一种电力系统区域站点数字孪生体数据控制方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统调度控制领域，尤其涉及一种电力系统区域站点数字孪生体数据控制方法及系统。

背景技术

近年来，随着科技的迅猛发展，数字孪生在各个领域中崭露头角。其中，数字孪生电力应用正逐渐引起人们的关注。数字孪生电力是一种通过数字化建模和仿真技术，将传统电力系统与虚拟世界相结合的革命性概念。它将电力系统的各个方面，包括发电、输电、配电和用户消费等，以数字化的形式呈现，为电力行业带来了前所未有的机遇和挑战。

首先，数字孪生电力在发电方面具有重要意义。通过数字孪生技术，发电厂可以用虚拟环境对现实中的发电设备进行模拟，并进行维护和优化。数字孪生电力可以通过实时监测和分析来优化发电过程，提高能源生产效率，减少能源浪费。此外，数字孪生技术还可以帮助发电企业预测发电设备的寿命和故障风险，提前采取相应的措施，减少停机时间和成本。数字孪生电力的应用为发电企业提供了更高效、更可靠的发电方式。

然后，数字孪生电力在输电和配电方面也有着重要的作用。传统的输电和配电网络常常面临着复杂的问题，例如电网的可靠性、稳定性和安全性等。数字孪生电力可以通过建立电力系统的虚拟模型，实时监测和预测系统中的问题，为运营商提供优化方案。通过数字孪生技术，运营商可以精确掌握电力系统的实时运行情况，识别潜在隐患，及时采取措施，防范故障和事故的发生。数字孪生电力的应用使得输电和配电变得更加智能、高效和安全。

公布号为CN 114386626 A的发明公开了一种基于数字孪生的设备状态评价及运维策略制定实现系统，包括站级设备数字孪生体和数据中心；站级设备数字孪生体用于根据获取的设备信息，获得设备的第一设备状态评价结果，并将设备信息和第一设备状态评价结果发送至数据中心；数据中心用于根据各站级设备数字孪生体的设备信息和第一设备状态评价结果，获得各站级设备数字孪生体的第二设备状态评价结果，并确定各站级设备数字孪生体的运维等级和运维策略，将运维策略发送至各站级设备数字孪生体，以使各站级设备数字孪生体对运维方案进行调整。该发明对电力设备进行设备状态评价及运维策略制定的准确度，并提高电力设备的状态评价效率。

目前支撑电力系统的数字孪生设备种类、功能都差异较大，特别是动态检查设备的传感检测对象、传感检测时刻和传感检测位置存在较大动态变化和随机性，并且考虑到网络信号、数据传输的延迟性，仅仅依靠大量数据传输实现传感器与数字孪生设备之间大量交互信息无法满足应用要求，所以在电力系统测试阶段，经常发生传感器采集的信号与数字孪生系统之间因为数据传输的滞后、堵塞、不匹配等问题，因而无法支撑数字孪生相应业务开展。因此需要针对传感器采集数据的有效性进行检测，同时，考虑到电力系统计算场景繁多，需要充分考虑不同场景下对数据的要求，因此，需要对检测数据的场景进行区分，确保合适的数据用于合适的计算场景。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种电力系统区域站点数字孪生体数据控制方法及系统，以解决经常发生传感器采集的信号与数字孪生系统之间因为数据传输的滞后、堵塞、不匹配等问题，因而无法支撑数字孪生相应业务开展的问题，该控制方法满足数据检测时效性要求和场景匹配要求，确保数字孪生仿真效果的准确性。

本发明的技术方案是：

一种电力系统区域站点数字孪生体数据控制方法，包括如下步骤：

S1：通过数据网络获取电力系统目标区域站点传感器发送的检测数据，同时，基于当前电力系统目标区域站点设备运行场景接收的上述检测数据设置场景标签，所述的场景标签与数字孪生体中设置的数据计算场景标签一致，并且在检测数据生成后进行数字签名，所述数字签名包括数据生成时间和数据生成设备；

