一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统的制作方法

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统。

背景技术：

1、电力输电线路是电力系统的重要组成部分，其导线状态的实时监测和预测对于确保电力系统的安全稳定运行至关重要。传统的导线状态监测方法主要依靠手工巡检和定期的物理测量，存在着人力成本高、监测周期长、实时性差等问题。数字孪生技术是一种将物理系统与数学模型相结合的仿真技术，能够实现对物理系统的实时监测和预测，具有很高的应用价值。

2、如cn108199481b现有技术公开了一种输电线路导线状态实时监测装置，建设具有信息化、数字化、自动化、互动化特征的坚强智能电网是安全、可靠、高效输电的保障，是电力科学发展的方向，对电网的监测也尤其重要。作为电力输送纽带的输电线路具有分散性大、距离长、难以巡视及维护等特点，因此对输电线路导线的远程监测成为一项迫切工作。

3、另一种典型的如cn114923529b的现有技术公开的一种架空输电导线运行状态分布式监测的装置及方法，架空输电导线的温度、弧垂和风偏角等状态参量能够反映线路的运行状态，预警覆冰、舞动和对地放电等故障，方便电网工作人员提前做出反应，提高电网运行的可靠性。

4、为了解决本领域普遍存在智能程度低、故障无法预警、无法进行仿真和状态无法模拟等等问题，作出了本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，针对目前所存在的不足，提出了一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统。

2、为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统，所述输电线路导线状态模拟系统包括服务器，所述输电线路导线状态模拟系统还包括实时监测模块、数据采集模块、数学模型构建模块、导线状态仿真模块，所述服务器分别与所述实时监测模块、数据采集模块、数学模型构建模块和导线状态仿真模块连接；

4、所述实时监测模块负责实时采集输电线路导线的物理参数，所述数据采集模块将采集到的数据传输到数学模型构建模块，所述数学模型构建模块利用数字孪生技术构建输电线路导线的数学模型，所述导线状态仿真模块将实时监测数据输入到建立的数学模型中进行输电线路的状态仿真，预测导线的运行状态，并根据运行状态和预测导线的运行状态的比对结果触发预警，以提示运维人员；

5、所述数据采集模块包括身份验证单元和数据传输单元，所述身份验证单元用于对所述实时监测模块的身份进行验证，以根据所述实时监测模块的身份和位置数据生成核验通过指令，所述数据传输单元根据所述身份验证单元的验证结果向所述数学模型构建模块传输实时监测数据；

6、其中，所述数据传输单元接收所述身份验证单元的所述核验通过指令后，将所述实时监测模块的实时监测数据向所述数学模型构建模块传输。

7、可选的，所述实时监测模块包括振动监测单元、温度监测单元和导线牵拉监测单元，所述振动监测单元用于对所述输电线路的振动进行监测，以获得所述输电线路的振动数据，所述温度监测单元用于对输电线路的温度进行监测，所述导线牵拉监测单元用于对所述输电线路的牵拉力进行监测；

8、其中，所述振动监测单元和导线牵拉监测单元设置在所述输电线路上，所述温度监测单元设置在输电塔或无人机上，以对所述输电线路的温度状态数据进行采集。

9、可选的，所述导线状态仿真模块包括状态仿真单元和预警单元，所述状态仿真单元将实时监测数据输入到建立的数学模型中进行输电线路的状态仿真，预测输电线路运行状态，所述预警单元根据运行状态的结果触发预警，以提示运维人员；

10、所述预警单元在接收所述运行状态的结果后，向所述运维人员触发声提示。

11、可选的，所述数学模型构建模块接收数据采集模块的数据，并根据以下步骤建立数学模型：

12、s1、对输入数据进行预处理，去除异常值和噪声干扰；

13、s2、针对输电线路导线的特性，选择温度、振动、牵拉作为输入特征，对应于温度、振动、牵拉3个自变量，生成1个因变量；

14、s3、建立数学模型，其中，基于多元回归分析方法，建立如下的线性数学模型：

15、；

16、式中，y表示因变量，x1、x2、x3分别表示温度自变量、振动自变量、牵拉自变量，β0、β1、β2、β3为待估参数，ε为误差项；

17、s4、使用最小二乘法估计所述数学模型中的所述待估参数，并将所述待估参数带入，以得到所述数学模型的最终形式；

18、s5、使用部分已经过考证过的合格数据对建立数学模型进行验证，评估建立数学模型的准确指数。

19、可选的，评估建立数学模型的准确指数e根据下式进行计算：

20、；

21、式中，mse为建立的所述数学模型的均方误差，default_value为预先设定的评估阈值range；

22、若准确指数e的值为正，表示预测结果的均方误差低于设定的评估阈值range，符合要求；若准确指数e的值为负，表示预测结果的均方误差高于设定的评估阈值range，不符合要求。

