[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

说明书

本发明请求保护一种计及空间电荷的换流变数字孪生模型构建方法。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。

技术领域

本发明属于电力设备数字孪生建模方法，尤其涉及换流变内外部实景和多物理场建模领域。

背景技术

电力工业是我国的经济发展命脉，近年来，我国大力发展特高压直流输电工程，而换流变在这里发挥着重要的作用。环流变的工作原理复杂，设备内部多物理场复杂，相互之间会产生较大的影响，且由于换流变电压等级较高、体积较大，使得换流变的检修运维工作缺乏全面性和时效性。数字孪生在电力工业生产中的应用主要有以下两个方面：一是电力装备管理。降低设备运行时的风险，提高设备运行可靠性；二是电力系统调度。利用数字孪生实时数据，达到减少资源调动成本，提高能源使用效率为目的。

数字孪生是一种通过平台连接物理实体和数字模型，借助历史、实时数据及算法等模拟物理实体全生命周期的技术，具备双向、持续、开放、互联的特点。它能够综合集成设备内外多种物理信息，在数字虚拟世界中建立一种对物理实体世界的全面映射，实时快速的反映出物理实体当下的运行状况，并根据记录的传感器数据和历史数据，实时分析修正数字模型，做到物理实体的全寿命周期管理。换流变的数字孪生技术就是运用数字孪生的超强时效性和设备健康管理及预测性维护功能，为换流变建立一对一的数字孪生体，其快速响应、实时分析的特点，充分保证了换流变在高电压下工作的安全性。

然而，在电力行业中，数字孪生技术仍处于初级阶段，主要存在的问题是：缺乏电力装备多维度的高保真度孪生模型，完整的数字孪生模型需要包含装备内部各个物理场及运行环境在内的多种因素，其实现难度远大于传统仿真中的物理模型。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种计及空间电荷的换流变数字孪生模型构建方法。本发明的技术方案如下：

一种计及空间电荷的换流变数字孪生模型构建方法，其包括以下步骤：

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(Building Information Model，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。

进一步的，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。

进一步的，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，最终得到换流变传感网络；

进一步的，所述采用BIM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；