CN116127700A - 一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***及方法，属于输电线路监控技术领域，该***包括感知层、网络层、数据库管理层、平台层、应用层和评价层，感知层用于采集输电设施的环境场景数据及运行数据；网络层用于实时传输感知层采集的数据；数据库管理层用于将采集到的数据进行中继处理；平台层建立输电线路孪生的虚拟三维模型，并通过数据库管理层上的数据进行共享交互；应用层调用平台层上的交互数据进行输电线路的实时监控；评价层根据应用层的实时监控信息进行输电线路实体运行状况的评价分析，通过数字孪生技术实现输电设施及环境状态的全感知，建立虚拟三维模型，实现输电线路故障的提前监控预警和快速应急处理。

Description

一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***及方法

技术领域

本发明属于输电线路监控技术领域，具体而言，涉及一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***及方法。

背景技术

数字孪生'LJLWDO7ZLQ是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。

输电网台区位于电网末端，是输电网的重要组成部分，负责直接为电力用户供电。传统输电网台区面临数量众多且分布广泛、感知设备配置不足、各类数据融合不充分等问题，工作人员缺乏准确及时监控评估输电网台区状态的有效手段，从而导致输电网台区的运维工作效率难以有效提升，利用数字孪生技术，可提升输电网台区监控运维管理水平，引领和带动电力行业智能化、数字化发展，成为智慧电力建设的新趋势。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***及方法，通过数字孪生技术实现输电设施及环境状态的全感知，建立虚拟三维模型，实现输电线路故障的提前监控预警和快速应急处理。

鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：

本发明提供一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，包括感知层、网络层、数据库管理层、平台层、应用层和评价层，

其中，所述感知层包括感知传感器和采集终端，所述感知层用于采集输电设施的环境场景数据及运行数据；

所述网络层用于实时传输所述感知层采集的数据；

所述数据库管理层用于将采集到的数据进行中继处理，并为建立数字孪生模型提供依据；

所述平台层建立输电线路孪生的虚拟三维模型，并通过所述数据库管理层上的数据进行共享交互；

所述应用层调用所述平台层上的交互数据进行输电线路的实时监控；

所述评价层根据所述应用层的实时监控信息进行输电线路实体运行状况的评价分析。

作为本发明的一种优选技术方案，还包括物理实体层，所述物理实体层包括但不限于变电站室内外设备、架空线缆及杆塔，所述感知层采集所述物理实体层的数据。

作为本发明的一种优选技术方案，所述感知传感器包括智能传感器、智能设备、巡检机器人、无人机、监控探头及红外热感探头，所述智能传感器和所述智能设备用于采集所述变电站室内外设备、架空线缆及杆塔的运行性能参数，所述巡检机器人和所述无人机用于采集所述变电站室内外设备、架空线缆及杆塔周边的环境参数，所述监控探头及红外热感探头用于检测进入所述变电站室内外设备、架空线缆及杆塔周围区域的人员情况，所述感知传感器与所述采集终端电性连接，所述采集终端用于数据的汇聚上传。

作为本发明的一种优选技术方案，所述感知层还包括气象预警***及地质预警***，分别收集所述物理实体层区域的气象和地质变化信息，为虚拟三维模型的孪生提供依据。

作为本发明的一种优选技术方案，所述网络层通过智能网关、局域网、电力专网中的一种或多种方式实现所述感知层与所述数据管理层的数据传输。

作为本发明的一种优选技术方案，所述数据库管理层包括数据接收单元、数据处理单元、数据储存单元、智能算法单元和模型管理单元，所述数据接收单元用于接收所述网络层上传的数据，所述数据处理单元与所述数据接收单元连接，用于将接收到的数据进行过滤整合，并转换至统一格式，所述数据储存单元与所述数据处理单元连接，用于对处理后的数据进行归档储存，所述智能算法单元内预存有将采集数据对应生成为三维模型变化内容的算法，保证三维模型与物体实体的实时映射，所述模型管理单元内预存有电力设施的标准三维模型。

