一种于数字孪生的变电站三维全景监视系统及方法

技术领域

本发明涉及变电站监视、数字孪生技术，尤其涉及一种于数字孪生的变电站三维全景监视系统及方法。

背景技术

当前，非线性、高维、时变等特征是准确认知区域变电站配网系统所面临的难题，同时，近年来配电网络呈现开放式、扁平化、分散式、边界模糊化的发展趋势，这进一步加剧了区域变电站配网系统认知的复杂性；由于此类网络的规模庞大、动态特性复杂、建模仿真困难，传统配电网规划设计和运行控制工具已经无法满足针对配电网多时间尺度、多业务协同的分析需求。

变电站的数字孪生体构建与自我优化依赖全域全量的电网数据，这些信息数据具有来源繁多、结构复杂、动态变化和实时及准实时交互的特点，考虑到区域变电站配网系统的数字孪生底层依托于电力系统建模与电磁暂态仿真技术，且相应的物理实体的监测则依赖于线上的量测设备，上述两个过程在数字孪生运行过程中会产生大量数据，目前的电力系统数据来源分散、结构多样、关系复杂、粒度精细、体量巨大，无法提供全面的数据资源、数据服务。

目前在对变电站运维信息进行监视的过程中，信息处理速度慢，对硬件配置的依赖性较大，不能以微小代价同时运行和维护多个容器，无法达到以毫秒级的成批创建和销毁容器，来对变电站运维信息进行快速处理的目的，不具有在既定条件下自主调整创建时机和细粒度化策略的能力，无法解决过去业务分类后强制捆绑到特定主机方式的问题，不能避免极端情况可能对主站构成的过载风险，从而不能保证系统的平稳性和可靠性，同时不方便工作人员的查看，不能达到智能监视效果。

发明内容

本发明实施例提供一种基于数字孪生的变电站三维全景监视系统及方法；

本发明实施例的第一方面，提供一种基于数字孪生的变电站三维全景监视方法，包括，利用变电站数字孪生体构建变电站三维可视化全景模型；选择所述变电站三维可视化全景模型，生成变电站监视简化图；将变电站运维中心数据库中的数据导入监视系统中，基于异类原则建立索引划分模型，对所述数据进行分类；结合哈希散列函数将分类后的所述数据与生成的所述变电站监视简化图中节点位置一一对应关联；观察关联后的所述变电站监视简化图，若图中节点有出现闪烁跳动现象，则视为异常预警。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述变电站数字孪生体是以数字化方式为物理对象创建的虚拟模型，其包括实体变电站和虚拟变电站，所述实体变电站用于负责实际供配电，所述虚拟变电站用于监测所述实体变电站的运行情况；所述变电站三维可视化全景模型包括，所述实体变电站和所述虚拟变电站的网络拓扑结构、运行数据。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，生成所述变电站监视简化图包括，通过鼠标点击操作选择所述变电站三维可视化全景模型；点击跳出的对话框，查阅所述实体变电站和所述虚拟变电站的所述网络拓扑结构、所述运行数据是否有误；若无误，则选择生成模式，输出得到所述变电站监视简化图。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述网络拓扑结构包括，将变电站与配网相连的点设定为树的根节点；所述变电站中的馈线设定为所述树的子节点；节点之间的边代表所述变电站与所述配网中的实际线路，形成描述所述变电站结构的拓扑主树；所述运行数据包括，对所述变电站数字孪生体进行仿真计算，得到仿真数据；将所述拓扑主树中每个节点在所述实体变电站中的场站、设备的量测通道和仿真波形通道设定为以所述节点为根节点而展开的数据通道子树；将所述数据通道子树添加至所述拓扑主树中，生成完整的所述运行数据。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述分类包括，采集所述变电站运维中心数据库中数据信息；对所述数据信息进行标准化处理和标签序列处理；基于所述异类原则建立所述索引划分模型；将处理后的所述数据信息导入所述索引划分模型中进行分类计算处理，根据计算结果输出对应分类区间。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，还包括，所述索引划分模型对导入的所述数据信息依次进行计算；若计算结果属于索引值区间，则被划分到索引候选区，若为否，则被移至待定区；对所述索引候选区进行二次计算，若有不同索引值，则分别单独建立放置空间进行存储，若有相同索引值出现，则将其转移在一个放置空间内进行存储。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述关联包括，将分类后的所述数据信息导入哈希表中，形成数组；将哈希规则中的钥匙通过所述哈希散列函数转化为一个整型数字；利用所述整型数字对数组长度进行取余，取余结果为所述数组的下标，将关键码值存储在数组空间内；将所述变电站监视简化图中节点位置信息导入所述哈希表中进行压缩映射；再次利用所述哈希散列函数将所述压缩映射后的钥匙转换为对应的数组下标，并定位到所述数组空间获取所述关键码值。

