据，有效反映设备生命周期。
在一些实施方式中，其一次设备可包括断路器、隔离开关、临时接地以及电气设备仓门，其二次设备可包括软压板、硬压板、切换端子、控制开关、解锁开关以及低压断路器。
实施例2：
在上述实施例的基础上，设备监控单元包括传感器检测模组与摄像模组；
传感器检测模组具体配置有对多个监测点分别进行监测的电压检测模块、电流检测模块以及温度检测模块，电压检测模块获取多个监测点的电压信息，电流检测模块获取多个监测点的电流信息，温度检测模块获取多个监测点的温度信息；传感器检测模组可配置在线监测模块以及辅助监控模块，以进行获取电气设备的工作状态，并通过物联网基站反馈至管理后台，在线及时反馈数据，为管理后台分析故障趋势、生成可靠操作票提供基础。
摄像模组配置有实景采集模块、图像采集模块、气温采集模块，实景采集模块可对变电站及其一次设备、二次设备多角度进行拍摄采集，多角度实景采集，实景数据通过物联网基站上传到服务器，以构建全方位的3D模型，图像采集模块用于采集记录一次设备与二次设备及其所处环境、变电站内人员的图像数据，图像采集模块具有自动调整拍摄视距和焦距的能力，气温采集模块用于采集变电站所处环境的气压与温度数据；
管理后台配置有3D建模模块，3D建模模块基于摄像模组采集的实景数据与图像数据，并对接传感器检测模组采集的电力设备数据，建立变电站***的3D模型，可以复原变电站工作场景，通过生成的3D模型查看变电站关联的区域信息，在3D模型建立完成后，根据所需的监测点进行实际的参数设置，以采集监控所需监测点，避免过高资源的投入，节约成本；
实景采集模块与图像采集模块可选择搭载合理的定点或非定点式的采集，可选取搭载无人机、巡航车/机器人、轨道机的方式进行巡回采集图像数据，管理后台可进行远程的调节控制。
实施例3：
在上述实施例的基础上，人员监控单元配置有人员穿戴模块、人脸识别模块、通道门模块以及通讯模块；
人员穿戴模块用于记录人员的运动路径以及生命体征，通过管理后台收集的数据流对人员身体状态进行诊断，监督人员的身体健康状况；
人脸识别模块用于识别人员的身份信息；
通道门模块用于基于人员的操作等级对工作区域与非工作区域进行划定，人脸识别模块耦合连接通道门模块，管理后台具有对通道门模块的通行授予能力；
通讯模块为双向通信。
其通过人员监控单元可验证、规划及记录人员的工作任务与运动路径，有效管理人员的流动分配，可通过设备监控单元进行辅助配合监测，以保障人员的安全。
在一些实施方式中，人员穿戴模块包括智能头盔、智能眼镜、智能手环以及GPS***。
本发明的工作原理包括：通过管理后台根据接收到的数据流，电力设备数据、环境数据、实景数据以及图像数据，调阅视频图像数据，查看一次设备、二次设备、变电站以及所处环境的具体信息，反映出变电站及其相关设备的全生命周期，利用3D建模模块构建3D模型，以查看变电站所有区域信息，并对接模拟仿真模块，为实景训练模拟提供可靠手段；同时基于设备缺陷报告、检修记录、运行工况等历史数据，建立相应的故障预测模型，对设备故障的精准预测，提醒人员进行检修工作；可通过模拟仿真模块在管理后台上进行模拟预演、实际操作和仿真培训，促进人员熟悉变电站相关电力***及其操作流程；通过防误展示模块进行分层展示防误关联的电气设备及其操作、状态，促进变电站的五防能力，形成整体性的监控统一管理，保障电网稳定安全运行。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化与改进。
Claims (10)
1.一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于，包括：
设备监控单元，对所述变电站内一次设备与二次设备及变电站所处环境进行识别与数据采集；
人员监控单元，对所述变电站内人员的运动路径、身份识别以及生命体征相关数据进行实时采集；
物联网基站，用于实时数据流的收发传输，其通信地耦合连接所述设备监控单元与所述人员监控单元，以反馈采集到的数据流；
管理后台，对接处理采集的数据流，以查阅、存储和回放所述变电站的运行状态信息以及人员的状态信息，判断变电站的电气设备是否运行异常，所述管理后台与所述人员监控单元进行双向交互；
防误终端，耦合连接所述变电站内一次设备与二次设备，以对一次设备与二次设备执行分合操作，所述防误终端通信连接所述管理后台。
