一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视系统

技术领域

本发明涉及自动化生产技术领域，具体为一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视系统。

背景技术

电力巡视作为维护电力系统安全运行的基础工作，电力巡视可以有效地保障设备安全，减少设备故障率。

现行输配电线路巡视和变电站巡视多由人工完成，这种工作方式需要在现场进行手工输入，工作量较大，而且巡视出错几率较高。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视系统，解决了现行输配电线路巡视和变电站巡视多由人工完成，这种工作方式需要在现场进行手工输入，工作量较大，而且巡视出错几率较高的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视装置，包括巡视工作站、用电设备、巡视线路和机器人；

所述巡视工作站内设置有无线控制机构和电源控制开关，所述无线控制机构通过无线信号与机器人电性连接，所述电源控制开关与主电源的电能输出端电性连接，所述电源控制开关与用电设备的电源输入端电性连接；

所述机器人包括机器本体，所述机器本体上分别设置有驱动机构、无线信号收发器、ARM控制器、射频识别单元和移动电源，所述无线信号收发器与无线控制机构电性连接，所述ARM控制器为S3C2416处理器；

所述用电设备上设置有可被射频识别单元识别的电子标签，电子标签内记录着当前用电设备的编号、工作状态和巡视记录。

优选的，所述ARM控制器内设置有SD卡存储功能、RS232接口、复位功能、RTC时钟电源和稳压功能。

一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据处理方式，包括物理生产线、服务系统和孪生生产线，具体方式如下：

物理生产线检测并处理数据从而生成实时数据，物理生产线将实时数据产出，同时将实时数据发送至孪生生产线和服务系统，实施数据在孪生生产线内进行实时映射后通过分析结果反馈至服务系统，服务系统接收生产任务并实时管控物理生产线。

一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视路线规划方式，具体操作如下：

以建立的数字孪生全息电力设备工作模型为基础，采用单源最短路径算法不间断规划和控制巡视线路，对最优子结构的性质进行了描述：

P(m,n)＝{V

其中表达式1代表m到顶点n的最短路径，而i和j则代表该路径上的中点；

按照最优子结构思想，设G为有权重的有向图，具体可表示为：

G＝(V,E) (2)；

其中表达式2所代表的有向图权值都大于0，对未确定最短路径顶点的集合，按最短路径长度的递增顺序，添加到当前路线中，经过更新迭代得出巡视路径的最终规划结果；

巡视路线控制程序要求按直线行驶，用P1、P2两点间连线作为机器人直线参考轨迹，即期望路径，移动控制算法是指根据机器人当前的位置和航向信息，对机器人进行实时调整，实现机器人在预定路线上的直线运动轨迹跟踪控制机器人的当前位置与期望运动轨迹偏离距离S和机器人行驶方向与期望运动轨迹方向的航向偏差θ可通过如下公式得出：

定义被控对象为机器人左右两轮的轮速差ΔV，因为巡视机器人采用差速驱动，所以在理想情况下可以忽略车轮的侧滑和车轮与转轴的摩擦，通过速度差来确定左右轮的轮速，假定速度差ΔV、ΔS和Δθ均为线性关系，且线性系数分别为K

ΔV＝K

结合控制器增益自调节特性，对巡视设备左右两轮速度差ΔV进行控制模型为：

ΔV＝k

其中表达式5中k

一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据采集方法，包括上述所述的基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视装置，具体操作如下：

机器人到达待检用电设备后，利用射频识别单元对电力设备的电子标签进行自动识别，获取电子标签所包含的信息，不间断采集的运行数据包括电力设备编号和参数，对连续采集的电力设备运行数据进行分组整理，利用GPRS无线通信网络在硬件系统中实现数据传输，移动终端上无中断的电力设备巡视数据产生的PDU包数据经处理后通过空中接口和在GSM网络中的SGSN传输到GGSN，GGSN先解装接收到的消息，然后转换成可用的格式，以便公共数据网传送。

一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视系统，包括上述所述的基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视装置、上述所述的基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据处理方式、上述所述的基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视路线规划方式和上述所述的基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据采集方法，具体操作如下：

S1、根据基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视装置，以用电设备为基础搭设巡视工作站、巡视线路，并增设机器人，并设置电性连接；

S2、根据基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视路线规划方式规划巡视路线；

S3、机器人工作时，通过基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据采集方法获取相应数据；

S4、根据基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据处理方式对步骤S3中获得的数据进行处理。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视系统。具备以下有益效果：

(1)该基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视系统，利用移动终端识别电子标签实现对设备的巡检管理，对设备巡检率，漏检率，人员到位率，设备异常等信息的统计分析，并监督和检查巡视员的工作，使得巡检记录更加规范，降低人工成本的同时很好的保障了巡视的效果。