本发明实施例的第二方面，提供一种基于数字孪生的变电站三维全景监视系统，包括变电站运维中心数据库，所述变电站运维中心数据库用于存储采集的变电站拓扑结构信息和运行信息；任务资源模块与所述变电站运维中心数据库相连接，其包括任务调度模块和资源模块，所述任务调度模块用于分发变电站输送配电各项任务的调度数据，所述资源调度模块用于存储所述变电站和配网中的各项资源数据；数据处理中心模块连接于所述任务资源模块，所述数据处理中心模块用于搭载所述变电站数字孪生体、所述变电站三维可视化全景模型、所述索引划分模型和所述哈希散列函数的运行程序，并输出计算结果和网络拓扑图。

可选地，在第二方面的一种可能实现方式中，还包括，可视化模块，所述可视化模块用于展示所述变电站监视简化图，以供运维人员进行检查操作；数据传输模块与各个模块相连接，其用于为各个模块提供数据传输服务。

本发明提供的一种基于数字孪生的变电站三维全景监视系统及方法具有在既定条件下自主调整创建时机和细粒度化策略的能力，解决过去业务分类后强制捆绑到特定主机方式的问题，避免极端情况可能对主站构成的过载风险，从而保证系统的平稳性和可靠性，方便工作人员的查看，达到可视化的监视效果。

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中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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的流程示意图；

图2为本发明第一个实施例所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的网络拓扑结构示意图；

图3为本发明第一个实施例所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的监视数据波形示意图；

图4为本发明第二个实施例所述的基于数字孪生的变电站三维全景监视系统的模块结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。

应当理解，在本发明中，“与A对应的B”、“与A相对应的B”、“A与B相对应”或者“B与A相对应”，表示B与A相关联，根据A可以确定B。根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。A与B的匹配，是A与B的相似度大于或等于预设的阈值。