2.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于：所述一次设备与所述二次设备上设置有多个监测点，设备监控单元用于对多个监测点的电力设备数据、环境数据、实景数据以及图像数据进行实时采集，设备监控单元包括：
传感器检测模组，其配置有对多个监测点分别进行监测的电压检测模块、电流检测模块以及温度检测模块，所述电压检测模块获取多个监测点的电压信息，所述电流检测模块获取多个监测点的电流信息，所述温度检测模块获取多个监测点的温度信息；
摄像模组，其配置有实景采集模块、图像采集模块、气温采集模块，所述实景采集模块对所述一次设备与所述二次设备及其所处环境进行用于构建3D模型的多角度实景采集，所述图像采集模块用于采集记录所述一次设备与所述二次设备及其所处环境、所述变电站内人员的图像数据，所述图像采集模块具有自动调整拍摄视距和焦距的能力，所述气温采集模块用于采集变电站所处环境的气压与温度数据。
3.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于：所述人员监控单元包括：
人员穿戴模块，用于记录人员的运动路径以及生命体征，通过管理后台收集的数据流对人员身体状态进行诊断
人脸识别模块，用于识别人员的身份信息；
通道门模块，用于验证人员的工作，所述人脸识别模块耦合连接所述通道门模块，所述管理后台具有对所述通道门模块的通行授予能力；
通讯模块，所述通讯模块为双向通信。
4.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于：所述管理后台配置有评价模块，所述评价模块根据对多个监测点关联的数据流进行评价分析所述一次设备与所述二次设备的健康度与负荷率，以对所述一次设备与所述二次设备的检修提供决策依据。
5.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于：所述管理后台通过服务器双向通信连接所述物联网基站，所述服务器可连接多个物联网基站，所述服务器处于长时间的响应工作模式。
6.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于：所述防误终端用于控制所述一次设备与所述二次设备的分合操作，所述防误终端包括电气锁、接地锁、网门锁以及刀闸锁，所述管理后台可发出分合指令对所述防误终端进行控制。
7.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于：所述管理后台配置有：
防误展示模块，用于分层显示防误终端的工作状态以及运行参数信息，所述防误展示模块具有二维操作界面与三维操作界面；
预警模块，用于对接所述人员监控单元，分析判断人员的运动路径，当人员的运动路径进入非工作区域，预警模块及时发出预警指令至人员监控单元；
所述预警模块可对接所述设备监控单元，当设备监控单元监测到变电站数据异常时，预警模块及时发出预警指令至人员监控单元；
所述预警模块可对接所述防误展示模块，当防误终端的工作状态异常时，所述管理后台通过预警模块进行响应示警。
8.根据权利要求1所述的一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于：所述管理后台配置有模拟仿真模块，所述模拟仿真模块用于配置变电站的电气设备的工作状态、逻辑运行参数以及显示方式，所述模拟仿真模块可对人员进行电力、环境以及实景的训练模拟，可根据操作票信息规划模拟人员的工作路线。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于：所述管理后台内设置有存储器，所述存储器配置有所述管理后台的执行程序。
10.根据权利要求2所述的一种数字孪生变电站防误操作***，其特征在于：所述管理后台可根据数据流建立3D模型，划分工作区域与非工作区域，生成操作票信息，所述管理后台包括：
3D建模模块，基于所述摄像模组采集的实景数据与图像数据，并对接传感器检测模组采集的电力设备数据，建立变电站***的3D模型，以复原变电站工作场景。
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