本發(fā)明屬于電力設(shè)備狀態(tài)評(píng)估領(lǐng)域，尤其涉及基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的高壓電抗器數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)架構(gòu)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、在電力系統(tǒng)中高壓并聯(lián)電抗器在起著穩(wěn)定無功補(bǔ)償與電壓的作用。但隨著特高壓輸電技術(shù)和高壓直流輸電技術(shù)的蓬勃發(fā)展，輸電線路中電抗器的容量愈發(fā)增大又因其繞組、鐵心的多氣隙結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)部振動(dòng)的問題日益凸顯。電抗器在交變電磁場(chǎng)中運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，造成其內(nèi)部連接緊固部件松動(dòng)、運(yùn)行電阻增大等結(jié)果，影響其安全運(yùn)行。并聯(lián)電抗器和電力變壓器作為特高壓輸電系統(tǒng)最主要的電磁裝備之一，其振動(dòng)噪聲是對(duì)特高壓電力系統(tǒng)的正常和環(huán)保運(yùn)行具有重要影響。并聯(lián)電抗器為了保持電抗值具有良好的線性度，其鐵心模型通常采用多氣隙結(jié)構(gòu)，這使得其鐵心模型漏磁大大增加，從而極大地增大了電抗器鐵心模型正常工況下所受的電磁力，造成了并聯(lián)電抗器正常工作中大噪聲的工作特點(diǎn)，因而并聯(lián)電抗器的鐵心模型振動(dòng)分析應(yīng)該在振動(dòng)分析中考慮電磁力的影響，故對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)中所受電磁力實(shí)時(shí)分析，監(jiān)測(cè)，對(duì)于保障高壓電抗器安全運(yùn)行具有重大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在解決以上現(xiàn)有技術(shù)的問題。提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的高壓電抗器數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

2、一種基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的高壓電抗器數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)方法，其包括以下步驟：

3、1)、對(duì)高壓電抗器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采樣及上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，采樣的傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括：電壓、電流、溫度、振動(dòng)及噪聲監(jiān)測(cè)；

4、2)、將步驟1)中采樣得到的傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為mqtt消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；確保數(shù)據(jù)在低帶寬、不可靠網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的有效傳輸；

5、3)、在多物理場(chǎng)仿真平臺(tái)上建立高壓電抗器鐵心在交變電磁場(chǎng)中受電磁力影響的振動(dòng)模型，導(dǎo)出為mqtt協(xié)議支持的數(shù)據(jù)格式，并上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；

6、4)、將步驟2)和3)中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與構(gòu)建的幾何模型在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高壓電抗器運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)高壓電抗器數(shù)字孿生；

7、進(jìn)一步的，所述高壓電抗器的仿真模型具體為：在多物理場(chǎng)仿真軟件中對(duì)鐵心進(jìn)行建模分析其受電磁力振動(dòng)情況，根據(jù)振動(dòng)理論，系統(tǒng)振動(dòng)的微分方程用矩陣表示為：

8、

9、式中，[m]為結(jié)構(gòu)質(zhì)量矩陣；[k]為結(jié)構(gòu)剛度矩陣；為廣義加速度列陣；{x}為廣義位移列陣，當(dāng)電抗器處于運(yùn)行工況時(shí)，由交變磁場(chǎng)產(chǎn)生的激振力作用于系統(tǒng)，公式(1)等號(hào)右側(cè)不再是零，而是激振力對(duì)于電抗器而言，系統(tǒng)的微分方程表示為

10、

11、式中：f為50hz，p表示電磁力幅值，f表示電磁力向量，該方程的特解表亦為：

12、

13、xn表示第n個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)幅值，表示第n個(gè)測(cè)點(diǎn)的相位角，xn表示第n

14、個(gè)測(cè)點(diǎn)得振動(dòng)幅值，fain表示第n個(gè)測(cè)點(diǎn)得相位角，即系統(tǒng)僅受到電抗器本身的電磁激振力時(shí)，系統(tǒng)各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻率與激振為頻率一致，為2f＝100hz。

15、進(jìn)一步的，所述將構(gòu)建的高壓電抗器鐵心在交變電磁場(chǎng)中受電磁力的仿真模型導(dǎo)出為mqtt協(xié)議支持的數(shù)據(jù)格式，具體包括：

16、包括主題(topic)和消息體(payload)，主題用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的來源或類型，消息體則包含實(shí)際的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或仿真模型數(shù)據(jù)。

17、進(jìn)一步的，所述步驟4)、將步驟2)和3)中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與構(gòu)建的幾何模型在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，具體包括：

18、數(shù)據(jù)融合采用基于時(shí)間戳的同步方法，將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真模型的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配。具體步驟包括：①對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和仿真模型數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊，確保兩者在同一時(shí)間點(diǎn)上的數(shù)據(jù)能夠?qū)?yīng)；②使用插值或外推方法對(duì)缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充；③通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理層，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真模型的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)融合，生成反映高壓電抗器實(shí)時(shí)狀態(tài)的綜合數(shù)據(jù)。

