一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法及装置，通过有限元仿真软件，对构建的GIS简化三维模型施加工频交流电流激励，计算并基于GIS设备损耗，对GIS稳态温度场进行求解，得到GIS稳态温度有限元结果；基于GIS设备损耗和GIS稳态温度有限元结果，计算并得到GIS设备的等效热阻，基于等效热阻和GIS稳态温度有限元结果，对预设的GIS外壳－发热量拟合公式进行求解，生成GIS外壳温度计算模型；对GIS外壳温度计算模型进行验证，若验证通过，则将GIS外壳温度计算模型作为数字孪生计算模型；与现有技术相比，本发明专利技术的技术方案能提高对GIS设备外壳温度的计算效率。对GIS设备外壳温度的计算效率。对GIS设备外壳温度的计算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法及装置


[0001]本专利技术涉及电力设备状态评估的
，特别是涉及一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法及装置。

技术介绍

[0002]数字孪生技术作为现实与虚拟的枢纽，能够将物理实体全空间尺度、全生命周期映射至数字信息世界，在电力行业有着广阔的应用前景。随着电力装备数字孪生概念的提出，构建与物理设备等效且同步运行的数字孪生模型已成为当下研究热点；多物理场仿真作为面向设备性能分析的关键技术，可通过场计算模型获取全局运行参数分布，将其应用于驱动数字李生模型可实现对设备的监测，但数字孪生技术具有实时性优点，对计算速度有较高要求。
[0003]目前依靠传统数值模拟方法，如有限元法、有限体积法等，求解物理场计算问题的研究已成熟，但由于传统有限元模型自由度高、且需要同时对空间域与时间域进行离散，导致计算量庞大、计算时间长达小时级，不适用于数字孪生模型。
[0004]GIS设备作为电力发电输电、变电的重要气体绝缘组合电器，是高压电网建设中关键设备之一；GIS设备虽具有占地面积小、易于维护检修、结构紧凑、运行可靠性高等优点，但其容易由局部过热等温升问题，导致设备故障频发，且现场难以直接对GIS电场进行监测，导致现有中面临着GIS设备发热损耗难以全面预见与监测、电流密度过大、涡流损耗大等难题，从而对发电厂与变电站的运行安全造成隐患，因此，面向GIS设备在数字孪生应用的快速计算模型的建立，对其在实现数字孪生中能对负荷进行实时调整的要求具有十分重大的意义。
专利技术内容
[0005]本专利技术要解决的技术问题是：提供一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法及装置，能提高对GIS设备外壳温度的计算效率。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法，包括：
[0007]构建GIS三维模型，并对所述GIS三维模型进行简化，得到GIS简化三维模型；
[0008]基于有限元仿真软件，对所述GIS简化三维模型施加工频交流电流激励，计算并基于所述工频交流电流激励下的GIS设备损耗，对GIS稳态温度场进行求解，得到GIS稳态温度有限元结果；
[0009]基于所述GIS设备损耗和所述GIS稳态温度有限元结果，计算并得到GIS设备的等效热阻，基于所述等效热阻和所述GIS稳态温度有限元结果，对预设的GIS外壳－发热量拟合公式进行求解，生成GIS外壳温度计算模型；
[0010]对所述GIS外壳温度计算模型进行验证，若验证通过，则将所述GIS外壳温度计算模型作为数字孪生计算模型，若验证失败，则基于重新获取的GIS设备的等效热阻和GIS稳
态温度有限元结果，对预设的GIS外壳－发热量拟合公式进行求解，生成新的GIS外壳温度计算模型，直至验证通过。
[0011]在一种可能的实现方式中，构建GIS三维模型，对所述GIS三维模型进行简化，得到GIS简化三维模型，具体包括：
[0012]获取GIS设备的原型尺寸，基于所述原型尺寸对所述GIS设备进行一比一建模处理，得到GIS三维模型；
[0013]获取并对所述GIS三维模型中的导体、触座间和绝缘子嵌件结构进行简化，得到GIS简化三维模型。
[0014]在一种可能的实现方式中，对所述GIS简化三维模型施加工频交流电流激励，计算所述工频交流电流激励下的GIS设备损耗，具体包括：
[0015]选取多个不同时刻下的电流，其中，所述多个不同时刻下的电流包括最大电流值时刻的电流、平均电流值时刻的电流、中位数电流值时刻的电流和最小电流值时刻的电流；
[0016]基于每个电流，分别对所述GIS简化三维模型施加工频交流电流激励，计算每个工频交流电流激励下的GIS设备损耗。
[0017]在一种可能的实现方式中，基于所述工频交流电流激励下的GIS设备损耗，对GIS稳态温度场进行求解，得到GIS稳态温度有限元结果，具体包括：
[0018]获取每个工频交流电流激励下的GIS设备损耗，将所述GIS设备损耗作为热源，对GIS稳态温度场进行求解，得到每个GIS设备损耗对应的GIS稳态温度有限元结果，其中，所述GIS稳态温度有限元结果包括GIS外壳温度、GIS内部导体温度和GIS设备工作环境温度。
[0019]在一种可能的实现方式中，基于所述GIS设备损耗和所述GIS稳态温度有限元结果，计算并得到GIS设备的等效热阻，具体包括：
[0020]将每个GIS设备损耗，以及所述GIS设备损耗对应的GIS稳态温度有限元结果，分别代入预设的等效热阻计算公式中，计算并得到每个GIS设备损耗下GIS设备的第一等效热阻；
[0021]获取所有GIS设备损耗下的所述第一等效热阻，计算并将所有第一等效热阻的平均值作为GIS设备的等效热阻。
[0022]在一种可能的实现方式中，基于所述等效热阻和所述GIS稳态温度有限元结果，对预设的GIS外壳－发热量拟合公式进行求解，生成GIS外壳温度计算模型，具体包括：