S2：数据孪生体通过数据网络接收上述步骤处理过的各类进行数字签名后的检测数据，并依次进行数字签名校验和分类处理；

S3：检测数据与数字孪生体匹配，根据检测数据的场景标签和数字孪生体计算场景标签匹配一致后，将该数据纳入数字孪生体，利用该数据完成电力系统目标区域的测试和控制、调试。

具体的，所述的数据孪生体通过数据网络接收目标区域内数据网络上传输的各类检测数据，进行数字签名校验和分类，包括如下处理步骤：

A.当检测数据不属于本目标区域内待调度测试区域站点的检测数据时，拒绝接收该数据；

B.当检测数据属于本目标区域内待调度测试区域站点的检测数据时，进行拒绝或者接受该数据操作；

C.当检测数据属于本目标区域内待调度测试区域站点的检测数据时，且处于数据有效期窗口时，数字孪生体接收该检测数据。

具体的，所述步骤B中进行拒绝或者接受该数据操作的情况如下：错过数据有效期窗口时，数字孪生体进行以下两种操作：

a.判断该数据的时间属性，如果该数据严重依赖时间属性较强，拒绝接收该数据；

b.判断该数据的时间属性，如果该数据的时间属性较弱，则接收该数据。

具体的，所述的步骤S1中数字孪生体中设置的数据计算场景至少包括以下典型场景：目标区域用电高峰；目标区域用电低谷；目标区域极端天气环境下；目标区域低碳排放限制；目标区域供电处于紧急状态。

本发明还提供一种电力系统区域站点数字孪生体数据控制系统，包括：

传感器设备，用于向电力系统数据总线发送检测数据；

数字孪生体单元，用于从电力系统数据总线接收传感器设备传输的数据，并向电力系统数据总线发送数字孪生体计算场景标签；

场景判断单元，用于将获取的所述传感器设备的检测数据和数字孪生体发送的数字孪生体计算场景标签进行对比，判断双方场景标签是否匹配；

数据判断单元，其在场景判断单元放行目标区域站点传感器传送的检测数据后，进一步判断传感器设备传输的检测数据的数字标签，核验数据的可用性。

本发明的有益效果是：基于数字签名判断数据时间窗口的可用

性，确保数字

孪生体接收到的数据可用性，防止过期数据影响数字孪生体的计算结果；匹配检测数据的检测场景和数字孪生体的计算场景，确保在合适的计算场景中嵌入合适的传感器检测数据，保证数字孪生体计算结果符合计算场景要求；通过大数据、云平台、互联网、物联网等信息技术将与新能源、智能电网等能源技术深度融合，针对能源系统数字孪生技术的数据实时性、统一性进行优化，实现传感器采集的数据信息即时准确、互动形式多样化，以满足数据检测时效性要求和场景匹配要求，确保数字孪生仿真效果的准确性。

附图说明

图1是本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细的描述。

实施例1

如图1所示为本实施例1提供的一种电力系统区域站点数字孪生体数据控制方法的原理示意图，包括如下步骤：

S1：通过数据网络获取电力系统目标区域站点传感器发送的检测数据，同时，基于当前电力系统目标区域站点设备运行场景接收的上述检测数据设置场景标签，所述的场景标签与数字孪生体中设置的数据计算场景标签一致，并且在检测数据生成后进行数字签名，所述数字签名包括数据生成时间和数据生成设备；

S2：数据孪生体通过数据网络接收上述步骤处理过的各类进行数字签名后的检测数据，并依次进行数字签名校验和分类处理；

S3：检测数据与数字孪生体匹配，根据检测数据的场景标签和数字孪生体计算场景标签匹配一致后，将该数据纳入数字孪生体，利用该数据完成电力系统目标区域的测试和控制、调试。

