CN117977582B - 一种基于数字孪生技术的变电站负荷实时监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字孪生技术的变电站负荷实时监测方法，属于变电站负荷监测技术领域，包括步骤一、建立基于数字孪生技术的虚拟模型；步骤二、根据变电站电力***布局，在虚拟模型的各个节点上设置数据采集模块，用来采集各个节点区间内产生的用电负荷数据；步骤三、通过对获取的用电负荷数据进行分析，从而判断各个节点区间的用电负荷状况，并对异常状况进行报警。本发明可根据历史用电负荷以及检测的用电负荷状况进行综合分析，来对检测区间的用电负荷的潜在异常状况进行分析预警，以避免设备长时间处于伪高用电负荷状态，从而对电力设备进行保护，减少设备的损耗，确保整个***安全稳定。

Description

一种基于数字孪生技术的变电站负荷实时监测方法

技术领域

本发明属于变电站负荷监测技术领域，具体涉及一种基于数字孪生技术的变电站负荷实时监测方法。

背景技术

数字孪生变电站是指利用先进的数字技术模拟和复制实际变电站的各个组成部分和运行状态的一种技术。它通过数学建模和仿真技术，将实际变电站的物理设备、电气参数、运行状态等信息数字化，形成一个与实际变电站完全一致的虚拟模型。通过数字孪生技术，可以实时获取变电站的运行数据和状态信息，对电网的运行情况进行分析和评估。

现有对变电站用电负荷进行监测是对用电负荷进行实时监测，当超出设定的报警阈值后就会发生警报，由于对变电站负荷的监测时，会设置一个允许超差值范围，负荷变动在所允许的范围内是不会发生警报的，但是若负荷一直长时间处于该范围内，设备一直处于超负荷工作环境下，长时间下去，也会对电力设备造成不良影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字孪生技术的变电站负荷实时监测方法，用以解决上述背景技术中所面临的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于数字孪生技术的变电站负荷实时监测方法，所述方法包括：