取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

实施例1

参照图1、图2和图3，为本发明的第一个实施例，提供了一种基于数字孪生的变电站三维全景监视方法，包括：

S1：利用变电站数字孪生体构建变电站三维可视化全景模型。其中需要说明的是：

变电站数字孪生体是以数字化方式为物理对象创建的虚拟模型，其包括实体变电站和虚拟变电站，实体变电站用于负责实际供配电，虚拟变电站用于监测实体变电站的运行情况；

变电站三维可视化全景模型包括，实体变电站和虚拟变电站的网络拓扑结构、运行数据。

S2：选择变电站三维可视化全景模型，生成变电站监视简化图。本步骤需要说明的是，生成变电站监视简化图包括：

通过鼠标点击操作选择变电站三维可视化全景模型；

点击跳出的对话框，查阅实体变电站和虚拟变电站的网络拓扑结构、运行数据是否有误；

若无误，则选择生成模式，输出得到变电站监视简化图。

具体的，网络拓扑结构包括：

将变电站与配网相连的点设定为树的根节点；

变电站中的馈线设定为树的子节点；

节点之间的边代表变电站与配网中的实际线路，形成描述变电站结构的拓扑主树；

进一步的，运行数据包括：

对变电站数字孪生体进行仿真计算，得到仿真数据；

将拓扑主树中每个节点在实体变电站中的场站、设备的量测通道和仿真波形通道设定为以节点为根节点而展开的数据通道子树；

将数据通道子树添加至拓扑主树中，生成完整的运行数据。

S3：将变电站运维中心数据库中的数据导入监视系统中，基于异类原则建立索引划分模型，对数据进行分类。其中还需要说明的是，建立索引划分模型包括：

其中，

具体的，分类包括：

采集变电站运维中心数据库中数据信息；

对数据信息进行标准化处理和标签序列处理；

基于异类原则建立索引划分模型；

将处理后的数据信息导入索引划分模型中进行分类计算处理，根据计算结果输出对应分类区间；

索引划分模型对导入的数据信息依次进行计算；

若计算结果属于索引值区间，则被划分到索引候选区，若为否，则被移至待定区；

对索引候选区进行二次计算，若有不同索引值，则分别单独建立放置空间进行存储，若有相同索引值出现，则将其转移在一个放置空间内进行存储。

S4：结合哈希散列函数将分类后的数据与生成的变电站监视简化图中节点位置一一对应关联。本步骤还需要说明的是，关联包括：

将分类后的数据信息导入哈希表中，形成数组；

将哈希规则中的钥匙通过哈希散列函数转化为一个整型数字；

利用整型数字对数组长度进行取余，取余结果为数组的下标，将关键码值存储在数组空间内；

将变电站监视简化图中节点位置信息导入哈希表中进行压缩映射；

再次利用哈希散列函数将压缩映射后的钥匙转换为对应的数组下标，并定位到数组空间获取关键码值。

S5：观察关联后的所述变电站监视简化图，若图中节点有出现闪烁跳动现象，则视为异常预警。

优选地，为了便于非本技术领域人员对本发明选用哈希表的应用理解，本实施例还需要说明的是，当前的技术手段中，数组容易寻址，却难于进行插入和删除，而链表难于寻址，却易于进行插入和删除；而本实施例为了便于寻址和进行插入、删除，通过哈希散列函数进行融合，得到链表形式的数组，即根据元素的一些特征把元素分配到不同的链表中，并根据这些特征找到正确的链表，再从这些链表中找出这些元素。

不难理解的是，哈希表主要用于信息安全领域中加密算法，其将一些不同长度的信息转化成杂乱的128位的编码,即编码值就是找到一种数据内容和数据存放地址之间的映射关系；例如，数组A中第i个元素里面装的key就是i，那么数字3肯定是在第3个位置，数字10肯定是在第10个位置，哈希表就是利用这种基本的思想，建立一个从key到位置的函数，再进行直接计算查找。

参照图3，为本实施例的传统方法与本发明方法进行对比测试的波形数据示意图，本实施例以云南地区某一变电站8月份供配电为例，采用传统的运维监视方法与本发明方法进行对比验证，通过仿真平台的模拟输出，得到如图3所示的波形图；根据图3的示意，能够直观的看出，本发明方法输出的波形位于传统方法输出波形的上方，即验证了本发明对于监视系统的稳定性更好。

实施例2

参照图4，为本发明的第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种基于数字孪生的变电站三维全景监视方法的变电站三维全景监视系统，具体包括：

变电站运维中心数据库100，变电站运维中心数据库100用于存储采集的变电站拓扑结构信息和运行信息。

任务资源模块200与变电站运维中心数据库100相连接，其包括任务调度模块201和资源模块202，任务调度模块201用于分发变电站输送配电各项任务的调度数据，资源调度模块202用于存储变电站和配网中的各项资源数据。

数据处理中心模块300连接于任务资源模块200的，数据处理中心模块300用于搭载变电站数字孪生体、变电站三维可视化全景模型、索引划分模型和哈希散列函数的运行程序，并输出计算结果和网络拓扑图。部分运行代码如下所示：

可视化模块400，可视化模块400用于展示变电站监视简化图，以供运维人员进行检查操作。

数据传输模块500与各个模块相连接，其用于为各个模块提供数据传输服务。

优选地，现有的变电站数字孪生体构建与自我优化依赖全域全量的电网数据，这些信息数据具有来源繁多、结构复杂、动态变化和实时及准实时交互的特点，考虑到区域变电站配网系统的数字孪生底层依托于电力系统建模与电磁暂态仿真技术，且相应的物理实体的监测则依赖于线上的量测设备，上述两个过程在数字孪生运行过程中会产生大量数据，目前的电力系统数据，无法提供全面的数据资源、数据服务，而本实施例提供的监视系统则通过搭载实施例1所述方法的运行程序进行运作，解决了来源分散、结构多样、关系复杂、粒度精细和体量巨大的问题。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。