一种基于实时监测的数字孪生避雷器系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于实时监测的数字孪生避雷器系统及其方法，所述的基于实时监测的数字孪生避雷器系统包括避雷器数据采集模块、环境数据采集模块、数据采集平台B、有限元分析平台C、三维展示平台D、三维模型编辑器F和中间数据存储系统H；本发明专利技术基于实时状态监测的有限元数字孪生技术方法，用于对避雷器进行实时监测和仿真预测。在实际过程中有限元仿真是在独立的软件里面进行的，输入的是静态的数据，并且需要耗费比较长的计算时间才会有一次结果，而结果只能验证过去时间的模型是否正确，无法对当前时刻的状态做出反馈。无法对当前时刻的状态做出反馈。无法对当前时刻的状态做出反馈。

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时监测的数字孪生避雷器系统及其方法


[0001]本专利技术涉及软件
，具体涉及一种基于实时监测的数字孪生避雷器系统及其方法。

技术介绍

[0002]随着经济社会的发展，为各行各业提供能源的电力系统也愈加庞大复杂，对电网运行稳定性和供电可靠性提出了巨大的挑战。其中避雷器处在环境复杂的变电站中，承担重要的过电压保护任务，其无缺陷地安全稳定运行对于供电可靠性有着极其重要的意义。
[0003]避雷器的维护与健康状态监测对保障电网稳定运行至关重要。在避雷器长期运行过程中，主要从三个方面判断起运行状况：避雷器整体外观、避雷器泄漏电流值、动作计数器次数。以上三个方面出动作计数器次数外都是不易被及时直观的显示和发现，只能通过停电拆下来检测才能发现，耗时费力。因此需要一种技术，可以通过在线实时监测能测量的数据，并建立避雷器运行仿真模型，通过构建三维立体图形，实时在WEB页面上展示避雷器的模拟运行情况，达到和现实中运行状态类似，从而构建显示和虚拟运行的数字孪生系统。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的问题，本专利技术提供了一种基于实时监测的数字孪生避雷器系统及其方法。
[0005]为了解决现有技术的问题，本专利技术提供了如下技术方案：本专利技术的一种基于实时监测的数字孪生避雷器系统，所述的系统包括避雷器数据采集模块、环境数据采集模块、数据采集平台B、有限元分析平台C、三维展示平台D、三维模型编辑器F和中间数据存储系统H；
[0006]其中，所述的避雷器数据采集模块，观察采集到的相关数据，包括但不限于泄漏电流值、避雷器动作次数、雷击的位置、雷击产生的时间及产生的电流波形、避雷器红外测量温度；采集模块通过通信协议发送给数据采集平台B，包括但不限于TCP、MQTT协议；
[0007]所述的环境数据采集模块，采集避雷器所处环境的相关数据，包括但不限于避雷器所处海拔高度、温度、湿度、风向、风速、气流强度等，采集模块通过通信协议发送给数据采集平台B，包括但不限于TCP、MQTT等协议；
[0008]所述的数据采集平台B，接收并存储两个采集模块发送过来的数据，数据采用实时数据库进行保存，并进行预处理后转发相应的数据传送给平台C和平台D；
[0009]所述的有限元平台C，利用数据采集平台B发送过来的环境数据、避雷器数据，以及三维模型编辑器F生成的避雷器三维模型，基于有限元理论建立避雷器的热、电、结构多维耦合三维模型，从而分析出避雷器的温度场分布、电位分布、表面场强分布情况，通过构建网格划分，在保证收敛性和计算精度的前提下简化模型以提高计算效率和计算时间。并把计算结果实时发送给三维展示平台D；
[0010]所述的三维展示平台D，接收三维模型编辑器F生成的三维模型，并且接收有限元平台C和数据采集平台B传递过来的数据；整合接收过来的数据，在三维模型上进行动态展
示，并根据数据的变化，让三维模型实时做出交互动作或运动；在三维模型上展示有限元计算分析出的数据结果和数据采集平台采集的数据结果，并对两者进行展示以便用户对比分析；有限元计算出来的热力温度分布，和用红外测温测量出来的温度分布情况；
[0011]因为有限元的数据是第三方工具生成，没有办法直接和本专利技术的三维展示平台连接，所以在本专利技术里面需要达到实时接收数据的目的，就设置了一个中间数据存储系统H；
[0012]所述的中间数据存储系统H，让第三方有限元分析工具可以把数据保存在上面，同时三维展示平台会实时不停的去H上读取数据。存储系统H可以是简单的文件保存，也可以是数据库保存；
[0013]所述的三维模型编辑器F，进行避雷器三维模型编辑，并输出给有限元模型分析平台C和三维展示平台D，三维模型可以动态编辑，实时修改生成，有限元模型分析平台C和三维展示平台D都会实时收到并修正自己的模型。
[0014]进一步地，所述的数据采集平台B实时接收数据并做时序数据库的存储工作。并把数据进行整合，把5秒内的所有数据整合起来，按照5s一次的间隔发送给有限元分析平台C，数据的发送格式采用json格式。
[0015]进一步地，标准的JSON格式如下所示：[{"采集点位名称1":"采集值1"},{"采集点位名称2":"采集值2"},{"采集点位名称3":"采集值3"}
……
,{"采集点位名称n":"采集值n"}]。
[0016]本专利技术所述的基于实时监测的数字孪生避雷器系统的监测方法，包括如下步骤：
[0017](1)通过避雷器数据采集模块，采集能够采集到的数据。泄漏电流、动作次数、温度分布、电流波形、雷击位置；