进一步的，所述的数据孪生体通过数据网络接收目标区域内数据网络上传输的各类检测数据，进行数字签名校验和分类，包括如下处理步骤：

A.当检测数据不属于本目标区域内待调度测试区域站点的检测数据时，拒绝接收该数据；

因为数字孪生体收集检测数据用于模拟仿真具有周期性，故监测数据的数据生成时间必须处于数字孪生体的模拟仿真周期内，否则基于不合适的检测数据运行的计算结果并不能正确反映出电力系统的运行情况。

B.当检测数据属于本目标区域内待调度测试区域站点的检测数据时，因为数据传输延迟等原因，已经错过数据有效期窗口时，数字孪生体可以进行拒绝或者接受该数据操作：

a.判断该数据的时间属性，如果该数据严重依赖时间属性较强，拒绝接收该数据，比如电网波动性较强的有功、无功数据，该类数据实时变化较快，如果错过数据有效期窗口，则不应被嵌入数字孪生体进行计算；

b.判断该数据的时间属性，如果该数据的时间属性较弱，或者利用该数据及数字孪生体此前接收的数据进行插值拟合，生成符合当前时间窗口的数据，则接收该数据；

所述插值公式为：

Z(T)＝a×Z(t)+bZ(t-1)+cZ(t-2)+...

其中a，b，c均为权重系统，而Z(t)为传感器上传的检测数据且错过了数据有效期窗口，Z(t-1)为上一周期内的检测数据，Z(t-2)为上一周期内的监测数据的检测数据；

所谓的数据有效期窗口为数字孪生体的计算周期T，通常在每个计算周期内数字孪生体至少会收集目标区域内站点全部电力设备的监测数据，但有时候因为数据网络延迟、传感器设备检测延迟或者检测故障，在周期T

需要注意的是，拟合公式的形式可以采用其他合适的公式，且不局限于线性拟合。

所述该数据的时间属性较弱是指通常目标区域内的负荷数据，通常负荷在数字孪生体的计算周期内不会出现过大波动，对于负荷波动较大的用电设备，则其时间属性较强，需要根据步骤b的内容进行判断。

C.当检测数据属于本目标区域内待调度测试区域站点的检测数据时，且处于数据有效期窗口时，数字孪生体接收该检测数据。

所述的上述步骤S1中数字孪生体中设置的数据计算场景至少包括以下典型场景：目标区域用电高峰；目标区域用电低谷；目标区域极端天气环境下；目标区域低碳排放限制；目标区域供电处于紧急状态。

在本发明实施例中，传感器设备即为目标区域站点的各类传感器设备，可以包括在线监测设备、物联网设备等。其中，在线监测设备如在线监测传感器，按其功能可以包括设备在线监测设备和环境在线监测设备，物联网设备则包括电力系统常见的各类物联网设备，包括智能电表、智能监测表、智能充电桩等，定义数据场景的语义数据结构，比如在数据前2个字节设置数据编码以对应不同的数据计算场景，从而确保不同的检测数据所对应的数据计算场景能够被检测获得，之后检测数据在电力系统数据网络上以广播形式传播，当然也可以定向传播。

在数字孪生体中预设对目标区域站点内的各类传感器设备(如时间、地点、类型、状态参数等)和服务功能的理解，也可以通过大数据训练的方式训练数字孪生体。区别在于如果数字孪生体时预设目标区域站点内的各类传感器设备(如时间、地点、类型、状态参数等)和服务功能的理解，则目标区域在后续设备扩建过程中，如果新增设备不属于先前的设备类型，则仍需操作人员在数字孪生体中增设新增设备的设备类型；而如果采用后者，则在遇到新增设备的设备类型不属于先前设备类型时，可以通过数据训练的方式使得数字孪生体学习新的设备类型，当然操作人员也可以人工介入干预训练过程。