步骤一、建立基于数字孪生技术的虚拟模型，将电网的各个组成部分进行数字化表示，并与实际运行的电网实时同步，从而将电网的运行状态反映在虚拟模型上；

步骤二、根据变电站电力***布局，在虚拟模型的各个节点上设置数据采集模块，用来采集各个节点区间内产生的用电负荷数据；

步骤三、通过对获取的用电负荷数据进行实时分析，以及结合历史用电负荷数据进行分析，从而判断各个节点区间的用电负荷状况，并对异常状况进行报警；

步骤四、根据报警信号，对异常节点区间内的设备进行检测，找出存在安全隐患的设备。

进一步地，所述步骤三中对用电负荷进行实时分析的方法为：

采集各个节点的用电负荷，当其超出***预设的标准用电负荷阈值/>时，则判断用电负荷异常，生成报警信号。

进一步地，所述步骤三中结合历史数据对用电负荷进行分析的方法为：

在检测周期时间内，获取各个节点的用电负荷随时间变化曲线/>；

通过公式求出风险系数S；

将获得的风险系数S与***预设的标准风险阈值系数进行对比：

当S＞时，表明用电负荷异常，生成报警信号；

其中，为***预设的标准用电负荷随时间变化曲线，/>为历史相同检测周期内用电负荷随时间变化曲线，/>为检测开始时间，/>为影响因子。

进一步地，所述步骤三中还包括：根据各个节点区间内的用电负荷状况，判断整个电力***的用电稳定性情况。

进一步地，所述判断电力***用电稳定性的方法为：

获取各个节点区间内的风险系数，以及各个节点区间内预设的标准风险阈值系数/>，从而得出各个节点区间的变动值/>，其中，/>；

通过公式计算出均衡值/>；

其中，，i∈/>，i为节点区间的个数；

将获得的均衡值的状况与***预设的均衡阈值/>进行比较：

当＞/>时，则表明电力***的用电稳定性情况较差；

否则，则表明电力***的用电稳定性情况较好。

进一步地，所述步骤四中对设备进行检测的方法为：

在检测周期时间内，获取节点区间内各个设备的温度随时间变化曲线/>；

通过公式求出各个设备的温度偏差值/>；

其中，，，其中/>为***预设的各个设备的标准温度随时间变化曲线；

将获得的设备温度偏差值与***预设的标准阈值/>进行比较；

若∈/>，则表明该设备存在安全隐患。

进一步地，所述报警信号包括一级报警信号以及二级报警信号；

当出现∈/>或者S∈/>中的一种或多种情况时，生成一级报警信号；

当出现∈/>或者S∈/>中的一种或多种情况时，生成二级报警信号；

其中，为***预设的标准用电负荷阈值，/>为***预设的标准风险阈值系数。

进一步地，所述一级报警信号为在虚拟模型上发出报警信息，所述二级报警信号为在虚拟模型上发出报警信息的同时，在相应节点区间进行报警。

本发明的有益效果：

本发明通过对用电负荷数据进行分析，可以对超出用电负荷预设范围的节点区间进行实时报警，以及时的发现异常状况；同时也可以对潜在的异常状况进行报警，可以避免设备一直处于超负荷工作状况；还可根据报警信息找出存在安全隐患的设备进行更换维修，以保证整个电力***的稳定安全。

本发明可根据历史用电负荷以及检测的用电负荷状况进行综合分析，对检测区间的用电负荷的潜在异常状况进行分析预警，以避免设备长时间处于伪高用电负荷状态，从而对电力设备进行保护，减少设备的损耗，确保整个***安全稳定。

本发明可根据单个设备与整体设备之间的温度变化差值情况结合单个温度与标准温度差值之间的状况进行综合分析，来判断设备温度变化是否异常，从而及时的找出异常或者故障的设备进行维修更换，以排除安全隐患。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在一个实施例中，公开了一种基于数字孪生技术的变电站负荷实时监测方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤一、建立基于数字孪生技术的虚拟模型，将电网的各个组成部分进行数字化表示，并与实际运行的电网实时同步，从而将电网的运行状态反映在虚拟模型上；

步骤二、根据变电站电力***布局，在虚拟模型的各个节点上设置数据采集模块，用来采集各个节点区间内产生的用电负荷数据；

步骤三、通过对获取的用电负荷数据进行实时分析，以及结合历史用电负荷数据进行分析，从而判断各个节点区间的用电负荷状况，并对异常状况进行报警；

步骤四、根据报警信号，对异常节点区间内的设备进行检测，找出存在安全隐患的设备。

通过上述技术方案，本方案先通过数字孪生技术将变电站的运行状态反映在虚拟模型上，从而可更加直观地对用电负荷数据的采集，实现对整个输电网管控的可视、可知、可控，然后通过对用电数据进行分析，可以对超出用电负荷预设范围的节点区间进行实时报警，以及时的发现异常状况，同时也可以对潜在的异常状况进行报警，可以避免设备一直处于超负荷工作状况，同时还可根据报警信息找出存在安全隐患的设备进行更换维修，以保证整个电力***的稳定安全。

作为本发明的一种实施方式，步骤三中对用电负荷进行实时分析的方法为：

采集各个节点的用电负荷，当其超出***预设的标准用电负荷阈值/>时，则判断用电负荷异常，生成报警信号。

通过上述技术方案，本实施例提供了一种实时预警的方法，具体是用电负荷超出所运行的最大变动范围后，说明此时用电负荷发生了异常，立刻产生报警，来提醒作业人员查看，从而保证***安全，而***预设的标准用电负荷阈值可根据历史用电状况数据进行拟定。