作为本发明的一种优选技术方案，所述平台层还连接有三维可视层，所述三维可视层采用/('屏，设置于后台管理中心，用于展示虚拟三维模型。

作为本发明的一种优选技术方案，所述应用层包括虚拟巡视、事故预警和维修作业管理，所述虚拟巡视通过所述虚拟三维模型对输电线路进行视频巡检，所述事故预警对输电线路的运行工况及环境进行预警管理，提前预判事故并响应，所述维修作业管理根据物理实体设施的寿命及工况制定维修计划，并模拟相关操作，所述应用层通过所述虚拟三维模型的应用并反馈至所述物理实体层上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述评价层与所述数据库管理层双向通信连接，所述评价层包括统计分析、预警评级、报表记录和指挥调度，所述统计分析用于根据所述数据库管理层内的数据统计输电线路各点位的变化情况，并分析点位状况，所述预警评级用于根据所述事故预警的信号与预先设置的等级值进行对比并匹配相应等级，所述报表记录根据所述数据库管理层内的数据生成对应点位的报表数据，所述指挥调度根据所述预警评级的紧急顺序安排人员及设备进行抢修和维护。

另一方面，一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价方法，包括以下步骤：

6，采集物理实体层的运行工况及环境数据，并通过网络层上传至数据库管理层进行预处理；

6，平台层根据预处理的数据建立数字孪生虚拟三维模型并通过三维可视层展示至后台管理中心；

6，将实时采集的工况及环境数据结合智能算法映射至虚拟三维模型内；

6，应用层通过虚拟三维模型进行日常巡视和维修作业模拟操作，并在输电线路设备发生故障时，生成事故预警；

6，评价层对映射至虚拟三维模型内的数据进行统计分析，以图文报表的形式推送至管理后台，并对预警事故的信号数据对比分析进行等级评价，及时调度人员及设备进行输电线路故障的排查与处理。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：利用数字孪生技术构建与物理实体孪生的三维模型，实现对输电线路实体设施的空间布局、结构的直观体现，通过网络层实现数据传输的低时延，对输电设施运行状态的实时映射感知，并通过虚拟三维模型进行虚拟巡视及作业模拟等，并通过三维可视层展示至管理中心，方便输电线路故障点位的快速定位，有利于应急作业的指挥调度，减少设备材料损耗，降低维修成本，进一步提高了输电线路监控运维能力，提升输电线路运维的可视化、智能化水平。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1是本发明所公开的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***的结构示意图；

图2是本发明所公开的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例一

参照附图所示，本发明提供一种技术方案：一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，包括物理实体层、感知层、网络层、数据库管理层、平台层、应用层和评价层。

其中，物理实体层，物理实体层包括但不限于变电站室内外设备、架空线缆及杆塔，变电站内变压器、开关设备、无功补偿电容等易损或重点监测设施均属于物理实体层的数据采集对象；

感知层包括感知传感器和采集终端，感知层用于采集物理实体层中输电设施的环境场景数据及运行数据，感知传感器包括智能传感器、智能设备、巡检机器人、无人机、监控探头及红外热感探头，智能传感器和智能设备用于采集变电站室内外设备、架空线缆及杆塔的运行性能参数，智能传感器监测设施运行的电流、电压、功率等数据，智能设备直接将各采集对象的运行状态上传，巡检机器人和无人机用于采集变电站室内外设备、架空线缆及杆塔周边的环境参数，巡检机器人和无人机定期作业，采集环境变化情况，更新环境感知数据，监控探头及红外热感探头用于检测进入变电站室内外设备、架空线缆及杆塔周围区域的人员情况，通过探头监测记录作业人员进入输电线路管辖区域的时间及移动轨迹，并配合人员$,识别***识别人员信息，识别判断作业人员的权限，监测保护作业人员的安全，感知传感器与采集终端电性连接，采集终端用于数据的汇聚上传，采集终端将各种不同接口的信号输送线集成转换至统一规格型号的数据，方便传输，感知层还包括气象预警***及地质预警***，外接至气象平台和地质平台，分别收集物理实体层区域的气象和地质变化信息，为虚拟三维模型的孪生提供依据，也为后续输电线路故障检修的指挥调度提供环境的参考；

网络层用于实时传输感知层采集的数据，通过智能网关、局域网、电力专网中的一种或多种方式实现感知层与数据管理层的数据传输，为输电线路运维监控提供高可靠、高安全、高带宽的数据传输通道；