[0018](2)通过环境数据采集模块，采集避雷器所属相关地方的数据，海拔高度、温度、湿度、风向、风速、气流强度；
[0019](3)避雷器数据采集模块和环境数据采集模块实时发送数据给数据采集平台B，其中环境数据采集模块按照1s的间隔时间采集并发送数据，避雷器数据采集模块按照250ms的间隔时间采集并发送数据，具体采集间隔时间可以认为设定；
[0020](4)数据采集平台B接收并存储两个采集模块发送过来的数据，数据采用实时数据库进行保存，并进行预处理后转发相应的数据传送给平台C和平台D；并把数据进行整合，把5秒内的所有数据整合起来，按照5s一次的间隔发送给有限元分析平台C，数据的发送格式采用json格式。
[0021](5)在有限元平台C上，根据电学和热力学有限元理论构建有限元模型，有限元模型不属于本专利技术范畴。构建模型后，直接获取数据采集平台B传递过来的数据，并且根据三维模型编辑器F传递过来的三维模型，进行分析和计算；
[0022](6)三维展示平台D实时的通过中间数据存储系统H获取有限元计算的结果，并且是实时的获取数据采集平台B传递过来的数据，把两者数据展示在三维模型上面，实时呈现当前避雷器的状态，以及模型预测分析的状态。
[0023]进一步地，在步骤(3)中，由于有限元计算分析取决于模型的复杂程度，为了达到实时要求，尽可能的多采用网格划分，在保证收敛性和计算精度的前提下简化模型以提高计算效率，和计算时间。网格划分的前提是尽可能的降低计算时间，达到接近实时状态。并且有限元平台C计算分析出来的结果，实时写入中间数据存储系统H里面。
[0024]有益效果：本专利技术基于实时状态监测的有限元数字孪生技术方法，用于对避雷器进行实时监测和仿真预测。在实际过程中有限元仿真是在独立的软件里面进行的，输入的是静态的数据，并且需要耗费比较长的计算时间才会有一次结果，而结果只能验证过去时间的模型是否正确，无法对当前时刻的状态做出反馈。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术构建一种新的技术方法，使得有限元仿真可以采用实时的检测数据进行模型仿真计算，并且计算结果可以实时传递给三维平台，使得三维平台可以实时展示模型结果并且和实际情况进行对比。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的系统架构图。
具体实施方式
[0027]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于实时监测的数字孪生避雷器系统，其特征在于：所述的基于实时监测的数字孪生避雷器系统包括避雷器数据采集模块、环境数据采集模块、数据采集平台B、有限元分析平台C、三维展示平台D、三维模型编辑器F和中间数据存储系统H；其中，所述的避雷器数据采集模块，观察采集到的相关数据，包括但不限于泄漏电流值、避雷器动作次数、雷击的位置、雷击产生的时间及产生的电流波形、避雷器红外测量温度；采集模块通过通信协议发送给数据采集平台B，包括但不限于TCP、MQTT等协议；所述的环境数据采集模块，采集避雷器所处环境的相关数据，包括但不限于避雷器所处海拔高度、温度、湿度、风向、风速、气流强度，采集模块通过通信协议发送给数据采集平台B，包括但不限于TCP、MQTT协议；所述的数据采集平台B，接收并存储两个采集模块发送过来的数据，数据采用实时数据库进行保存，并进行预处理后转发相应的数据传送给平台C和平台D；所述的有限元平台C，利用数据采集平台B发送过来的环境数据、避雷器数据，以及三维模型编辑器F生成的避雷器三维模型，基于有限元理论建立避雷器的热、电、结构多维耦合三维模型，从而分析出避雷器的温度场分布、电位分布、表面场强分布情况；通过构建网格划分，在保证收敛性和计算精度的前提下简化模型以提高计算效率和计算时间，并把计算结果实时发送给三维展示平台D；所述的三维展示平台D，接收三维模型编辑器F生成的三维模型，并且接收有限元平台C和数据采集平台B传递过来的数据；整合接收过来的数据，在三维模型上进行动态展示，并根据数据的变化，让三维模型实时做出交互动作或运动；在三维模型上展示有限元计算分析出的数据结果和数据采集平台采集的数据结果，并对两者进行展示以便用户对比分析；有限元计算出来的热力温度分布和用红外测温测量出来的温度分布情况；所述的中间数据存储系统H，让第三方有限元分析工具把数据保存在上面，同时三维展示平台会实时不停的去H上读取数据，存储系统H可以实现简单的文件保存或者数据库保存；所述的三维模型编辑器F，进行避雷器三维模型编辑，并输出给有限元模型分析平台C和三维展示平台D，三维模型可以动态编辑，实时修改生成，有限元模型分析平台C和三维展示平台D都会实时收到并修正自己的模型。2.根据权利要求1所述的基于实时监测的数字孪生避雷器系统，其特征在于：所述的数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晨晨，贾凤鸣，汤仕磊，朱雨晨，夏勇，杨艳，谈力，罗长，张驰，王夕琛，李腾，刘锡禹，马晓薇，施雯，邵华，侯姗姗，穆云龙，李敏晖，束学刚，张放，戴佳琳，李利元，林玉娟，张静，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司超高压分公司，
类型：发明
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