[发明专利]一种计及空间电荷的换流变数字孪生模型构建方法

权利要求书

1.一种计及空间电荷的换流变数字孪生模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先根据变压器运行工况确定传感装置的分布位置，通过逐步消去法修正传感体系，得到换流变传感网络；采用BIM建筑信息模型技术构建换流变几何维度模型，利用倾斜摄影测量技术得到换流变全景模型；将传感数据对换流变模型进行映射；

采用肖特基注入作为自由粒子的唯一来源，基于对空间电荷的推导，得到微观粒子下电-热-力多场耦合计算模型；

最后，基于API分离出BIM模型所包含的信息，将几何信息储存到JSON文件模型区，将材料和属性信息储存到JSON文件信息区；设置统一标识符关联实景模型和多物理场模型，通过相互调用关键信息，实现两种模型的融合，最终得到完整的换流变孪生模型；

所述设置统一标识符关联实景模型和多物理场模型，通过相互调用关键信息，实现两种模型的融合，最终得到完整的换流变孪生模型，具体包括：

设置统一标识符关联三种信息，利用objLoader通过API提取JSON文件模型区的几何信息，供三维实景建模调用，构建出几何与实景维度的孪生模型；通过API提取JSON文件的几何信息、材料、属性信息形成多物理维度的孪生模型；最后，基于统一标识符关联两类孪生模型的数据，实现两种模型融合得到最终的孪生模型。

2.根据权利要求1所述的一种计及空间电荷的换流变数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述根据变压器运行工况确定传感装置的分布位置，是通过有效独立法确定传感装置的初始布置位置。

3.根据权利要求2所述的一种计及空间电荷的换流变数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述通过逐步消去法修正传感体系，它每次从所有传感器可选位置的剩余中，移除对目标函数贡献最少或较少的一个或多个位置，直到只有所需的可选位置数或最大非对角线元素达到预置值为止，得到换流变传感网络。

4.根据权利要求3所述的一种计及空间电荷的换流变数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述采用BIM建筑信息模型技术构建换流变几何维度模型，具体包括：

1)根据现场情况，从不同的位置和角度，选取合适的测站位置，经过多次扫描对工作面进行整体覆盖；

2)在墙壁四周张贴标靶纸后，架设三维激光扫描仪对结构每个部分依次进行扫描；

3)在软件中进行点云测站拼接、提取点云数据、坐标系转换、点云去噪与分类、点云输出与格式转换操作；

4)将*.rcp或*.rcs格式的文件导入软件中，提取关键点坐标，得到实际扫描修正后的结构BIM模型。

5.根据权利要求4所述的一种计及空间电荷的换流变数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述利用倾斜摄影测量技术获得换流变实景数据，具体包括：基于坐标转换实现时空一致性完成实景数据与几何维度模型的匹配，将监测数据对换流变模型进行映射，得到融合几何与实景的换流变数字孪生模型，其中倾斜摄影测量技术指的是通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，获取丰富的变压器顶面及侧视的高分辨率纹理。

6.根据权利要求5所述的一种计及空间电荷的换流变数字孪生模型构建方法，其特征在于，所述采用肖特基注入作为自由粒子的唯一来源，基于对空间电荷的推导，得到微观粒子下电-热-力多场耦合计算模型，具体包括：

在传统耦合方式上考虑空间电荷影响，采用肖特基注入作为自由粒子的唯一来源；基于泊松方程、电流连续性定理和守恒方程对空间电荷的分布进行进一步推导，即可建立温度-场强-流速下的空间电荷移动路径得到计及微观粒子下电-热-力多场耦合计算模型；

将泊松方程(1-1)和已知边界电压条件转化为等价的变分形式(1-2)，运用到计算模型中转化为矩阵形式(1-3)；由泊松方程的变分原理可知含有边界条件的方程(1-1)的解就是方程(1-3)取最小值的函数；得到最终表达式平衡方程(1-4)，用于计算模型内各点电势；

其中，为空间电荷各点电位值，[K]为总系数矩阵(也即总刚度矩阵)，[f]为局部矩阵总体合成的结果；

[K][Φ]＝[f](1-4)。