23、可选的，所述状态仿真单元将实时监测数据输入到所述数学模型中，并将所述实时监测数据与数学模型预测的输电线路的状态进行对比；

24、若对比得出实际线路的状态和数字孪生模型的仿真状态之间存在差异，则触发预警单元的预警。

25、可选的，所述预警单元还包括显示子单元和蜂鸣器，所述显示子单元用于将警示信息进行显示，所述蜂鸣器用于向运维人员进行蜂鸣警示。

26、本发明所取得的有益效果是：

27、1.通过导线状态仿真模块和数学模型构建模块的相互配合，使得输电线路的状态能够得到及时的预警，使得输电线路异常状态能够主动预警，保证整个系统具有更高的智能程度；

28、2.通过身份验证单元和数据传输单元的相互配合，使得各个传输线路的身份能够精准的采集，保证输电线路各个位置的实时监测模块的身份能够得到验证，以确保整个系统的精准性和可靠性；

29、3.通过实时监测模块对输电线路的实时状态进行监测，能够动态的了解输电线路的实际状况，提升整个系统的智能程度；

30、4.通过数学构建模块和实时监测模块的相互配合，使得输电线路的状态能够精准的监测，使得整个系统具有主动预警、仿真模块自动化程度高和状态模拟效果好的优点。

技术特征：

1.一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统，所述输电线路导线状态模拟系统包括服务器，其特征在于，所述输电线路导线状态模拟系统还包括实时监测模块、数据采集模块、数学模型构建模块、导线状态仿真模块，所述服务器分别与所述实时监测模块、数据采集模块、数学模型构建模块和导线状态仿真模块连接；

2.根据权利要求1所述的一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统，其特征在于，所述实时监测模块包括振动监测单元、温度监测单元和导线牵拉监测单元，所述振动监测单元用于对所述输电线路的振动进行监测，以获得所述输电线路的振动数据，所述温度监测单元用于对输电线路的温度进行监测，所述导线牵拉监测单元用于对所述输电线路的牵拉力进行监测；

3.根据权利要求2所述的一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统，其特征在于，所述导线状态仿真模块包括状态仿真单元和预警单元，所述仿真单元将实时监测数据输入到建立的数学模型中进行输电线路的状态仿真，预测输电线路运行状态，所述预警单元根据运行状态的结果触发预警，以提示运维人员；

4.根据权利要求3所述的一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统，其特征在于，所述数学模型构建模块接收数据采集模块的数据，并根据以下步骤建立数学模型：

5.根据权利要求4所述的一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统，其特征在于，评估建立数学模型的准确指数e根据下式进行计算：

6.根据权利要求5所述的一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统，其特征在于，所述状态仿真单元将实时数据输入到所述数学模型中，并将所述实时的数据与数学模型预测的输电线路的状态进行对比；

7.根据权利要求6所述的一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统，其特征在于，所述预警单元还包括显示子单元和蜂鸣器，所述显示子单元用于将警示信息进行显示，所述蜂鸣器用于向运维人员进行蜂鸣警示。

技术总结
本发明提供了一种基于数字孪生技术的输电线路导线状态模拟系统，包括服务器、实时监测模块、数据采集模块、数学模型构建模块、导线状态仿真模块，服务器分别与实时监测模块、数据采集模块、数学模型构建模块和导线状态仿真模块连接；实时监测模块负责实时采集输电线路导线的物理参数，数据采集模块将采集到的数据传输到数学模型构建模块，数学模型构建模块利用数字孪生技术构建输电线路导线的数学模型，导线状态仿真模块将实时监测数据输入到建立的数学模型中进行输电线路的状态仿真，预测导线的运行状态，并根据运行状态和预测导线的运行状态的比对结果触发预警，以提示运维人员。

技术研发人员：曹世鹏,王立涛,倪莎,陈杰,余万金,周文斌
受保护的技术使用者：众芯汉创（北京）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13