作为本发明的一种实施方式，步骤三中结合历史数据对用电负荷进行分析的方法为：

在检测周期时间内，获取各个节点的用电负荷随时间变化曲线/>；

通过公式求出风险系数S；

将获得的风险系数S与***预设的标准风险阈值系数进行对比：

当S＞时，表明用电负荷异常，生成报警信号；

其中，为***预设的标准用电负荷随时间变化曲线，/>为历史相同检测周期内用电负荷随时间变化曲线，/>为检测开始时间，/>为影响因子。

通过上述技术方案，本实施例提供了对用电负荷潜在问题的判断方法，由于一般变电站对用电负荷进行监测时，会设置一个报警阈值，当超出后才会发生警报，而如果用电负荷一直处于接近报警阈值的大小时，虽然没产生报警，但是长期下去也会对节点区间内的设备造成影响，因此本方案先在检测周期时间内，检测周期/>可根据人为根据经验进行划分，来获取各个节点的用电负荷随时间变化曲线/>，再通过公式求出风险系数S，从公式可以看出，其中/>表示为历史节点区间内用电负荷状况与标准用电负荷状况之间的差值，/>表示检测的周期区间用电负荷状况与标准用电负荷状况之间的差值状况，显然差值越大，说明用电负荷发生异常的可能性越高，因此通过公式/>根据历史用电负荷以及检测的用电负荷状况进行综合分析，求出风险系数S，将获得的风险系数S与***预设的标准风险阈值系数/>进行对比，当S＞/>时，说明此时区间内的用电设备一直处于伪高用电负荷状态，表明此时用电负荷异常，则进行报警提醒作业人员查看。通过此种操作，可根据历史用电负荷以及检测的用电负荷状况进行综合分析，对检测区间的用电负荷的潜在异常状况进行分析预警，以避免设备长时间处于伪高用电负荷状态，从而对电力设备进行保护，确保整个***稳定。

上述技术方案中，***预设的标准用电负荷随时间变化曲线、标准风险阈值系数/>可根据节点区间内设备的历史数据结合大数据中相关设备的用电数据进行综合拟定，影响因子/>根据检测时的环境状况进行设定，在此不过多叙述。

作为本发明的一种实施方式，步骤三中还包括：根据各个节点区间内的用电负荷状况，判断整个电力***的用电稳定性情况，其判断电力***用电稳定性的方法为：

获取各个节点区间内的风险系数，以及各个节点区间内预设的标准风险阈值系数/>，从而得出各个节点区间的变动值/>，其中，/>；

通过公式计算出均衡值/>；

其中，，i∈/>，i为节点区间的个数；

将获得的均衡值的状况与***预设的均衡阈值/>进行比较：

当＞/>时，则表明电力***的用电稳定性情况较差；

否则，则表明电力***的用电稳定性情况较好。

通过上述技术方案，本实施例提供了对整个***用电稳定性情况的判断方法，由于每个节点区间的风险状况以及预设的风险阈值系数不同，因此先获取各个节点区间内的风险系数，并与各个节点区间内预设的标准风险阈值系数进行比较，得到各个节点区间的变动值，通过对各个节点区间的变动值进行分析，通过公式计算出均衡值/>，从公式可以看出，当各个节点区间内的变动值越接近，均衡值C越小，说明整个电路***越均衡，这样整个电力***的用电稳定性越好，这样将获得的均衡值/>的状况与***预设的均衡阈值/>进行比较，而***预设的均衡阈值可根据历史数据进行拟合：当/>＞/>时，则表明电力***的用电稳定性情况较差，否则则表明电力***的用电稳定性情况较好。通过此种操作，可以很好的对整个电路***的用电稳定性进行判断，从而可以及时的判断***稳定性情况，并对整个***进行维修以及整改，从而保证整个电力***运行的稳定，以减少后续事故的发生。

作为本发明的一种实施方式，步骤四中对设备进行检测的方法为：

在检测周期时间内，获取节点区间内各个设备的温度随时间变化曲线/>；

通过公式求出各个设备的温度偏差值/>；

其中，，/>，其中为***预设的各个设备的标准温度随时间变化曲线，j为设备数量，/>以及/>为比例系数；

将获得的设备温度偏差值与***预设的标准阈值/>进行比较；

若∈/>，则表明该设备存在安全隐患。

通过上述技术方案，本实施提供了对设备进行检测，判断是否存在安全隐患的具体方法，具体通过公式求出设备的温度偏差值后进行判断，其中，/>，从公式中看出可知在检测周期/>内，各个设备的单个设备温度变化值与所有设备温度变化值状况的差别，而公式/>可知在当前时间点/>下，单个设备温度变化与所有设备温度变化状况之间的差别，从而结合公式对该节点区间的所有设备的温度一致性进行判断，当单个设备的温度相对所以设备的温度变化较大时，说明该设备出现问题的可能性越高；而公式/>可表示为在检测周期内，各个设备的温度变化相对标准温度变化的差别状况，当设备温度与标准温度之间的差值状况越大，设备出现问题的可能性越大；因此通过公式/>进行综合判断，得出各个设备的温度偏差值/>，显然当/>∈时，则认为该设备的温度超出了标准阈值温度，此时认为该设备温度变化较大，存在安全隐患，需要进行维修以及更换。通过此种操控，可根据单个设备与整体设备之间的温度差值情况结合单个温度与标准温度差值之间的状况进行综合分析，来判断设备温度变化是否异常，从而及时的找出故障设备进行维修更换，以排除安全隐患。