数据库管理层包括数据接收单元、数据处理单元、数据储存单元、智能算法单元和模型管理单元，用于将采集到的数据进行中继处理，并为建立数字孪生模型提供依据，数据接收单元用于接收网络层上传的数据，数据处理单元与数据接收单元连接，用于将接收到的数据进行过滤整合，并转换至统一格式，将上传数据中的杂项、多余项或干扰项过滤去除，保证孪生虚拟三维模型数据映射的准确性，数据储存单元与数据处理单元连接，用于对处理后的数据进行归档储存，方便后期管理人员的调档、查阅和追溯，智能算法单元内预存有将采集数据对应生成为三维模型变化内容的算法，智能算法为三维模型映射运行提供算法依据，保证三维模型与物体实体的实时映射，模型管理单元内预存有电力设施的标准三维模型，在虚拟三维模型建立初期或设备迭代更换后可直接调取模型管理单元内的标准模型，使虚拟三维模型建立更加真实快速；

平台层建立输电线路孪生的虚拟三维模型，并通过数据库管理层上的数据进行共享交互，平台层还连接有三维可视层，三维可视层采用/('屏，设置于后台管理中心，用于展示虚拟三维模型，同时三维可视层可跳窗显示虚拟三维模型中模拟产生的故障信息，方便后台管理人员及时做出响应处理；

应用层调用平台层上的交互数据进行输电线路的实时监控，应用层包括虚拟巡视、事故预警和维修作业管理，虚拟巡视通过虚拟三维模型对输电线路进行视频巡检，对监控区域内实行不间断循环巡检作业，事故预警对输电线路的运行工况及环境进行预警管理，提前预判事故并响应，维修作业管理根据物理实体设施的寿命及工况制定维修计划，并模拟相关操作，应用层通过虚拟三维模型的应用并反馈至物理实体层上，应用层上针对虚拟三维模型得到的结论最终均作用与物理实体层的输电设施上，保证输电线路运维监控的数字化、智能化提升；

评价层根据应用层的实时监控信息进行输电线路实体运行状况的评价分析，评价层与数据库管理层双向通信连接，通过调取数据库管理层的实时及历史数据对当前输电线路进行评价分析，有利于监控***的长久运作，保证输电线路安全稳定的电力输送，评价层包括统计分析、预警评级、报表记录和指挥调度，统计分析用于根据数据库管理层内的数据统计输电线路各点位的变化情况，并分析点位状况，预警评级用于根据事故预警的信号与预先设置的等级值进行对比并匹配相应等级，分为$紧急事故、％次紧急事故、&危险事故和'日常检修供四个等级，方便工作***工作，报表记录根据数据库管理层内的数据生成对应点位的报表数据，指挥调度根据预警评级的紧急顺序安排人员及设备进行抢修和维护。

实施例二

参照附图所示，本发明实施例另提供的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价方法，包括以下步骤：

6，采集物理实体层的运行工况及环境数据，并通过网络层上传至数据库管理层进行预处理；

6，平台层根据预处理的数据建立数字孪生虚拟三维模型并通过三维可视层展示至后台管理中心；

6，将实时采集的工况及环境数据结合智能算法映射至虚拟三维模型内；

6，应用层通过虚拟三维模型进行日常巡视和维修作业模拟操作，并在输电设备发生故障时，生成事故预警；

6，评价层对映射至虚拟三维模型内的数据进行统计分析，以图文报表的形式推送至管理后台，并对预警事故的信号数据对比分析进行等级评价，及时调度人员及设备进行输电线路故障的排查与处理。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个***所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

结合本文的实施例所描述的方法或者算法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或其组合。软件模块可以位于5$0存储器、闪存、520存储器、(3520存储器、((3520存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、&'520或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质连接至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于$6,&中。该$6,&可以位于用户终端中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于用户终端中。

对于软件实现，本申请中描述的技术可用执行本申请所述功能的模块例如，过程、函数等来实现。这些软件代码可以存储在存储器单元并由处理器执行。存储器单元可以实现在处理器内，也可以实现在处理器外，在后一种情况下，它经由各种手段以通信方式耦合到处理器，这些都是本领域中所公知的。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (10)

1.一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，其特征在于，包括感知层、网络层、数据库管理层、平台层、应用层和评价层，

