[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生的變壓器在線監(jiān)測方法

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• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號(hào): CN114254557A
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊奕飛;嚴(yán)志劍;蘇貞;袁偉;齊亮;何祖軍
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06N20/00;G06F111/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

1.一種基于數(shù)字孿生的變壓器在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：獲取變壓器的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；

步驟2：構(gòu)建變壓器的第一數(shù)字孿生模型，第一數(shù)字孿生模型包括：變壓器幾何模型、物理模型、行為模型的組裝、繼承模型以及融合模型，通過通信接口接收變壓器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，基于虛擬現(xiàn)實(shí)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)方法對物理模型進(jìn)行虛擬化的高度真實(shí)映射，對變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真和監(jiān)測；

步驟3：構(gòu)建變壓器的第二數(shù)字孿生模型，第二數(shù)字孿生模型包括：規(guī)則模型、數(shù)據(jù)模型、機(jī)理模型、算法模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生系統(tǒng)的優(yōu)化；

步驟4：創(chuàng)建服務(wù)系統(tǒng)，服務(wù)系統(tǒng)接收并預(yù)處理變壓器的底層監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)、模型、算法、仿真、結(jié)果進(jìn)行服務(wù)化封裝，以工具組件、中間件、模塊引擎的方式支撐數(shù)字孿生內(nèi)部功能運(yùn)行與實(shí)現(xiàn)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，顯示變壓器的實(shí)時(shí)狀態(tài)、運(yùn)行趨勢；

步驟5：更新第一數(shù)字孿生模型和第二數(shù)字孿生模型的狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)行變壓器實(shí)體、第一數(shù)字孿生模型、第二數(shù)字孿生模型的信息交互；通過第一數(shù)字孿生模型、第二數(shù)字孿生模型對變壓器進(jìn)行監(jiān)測。

2.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的變壓器在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟1的具體方法為：將傳感器布置在變壓器實(shí)體的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集變壓器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將其傳輸至數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行儲(chǔ)存。

3.如權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字孿生的變壓器在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述運(yùn)行數(shù)據(jù)包括變壓器的溫度、濕度、電流值、電壓值、頻率、振動(dòng)信息。

4.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的變壓器在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟2的具體方法為：

所述第變壓器幾何模型包括變壓器各部件和外殼的尺寸、形狀以及相互之間的位置關(guān)系、繞組繞線繞制方式、引線和鐵芯裝配插接關(guān)系以及箱蓋及套管組裝結(jié)構(gòu)參數(shù)；所述物理模型包括真實(shí)環(huán)境中變壓器結(jié)構(gòu)參數(shù)、在沖擊電壓、電場力作用下對變壓器線圈繞組及絕緣進(jìn)行應(yīng)變力分析的測試數(shù)據(jù)，以及在外力作用下對變壓器箱體和各部件進(jìn)行抗壓、抗損傷性能測試的數(shù)據(jù)；所述行為模型包括利用電磁感應(yīng)原理工作以及線圈匝數(shù)比實(shí)現(xiàn)升壓降壓功能，模擬運(yùn)行狀態(tài)，使數(shù)字孿生體能夠高保真得反應(yīng)真實(shí)運(yùn)行狀況。

5.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的變壓器在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟3的具體方法為：

所述規(guī)則模型包括變壓器領(lǐng)域相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)則、變壓器使用手冊、專家知識(shí)以及算法規(guī)則；所述機(jī)理模型包括根據(jù)電路定律、電磁定律、能量守恒定律原理建立的數(shù)學(xué)模型；所述數(shù)據(jù)模型包括變壓器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、第一孿生模型的仿真數(shù)據(jù)和機(jī)理模型運(yùn)行所產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)的融合；所述算法模型包括通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法訓(xùn)練第一孿生模型，實(shí)現(xiàn)變壓器的故障診斷、趨勢預(yù)測功能。

6.如權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字孿生的變壓器在線監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟5包括如下步驟：

步驟51：建立模型修正模塊：獲取第一數(shù)字孿生模型中變壓器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和第二數(shù)字孿生模型的響應(yīng)參數(shù)和對應(yīng)的更新參數(shù)，根據(jù)精度要求選擇修正參數(shù)，構(gòu)造響應(yīng)面函數(shù)，根據(jù)響應(yīng)參數(shù)和更新參數(shù)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，經(jīng)過多項(xiàng)式擬合，計(jì)算各更新參數(shù)對應(yīng)的精度；

步驟52：訓(xùn)練數(shù)字孿生模型B：通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法來訓(xùn)練孿生模型B中的數(shù)字模型，將訓(xùn)練數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)字孿生模型A中；同時(shí)，基于變壓器物理實(shí)體的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)變化，利用大數(shù)據(jù)的分析、挖掘，數(shù)字孿生模型B中的規(guī)則和約束條件也會(huì)做出動(dòng)態(tài)調(diào)整。

步驟53：更新數(shù)字孿生模型：模型迭代更新需要根據(jù)變壓器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將實(shí)測數(shù)據(jù)代入模型得到計(jì)算結(jié)果，然后把計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行比較，若計(jì)算值與實(shí)測值精度滿足要求，則把此時(shí)的參數(shù)作為模型的參數(shù)，第一數(shù)字孿生模型與第二數(shù)字孿生模型正常運(yùn)行；若計(jì)算值與實(shí)測值誤差大，則調(diào)整參數(shù)代入模型，重復(fù)步驟52重新計(jì)算再繼續(xù)比較，直到系統(tǒng)滿足誤差要求。