[0023]基于所述等效热阻和所述GIS稳态温度有限元结果，计算并得到GIS设备整体发热量；
[0024]将所述GIS设备整体发热量和所述GIS稳态温度有限元结果输入到预设的GIS外壳－发热量拟合公式中，基于全局优化法，对所述GIS外壳－发热量拟合公式中的未知对流散热系数组进行参数估计，得到对流散热系数组；
[0025]将所述对流散热系数组代入到所述GIS外壳－发热量拟合公式中，得到GIS外壳温度计算模型。
[0026]在一种可能的实现方式中，对所述GIS外壳温度计算模型进行验证，具体包括：
[0027]获取所述GIS设备损耗对应的GIS稳态温度有限元结果，并从所述GIS稳态温度有限元结果中提取出所述GIS外壳温度；
[0028]将所述GIS设备损耗作为GIS设备整体发热量，输入到所述GIS外壳温度计算模型
中，得到第一GIS外壳温度；
[0029]计算所述GIS外壳温度与所述第一GIS外壳温度之间的温度误差结果，若所述温度误差结果小于预设温度误差阈值，则确定所述GIS外壳温度计算模型验证通过，否则，则确定所述GIS外壳温度计算模型验证失败。
[0030]本专利技术还提供了一种GIS设备的数字孪生计算模型构建装置，包括：GIS设备模型构建模块、有限元仿真求解模块、GIS外壳温度计算模型生成模块和GIS外壳温度计算模型验证模块；
[0031]其中，所述GIS设备模型构建模块，用于构建GIS三维模型，并对所述GIS三维模型进行简化，得到GIS简化三维模型；
[0032]所述有限元仿真求解模块，用于基于有限元仿真软件，对所述GIS简化三维模型施加工频交流电流激励，计算并基于所述工频交流电流激励下的GIS设备损耗，对GIS稳态温度场进行求解，得到GIS稳态温度有限元结果；
[0033]所述GIS外壳温度计算模型生成模块，用于基于所述GIS设备损耗和所述GIS稳态温度有限本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法，其特征在于，包括：构建GIS三维模型，并对所述GIS三维模型进行简化，得到GIS简化三维模型；基于有限元仿真软件，对所述GIS简化三维模型施加工频交流电流激励，计算并基于所述工频交流电流激励下的GIS设备损耗，对GIS稳态温度场进行求解，得到GIS稳态温度有限元结果；基于所述GIS设备损耗和所述GIS稳态温度有限元结果，计算并得到GIS设备的等效热阻，基于所述等效热阻和所述GIS稳态温度有限元结果，对预设的GIS外壳－发热量拟合公式进行求解，生成GIS外壳温度计算模型；对所述GIS外壳温度计算模型进行验证，若验证通过，则将所述GIS外壳温度计算模型作为数字孪生计算模型，若验证失败，则基于重新获取的GIS设备的等效热阻和GIS稳态温度有限元结果，对预设的GIS外壳－发热量拟合公式进行求解，生成新的GIS外壳温度计算模型，直至验证通过。2.如权利要求1所述的一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法，其特征在于，构建GIS三维模型，对所述GIS三维模型进行简化，得到GIS简化三维模型，具体包括：获取GIS设备的原型尺寸，基于所述原型尺寸对所述GIS设备进行一比一建模处理，得到GIS三维模型；获取并对所述GIS三维模型中的导体、触座间和绝缘子嵌件结构进行简化，得到GIS简化三维模型。3.如权利要求1所述的一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法，其特征在于，对所述GIS简化三维模型施加工频交流电流激励，计算所述工频交流电流激励下的GIS设备损耗，具体包括：选取多个不同时刻下的电流，其中，所述多个不同时刻下的电流包括最大电流值时刻的电流、平均电流值时刻的电流、中位数电流值时刻的电流和最小电流值时刻的电流；基于每个电流，分别对所述GIS简化三维模型施加工频交流电流激励，计算每个工频交流电流激励下的GIS设备损耗。4.如权利要求3所述的一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法，其特征在于，基于所述工频交流电流激励下的GIS设备损耗，对GIS稳态温度场进行求解，得到GIS稳态温度有限元结果，具体包括：获取每个工频交流电流激励下的GIS设备损耗，将所述GIS设备损耗作为热源，对GIS稳态温度场进行求解，得到每个GIS设备损耗对应的GIS稳态温度有限元结果，其中，所述GIS稳态温度有限元结果包括GIS外壳温度、GIS内部导体温度和GIS设备工作环境温度。5.如权利要求1所述的一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法，其特征在于，基于所述GIS设备损耗和所述GIS稳态温度有限元结果，计算并得到GIS设备的等效热阻，具体包括：将每个GIS设备损耗，以及所述GIS设备损耗对应的GIS稳态温度有限元结果，分别代入预设的等效热阻计算公式中，计算并得到每个GIS设备损耗下GIS设备的第一等效热阻；获取所有GIS设备损耗下的所述第一等效热阻，计算并将所有第一等效热阻的平均值作为GIS设备的等效热阻。6.如权利要求1所述的一种GIS设备的数字孪生计算模型构建方法，其特征在于，基于
所述等效热阻和所述GIS稳态温度有限元结果，对预设的GIS外壳－发热量拟合公式进行求解，生成GIS外壳温度计算模型，具体包括：基于所述等效热阻和所述GIS稳态温度有限元结果，计算并得到GIS设备整体发热量；将所述GIS设备整体发热量和所述GIS稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙帅，李兴旺，姚聪伟，邰彬，王流火，庞小峰，李端姣，李健俊，朱锐锋，蔡玲珑，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：