19、進(jìn)一步的，所述物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)包括數(shù)據(jù)接入層、處理層和應(yīng)用層，數(shù)據(jù)接入層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收集和協(xié)議轉(zhuǎn)換，處理層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的融合分析，應(yīng)用層提供用戶界面進(jìn)行模型的實(shí)時(shí)調(diào)用和可視化監(jiān)控。

20、進(jìn)一步的，所述電磁力、仿真模型與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上的融合，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)時(shí)更新數(shù)字孿生體，使得模型能夠反映高壓電抗器在特定運(yùn)行工況下的實(shí)時(shí)狀態(tài)，增強(qiáng)了狀態(tài)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。

21、進(jìn)一步的，所述通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)時(shí)更新數(shù)字孿生體，具體包括：

22、實(shí)時(shí)采集高壓電抗器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過mqtt協(xié)議上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；

23、將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真模型的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，計(jì)算誤差或偏差；

24、根據(jù)誤差或偏差，調(diào)整仿真模型的參數(shù)或輸入條件，使模型輸出更接近實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

25、將更新后的模型數(shù)據(jù)重新導(dǎo)入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體的實(shí)時(shí)更新。

26、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：

27、本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下步驟和方法上：

28、創(chuàng)新點(diǎn)：

29、1.數(shù)據(jù)協(xié)議統(tǒng)一與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)集成：通過網(wǎng)關(guān)將高壓電抗器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為mqtt協(xié)議格式，確保數(shù)據(jù)能夠高效、穩(wěn)定地傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)。這一步驟解決了傳感器數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的兼容性問題，為數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和處理提供了基礎(chǔ)。

30、2.多物理場(chǎng)仿真模型構(gòu)建：在多物理場(chǎng)仿真平臺(tái)上構(gòu)建高壓電抗器鐵心在交變電磁場(chǎng)中受電磁力影響的振動(dòng)模型，這一模型不僅考慮了電磁力對(duì)振動(dòng)的影響，還結(jié)合了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了從單一物理場(chǎng)向多物理場(chǎng)的仿真躍遷，提高了模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

31、3.模型與數(shù)據(jù)融合：將多物理場(chǎng)仿真模型與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上進(jìn)行融合，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)時(shí)更新數(shù)字孿生模型。這種融合不僅提供了高壓電抗器運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)可視化，還在模型層面實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的深度分析和利用，為狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了新的視角。

32、4.數(shù)字孿生建模語言支持的模型導(dǎo)出：將計(jì)算完成的電磁力模型導(dǎo)出為物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)字孿生建模語言支持的格式，這一創(chuàng)新點(diǎn)確保了模型能夠在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上被有效識(shí)別和利用，便于在不同平臺(tái)和設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和模型部署。

33、有益效果：

34、-實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控：通過物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和模型的實(shí)時(shí)更新，能夠及時(shí)監(jiān)測(cè)高壓電抗器的運(yùn)行狀態(tài)，提前預(yù)警潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，提高運(yùn)維效率。

35、-精準(zhǔn)狀態(tài)評(píng)估：結(jié)合多物理場(chǎng)仿真模型，考慮了電磁力對(duì)高壓電抗器振動(dòng)的影響，提高了狀態(tài)評(píng)估的精準(zhǔn)度，有助于優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)，減少因設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的故障。

36、-智能化運(yùn)維管理：數(shù)字孿生模型的可視化和實(shí)時(shí)性，為高壓電抗器的智能化運(yùn)維管理提供了可能，通過數(shù)據(jù)分析和模型預(yù)測(cè)，可以制定更加科學(xué)的維護(hù)策略，延長設(shè)備使用壽命，降低維護(hù)成本。

37、不容易想到的原因：

38、-跨領(lǐng)域技術(shù)融合：本發(fā)明將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、多物理場(chǎng)仿真技術(shù)和數(shù)字孿生技術(shù)相融合，需要跨領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)能力，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、物理場(chǎng)仿真和模型語言有深入的理解，這在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上具有一定的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性。

39、-實(shí)時(shí)性與兼容性兼顧：在確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還要解決數(shù)據(jù)與模型之間的兼容性問題，需要優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程，調(diào)整模型以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)字孿生建模語言，這要求在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行精細(xì)的考量。

40、-大數(shù)據(jù)分析與決策支持：利用物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，并將結(jié)果反饋到數(shù)字孿生模型中，以支持實(shí)時(shí)決策和狀態(tài)管理，這一過程涉及數(shù)據(jù)處理算法、模型優(yōu)化和決策支持系統(tǒng)的開發(fā)，需要大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和技術(shù)積累。

41、綜上所述，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在跨領(lǐng)域技術(shù)的融合、模型與數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)融合以及物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的充分利用上，不僅解決了高壓電抗器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性問題，還提高了狀態(tài)評(píng)估的精度，為智能化運(yùn)維提供了技術(shù)支撐。這些創(chuàng)新點(diǎn)之所以不容易想到，是因?yàn)樗鼈円髮?duì)多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)有深刻理解，并且能夠創(chuàng)造性地將這些技術(shù)結(jié)合起來解決實(shí)際問題。