上述技术方案中，***预设的各个设备的标准温度随时间变化曲线根据历史数据结合大数据中相关设备运行状况数据进行拟定，标准阈值温度/>以及比例系数/>、/>根据经验数据进行选择性拟定，在此不过多叙述。

作为本发明的一种实施方式，报警信号包括一级报警信号以及二级报警信号；

当出现∈/>或者S∈/>中的一种或多种情况时，生成一级报警信号；

当出现∈/>或者S∈/>中的一种或多种情况时，生成二级报警信号；

其中，为***预设的标准用电负荷阈值，/>为***预设的标准风险阈值系数；

所述一级报警信号为在虚拟模型上发出报警信息，所述二级报警信号为在虚拟模型上发出报警信息的同时，在相应节点区间进行报警。

通过上述技术方案，由于报警信号发生时，紧急情况不同，危险程度不同，发生报警后，作业人员不知道报警的危险程度，从而会错过最佳的补救时间，易造成大量的不可挽回的损伤，因此本实施例将报警进行分等级，这样可以更好的便于作业人员第一时间了解报警的紧急度，具体方法为：当∈/>时，或者S∈/>时，可认为此时虽然发生了报警，但是危险程度不高，此时生成一级报警信号即可，即只在在虚拟模型上发出报警信息，来提醒作业人员查看用电负荷情况；当/>∈/>时，或者S∈/>时，可认为此时报警的危险程度较高，生成二级报警信号，这时不仅在虚拟模型上发出报警信息，同时在相应节点区间进行报警，报警可为警报器报警，或者语音报警，需要立即过去查看，并需要采取一些紧急应急措施，以减少损失。通过此种操作，以便于作业人员根据报警情况及时的对报警区域进行相应的应急措施，来保证人员以及财产的安全。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于数字孪生技术的变电站负荷实时监测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一、建立基于数字孪生技术的虚拟模型，将电网的各个组成部分进行数字化表示，并与实际运行的电网实时同步，从而将电网的运行状态反映在虚拟模型上；

步骤二、根据变电站电力***布局，在虚拟模型的各个节点上设置数据采集模块，用来采集各个节点区间内产生的用电负荷数据；

步骤三、通过对获取的用电负荷数据进行实时分析，以及结合历史用电负荷数据进行分析，从而判断各个节点区间的用电负荷状况，并对异常状况进行报警；

步骤四、根据报警信号，对异常节点区间内的设备进行检测，找出存在安全隐患的设备；

所述步骤三中对用电负荷进行实时分析的方法为：采集各个节点的用电负荷，当其超出***预设的标准用电负荷阈值/>时，则判断用电负荷异常，生成报警信号；

所述步骤三中结合历史数据对用电负荷进行分析的方法为：在检测周期时间内，获取各个节点的用电负荷随时间变化曲线/>；

通过公式求出风险系数S；

将获得的风险系数S与***预设的标准风险阈值系数进行对比：

当时，表明用电负荷异常，生成报警信号；

其中，为***预设的标准用电负荷随时间变化曲线，/>为历史相同检测周期内用电负荷随时间变化曲线，/>为检测开始时间，/>为影响因子；

所述步骤三中还包括：根据各个节点区间内的用电负荷状况，判断整个电力***的用电稳定性情况，所述用电稳定性情况判断的方法为：

获取各个节点区间内的风险系数，以及各个节点区间内预设的标准风险阈值系数，从而得出各个节点区间的变动值/>，其中，/>；

通过公式计算出均衡值/>；

其中，，/>，/>为节点区间的个数；

将获得的均衡值的状况与***预设的均衡阈值/>进行比较：

当时，则表明电力***的用电稳定性情况较差；

否则，则表明电力***的用电稳定性情况较好。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的变电站负荷实时监测方法，其特征在于，所述报警信号包括一级报警信号以及二级报警信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生技术的变电站负荷实时监测方法，其特征在于，所述一级报警信号为在虚拟模型上发出报警信息；

所述二级报警信号为在虚拟模型上发出报警信息的同时，在相应节点区间进行报警。