同时，在数字孪生体中定义计算环境，得到数字孪生体计算场景定义标签。在完成计算场景定义标签后，数字孪生体通过数据网络将所述计算场景定义标签以广播的方式下发给目标区域站点内全部的传感器设备，各传感器设备接收到所述计算场景定义标签后，先与各自设备内预设的场景标签进行匹配，若接收到的计算场景定义标签多于自身预设的场景标签，则将新增的计算场景定义标签增设至设备内部，或者可以直接将数字孪生体下发的计算场景定义标签替换设备内预设的场景标签。

但是，对于目标区域站点内某些老旧设备，其无法更新场景标签，则其生成的数据的场景标签种类会少于数字孪生体下发的计算场景定义标签，则其最终生成的数据仅能适用于数字孪生体部分计算场景，甚至需要数字孪生体在线判断其发送的数据是否能够用于数字孪生体的计算。

所述电力系统目标区域站点内传感器设备在接收到数字孪生体下发的计算场景定义标签后，需要向数字孪生体返回以下三种类型信息：

(1)成功；

该信息意味着该传感器设备内的场景标签已经与数字孪生体下发的计算场景定义标签一致；

(2)失败，并上传设备内目前的场景标签；

该信息意味着传感器设备内的场景标签并未与数字孪生体下发的计算场景定义标签保持一致，同时会将该设备内的场景标签上传至数字孪生体处，由数字孪生体分析判断该类传感器设备内的场景标签，并对应于自身的计算场景标签，实现双侧标签对齐；

(3)无响应；

该类信息通常意味着该类传感器设备类型较为陈旧，无法以物联网数据信息传递的方式传递数据类型信息，针对此类设备，需要操作人员手动将该类传感器设备采集的信息设置对应于数字孪生体的计算场景标签，用于后续计算场景的数据接入。

其中，计算场景至少包括以下典型场景：

(1)目标区域用电高峰；

(2)目标区域用电低谷；

(3)目标区域极端天气环境下；

(4)目标区域低碳排放限制；

(5)目标区域供电处于紧急状态(比如振荡较大)；

目标区域站点传感器设备的所述数字签名还可以包括该设备所属的区域和区域内位置，比如功率在线监测设备，可以是“某县220kV变电站”，“7号变压器”；对于智能电表等物联网设备，可以是为设备当前所处区域、对应的观测对象观察点和物联网设备ID，比如“某区xx小区”、“x栋x单元”和“SS7463”；

所述数字签名的数据生成时间为传感器数据采样时刻，数据结构为：(“月”，“日”，“时”，“分”，“秒”)，如某在线监测设备采样时刻为(“1日”，“03时”，“05分”，“57秒”)；

同时，当确定传感器传输的数据场景标签与数字孪生体的技算场景标签匹配时，场景判断单元放行目标区域站点传感器广播的监测数据给数字孪生体，需要注意的是，数字孪生体存在多种类型，场景判断单元放行后会把传感器广播的检测数据放行给对应的数字孪生体。

实施例2

本发明还提供一种电力系统区域站点数字孪生体数据控制系统，包括：

传感器设备，用于向电力系统数据总线发送检测数据，所述感知信息包括监测数据、场景标签及对应的数字签名；

数字孪生体单元，用于从电力系统数据总线接收传感器设备传输的数据，并向电力系统数据总线发送数字孪生体计算场景标签，以及从传感器设备接收握手信息和反馈信息；

场景判断单元，用于将获取的所述传感器设备的检测数据和数字孪生体发送的数字孪生体计算场景标签进行对比，判断双方场景标签是否匹配，若匹配，则将感知信息发送给对应的数字孪生体，以使对应的数字孪生体根据对应的计算场景标签将检测数据纳入到仿真计算中，将所述检测数据嵌入确定的服务功能名称对应的数据集中；

数据判断单元，其在场景判断单元放行目标区域站点传感器发送的检测数据后，进一步判断传感器设备传输的检测数据的数字标签，核验数据的可用性。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。