其中，所述感知层包括感知传感器和采集终端，所述感知层用于采集输电设施的环境场景数据及运行数据；

所述网络层用于实时传输所述感知层采集的数据；

所述数据库管理层用于将采集到的数据进行中继处理，并为建立数字孪生模型提供依据；

所述平台层建立输电线路孪生的虚拟三维模型，并通过所述数据库管理层上的数据进行共享交互；

所述应用层调用所述平台层上的交互数据进行输电线路的实时监控；

所述评价层根据所述应用层的实时监控信息进行输电线路实体运行状况的评价分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，其特征在于，还包括物理实体层，所述物理实体层包括但不限于变电站室内外设备、架空线缆及杆塔，所述感知层采集所述物理实体层的数据。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，其特征在于，所述感知传感器包括智能传感器、智能设备、巡检机器人、无人机、监控探头及红外热感探头，所述智能传感器和所述智能设备用于采集所述变电站室内外设备、架空线缆及杆塔的运行性能参数，所述巡检机器人和所述无人机用于采集所述变电站室内外设备、架空线缆及杆塔周边的环境参数，所述监控探头及红外热感探头用于检测进入所述变电站室内外设备、架空线缆及杆塔周围区域的人员情况，所述感知传感器与所述采集终端电性连接，所述采集终端用于数据的汇聚上传。

4.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，其特征在于，所述感知层还包括气象预警***及地质预警***，分别收集所述物理实体层区域的气象和地质变化信息，为虚拟三维模型的孪生提供依据。

5.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，其特征在于，所述网络层通过智能网关、局域网、电力专网中的一种或多种方式实现所述感知层与所述数据管理层的数据传输。

6.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，其特征在于，所述数据库管理层包括数据接收单元、数据处理单元、数据储存单元、智能算法单元和模型管理单元，所述数据接收单元用于接收所述网络层上传的数据，所述数据处理单元与所述数据接收单元连接，用于将接收到的数据进行过滤整合，并转换至统一格式，所述数据储存单元与所述数据处理单元连接，用于对处理后的数据进行归档储存，所述智能算法单元内预存有将采集数据对应生成为三维模型变化内容的算法，保证三维模型与物体实体的实时映射，所述模型管理单元内预存有电力设施的标准三维模型。

7.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，其特征在于，所述平台层还连接有三维可视层，所述三维可视层采用LED屏，设置于后台管理中心，用于展示虚拟三维模型。

8.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，其特征在于，所述应用层包括虚拟巡视、事故预警和维修作业管理，所述虚拟巡视通过所述虚拟三维模型对输电线路进行视频巡检，所述事故预警对输电线路的运行工况及环境进行预警管理，提前预判事故并响应，所述维修作业管理根据物理实体设施的寿命及工况制定维修计划，并模拟相关操作，所述应用层通过所述虚拟三维模型的应用并反馈至所述物理实体层上。

9.根据权利要求8所述的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，其特征在于，所述评价层与所述数据库管理层双向通信连接，所述评价层包括统计分析、预警评级、报表记录和指挥调度，所述统计分析用于根据所述数据库管理层内的数据统计输电线路各点位的变化情况，并分析点位状况，所述预警评级用于根据所述事故预警的信号与预先设置的等级值进行对比并匹配相应等级，所述报表记录根据所述数据库管理层内的数据生成对应点位的报表数据，所述指挥调度根据所述预警评级的紧急顺序安排人员及设备进行抢修和维护。

10.一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价方法，应用于权利要求1～9中任一项所述的一种基于数字孪生的电力输电线路监控评价***，其特征在于，包括以下步骤：

S1，采集物理实体层的运行工况及环境数据，并通过网络层上传至数据库管理层进行预处理；

S2，平台层根据预处理的数据建立数字孪生虚拟三维模型并通过三维可视层展示至后台管理中心；

S3，将实时采集的工况及环境数据结合智能算法映射至虚拟三维模型内；

S4，应用层通过虚拟三维模型进行日常巡视和维修作业模拟操作，并在输电设备发生故障时，生成事故预警；

S5，评价层对映射至虚拟三维模型内的数据进行统计分析，以图文报表的形式推送至管理后台，并对预警事故的信号数据对比分析进行等级评价，及时调度人员及设备进行输电线路故障的排查与处理。

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