(2)该基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视系统，充分利用物理模型、传感器更新等数据，结合仿真过程在虚拟空间中完成映射，反映相应物理设备的整个生命周期过程，将数字孪生技术应用于电力设备连续巡视系统的设计工作中，使电力设备巡视范围扩大，并最大限度地保证巡视精度。

附图说明

图1为本发明巡视装置的结构示意图；

图2为本发明机器人的结构示意图；

图3为本发明用电设备的结构示意图；

图4为本发明数据处理方式的结构示意图。

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。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视装置，包括巡视工作站、用电设备、巡视线路和机器人；

巡视工作站内设置有无线控制机构和电源控制开关，无线控制机构通过无线信号与机器人电性连接，电源控制开关与主电源的电能输出端电性连接，电源控制开关与用电设备的电源输入端电性连接；

机器人包括机器本体，机器本体上分别设置有驱动机构、无线信号收发器、ARM控制器、射频识别单元和移动电源，无线信号收发器与无线控制机构电性连接，ARM控制器为S3C2416处理器，其中ARM控制器内设置有SD卡存储功能、RS232接口、复位功能、RTC时钟电源和稳压功能；

用电设备上设置有可被射频识别单元识别的电子标签，电子标签内记录着当前用电设备的编号、工作状态和巡视记录。

一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据处理方式，包括物理生产线、服务系统和孪生生产线，具体方式如下：

物理生产线检测并处理数据从而生成实时数据，物理生产线将实时数据产出，同时将实时数据发送至孪生生产线和服务系统，实施数据在孪生生产线内进行实时映射后通过分析结果反馈至服务系统，服务系统接收生产任务并实时管控物理生产线。

一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视路线规划方式，具体操作如下：

以建立的数字孪生全息电力设备工作模型为基础，采用单源最短路径算法不间断规划和控制巡视线路，对最优子结构的性质进行了描述：

P(m,n)＝{V

其中表达式1代表m到顶点n的最短路径，而i和j则代表该路径上的中点；

按照最优子结构思想，设G为有权重的有向图，具体可表示为：

G＝(V,E) (2)；

其中表达式2所代表的有向图权值都大于0，对未确定最短路径顶点的集合，按最短路径长度的递增顺序，添加到当前路线中，经过更新迭代得出巡视路径的最终规划结果；

巡视路线控制程序要求按直线行驶，用P1、P2两点间连线作为机器人直线参考轨迹，即期望路径，移动控制算法是指根据机器人当前的位置和航向信息，对机器人进行实时调整，实现机器人在预定路线上的直线运动轨迹跟踪控制机器人的当前位置与期望运动轨迹偏离距离S和机器人行驶方向与期望运动轨迹方向的航向偏差θ可通过如下公式得出：

定义被控对象为机器人左右两轮的轮速差ΔV，因为巡视机器人采用差速驱动，所以在理想情况下可以忽略车轮的侧滑和车轮与转轴的摩擦，通过速度差来确定左右轮的轮速，假定速度差ΔV、ΔS和Δθ均为线性关系，且线性系数分别为K

ΔV＝K

结合控制器增益自调节特性，对巡视设备左右两轮速度差ΔV进行控制模型为：

ΔV＝k

其中表达式5中k

一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据采集方法，包括上述的基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视装置，具体操作如下：

机器人到达待检用电设备后，利用射频识别单元对电力设备的电子标签进行自动识别，获取电子标签所包含的信息，不间断采集的运行数据包括电力设备编号和参数，对连续采集的电力设备运行数据进行分组整理，利用GPRS无线通信网络在硬件系统中实现数据传输，移动终端上无中断的电力设备巡视数据产生的PDU包数据经处理后通过空中接口和在GSM网络中的SGSN传输到GGSN，GGSN先解装接收到的消息，然后转换成可用的格式，以便公共数据网传送。

一种基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视系统，包括上述的基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视装置、上述的基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据处理方式、上述的基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视路线规划方式和上述的基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据采集方法，具体操作如下：

S1、根据基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视装置，以用电设备为基础搭设巡视工作站、巡视线路，并增设机器人，并设置电性连接；

S2、根据基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视路线规划方式规划巡视路线；

S3、机器人工作时，通过基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据采集方法获取相应数据；

S4、根据基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视数据处理方式对步骤S3中获得的数据进行处理。

综上所述，该基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视系统，利用移动终端识别电子标签实现对设备的巡检管理，对设备巡检率，漏检率，人员到位率，设备异常等信息的统计分析，并监督和检查巡视员的工作，使得巡检记录更加规范，降低人工成本的同时很好的保障了巡视的效果。

同时，该基于数字孪生技术的电力设备不间断巡视系统，充分利用物理模型、传感器更新等数据，结合仿真过程在虚拟空间中完成映射，反映相应物理设备的整个生命周期过程，将数字孪生技术应用于电力设备连续巡视系统的设计工作中，使电力设备巡视范围扩大，并最大限度地保证巡视精度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。